DE102017121294A1 - Spindle unit for machine tools - Google Patents
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Abstract
Spindeleinheit für Werkzeugmaschinen, mit einer Spindel, die drehbar in einem Spindelgehäuse gelagert ist und kopfseitig eine Spanneinrichtung zur Aufnahme eines Werkzeugs umfasst und in welcher eine Zugstange zur Betätigung der Spanneinrichtung einliegt, wobei das hinteres Ende der Zugstange verschiebbar innerhalb eines Rotorelements gehalten wird, das gemeinsam mit der Spindel und der Zugstange drehbar in einem statischen Gehäuseteil durch ein Wälzlager gelagert ist, sowie einer Drehdurchführung für Druckluft von der Rückseite zur Kopfseite der Spindel, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehdurchführung einen hinteren Luftkanalabschnitt umfasst, der sich gegenüber der Spindelachse versetzt durch den Gehäuseteil erstreckt und sich in einen vor dem Rotorelement gelegenen Raum öffnet, und eine Dichtung ist zur Abdichtung des Wälzlagers gegen den Raum angeordnet. Spindle unit for machine tools, with a spindle which is rotatably mounted in a spindle housing and the head side comprises a clamping device for receiving a tool and in which a pull rod for actuating the clamping device rests, wherein the rear end of the pull rod is slidably held within a rotor member which together with the spindle and the tie rod rotatably mounted in a static housing part by a rolling bearing, and a rotary feedthrough for compressed air from the back to the head side of the spindle, characterized in that the rotary feedthrough comprises a rear air duct section which is offset from the spindle axis by the housing part extends and opens in a space located in front of the rotor element, and a seal is arranged to seal the rolling bearing against the space.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindeleinheit für Werkzeugmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a spindle unit for machine tools, according to the preamble of claim 1.
Derartige Spindeleinheiten sind beispielsweise aus
Durch die Spindeleinheit muss sowohl ein flüssiger Kühlschmierstoff als auch Druckluft geführt werden, die zum Ausblasen und Reinigen der Spanneinrichtung beim Werkzeugwechsel dient, aber auch als Steuerluft und Tastluft zur sensorischen Ermittlung einer Werkzeuganlage an der Spanneinrichtung dienen kann. Hierbei stellt sich das komplexe Problem einer Drehdurchführung für beide Medien, also den flüssigen Schmierstoff und die Druckluft, durch die Spindeleinheit zur Spanneinrichtung.Through the spindle unit, both a liquid coolant and compressed air must be performed, which serves to blow and clean the clamping device when changing tools, but can also serve as control air and sensing air for sensory detection of a tool attachment to the clamping device. Here, the complex problem of a rotary feedthrough for both media, so the liquid lubricant and the compressed air through the spindle unit to the clamping device.
Bei dem eingangs genannten Stand der Technik wird ein einziger axialer Fluidkanal für beide Medien genutzt. Diese Lösung ist konstruktiv einfach, weist jedoch unakzeptable Nachteile auf. Beispielsweise muss beim Umschalten von Kühlschmierstoff auf Druckluft zunächst der Fluidkanal über seine gesamte axiale Länge frei geblasen werden. Dies führt zwangsläufig zu Verunreinigungen der Umgebung. Die Verluste an Kühlschmierstoff sind relativ hoch, und bestimmte Schmierstoffsysteme lassen sich hierbei nicht nutzen. Überdies ist in
Es wurde daher nach Möglichkeiten gesucht, die beiden unterschiedlichen Fluids in voneinander getrennten Kanälen zu führen. Beispielsweise ist eine Lösung bekannt, in welcher einer der beiden Fluidkanäle axial versetzt zu einem weiteren, entlang der Spindelachse verlaufenden Fluidkanal sich durch die Spindel erstreckt. Aufgrund der relativ großen Länge der Spindel muss zu diesem Zweck eine entsprechend tiefe Bohrung im Spindelkörper hergestellt werden. Dies ist technisch aufwendig und birgt die Gefahr von hohen Kosten und Zeitverlusten bei der Herstellung, welche dadurch entstehend können, dass der Bohrer während des Bohrens abbricht und das zu bearbeitende Bauteil nicht mehr verwendet werden kann. Zudem ist keine konstruktive Lösung für einen zusätzlichen Fluidkanal bekannt, die sich mit einem im hinteren Ende der Spindeleinheit in einem statischen Gehäuseteil gelagerten Rotorelement zur Aufnahme der Zugstange vereinbaren lässt, durch die der axiale Fluidkanal geführt wird.It was therefore sought ways to lead the two different fluids in separate channels. For example, a solution is known in which one of the two fluid channels axially offset from another, extending along the spindle axis fluid channel extends through the spindle. Due to the relatively large length of the spindle a correspondingly deep hole in the spindle body must be made for this purpose. This is technically complicated and involves the risk of high costs and time losses during production, which can result from the fact that the drill breaks off during drilling and the component to be machined can no longer be used. In addition, no constructive solution for an additional fluid channel is known, which can be arranged with a mounted in the rear end of the spindle unit in a static housing part rotor member for receiving the tie rod, through which the axial fluid channel is guided.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beim Stand der Technik auftretenden Probleme zu lösen und eine Spindeleinheit der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass unterschiedliche Medien, also insbesondere Kühlschmierstoff und Druckluft, der Spanneinrichtung an der Kopfseite der Spindel unter Verringerung des Konstruktionsaufwands zuverlässig und unproblematisch zugeleitet werden können.It is therefore an object of the present invention to solve the problems occurring in the prior art and to further develop a spindle unit of the type mentioned above that different media, ie in particular cooling lubricant and compressed air, the clamping device on the head side of the spindle while reducing the Design effort can be reliably and easily supplied.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spindeleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a spindle unit with the features of claim 1.
Erfindungsgemäß weist die Drehdurchführung der Spindeleinheit einen hinteren Luftkanalabschnitt auf, der sich gegenüber der Spindelachse versetzt durch den statischen Gehäuseteil erstreckt und sich in einem Raum öffnet, der axial vor dem Rotorelement liegt. Das Wälzlager, durch welches das Rotorelement in dem statischen Gehäuseteil drehbar gelagert ist, lässt sich gegen diesen Raum durch eine Dichtung abdichten.According to the invention, the rotary feedthrough of the spindle unit has a rear air duct section, which extends offset relative to the spindle axis through the static housing part and opens in a space which lies axially in front of the rotor element. The rolling bearing, by which the rotor element is rotatably mounted in the static housing part, can be sealed against this space by a seal.
Diese Dichtung ist vor dem Rotorelement angeordnet und ist somit von dessen Vorderseite her in Richtung der Rückseite der Spindeleinheit mit Druck beaufschlagbar. Die Dichtung kann beispielsweise als Membran oder Gleitscheibe ausgebildet sein, die sich bei Druckbeaufschlagung des vor dem Rotorelement gelegenen Raums mit einem radial äußeren Randbereich an eine innere Schulter des Gehäuseteils und mit einem radial inneren Randbereich an einen äußeren ringförmigen Schulterbereich des Rotorelements anlegt. Ein Vorteil bei der Konstruktion und bei der Wartung des Rotorelements ergibt sich dadurch, dass dieses von der Rückseite der Spindeleinheit her zugänglich bleibt, beispielsweise über einen vergleichsweise einfach zu öffnenden Deckel.This seal is arranged in front of the rotor element and thus can be acted upon by pressure from its front side in the direction of the rear side of the spindle unit. The seal may be formed, for example, as a diaphragm or sliding disk, which bears against an inner shoulder of the housing part and with a radially inner edge region on an outer annular shoulder region of the rotor element with pressurization of the space located in front of the rotor element with a radially outer edge region. An advantage in the design and maintenance of the rotor element results from the fact that it remains accessible from the back of the spindle unit, for example via a comparatively easy-to-open lid.
Ein radialer Spalt zwischen dem Rotorelement und dem statischem Gehäuseteil, in dem das Rotorelement gelagert ist, lässt sich durch diese Dichtung zuverlässig abdichten, und ein Austreten von Druckluft nach hinten in Richtung des Wälzlagers wird zumindest weitgehend unterbunden. Aufgrund der axial versetzten Anordnung des hinteren Luftkanalabschnitts bleibt die Möglichkeit offen, einen weiteren Fluidkanal in konventioneller Weise axial entlang der Spindelachse durch das Rotorelement und die Zugstange nach vorn zur Spanneinrichtung zu führen, also in einem von der erfindungsgemäßen Drehdurchführung getrennten Kanal. Aus dem Raum, der vor dem Rotorelement gelegen ist, kann die durch den Gehäuseteil eingeleitete Druckluft dann in vergleichsweise einfacher Weise nach vorn weitergeführt werden. Tiefe Bohrungen durch den Spindelkörper sind bei dieser Konstruktion nicht mehr erforderlich.A radial gap between the rotor element and the static housing part in which the rotor element is mounted, can be reliably sealed by this seal, and leakage of compressed air to the rear in the direction of the rolling bearing is at least largely prevented. Due to the axially offset arrangement of the rear air duct section, the possibility remains open, a further fluid channel in a conventional manner axially along the spindle axis through the rotor element and the pull rod forwards To perform clamping device, ie in a separate from the rotary feedthrough invention channel. From the space located in front of the rotor element, the compressed air introduced through the housing part can then be continued forward in a comparatively simple manner. Deep holes through the spindle body are no longer required in this construction.
Die Drehdurchführung für die Druckluft bildet erfindungsgemäß ein eigenes Kanalsystem, das zusätzlich zu einem axialen Fluidkanal für Kühlmittelschmierstoff auf der Spindelachse vorgesehen wurde. Hierdurch lassen sich die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, die etwa beim Umschalten von Kühlmittelzufuhr auf Druckluftzufuhr auftreten können. Die Implementierung eines Tastluftsystems wird wesentlich vereinfacht.The rotary feedthrough for the compressed air according to the invention forms its own channel system, which was provided in addition to an axial fluid channel for coolant lubricant on the spindle axis. As a result, the disadvantages of the prior art can be avoided, which may occur when switching from coolant supply to compressed air supply. The implementation of a touch-air system is considerably simplified.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the present invention will become apparent from the dependent claims.
Vorzugsweise umfasst die Drehdurchführung einen vorderen Luftkanalabschnitt, der sich von dem Raum, der vor dem Rotorelement liegt, ausgehend nach vorn erstreckt und einen Ringspalt umfasst, der zylindrisch innerhalb der Spindel angeordnet ist. Die Druckluft wird damit beispielsweise zwischen inneren und äußeren Teilen der Spindel nach vorn geleitet, wobei ein radialer Zwischenraum zwischen diesen Teilen zur Durchleitung genutzt wird.The rotary feedthrough preferably comprises a front air duct section, which extends forwardly from the space located in front of the rotor element and comprises an annular gap, which is arranged cylindrical within the spindle. The compressed air is thus forwarded, for example, between the inner and outer parts of the spindle forward, with a radial gap between these parts is used for passage.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Federpaket auf der Zugstange angeordnet, das zwischen einem vorderen Anschlag eines inneren Spindelwellenteils und einem hinteren Anschlag eines radial erweiterten Abschnitts der Zugstange einliegt und die Zugstange nach hinten spannt, wobei der vordere Luftkanalabschnitt mindestens einen hinteren Verbindungsabschnitt umfasst, der sich durch den radial erweiterten Abschnitt der Zugstange erstreckt und den vor dem Rotorelement gelegenen Raum mit dem Ringspalt verbindet.According to a further preferred embodiment of the present invention, a spring assembly is arranged on the drawbar, which rests between a front stop of an inner spindle shaft part and a rear stop of a radially expanded portion of the tie rod and biases the pull rod backwards, wherein the front air duct section at least one rear connecting portion which extends through the radially expanded portion of the tie rod and connects the space located in front of the rotor element with the annular gap.
Weiter vorzugsweise ist der Ringspalt zwischen dem äußeren Umfang des Federpakets und einem äußeren Spindelwellenteil angeordnet.Further preferably, the annular gap between the outer periphery of the spring assembly and an outer spindle shaft part is arranged.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Federpaket in einem zylindrischen Abschnitt des inneren Spindelwellenteils ein, und der Ringspalt ist zwischen dem inneren Spindelwellenteil und dem äußeren Spindelwellenteil angeordnet.According to another preferred embodiment of the present invention, the spring pack is located in a cylindrical portion of the inner spindle shaft portion, and the annular gap is disposed between the inner spindle shaft portion and the outer spindle shaft portion.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der innere Spindelwellenteil ein in den äußeren Spindelwellenteil eingeschobenes Bauteil.According to a preferred embodiment of the invention, the inner spindle shaft part is an inserted into the outer spindle shaft part component.
Weiter vorzugsweise umfasst der vordere Luftkanalabschnitt eine Anzahl von Verteilerkanälen, die sternförmig um die Spindelachse herum angeordnet sind und deren vordere Enden sich zur Kopfseite der Spindel öffnen und deren hintere Enden mit dem Ringspalt kommunizieren.Further preferably, the front air duct section comprises a number of distribution channels, which are arranged in a star shape around the spindle axis and whose front ends open to the head side of the spindle and whose rear ends communicate with the annular gap.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung münden die hinteren Enden der Verteilerkanäle in einen Ringkanal, der sich um die Spindelachse herum erstreckt und mit dem Ringspalt kommuniziert.According to a further preferred embodiment of the invention, the rear ends of the distribution channels open into an annular channel which extends around the spindle axis and communicates with the annular gap.
Weiter vorzugsweise kommunizieren die hinteren Enden der Verteilerkanäle mit dem Ringspalt durch mindestens einen vorderen Verbindungsabschnitt, in welchem ein Rückschlagventil angeordnet ist. Dieses Rückschlagventil öffnet sich ausschließlich bei einer Beaufschlagung von Druckluft von der Seite des Ringspalts her.Further preferably, the rear ends of the distribution channels communicate with the annular gap through at least one front connecting portion, in which a check valve is arranged. This check valve opens only when pressurized air is applied from the side of the annular gap.
Vorzugsweise mündet der mindestens eine vordere Verbindungsabschnitt mit seinem vorderen Ende in den Ringkanal.The at least one front connecting section preferably opens with its front end into the annular channel.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Spindeleinheit einen Ringzylinderkolben, der in der Spindel hinter dem radial erweiterten Abschnitt der Zugstange zwischen einer vorgeschobenen Position, in der er mit einer kopfseitigen Dichtfläche gegen den radial erweiterten Abschnitt der Zugstange gerückt ist, und einer zurückgezogenen, vom radial erweiterten Abschnitt entfernten Position axial verschiebbar gelagert ist, wobei er in der vorgeschobenen Position den vor dem Rotorelement gelegenen Raum radial nach außen abdichtet. Durch diesen Ringzylinderkolben kann die Zugstange zu einer linearen Verschiebebewegung angetrieben werden.According to a further preferred embodiment of the invention, the spindle unit comprises a ring-cylinder piston which is located in the spindle behind the radially expanded portion of the drawbar between an advanced position in which it is moved with a head-side sealing surface against the radially expanded portion of the drawbar, and a retracted, From the radially extended portion remote position is axially slidably mounted, wherein it seals the space located in front of the rotor element radially outward in the advanced position. Through this ring cylinder piston, the pull rod can be driven to a linear displacement movement.
Weiter vorzugsweise ist der statische Gehäuseteil rückseitig durch einen Deckel verschlossen, wobei zwischen dem Deckel und dem Rotorelement ein Gleitelement einliegt, das mit einer Gleitfläche am Rotorelement anliegt.Further preferably, the static housing part is closed at the back by a cover, wherein between the cover and the rotor element, a sliding element rests, which rests with a sliding surface on the rotor element.
Der statische Gehäuseteil und das Rotorelement sind vorzugsweise rückseitig in die Spindel eingeschoben. Damit sind sie leicht von der Rückseite der Spindel her zugänglich, etwa für Wartungs- oder Austauscharbeiten.The static housing part and the rotor element are preferably pushed back into the spindle. Thus, they are easily accessible from the back of the spindle, such as for maintenance or replacement work.
Die erfindungsgemäße Spindeleinheit umfasst weiter vorzugsweise eine Tauchspule als Wegaufnehmer mit einem Targetring zur Messung der axialen Verschiebeposition der Zugstange.The spindle unit according to the invention further preferably comprises a plunger coil as a displacement transducer with a Targetring for measuring the axial displacement position of the drawbar.
Vorzugsweise ist diese Tauchspule in dem vor dem Rotorelement gelegenen Raum angeordnet ist. Diese bietet den Vorteil, dass die Tauchspule von der Druckluft umströmt werden kann, die in den Raum eingeleitet wird, und durch diese gekühlt wird. Preferably, this plunger coil is arranged in the space located in front of the rotor element. This has the advantage that the plunger can be flowed around by the compressed air, which is introduced into the room, and is cooled by this.
Die Spindeleinheit umfasst gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen axialen Fluidkanal, der sich entlang der Spindelachse durch das Rotorelement und die Zugstange bis zur Spanneinrichtung erstreckt.The spindle unit according to a further preferred embodiment of the invention comprises an axial fluid channel which extends along the spindle axis through the rotor element and the pull rod to the clamping device.
Es wird angemerkt, dass sich die Begriffe „vorn“, „hinten“, „kopfseitig“, „rückseitig“ und dergleichen auf eine Anordnung der Spanneinrichtung an der Kopfseite, also der Vorderseite der Spindel beziehen, während die Rückseite der Spindeleinheit die von der Spanneinrichtung abgewandte Seite der Spindeleinheit darstellt.It is noted that the terms "front", "rear", "head", "back" and the like refer to an arrangement of the tensioning device on the head side, ie the front of the spindle, while the back of the spindle unit that of the tensioning device opposite side of the spindle unit represents.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
-
1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spindeleinheit, wobei im oberen und im unteren Teil unterschiedliche Arbeitsstellungen der Spindeleinheit dargestellt sind; und -
2 ist eine vergrößerte Detailansicht aus1 .
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1 is a longitudinal section through an embodiment of a spindle unit according to the invention, wherein in the upper and in the lower part different working positions of the spindle unit are shown; and -
2 is an enlarged detail view1 ,
Die Spindeleinheit
Die Spindel
Die Zugstange
Die Zugstange
Im Einzelnen weist die Zugstange
Um den vorderen Abschnitt der Zugstange
Das vordere Ende
Zwischen dem radial erweiterten Abschnitt
Die Anordnung des Ringzylinders
Die Spindeleinheit
Die Drehdurchführung für die Druckluft umfasst einen hinteren Luftkanalabschnitt
Nach hinten ist dieser Raum
Die Dichtung
Der Raum
Durch diese Drehdurchführung kann Druckluft vom hinteren Ende der Spindeleinheit
Aufgrund der voneinander getrennten Fluidkanäle für Kühlmittelschmierstoff und Druckluft kann die Zufuhr der beiden unterschiedlichen Fluids getrennt gesteuert werden. Zur Einleitung der Druckluft sind keine tiefen Bohrungen in den Spindelwellenteilen erforderlich. Zudem wird im hinteren Teil der Spindel
Die Zahl der vorderen Verbindungsabschnitte
Außer der hier beschriebenen Ausführungsform, in der das Federpaket
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: TER MEER STEINMEISTER & PARTNER PATENTANWAELTE, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |