CH684938A5 - Dichtungsvorrichtung. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung zwischen einer festen oder auswechselbaren Welle von gegebenenfalls unterschiedlichem Durchmesser und dem Gehäuse einer Werkzeugmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Dichtungsvorrichtung für Schneidwerkzeuge mit interner Kühlmittelzufuhr.

Insbesondere Schneidwerkzeuge mit interner Kühlmittelzufuhr werden immer höheren Belastungen ausgesetzt. Da die Drehzahlen der Werkzeuge heutzutage ohne weiteres auf 40 000 U/min ansteigen, wird eine verstärkte Kühlung des Arbeitsvorgangs unabdingbar. Zur Verbesserung der Kühlung wird deshalb der Druck, mit dem das Kühlmittel eingespritzt wird, auf bis zu 50 bar oder mehr erhöht. Wenn nun ein Werkzeug mit interner Kühlmittelzufuhr mittels Spannzange mit der Werkzeugmaschine verbunden wird, geht ein grosser Teil der Kühlflüssigkeit durch die Schlitze der nicht abgedichteten Spannzange verloren.

Um dies zu verhindern, hat man bisher die Spannzangenschlitze mit einer elastischen Masse, wie z.B. Gummi, belegt, wobei dann allerdings der Spannbereich verloren ging, oder man hat die Spannmutter mittels einer Dichtscheibe und festen Dichtring oder mittels einer Manschette abgedichtet. Nachteilig bei diesen Varianten ist, dass für jeden Wellen- resp. Werkzeugschaftdurchmesser eine Dichtscheibe mit entsprechendem Durchmesser oder eine Manschette vorhanden sein muss und dass die Dichtringe bei den heutigen hohen Drük-ken der Kühlflüssigkeiten nicht mehr sicher abdichten.

Gerade bei Schneidwerkzeugen, die mit Werkzeugschäften verschiedener Durchmesser betrieben werden, wäre es von grossem Vorteil, wenn nicht zusätzlich zum Werkzeugschaft in jedem Fall auch die Dichtscheibe ausgewechselt werden müsste, und wenn bei den stetig zunehmenden Umdrehungszahlen der Werkzeuge und der dadurch benötigten verstärkten Kühlung die dabei auftretenden hohen Drücke von der Dichtung zwischen Werkzeugschaft und Dichtscheibe ausgehalten würden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine im Bedarfsfall einfach auswechselbare Dichtungsvorrichtung für Werkzeugmaschinen zu schaffen, die in einer allgemeinen Form Wellen unterschiedlichen Durchmessers und in einer speziellen Form Werkzeugschäfte gegen Austreten von Flüssigkeiten aus Werkzeugmaschinen auch bei hohen Drücken von bis zu 150 atü sicher abdichtet.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist zur Lösung der vorstehenden Aufgabe erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Dichtungsvorrichtung ein Dichtelement mit einer Wellendurchführungsbohrung und einer radial um die Wellendurchführungsbohrung umlaufenden Nut zur Aufnahme eines elastischen Dichtungsrings, der flüssigkeitsdicht an den Seitenwänden der Nut an-gepresst ist und an seiner der Wellendurchführungsbohrung abgewandten Seite zur Bildung eines Hohlraums im Abstand zum äusseren Rand der Nut angeordnet ist, mindestens eine Bohrung, die an der der Wellendurchführungsbohrung abgewandten Seite zum Zuführen eines flüssigen Mediums in den Hohlraum angebracht ist, und ein in den Hohlraum einspritzbares flüssiges Medium, das unter Druckausübung den unter Vorspannung stehenden Dichtungsring gegen die Welle presst, so dass auch Wellen von bis zu 1,0 mm unterschiedlichem Durchmesser ohne Austausch der Dichtungsvorrichtung abdichtbar sind.

Die insbesondere für Schneidwerkzeuge mit Werkzeugschäften mit interner Kühlmittelzuführung ausgebildete Dichtungsvorrichtung weist als Dichtungselement eine in eine Spannmutter einrastende Dichtscheibe und als flüssiges Medium eine Kühlflüssigkeit auf.

Die Dichtungsringe weisen für Wellen von z.B. 9,5-10,0 mm Durchmesser einen Bohrungsradius von 9,4-9,5 mm auf und stehen deshalb schon bei Verwendung von Wellen mit einem Durchmesser von 9,5 mm unter Vorspannung, die sich bei Wellen grösseren Durchmessers naturgemäss erhöht. Das Werkzeug bleibt somit unter allen möglichen Betriebszuständen von der Umgebung flüssigkeitsdicht abgedichtet.

Die Dichtungsringe können rechteckig oder quadratisch sein, vorzugsweise sind sie jedoch als O-Ringe ausgebildet.

Als Materialien für den Dichtungsring kommen vorzugsweise gummielastische Materialien z.B. aus Gummi oder Kunststoff, in Frage.

Die Form der Nut kann variieren und hängt insbesondere vom verwendeten Dichtungsring ab, weil dieser an den Seitenwänden der Nut angepresst wird. Vorzugsweise ist die Form der Nut deshalb rechteckig oder quadratisch.

Das Dichtelement resp. die Dichtscheibe an sich kann z.B. aus Stahl, Messing, Aluminium oder Kunststoffen gefertigt sein. Zur Aufnahme der darauf einwirkenden Kräfte und zwecks guter Abdichtung darf das Material jedenfalls nicht elastisch sein.

Das Dichtelement resp. die Dichtscheibe kann auf verschiedenste Art, wie z.B. mittels aussenlie-gendem Gewinde, an dem Gehäuse der Werkzeugmaschine resp. an der Spannmutter eines Schneidwerkzeugs befestigt werden.

Die Dichtscheibe wird aber vorzugsweise druck-knopfartig über einen an der Spannmutter angeordneten Dichtungsring und an eine Auflage an der Spannmutter gedrückt und damit flüssigkeitsdicht an der Spannmutter befestigt. Die erfindungsgemässe Dichtungsvorrichtung eignet sich zum Abdichten von Wellen und Gehäusen verschiedenster Werkzeugmaschinen, vor allem jedoch zum Abdichten von Schneidwerkzeugen, die einen Werkzeugschaft mit interner Kühlmittelzufuhr aufweisen.

Ausführungsbeispiele werden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a einen Schnitt durch eine Teilansicht der Dichtungsvorrichtung mit einer Welle minimalen Durchmessers,

Fig. 1b einen Schnitt durch eine Teilansicht der Dichtungsvorrichtung mit einer Welle maximalen Durchmessers, wobei Fig. 1a und Fig. 1b gleichzei-

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tig auch der Vergrösserung eines Teils von Fig. 2 dienen, und

Fig. 2 eine Teilansicht eines Schnitts durch ein Schneidwerkzeug mit interner Kühlmittelzufuhr.

In Fig. 1a wird eine Welle/Werkzeugschaft (1/1 a) minimalen Durchmessers gezeigt, die durch eine Wellendurchführungsbohrung/Werkzeugschaftdurch-führungsbohrung (2/2a) eines Dichtelements/Dichtscheibe (3/3a) hindurchgefühlt wird. Am einen Ende der Welle/Wekzeugschafts (1/1 a) befindet sich deren/dessen Antrieb und am andern Ende das Werkzeug, das z.B. ein Schneidwerkzeug sein kann. Zwischen der Welle/Werkzeugschaft (1/1 a) und dem Dichtelement/Dichtscheibe (3/3a) befindet sich ein Spalt (14), der rings um die Welle/Werkzeugschaft umlaufend bis zu 0,5 mm breit sein kann, sofern die Welle/Werkzeugschaft (1/1 a) exakt zentriert ist.

Das Dichtelement/Dichtscheibe (3/3a) weist eine um die Wellendurchführungsbohrung/Werkzeug-schaftdurchführungsbohrung (2/2a) herumlaufende Nut (5) auf, in die ein Dichtungsring (4) eingelassen ist. Der Dichtungsring (4) liegt an einem Teil der Seiten wände (15a, 15b) der Nut (5) flüssigkeitsdicht an, weil die Breite der Nut (5) schmaler ist als der Dichtungsring (4). Vorzugsweise wird als Dichtungsring ein O-Ring verwendet. An der der Wellendurchführungsbohrung/Werkzeugschaft-durchführungsbohrung (2/2a) abgewandten Seite ist der Dichtungsring (4) im Abstand zum äusseren Rand (16) der Nut (5) angeordnet, so dass dadurch ein Hohlraum (7) zwischen dem Dichtungsring (4) und dem äusseren Rand (16) der Nut (5) gebildet wird. Das Dichtelement/Dichtscheibe (3/3a) weist mindestens eine Bohrung (6) auf, durch die ein flüssiges Medium/Kühlflüssigkeit (8/8a) unter Druck in den Hohlraum (7) eingespritzt wird. Dadurch wird der unter Vorspannung stehende Dichtungsring (4) verstärkt gegen die Welle/Werkzeugschaft (1/1 a) gepresst. Durch Erhöhung resp. Erniedrigung des Drucks des flüssigen Mediums/ Kühlflüssigkeit (8/8a) kann der Anpressdruck des Dichtungsrings (4) variiert werden.

In Fig. 1b wird eine Welle/Werkzeugschaft (1/1 a) mit maximalem Durchmesser gezeigt.

In Fig. 2 ist die Teilansicht eines Schnitts durch ein Schneidwerkzeug mit interner Kühlmittelzufuhr dargestellt. Dabei weist der Werkzeugschaft (1a) eine interne Kühlmittelzuführbohrung (13) auf, durch welche die Kühlflüssigkeit (8a) unter Druck zum Schneidwerkzeug geleitet wird. Der Werkzeugschaft (1a) ist mittels einer geschlitzten Spannzange (9), Spannzangenaufnahme (17) und Spannmutter (10) in der Werkzeugmaschine eingespannt. Die auswechselbare Dichtscheibe (3a) und die Spannmutter (10) sind mittels eines vorzugsweise als O-Ring ausgebildeten, elastischen Dichtungsrings (12), der in einer umlaufenden Nut (11) am inneren Umfang der Spannmutter (10) festgepresst ist, und der zu einem geringen Teil aus der Nut (11) herausragt, miteinander dadurch verbunden, dass die Dichtscheibe (3a) druckknopfartig über den Dichtungsring (12) an die Auflage (18) der Spannmutter (10) gedrückt wird. Das Rein- und Rausdrücken der

Dichtscheibe (3a) wird durch die gegen den Rand hin abgeschrägten Schultern (19) des für das Einrasten ausgebildeten Teils der Dichtscheibe (3a) erleichtert. Wird das Werkzeug nun gekühlt, strömt ein Teil der Kühlflüssigkeit durch die interne Kühlmittelzuführbohrung (13) und ein weiterer Teil durch die geschlitzte Spannzange zu der Bohrung (6) und dem durch den Dichtungsring verschlossenen Spalt (14). Die Kühlflüssigkeit (8a) trifft nun von zwei Seiten auf den Dichtungsring (4) auf, wobei die von der Werkzeugschaftdurchführungsbohrung (2a) abgewandte Seite eine soviel grössere Druckauflage für die Kühlflüssigkeit (8a) ergibt, dass der Dichtungsring (4) verstärkt gegen die Welle (1 ) gepresst wird und damit der Spalt (14) auch bei hohen Drük-ken gegen Kühlflüssigkeitsverlust abgedichtet bleibt. Bei Erhöhung des Drucks der Kühlflüssigkeit (8a) wird der Druck des Dichtungsring (4) gegen den Werkzeugschaft (1a) und gegen die Auflage (18) der Spannmutter (10) proportional erhöht, so dass die Wirkung der Dichtungsvorrichtung über einen hohen Druckbereich von bis zu 150 atü gewahrt bleibt.

Charakteristisch für erfindungsgemässe Dichtungsvorrichtungen gemäss z.B. den Fig. 1a, Fig. 1b und Fig. 2 ist, dass der Dichtungsring (4), der vorzugsweise die Form eines O-Rings aufweist, nicht in Richtung des einströmenden flüssigen Mediums an eine Wandung gepresst wird, sondern dass der Druck des einströmenden flüssigen Mediums/Kühlflüssigkeit (8/8a) durch den Presssitz des Dichtungsrings (4) an den Seitenwänden (15a und 15b) und den Hohlraum (7) zwangsweise um 90 Grad gegen die Wellendurchführungsbohrung/ Werkzeugschaftdurchführungsbohrung (2/2a) hin umgelenkt wird. Dadurch können auf einfachste Art zwischen Wellen/Werkzeugschäften und deren Durchführungsbohrungen auftretende hohe Drücke unter Kontrolle gehalten werden.

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1. Patentansprüche

   1. Dichtungsvorrichtung zwischen einer festen oder auswechselbaren Welle von gegebenenfalls unterschiedlichem Durchmesser und dem Gehäuse einer Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch ein Dichtelement (3) mit einer Wellendurchführungsboh-rung (2) und einer radial um die Wellendurchführungsbohrung (2) umlaufenden Nut (5) zur Aufnahme eines elastischen Dichtungsrings (4), der flüssigkeitsdicht an den Seitenwänden (15a, 15b) der Nut (5) angepresst ist und an seiner der Wellendurchführungsbohrung (2) abgewandten Seite zur Bildung eines Hohlraums (7) im Abstand zum äusseren Rand (16) der Nut (5) angeordnet ist, mindestens eine Bohrung (6), die an der der Wellendurchführungsbohrung (2) abgewandten Seite zum Zuführen eines flüssigen Mediums (8) in den Hohlraum (7) angebracht ist, und ein in den Hohlraum (7) einspritzbares flüssiges Medium (8), das unter Druckausübung den unter Vorspannung stehenden Dichtungsring (4) gegen die Welle (1) presst, so dass auch Wellen von bis zu 1,0 mm unterschiedlichem Durchmesser ohne Austausch der Dichtungsvorrichtung abdichtbar sind.

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   2. Für Schneidwerkzeuge mit interner Kühlung ausgebildete Dichtungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 mit einem Werkzeugschaft (1a) mit interner Kühlmittelzuführungsbohrung (13), gekennzeichnet durch eine in eine Spannmutter (10) einrastende Dichtscheibe (3a) mit einer Werkzeugschafts-durchführungsbohrung (2a) und einer radial um die Werkzeugschaftdurchführungsbohrung (2a) umlaufenden Nut (5) zur Aufnahme eines elastischen Dichtungsrings (4), der flüssigkeitsdicht an den Seitenwänden (15a, 15b) der Nut (5) angepresst ist und an seiner der Werkzeugschaftdurchführungs-bohrung (2a) abgewandten Seite zur Bildung eines Hohlraums (7) im Abstand zum äusseren Rand (16) der Nut (5) angeordnet ist, mindestens eine Bohrung (6), die an der der Werkzeugschaftdurchfüh-rungsbohrung (2a) abgewandten Seite zum Zuführen eines Teils der Kühlflüssigkeit (8a) für das Schneidwerkzeug angebracht ist, und eine in den Hohlraum (7) einspritzbare Kühlflüssigkeit (8a) für das Schneidwerkzeug, das unter Druckausübung den unter Vorspannung stehenden Dichtungsring (4) gegen den Werkzeugschaft (1 a) mit der internen Kühlmittelzuführungsbohrung (13) presst, so dass Werkzeugschäfte (1a) von bis zu 1,0 mm unterschiedlichem Durchmesser ohne Austausch der Dichtungsvorrichtung abdichtbar sind.

   3. Dichtungsvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (3a) druckknopfartig mittels eines in einer umlaufenden Nut (11) am inneren Umfang der Spannmutter (10) eingelassenen Dichtungsrings (12) eingerastet und in ihrem Randbereich gegen eine Auflage (18) der Spannmutter (10) gepresst ist.

   4. Dichtungsvorrichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseite der Dichtscheibe (3a) gegen den Rand hin abgeschrägte Schultern (19) aufweist.

   5. Dichtungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsringe (4, 12) als O-Ringe ausgebildet sind.

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