CH684938A5 - Seal for between shaft of different dimensions and housing of tool machine - Google Patents
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Abstract
Description
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CH 684 938 A5 CH 684 938 A5
2 2nd
Beschreibung description
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. The invention relates to a sealing device between a fixed or exchangeable shaft of possibly different diameters and the housing of a machine tool. In particular, the invention relates to a sealing device for cutting tools with an internal coolant supply.
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. Cutting tools with an internal coolant supply in particular are exposed to ever higher loads. As the tool speeds nowadays easily increase to 40,000 rpm, increased cooling of the work process is essential. To improve cooling, the pressure at which the coolant is injected is therefore increased to up to 50 bar or more. If a tool with an internal coolant supply is connected to the machine tool by means of a collet, a large part of the coolant is lost through the slots in the unsealed collet.
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. To prevent this, the collet slots have hitherto been made with an elastic mass, such as Rubber, covered, but then the clamping area was lost, or the clamping nut was sealed with a sealing washer and a fixed sealing ring or with a sleeve. The disadvantage of these variants is that for each wave or Tool shaft diameter, a sealing washer with the corresponding diameter or a sleeve must be present and that the sealing rings no longer seal reliably at today's high pressures of the cooling liquids.
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. Especially with cutting tools that are operated with tool shanks of different diameters, it would be of great advantage if the sealing washer did not have to be replaced in every case in addition to the tool shank, and if the constantly increasing number of revolutions of the tools and the resulting increased cooling required them occurring high pressures would be held by the seal between the tool shaft and the sealing washer.
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. The invention is therefore based on the object of providing an easily replaceable sealing device for machine tools if required, which in a general form securely seals shafts of different diameters and in a special form tool shafts against leakage of liquids from machine tools even at high pressures of up to 150 atm .
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. Starting from a device of the type described in the introduction, it is provided according to the invention to achieve the above object that the sealing device has a sealing element with a shaft passage bore and a groove running radially around the shaft passage bore for receiving an elastic sealing ring which is pressed liquid-tight on the side walls of the groove and is arranged on its side facing away from the shaft passage bore to form a cavity at a distance from the outer edge of the groove, at least one bore which is provided on the side facing away from the shaft passage bore for supplying a liquid medium into the cavity, and a liquid which can be injected into the cavity Medium that presses the prestressed sealing ring against the shaft under pressure so that shafts of up to 1.0 mm in diameter can be sealed without changing the sealing device.
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. The sealing device, which is designed in particular for cutting tools with tool shanks with an internal coolant supply, has a sealing disk which engages in a clamping nut as the sealing element and a cooling liquid as the liquid medium.
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. The sealing rings have for shafts of e.g. 9.5-10.0 mm in diameter have a bore radius of 9.4-9.5 mm and are therefore already pretensioned when using shafts with a diameter of 9.5 mm, which naturally increases with shafts of larger diameter. The tool therefore remains liquid-tightly sealed from the environment under all possible operating conditions.
Die Dichtungsringe können rechteckig oder quadratisch sein, vorzugsweise sind sie jedoch als O-Ringe ausgebildet. The sealing rings can be rectangular or square, but they are preferably designed as O-rings.
Als Materialien für den Dichtungsring kommen vorzugsweise gummielastische Materialien z.B. aus Gummi oder Kunststoff, in Frage. The materials for the sealing ring are preferably rubber-elastic materials, e.g. made of rubber or plastic, in question.
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. The shape of the groove can vary and depends in particular on the sealing ring used, because it is pressed onto the side walls of the groove. The shape of the groove is therefore preferably rectangular or square.
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. The sealing element, respectively. the sealing washer itself can e.g. be made of steel, brass, aluminum or plastics. In any case, the material must not be elastic to absorb the forces acting on it and to ensure a good seal.
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. The sealing element, respectively. the sealing washer can be used in various ways, e.g. by means of an external thread on the housing of the machine tool or attached to the clamping nut of a cutting tool.
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. However, the sealing washer is preferably pressed in the manner of a push button via a sealing ring arranged on the clamping nut and against a support on the clamping nut, and is thus attached to the clamping nut in a liquid-tight manner. The sealing device according to the invention is suitable for sealing shafts and housings of a wide variety of machine tools, but above all for sealing cutting tools which have a tool shaft with an internal coolant supply.
Ausführungsbeispiele werden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the figures. Show it
Fig. 1a einen Schnitt durch eine Teilansicht der Dichtungsvorrichtung mit einer Welle minimalen Durchmessers, 1a shows a section through a partial view of the sealing device with a shaft of minimal diameter,
Fig. 1b einen Schnitt durch eine Teilansicht der Dichtungsvorrichtung mit einer Welle maximalen Durchmessers, wobei Fig. 1a und Fig. 1b gleichzei- 1b shows a section through a partial view of the sealing device with a shaft of maximum diameter, FIGS. 1a and 1b at the same time
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tig auch der Vergrösserung eines Teils von Fig. 2 dienen, und tig also serve to enlarge a part of FIG. 2, and
Fig. 2 eine Teilansicht eines Schnitts durch ein Schneidwerkzeug mit interner Kühlmittelzufuhr. Fig. 2 is a partial view of a section through a cutting tool with an internal coolant supply.
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. In Fig. 1a, a shaft / tool shank (1/1 a) of minimal diameter is shown, which is passed through a shaft bushing / tool shaft bushing (2 / 2a) of a sealing element / sealing washer (3 / 3a). At one end of the shaft / tool shank (1/1 a) there is its drive and at the other end the tool, e.g. can be a cutting tool. Between the shaft / tool shaft (1/1 a) and the sealing element / sealing disc (3 / 3a) there is a gap (14) which can be up to 0.5 mm wide all around the shaft / tool shaft, provided the shaft / Tool shank (1/1 a) is exactly centered.
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. The sealing element / sealing washer (3 / 3a) has a groove (5) which runs around the shaft bushing / tool shaft bushing (2 / 2a) and into which a sealing ring (4) is inserted. The sealing ring (4) lies on part of the side walls (15a, 15b) of the groove (5) in a liquid-tight manner because the width of the groove (5) is narrower than the sealing ring (4). An O-ring is preferably used as the sealing ring. On the side facing away from the shaft feedthrough bore / tool shank feedthrough bore (2 / 2a), the sealing ring (4) is arranged at a distance from the outer edge (16) of the groove (5), so that a cavity (7) between the sealing ring (4) and the outer edge (16) of the groove (5) is formed. The sealing element / sealing disk (3 / 3a) has at least one bore (6) through which a liquid medium / cooling liquid (8 / 8a) is injected under pressure into the cavity (7). As a result, the prestressed sealing ring (4) is pressed against the shaft / tool shank (1/1 a). By increasing or Lowering the pressure of the liquid medium / cooling liquid (8 / 8a), the contact pressure of the sealing ring (4) can be varied.
In Fig. 1b wird eine Welle/Werkzeugschaft (1/1 a) mit maximalem Durchmesser gezeigt. In Fig. 1b a shaft / tool shank (1/1 a) with a maximum diameter is shown.
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 2 shows the partial view of a section through a cutting tool with an internal coolant supply. The tool shank (1a) has an internal coolant supply bore (13) through which the coolant (8a) is guided to the cutting tool under pressure. The tool shaft (1a) is clamped in the machine tool by means of a slotted collet (9), collet holder (17) and clamping nut (10). The exchangeable sealing washer (3a) and the clamping nut (10) are by means of an elastic sealing ring (12) which is preferably designed as an O-ring and which is pressed into a circumferential groove (11) on the inner circumference of the clamping nut (10) and which a small part protrudes from the groove (11), connected to each other in that the sealing washer (3a) is pressed like a push button over the sealing ring (12) against the support (18) of the clamping nut (10). The pushing in and out of the
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. Sealing disc (3a) is facilitated by the shoulders (19), which are bevelled towards the edge, of the part of the sealing disc (3a) which is designed to snap into place. If the tool is now cooled, part of the coolant flows through the internal coolant supply bore (13) and another part through the slotted collet to the bore (6) and the gap (14) closed by the sealing ring. The cooling liquid (8a) now strikes the sealing ring (4) from two sides, the side facing away from the tool shank through-hole (2a) resulting in a pressure support for the cooling liquid (8a) that is so large that the sealing ring (4) reinforces against the shaft (1) is pressed and thus the gap (14) remains sealed against loss of coolant even at high pressures. When the pressure of the cooling liquid (8a) increases, the pressure of the sealing ring (4) against the tool shank (1a) and against the support (18) of the clamping nut (10) is increased proportionally, so that the effect of the sealing device over a high pressure range of up to remains at 150 atm.
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. Characteristic for sealing devices according to the invention according to e.g. 1a, 1b and 2 is that the sealing ring (4), which preferably has the shape of an O-ring, is not pressed against a wall in the direction of the inflowing liquid medium, but that the pressure of the inflowing liquid medium / cooling liquid (8 / 8a) by the press fit of the sealing ring (4) on the side walls (15a and 15b) and the cavity (7) is forcibly diverted by 90 degrees against the shaft bushing hole / tool shaft bushing hole (2 / 2a). In this way, high pressures occurring between shafts / tool shanks and their through holes can be kept under control in the simplest way.
Claims (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |