CN114450114A - 具有多个涡轮的从动工具架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工具架，其具有多个不同的自由射流涡轮，使得其可以根据加工任务以不同的工作转速和不同的操作点操作。

Description

具有多个涡轮的从动工具架

技术领域

本发明涉及一种从动工具架，其主轴借助于自由射流涡轮驱动。该自由射流涡轮可由液态或气态的流体(例如，冷却润滑剂或空气)或两相混合物驱动。

背景技术

DE102009012805A1、EP3043957B1、EP2623258B1和DE102016212896B4描述了使用自由射流涡轮来驱动工具架的主轴。

DE10041854A1描述了一种主轴头，其主轴由压缩空气驱动。安装有比例阀以调节主轴的转速。一部分过压在比例阀中被分解，以根据需要降低主轴的转速。

比例阀是一种(静态)阀，其不仅允许几个离散的切换位置，而且允许阀开口或切换位置的恒定转移。流量阀影响流体的体积流量[cm³/s]。具有输入和输出的比例阀也被称为流量阀。还存在具有多于两个工作端口的比例阀。

JP2006102835A描述了包括两个转子的主轴单元。转子连接到共享的压缩空气源。US305512中描述了类似的设计，其描述了由压缩空气驱动的牙科钻头。

US3305214描述了一种差动涡轮，其同样由压缩空气驱动并且包括在轴上沿相反方向旋转的两个涡轮叶轮。经由摩擦接合的机械联动装置，由涡轮叶轮传递到涡轮轴的扭矩取决于两个涡轮叶轮之间的转速差。

工具驱动的主轴具有用于工具的工具接收部。小工具直径需要非常高的转速，以便于经济的和高质量的加工。

自由喷射涡轮包括旋转转子和一个或多个固定喷嘴。流体以高速离开喷嘴。流体与转子接触，从而使转子和主轴旋转。

在喷嘴中，流体的压力转换成动能。喷嘴之前和之后的流体的压力差决定了流体射流的最大可实现速度。流体的速度和由喷嘴发射的流体射流的横截面的乘积确定了流体的可用输出。涡轮的转速和扭矩取决于转子的直径。

发电中使用的自由射流涡轮(通常为Pelton涡轮)以由净频率规定的恒定转速工作。由于恒定的压头，喷嘴喷出的水的速度也是恒定的，并且流速由供水限定。

用于驱动工具的小型涡轮的要求与之有很大不同。所使用的工具的各种材料(例如钢或铝)或直径(例如直径为1mm或3mm的铣刀或钻头)需要调节转速和可用扭矩以便于有效加工。

在现有的解决方案中，由于喷嘴横截面不能改变，所以涡轮的输出和转速仅能通过喷嘴中的压力差来调节，并因此流体的喷射速度也能单独调节。

如果这种流体驱动的工具架提供有作为工作流体的冷却润滑剂，则存在于工具机上的冷却润滑剂泵被“盗用”。这些用于不同目的(将冷却润滑剂输送到工具护套)的泵通常不允许任意调节输送压力和体积流量。根据机器的泵的特性曲线，在较大体积流量的情况下，压力可能下降并且进一步限制设置范围。

为了抵消这种情况，这种工具架的制造商提供了各种不同的工具架，其涡轮已经根据涡轮直径、涡轮设计和喷嘴装置而针对某些转速范围和扭矩范围进行了优化。如果从动工具架的相对窄的工作范围不适于加工特定的工件，则用户必须获得额外的工具架，该工具架的涡轮具有用于相应任务的合适的工作范围。投资成本或多或少地与工具架的数量一致地增加。另外，在加工过程中无法优化或改变工具架的工作范围，因为必须始终用工具更换整个工具架才能改变主轴的转速或扭矩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从动工具架，其克服了当前技术状态的缺点。特别地，提供了一种能够灵活适应各种材料和工具并且具有宽的工作范围的工具架。

这通过一种从动工具架来实现，该从动工具架包括具有工具接收部的主轴和自由喷射涡轮，其中，自由喷射涡轮包括布置在主轴上的转子，上述技术问题通过以下方式得以解决：自由喷射涡轮包括两个或更多个喷嘴装置和至少一个换向阀，每个喷嘴装置被分配有用于供应流体的输入管线(Zuleitung)，并且这些输入管线通过换向阀打开和/或关闭。

按照本发明的喷嘴结构包括一个或多个相同取向的喷嘴。通过操作本发明的换向阀，从动工具架的喷嘴装置可以单独地或共同地提供有加压工作流体。由此显著增加了自由射流涡轮的工作范围。例如，如果两个喷嘴装置协调地朝向转子，则通过接通结构相同的的第二喷嘴装置便可以使本发明的自由射流涡轮的扭矩加倍。通过喷嘴装置的不同设计(例如通过改变喷嘴的数量和/或改变喷嘴的输出表面)，在同等的水力临界条件下可以将自由射流涡轮的输出控制在另一范围内。

与现有技术相反，本发明中，借助于换向阀控制一个或多个喷嘴装置的加压流体的供给。出于语言简要的原因，有时在讨论本发明时仅提及“阀”；这总是指“换向阀”。在此之后，可以调节或改变冲击一个或多个转子的流体的体积流量。以能量有效且低损耗的方式控制从动工具架主轴的转速和转矩。按照本发明的转速和转矩的控制是足够精确并且仅需要很小的结构空间。

例如，如果由第二输入管线提供的液压输出是由第一输入管线提供的液压输出的两倍，则通过在第一输入管线和第二输入管线之间切换或者同时供应两个输入管线可以在非常宽的范围内并在相同的流体压力下改变第三阶段中的输出：

·通过同时加载两个涡轮的输出。

·通过仅加载第二涡轮的全部输出的2/3。

·通过仅加载第二涡轮的全部输出的1/3。

主轴或工具接收部处可用的扭矩由输入管线的接通或断开(关闭或打开)来控制。输入管线或连接到其上的喷嘴装置可以朝向主轴的一个转子或不同的转子。

流体压力的变化可以进一步拓宽工作范围。

这意味着相同的工具架可以用于宽范围的加工类型。通过操作换向阀可以容易地控制所需的扭矩。

在本发明的优选设计中，来自至少两个输入管线或喷嘴装置的流体沿相反的旋转方向上驱动主轴。只需要操作一次换向阀以使旋转方向反转。在按照本发明的工具架中，旋转方向的反转可以仅用一个转子来实现。这是特别成本有益的并且几乎不需要额外的安装空间，因此工具架的构造非常紧凑。然而，也可以针对每个旋转方向和转速安装一个或多个转子。

如果自由射流涡轮在主轴上包括两个或更多个转子，并且每个转子被分配至少一条输入管线，则按照本发明的工具架的工作范围可以进一步扩大。不同的转子直径可以使自由射流涡轮的转速和扭矩针对待加工的材料、加工过程(擦洗/平滑)和工具直径进行最佳调节。

在许多情况下，如果两个或更多个转子与它们各自的输入管路集成在工具架中，则是有利的。这意味着可以提供多个自由射流涡轮，这些自由射流涡轮分别对于一个工作范围而言是最佳的。这种优化例如以这样的方式进行，即，用于涡轮的主要测量(包括转子直径和转子的叶片的宽度)和转子的设计，以及喷嘴的数量和布局或尺寸，以便彼此最佳地协调。涡轮可以单独地或一起地操作。为此只需要启动一个换向阀。

为了使按照本发明的工具架在工具接收部中尽可能紧凑，至少一个转子可位于主轴的第二端。第二端与具有工具接收部的主轴的第一端相对。根据本发明，在主轴的第一端和第二端上具有至少一个转子。这允许工具架的设计中的更大自由度。

工具架的主轴以能够旋转的方式定位在工具架壳体中，并且转子优选地布置在主轴的伸出轴承的端部上。这使得更容易安装轴承并使轴承相对于涡轮的工作流体密封。

总之，按照本发明的所有工具架的情况是，换向阀或流量阀是手动、电动、机械、液压或气动致动的。换向阀的特定切换位置是可重复的并且可以是自动的。因此，用户可以根据需要总是施加合适的设置(工具、用于处理的材料、换向阀的切换位置、以及泵的输送输出)，而不必努力限定和测试该设置。

按照本发明的工具架的另一优点是，它可以非常灵活地用于各种工具机中。例如，如果工具架用于工具机，它的泵仅提供用于冷却润滑剂的小输送流，则仅启动一个喷嘴装置。当在具有更高效的泵的工具机上使用从动工具架时，两个或更多个喷嘴装置可以是活动的。

换向阀可根据设计而实现接通的喷嘴装置和转子的不同组合。

如果从动工具架和使用该从动工具架的工具机装备有自动工具更换系统，则可以更换各种切削工具，然后与选择的匹配涡轮一起操作。

喷嘴装置可以包括一个或多个喷嘴，这些喷嘴通常具有相同的设计。

由泵输送的流体可以在两个或更多个喷嘴装置之间分配(平行切换)。这本身有助于广泛地调节施加在主轴上的转速和转矩。

在主轴上提供的转速和转矩的另一种变型通过本发明实现通过以下方式实现，即，在主轴上布置两个或更多个具有不同直径的转子。转速和主轴上可用的转矩根据哪个转子提供有流体而改变。

按照本发明的两种控制方法(接通和切断各种喷嘴装置以及向不同的转子加载流体)可以在工具架中实现并累积地工作。因此可以广泛调节同一个工具架的转速和扭矩。

在按照本发明的换向阀的一个优选实施方式中，该换向阀包括环形的定位环和在壳体中与定位环相互作用的圆环形或截锥形

的密封表面。向喷嘴装置供应加压流体的输入管线在密封表面的圆周上在中心角α上分布。根据定位环相对于壳体的旋转位置，定位环封闭或释放一个或多个输入管线。打开的输入管线越多，通过输入管线流到转子的流体就越多。通过定位环相对于壳体的转动，供给加压流体的喷嘴装置的数量改变，并且因此使转矩改变，该转矩由加载有流体的转子施加在主轴上并随后在工具接收部处提供有以用于加工。

为此，定位环的特别有利的设计包括与壳体的密封表面互补的配合表面，该配合表面设计为具有中心角γ的圆环或截锥(Kegelstumpf)(参见图24)。中心角γ小于360°。它通常小于200°并且大于135°。在定位环的剩余圆周角β(β＝360°-γ)处存在凹部。这意味着，根据定位环相对于壳体的旋转位置，定位环的配合表面打开或关闭从壳体中的密封表面延伸的一个或多个输入管线。壳体和定位环界定了流体腔，在该流体腔中没有配合表面，而是有凹部。该流体室向未被定位环的配合表面封闭的输入管线提供流体。流体室本身通过一个供应孔、但优选通过多个供应孔提供有加压流体。

为了与定位环相对于壳体的旋转位置无关地始终向与定位环一起“移动”的流体腔供应加压流体，建议在壳体中设置五个或六个供应孔，这些供应孔从中心线至少部分地划分或穿透壳体中的密封表面。

在按照本发明的从动工具架头中，在主轴的整体中有两种构思的工具接收部。第一种可能性是，主轴包括工具接收部，工具支撑在工具接收部中。所有现有技术中已知的工具接收部都描述了这一点。这个构思也在图1至13中示出。

第二种可能性是，将工具集成到主轴中。这种集成允许进一步小型化，并导致旋转组件(转子、主轴、工具)的较小的转动惯量。这个构思在图22b、22c、和22d以及图25到图27中示出。

本发明的其它优点和有利设计可在附图、说明书和权利要求书中找到。在附图、说明书和权利要求书中列出的所有特征可以单独地或以彼此任意组合的方式与本发明相关。

附图说明

图示出了：

图1至18是按照本发明的工具架的各种设计的示意图；

图19是具有按照本发明的两个旋转方向的转子；

图20是按照本发明的工具架的剖视图；并且

图21、22、22b、22c、22d以及图23至27是按照本发明的工具架的其它变型的视图。

具体实施方式

图1至18包括按照本发明的工具架的各种设计的高度简化的示意图，以示意本发明的原理。在所有图示中，相同的附图标记用于相同的组件，并且已经描述的特定实施例也适用于其它实施例。在附图中，所示的工具架总是表示为“直的”工具架。然而，用于吸入工作机的主轴3当然可以采取任何空间位置(角度、位移等)。

工具架可用于所有类型的工具机(铣削中心、旋转中心、多任务中心等)，并且经由从当前技术状态已知的所有工具接收部(例如，陡锥、HSK、Coromant Capto、气缸轴等)安装到工具机上。

图1示出了从动工具架57，其包括壳体1和位于壳体1内的旋转主轴3。在主轴3的初始端处示意性示出了工具接收部5。在该工具接收部5中支撑有适于加工的工具(例如，柄式工具或钻头)，该工具接收部5可以是夹头接收部或现有技术中已知的其它支撑系统。

壳体1中的主轴3的支承由两个(滚动)轴承7表示。

在该实施例中，在主轴3上总共有三个转子9、11、13。转子9、11、13牢固且不可拆卸或可拆卸地连接到主轴(例如，通过压配合、钎焊或熔焊)，或者与主轴3一件式地形成。这些转子9、11、13中的每个具有不同的直径。转子9、11、13也可以一件式地形成并且作为一个单元与主轴3连接。也可以由一个组件形成转子9、11、13和主轴3。

在该实施例中，每个转子9、11、13分配有一个喷嘴装置15、17、19。喷嘴装置15、17、19分别通过相应的输入管线21、23、25加载有流体。

按照本发明的从动工具架57及其壳体1例如被固定在工具机的旋转器27上。该工具机包括泵29，利用泵29可以输送冷却润滑剂或其它流体。泵29通常由电动机M驱动。输入管线21、23、25与泵29的输送侧31液压连接。

在输送侧31和输入管线21、23、25之间例如是换向阀33、35、37或具有多个工作端口的换向阀(未示出)。本文所述的每个换向阀33、35、37可单独地致动。例如，如果换向阀35、37关闭，只有一个换向阀33打开，则为喷嘴装置15提供由泵29输送的流体，从喷嘴装置15喷出的流体驱动转子9。

例如，如果换向阀33、37关闭而只有换向阀35打开，则向喷嘴装置17提供由泵29输送的流体，从喷嘴装置17喷出的流体驱动转子11。由于至少转子9、11、13设计不同，因此根据喷嘴装置15、17和/或19中被提供有来自泵29的流体，主轴3具有不同的操作转速。

如果不同的喷嘴装置指向相同的转子，则可以通过激活和停用单独的输入管线来调节主轴上的扭矩。

在图1、2和3示出的实施例中，换向阀33、35和(如果适用)37是工具机的一部分而不是工具架。这需要在工具机和工具架之间的多个流体接口(通常针对每个喷嘴装置15、17、19的流体接口)。这些在图中由黑点表示。在该实施例中，喷嘴装置15、17、19的激活或停用非常简单，因为所有控制和开关元件(例如，换向阀33、35、37)都布置在机器侧上。然而，针对每个喷嘴装置15、17、19，这种构造需要在工具机和工具架57之间的连接点处的流体界面，换句话说：工具架则具有三个流体连接。

换向阀33、35、37可彼此独立地致动。换向阀33、35、37的致动便于由泵29输送的流体在一个或多个转子9、11、13之间的分配。因此，主轴3上的转速和转矩可被广泛地调节并适于各种加工任务的要求。

例如，如果(换向)阀35、37关闭并且仅换向阀33打开，则仅向喷嘴装置15提供来自泵29的流体。喷嘴装置15向转子9加载流体。在三个转子9、11、13中，转子9具有最小直径。因此，在喷嘴装置15、17、19的设计相同的情况下，当换向阀33打开并且转子9提供有流体时，主轴3的转速最高。

在需要更大的转矩以用于另一加工任务的情况下，例如可以打开(换向)阀37并且关闭换向阀33、35。

于是向具有最大直径的转子13加载来自喷嘴装置19的流体。在该切换位置，主轴3的操作转速最低，尽管扭矩最高。

如果只有换向阀35打开，则向中间的转子11加载流体，从而产生中等的操作转速和中等扭矩。

此外，泵29的输送输出也可以改变。

换向阀33、35、37的切换位置的任何其它组合都是可能的，从而可以调整主轴3上的转速和扭矩。可以同时向两个或更多个转子加载流体。当然，主轴3上的转速和转矩也可以通过输送侧31上的压力或泵29的输送输出来调节。

不言而喻，这种变型仅仅是示例。其它组合也是可能的，其中的一些在图2至13中描述。

在根据图2的实施例中，最大的转子13位于主轴3的第二端上。主轴3的第二端与工具接收部5相对。这意味着滚柱轴承7或主轴3的轴承位于转子11、13之间，因此轴承7中的一个移动得更靠近工具接收部5，使得主轴3整体上变得更坚固。这减轻了主轴3的轴承上的应力。此外，在工具接收部5所在的主轴3的第一端处，转子9、11的安装空间要求较低。在这种结构中，从动工具架在工具接收部5附近更窄，如图2所示，并由尺寸“d”和“D”表示。这便于工件的加工，即使在难以到达的区域中也是如此。

在图3的实施例中，存在两个转子9、11。转子11位于轴承7之间。轴承7中的一个位于主轴3的第二端，使得主轴3整体上变得更坚固。由喷嘴装置17的流体射流冲击转子11产生的动态负载以及由转子的不平衡产生的力以更大的稳定性和更少的振动传递到轴承。由于通常非常高的转速，不平衡是工具的无振动加工和良好加工结果的关键因素。在该实施变型中，工具架具有两个流体接口。

通常可以将转子定位在轴承后面或轴承之间，并且选择定位使得实现工具架的最佳安装几何形状和最佳外部几何形状和/或轴承应变和振动行为。

另外，在工具接收部5所在的主轴3的第一端处，转子9的安装空间要求非常低。

在根据图4的实施例中，换向阀33、35、37合并在具有多个连接和切换位置的一个(换向)阀39中。在该实施例中，换向阀39集成在工具架57的壳体1中，由泵29输送的流体经由液压接口从工具机居中地引导至工具架57，流体由此处到达换向阀39。

如果将换向阀39集成到工具架57中，则工具机和工具架57之间的一个流体界面就足够了。在该实施例中，工具架有一个流体连接。

在该实施例中，换向阀39具有四个切换位置1、2、3、4。在切换位置1至3时，喷嘴装置15、17、19分别提供有工作流体。

在第四切换位置中，喷嘴装置15和17同时或平行地向转子9和11加载流体。由此在主轴3上提供比如果转子9、11、13中仅一个加载有流体时更大的转矩。通常，按照设计和切换位置，换向阀39实现了以最不同的组合向一个或多个喷嘴装置15、17、19提供流体。

两个喷嘴装置15和17的平行切换不必需要两个分离的转子9和11。也可以以更宽的方式设计转子，使得两个喷嘴装置影响一个转子。图5和21示出这样的配置，转子9、11、13非常宽，以使得两个喷嘴装置作用于一个转子。

此外，可以在转子宽度相同的情况下，使多个喷嘴装置15、17、19围绕转子的圆周依次地布置。相应的转子可以以这种方式针对各种喷嘴装置和流体条件进行配置。

例如，喷嘴装置15可以被配置为使得实现流体的最大输出速度。喷嘴装置17可以被配置为使得流体的输出速度较低，但是喷嘴装置17的输出横截面较大。因此，喷嘴装置17可用于加速主轴3以进行擦洗工作，而喷嘴装置15用于平滑。两个喷嘴装置15、17可以指向相同的转子9。

在图5中示意性示出的实施例中，喷嘴装置15、17、19和输入管线21、23、25以及换向阀39.1或39.2均被复制。为了理解的原因，不是所有的线路都被分配了附图标记。

因此还可能的是，例如可以从喷嘴装置15.1和/或喷嘴装置15.2向最小的转子9供应流体。因此，转子11、13也可以可选地从喷嘴装置17.1和/或17.2或19.1和/或19.2提供有流体。

因此，切换组合的数量加倍，并且从动工具架57的应用范围显著地扩大。与工具机或泵29的液压连接可以通过如图所示的接口或通过多个连接来实现。

图6示出实施例，其中，两个转子9、11布置在主轴3上。转子9、11的旋转方向不同，因此喷嘴装置的取向也不同。这在图5中的转子9上用“R”表示，在图6中的转子11上用“L”表示，转子9的旋转方向是顺时针的(右旋转)，转子11逆时针旋转(左旋转)。

在该实施例中，两个转子的直径相同。但这不是必需的。

如果经由喷嘴装置15向转子9加载流体，则主轴3顺时针旋转。如果转子11经由喷嘴装置17提供有流体，则主轴3逆时针旋转。如果转子9和11的液压结构相同，则转速和转矩在两个旋转方向上相等。

按照本发明的旋转方向的反转实现了新的使用方式和功能，例如螺纹切削和主轴3的主动制动。旋转方向的反转对于利用两级工具的复杂加工(一级左边切削，二级右边切削)也是有利的。这种选项可以用于反向加工。这在安装机器时还实现了左/右切削工具的简单手动转换。

还可以使用一个转子实现这种旋转方向的反转；参见图19及其描述。

图7中的实施例示出两个泵29.1、29.2。两个泵29.1、29.2都可以提供具有不同的压力和/或体积流量的液态工作流体。替代地，一个泵(例如，泵29.1)可以输送液态流体，而第二个泵29.2输送气态流体(空气)。在这种情况下，泵29.2例如可以是压缩机或与流体网络(压缩空气网络)的连接。这进一步扩大了工具架57的工作范围。

针对每种流体，在工具机或旋转器27与从动工具架57之间具有传递点。

在图7所示的换向阀39的切换位置中，喷嘴装置15提供有流体，于是第一转子9被加载由第二泵29.2输送的流体。

在换向阀39的第二切换位置(未示出)，喷嘴装置15提供有来自第一泵29.1的流体。在第三切换位置，向转子11加载流体的喷嘴装置17被提供有由第一泵29.1输送的流体。在换向阀39的第四切换位置中，根据换向阀的设计，向两个喷嘴装置15和17提供来自第一泵29.1或第二泵29.2的流体。

转速受到流体(例如水或冷却润滑剂)的限制，但是转矩受到的限制更大。通过切换为压缩空气作为工作流体，能够大幅提高主轴3的转速。这意味着需要更大扭矩的洗涤过程可以用水作为工作流体来执行。在随后的平滑化过程中，主轴3由压缩空气驱动。由于显著更高的转速，可以实现非常好的表面质量。

图8示出了具有一个转子9和两个分开切换的喷嘴装置15、17的工具架的实施例。两个喷嘴装置15、17向相同的转子9加载流体。例如，喷嘴装置15、17可以在喷嘴的数量和/或喷嘴的输出表面方面变化。这可以用于调节与转子9接触的流体的液压输出。结果，主轴3的工作转速和/或扭矩也改变。

在该实施例中，换向阀39具有两个切换位置。该示例清楚地示出了在各种喷嘴装置之间简单的切换。

图9中示出了实施例，其中，两个节流阀41.1、41.2或具有不同特性的孔集成在换向阀39下游的输入管线21中。节流阀41.1、41.2分别减小由泵29输送的流体的压力或体积流量，并且影响喷嘴。这允许进一步调节工具架57的工作范围，也可以在换向阀39的输出处仅设置一个节流阀41，而将另一输出引入输入管线21而不设置节流阀(未示出)。

在所有的实施例中，由喷嘴装置15、17或19输送到转子9、11和/或13中的一个上的流体必须随后被引导到从动工具架的壳体1之外。出于清楚的原因，在图1至9中未示出“使用过的”流体的排出或转移。

图10提供了用于转子9、11的输出管线(Ableitung)43、45的示意图。在该实施例中，输出管线43、45由密封件47分离，这意味着转子9、11不会相互影响。这通常提高了涡轮的效率，因为避免了否则会发生的涡流减少。

密封件48在工具接收部5和转子9之间示出。

(滚动)轴承7通常通过一个或多个密封件49与转子9、11或13分离。密封件可以是接触的、非接触的或两者的组合。

换向阀33、35是工具机的一部分；还可以通过集成到从动工具架57中的换向阀(未示出)来控制喷嘴装置15、17。

图11示出惯性件42安装在主轴3上的实施例。惯性件42增加了主轴3的转动惯量，并改善了其平稳操作。由于主轴3的质量较小，实际上可能发生振动问题。在许多情况下，旋转惯性件42可用于修正这些问题。

然而，由于惯性件的较大的转动惯性，所以对于主轴3来说，难以利用小的加速涡轮实现操作转速。

如图11所示，可以同时或平行地向两个转子9、11加载来自喷嘴结构15、17的流体。这意味着，在启动期间，惯性件42可以首先通过两个转子9、11加速，然后仅一个转子9或11随后引起对工作转速的加速和随后的加工。在所示的实施例中，向转子11加载流体的喷嘴装置17在换向阀39的第二切换位置打开，当然，转子9、11也可以单独地用于驱动主轴3。

在该实施例中，存在用于转子9、11的共同输出管线43。

图12包含配备有传感器的工具架57的示意图。所示出的传感器51可用于检测操作模式的范围。其例如可以包括具有霍尔传感器的转速传感器。转速传感器的输出信号被传输到评估单元53，从这里，转速传感器的输出信号或评估单元53的其它输出大小可以被无线传输到接收器55，其依次与工具机的控制通信。

通过对主轴3的转速的评估例如可以使不同的喷嘴装置15、17、19之间的切换自动化且优化。控制单元的功能也可以集成到评估单元53中。连接到传感器51的控制单元还实现了换向阀35至39的致动和操作。

图13描述了一种非常简化的结构，其中，控制单元集成到评估单元53中。传感器51与评估单元53一起工作，其发送器将数据发送到接收器55，该数据的发送也可以是双向的。

评估单元53与换向阀39和可调节的流量控制阀或节流阀41具有直接连接58(无线或经由电网连接)，使得换向阀33至39和/或节流阀41的操作可以根据由传感器51记录的转速或其他参数进行。传感器51的输出数据以及经由连接58(例如，信号线)传输的控制信号的计算可以在工具机58上和/或在评估单元53中进行。

如果在评估单元53中进行评估，则由接收器55发送到评估单元53的数据可以包括在计算中。如果仅在工具机的端部进行评估，则控制信号从接收器55发送到评估单元53，并从那里经由连接58发送到阀。

图14再次描绘了工具机的全视图，使用旋转中心作为示例。工件61支撑在机器主轴中。工具架57安装在工具旋转器27上。工具59位于按照本发明的工具架57的主轴3的工具接收部5中。该工具机包括流体入口，该流体入口包括具有马达M的泵29和一个或多个换向阀33、35、37；换向阀33、35、37与泵29的输送侧31连接，换向阀33、35、37又通过输入管线和其它未示出的元件如旋转接头和其它阀与工具旋转器27连接，并且通过旋转器27与从动工具架57连接。

下面参照图15至图18说明基于该配置的换向阀39的各种类型的致动。

图15示意性示出了经由工具架57对换向阀39的机械致动。固定的止动件63.1、63.2位于旋转器27的两侧。致动螺栓65.1、65.2位于换向阀39的两侧，这影响换向阀39的致动器。

如果换向阀39的致动螺栓65.1移动到止动件63.1上，则换向阀39的操作器被激活并且换向阀39采用不同的切换位置。可以以类似的方式启用换向阀的其它切换位置，其中，换向阀39的另一侧上的致动螺栓65.2被移动抵靠第二止动件63.2。换向阀39的这种机械致动对于任何NC控制的工具机都是可能的，而不需要任何进一步的步骤。这使得可以在加工过程中在各种喷嘴装置或换向阀39的切换位置之间交替，而不会对加工过程造成任何显著的中断，这意味着对于加工过程的每个步骤都可以获得最佳的主轴转速。

图17示出了由机器操作员手动启动换向阀39。因此，操作员能够设置流体流动，并由此设置哪个转子提供有流体、转子被如何供应流体、转自提供有流体的方式。

图18示出了在从动工具旋转器27上的流体供给的从动工具架57的设计，这使得可以使用工具旋转器的驱动器63来致动换向阀。驱动器63包括马达M和驱动轴。驱动器63通常用于驱动所谓的从动工具。因为按照本发明的工具架的主轴3是流体驱动的，所以存在用于致动换向阀39的驱动器63的驱动轴，换向阀经由齿轮和轴与工具旋转器驱动的驱动马达连接。特别地，驱动马达的致动使换向阀39切换，这允许通过工具机的控制来致动(换向)阀39。图18中没有示出通过驱动器63致动换向阀39的所有细节。

图19示出了转子9的横截面的高度示意性的实施例。转子9包括总共六个叶片或铲斗61，每个叶片或铲斗在两侧上包括凹形或勺斗的形状。这些叶片或铲斗关于半径射线对称。这意味着转子9的旋转方向根据喷嘴装置15或17中的提供有流体而改变。如果喷嘴装置15是活动的，转子9顺时针旋转。如果喷嘴装置17是活动的，转子9逆时针旋转。

转子9的叶片或铲斗61可以是主轴3的直接或一体的组件，它们可以被焊接到主轴3或安装到主轴3上，并且按照当前的技术状态经由轴-毂连接而被连接。在图19所示的简化的实施例中，铲斗61定位在环63上，该环又收缩到主轴3上或者以不能旋转的方式连接到主轴3。

图20示出按照本发明的从动工具架57的横截面，该横截面是示意性的并且示出一些结构细节。

下面是对实施例的一些一般性评论。

喷嘴装置的配置可以限定由喷嘴装置喷射的流体的射流速度和/或体积流量。例如，喷嘴装置15可以被配置为使得流体以比从不同配置的喷嘴装置17更高的速度离开喷嘴装置15。

图21至27示出并描述了按照本发明的工具架的其它实施例。在该实施例中，工具集成到主轴中。但是，也可以在主轴3上设置工具接收部5，并在该入口中支撑或容纳工具。

在图21至27所示的工具架中，壳体1包括用于将工具架支撑在工具机的对应的容纳部中的轴65。轴65的端部包括(第一)流体连接件91。

围绕壳体1的中部的是轴环67。按照本发明的定位环69在图21中位于轴环67的左侧。

第二流体连接件92可以设置在定位环69上。通过流体连接件91、92中的每一个，向工具架供应驱动至少一个涡轮所需的加压流体。第二流体连接件92是定位环69上的径向连接件92。分配空间86(见图22b、2c、22d)可通过每个流体连接件91、92提供有加压流体，本发明描述了仅使用流体连接件91(在轴65中)或92(在定位环69中)中的一个，并用栓塞93密封不需要的流体连接件，以使它们失效。

定位环69通过螺母71压靠在密封表面(图21中不可见)上。螺母71拧到壳体1的(细)螺纹上。通过将螺母71松开或拧紧到壳体1的螺纹上可以在安装过程中非常精细地配置壳体的密封表面和定位环69的配合表面之间的间隙，并且将其减小到零或者甚至张紧以实现良好的密封，并且定位环69可以相对于轴环67或壳体1扭转。该扭转可以用开口扳手辅助。

轴环67标有“1”、“2”、“3”、“4”、和“5”。如果定位环69的标记73“喷口”与轴环67上的标记“1”对准，则输入管线向喷嘴装置供应流体。从喷嘴装置喷出的流体驱动位于主轴3上的转子9(例如，见图22b)。如果图21中的定位环69逆时针转动至，轴环67的标记“2”与定位环69的标记73“喷口”对准，则两条输入管线打开，于是激活两个喷嘴装置。这相应地适用于其它标记“3”至“5”。

盖或帽75位于图21中的工具架的左端。帽75保护壳体的内部，特别是涡轮的转轴和转子。

图22a、22b、22c和22d以各种横截面示出根据图21的工具架。

图22a示出了工具架的俯视图，并且可以看出用于“用过的”流体的输出管线(没有附图标记)。该输出管线由与主轴或工具同心的各种小孔组成。还在图22b中示出了沿切割过程A-A的切割面，以及在图22c和22d中示出了切割过程B-B的切割面。

切割过程B-B以两种实施方式示出，其中，栓塞93的位置不同。在图22c中，塞子位于轴65中，从而密封(第一)流体连接件91，而径向定位在定位环69上的第二流体连接件(侧连接件)用于流体供应。在图22d中，塞位于定位环69的侧流体连接件92中，并且流体经由流体连接件91供应。

在这些纵向截面22b、22c、22d中可以看出主轴3和轴承7以及非常宽的转子9。借助图22a至22d、23、和25至27可以进一步解释通过壳体1的流体的路径。

第一流体连接件91过渡至轴65中的盲孔77。在其端部上具有多个供应孔79。在该实施例中，示出了八个这样的供应孔79。

它们在盲孔77的紧邻轴65的纵向轴线的端部开始；它们朝向工具架的前端的方向延伸并面向外。在图23中，壳体1被示出为没有附加件。在该图示中，能够容易地辨别出供应孔79的径向外端。从图22a至22d和23中可以看出，供应孔79的外端终止于分配空间86中。

在分配空间86处有第二轴环95。该第二轴环95包含多个(轴向)槽89并在一侧上具有锥体。这种“中断的锥体”也是密封表面81。多个径向孔从该密封表面向内通过，在槽89之间具有切向分量。这些孔是通向或通入喷嘴装置15、16、17、18、19的输入管线21、22、23、24、25。

输入管线21、22、23、24、25的路线可以从图23和25确定。总之，在该实施例中，存在五个输入管线，其分布在壳体1的大约一半圆周上(基于刚好超过180°的中心角α)。

输入管线21至25的对准具有切向分量。喷嘴装置15、16、17、18、19连接到输入管线中的每个。流体可以高速离开喷嘴装置15、16、17、18、19，并且在转子9上施加切向推动并使其旋转。

按照本发明的换向阀的重新定位如下发生：通过相对于壳体1或密封表面81扭转定位环69，调整打开或闭合的输入管线21、22、23、24、25的数量。通过输入管线21、22、23、24、25并经由喷嘴装置15、16、17、18、19与转子9接触的流体的体积流量相应地改变。在那里，流体以切向分量向转子传递推动并使其旋转。转子9的转矩特别是取决于与其接触的流体的体积流量。若通过扭转定位环69来改变打开的输入管线21、22、23、24、25的数量，则转子9施加在主轴3上并进而施加在工具接收部5上的扭矩也改变。换句话说：通过接通更多或更少的输入管线和喷嘴，可以轻松调整工具架以加工各种材料和不同直径的工具。

主轴3的转矩和转速还取决于流体与转子9接触的速度。

在图24中更详细地示出了定位环69。定位环69在其内部包括配合表面83。该配合表面与壳体1中的密封表面81互补。该配合表面83不延伸跨过定位环69的整个圆周，而是延伸跨过圆周的大约一半。在圆周的其余部分上存在凹部85。在安装状态下，在凹部85和从动工具架的壳体1之间存在环形流体空间87，其在该实施例中围成大约180°的中心角β。

如果考虑图25、26和27，可以看到定位环69的配合表面83与壳体1的密封表面81相互作用，根据定位环69采用的位置“1”至“5”中的，配合表面83封闭了输入管线21至25中的一个或多个。

图22b的上部示出了凹部85，从而在壳体1的密封表面81和定位环69之间形成了上述环形流体空间87，该流体空间87仅延伸180°的圆周角。流体空间87用于在一个或多个供应孔79和一个或多个输入管线21至25之间形成液压连接。在图22b所示的定位环69的旋转位置中，输入管线21通过流体空间87液压连接到供应孔79。

当存在这种液压连接时，对应的输入管线21向喷嘴装置15提供流体，该流体经由盲孔77、供应孔79、分配空间86、和流体空间87流入到输入管线21。

图25、26和27示出按照本发明的换向阀的(五个可能的切换位置中的)三个不同的切换位置。在图25中，定位环69相对于壳体1定位为，使得流体空间87经由多个供应孔79(未示出)提供有加压流体。经由输入管线21，流入到流体空间87中的流体朝向喷嘴15运动，并且在那里被加速。流体的压力能被转换成动能。该动能与转子9接触并使其顺时针旋转。在图25所示的定位环69的旋转位置中，输入管线22至25由定位环69的配合表面83封闭，从而不被提供有流体。

在图26中，定位环69相对于壳体1进一步稍微转动，使得流体空间87现在向输入管线21和22供应加压流体。结果，转子9提供有两倍的流体量，使得在相同的条件下，由转子9施加在主轴3上的扭矩加倍。在图27所示的切换位置，所有五个输入管线21至25通过流体空间提供有加压流体。结果，转子9提供有最大流体量为图25中的最大流体量的约5倍。

附图标记列表

1 壳体

3 主轴

5 工具接收部

7 滚动轴承

9、11、13 转子

15、16、17、18、19 喷嘴装置

21、22、23、24、25 输入管线

27 旋转器

29 泵

31 输送侧

33、35、37、39 换向阀

41 节流阀

42 惯性件

43、45 输出管线

47、48、49 密封件

51 转速传感器

53 评估单元(具有可选的发送器)

55 接收器

57 工具架

58 信号线

59 工具

61 工件

63 旋转器驱动

65 轴

67 轴环

69 定位环

71 螺母

73 标记

75 盖/帽

77 盲孔

79 供应孔

81 密封表面

83 配合表面

85 凹部

86 分配空间

87 流体空间

α、β、γ 中心角

89 槽

91 后流体连接

92 侧流体连接

93 栓塞

95 第二轴环

Claims (24)

1.一种从动的工具架，包括具有自由射流涡轮的主轴(3)，其中，所述自由射流涡轮包括定位在所述主轴(3)上的转子，其特征在于，所述自由射流涡轮包括两个或更多个喷嘴装置(15、16、17、18、19)和至少一个换向阀(33、35、37、39)，每个喷嘴装置((15、16、17、18、19))被分配有用于供应流体的输入管线(21、22、23、24、25)，并且所述输入管线(21、22、23、24、25)通过所述换向阀(33、35、37、39)打开和/或关闭。

2.根据权利要求1所述的工具架，其特征在于，在所述输入管线(21至25)的端部上设置有分别具有一个或多个喷嘴的喷嘴装置(15、16、17、18、19)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，由至少两个输入管线(21、22、23、24、25)或喷嘴装置(15、16、17、18、19)喷射的流体以相同的旋转方向或相反的旋转方向驱动所述主轴(3)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述自由射流涡轮包括两个或更多个转子(9、11、13)，并且每个转子(9、11、13)被分配有至少一个输入管线(21、22、23、24、25)或至少一个喷嘴装置(15、16、17、18、19)。

5.根据权利要求4所述的工具架，其特征在于，所述转子(9、11、13)具有不同的直径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，工具接收部(5)位于所述主轴(3)的第一端上，并且一个转子(13)位于所述主轴(3)的所述第一端上和/或位于所述主轴(3)与所述第一端相对的第二端上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述主轴(3)在所述从动工具架(57)的壳体(1)中以能够旋转的方式安置在轴承(7)中。

8.根据权利要求7所述的工具架，其特征在于，在两个轴承(7)之间布置至少一个转子(11)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述换向阀(39)包括环状的定位环(69)和在所述壳体(1)中与所述定位环(69)相互作用的圆环形或截锥形的密封表面(81)，所述输入管线(21、22、23、24、25)在所述密封表面(81)的圆周角上分布，所述定位环(69)根据其相对于所述壳体(1)的旋转位置而释放或关闭所述输入管线(21、22、23、24、25)中的一个或多个。

10.根据权利要求9所述的工具架，其特征在于，所述定位环(69)包括与所述密封表面(81)互补的配合表面(83)，所述配合表面(83)是具有小于360°的中心角(α)的圆环或截锥，并且所述定位环(69)包括沿圆周方向在所述配合表面(83)之前或之后的凹部(85)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述壳体(1)界定了分配空间(86)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述从动工具架包括一个或多个流体连接件(91，92)。

13.根据权利要求12所述的工具架，其特征在于，在所述定位环(69)上设置至少一个流体连接件(91)和/或在所述壳体(1)上设置至少一个流体连接件(92)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述从动工具架包括至少一个密封件(47、48、49)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述从动工具架包括至少一个用于流体的输出管线(43、44、45)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述从动工具架包括传感器装置(51)和/或评估单元(53)，用于确定所述主轴(3)的转速和/或所述从动工具架(57)的其它操作状态。

17.根据权利要求16所述的工具架，其特征在于，所述传感器装置(51)和/或评估单元(53)以无线的方式或经由电网连接与外部控制单元连接。

18.根据权利要求16或17所述的工具架，其特征在于，所述外部控制单元操纵所述换向阀(33、35、37、39)。

19.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，以平移的方式或以旋转的方式(通过旋转运动)调整所述换向阀(33、35、37、39)。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的工具架，其特征在于，由所述传感器装置(51)检测到的传感器数据用于控制所述换向阀(33、35、37、39)。

21.根据权利要求16至20中任一项所述的工具架，其特征在于，在所述评估单元(53)中处理所述传感器数据并由所述评估单元控制所述换向阀(33至39)。

22.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述主轴(3)承载惯性件(42)。

23.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，至少一个转子(9)被设计为用于左转和右转操作。

24.根据前述权利要求中任一项所述的工具架，其特征在于，所述主轴(3)包括工具接收部(5)，或者工具集成到所述主轴(3)中。

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