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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Motorspindel für eine Werkzeugmaschine,
mit einem Spindelgehäuse
und mit einer Spindelwelle, wobei die Spindelwelle Bestandteil einer
Moduleinheit ist, die zum Auswechseln in das Spindelgehäuse einschiebbar
ist, wobei die Spindelwelle einen vorderen, arbeitsseitigen Bereich
aufweist, der mittels mindestens zweier, axial voneinander beabstandeter
Spindellager an der Moduleinheit drehbar gehalten ist, und einen
hinteren, gehäuseseitigen
Bereich, der in das Spindelgehäuse
hineinragt.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Moduleinheit für eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine, bei
der die Motorspindel ein Spindelgehäuse zum Befestigen an der Werkzeugmaschine
aufweist, mit einer Spindelwelle, die zum Auswechseln in das Spindelgehäuse einschiebbar
ist, wobei die Spindelwelle einen vorderen, arbeitsseitigen Bereich
aufweist, der mittels mindestens zweier, axial voneinander beabstandeter
Spindellager an der Moduleinheit drehbar gehalten ist, und einen
hinteren, gehäuseseitigen
Bereich, der in das Spindelgehäuse
hineinragt.
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Stand der Technik
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Eine
solche Motorspindel und eine entsprechende Moduleinheit sind aus
der
DE 195 32 976
A1 bekannt.
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Die
Verwendung von Motorspindeln, d. h. Spindeln, bei denen der Antriebsmotor
in das Spindelgehäuse
integriert ist, hat sich in der Praxis bewährt, da Motorspindeln über eine
große
Dynamik, ein weites Drehzahlspektrum und eine hohe Präzision verfügen. Darüber hinaus
wird die Konstruktion der Werkzeugmaschine, für die die Spindel benötigt wird,
wesentlich vereinfacht. Ein Nachteil von Motorspindeln ist demgegenüber jedoch
ihre höhere
Komplexität
im Vergleich mit konventionellen, fremd angetriebenen Spindeln.
Diese Komplexität
hat zur Folge, daß die
Instandsetzung einer defekten Motorspindel in der Regel nur beim
Spindelhersteller erfolgen kann. Eine Reparatur vor Ort ist nur
selten möglich.
Die Komplexität
hat des weiteren zur Folge, daß eine
Motorspindel im Vergleich zu konventionellen, fremd angetriebenen
Spindeln relativ teuer ist. Infolge dessen ist die Lagerhaltung
von Ersatzspindeln zum Austausch einer defekten Motorspindel kostenaufwendig.
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Ein
weiterer Nachteil der Komplexität
von Motorspindeln ist schließlich,
daß der
Ein- und Ausbau der Motorspindel in die Werkzeugmaschine mit großer Sorgfalt
und häufig
unter sehr engen Platzverhältnissen
erfolgen muß.
Insbesondere das Anschließen
der elektrischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Versorgungsleitungen
sowie die korrekte Justage der Motorspindel in Bezug zu der Maschinengeometrie
ist schwierig, so daß zum
Austausch einer Motorspindel in der Regel speziell ausgebildetes
Fachpersonal erforderlich ist.
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Diese
Schwierigkeiten lassen sich durch die Verwendung einer Motorspindel
der eingangs genannten Art vermeiden oder zumindest verringern, da
in diesem Fall der instandsetzungsanfällige Teil der Spindel, nämlich die
Spindelwelle, Bestandteil der einfach auswechselbaren Moduleinheit
ist. Die Versorgungsanschlüsse
sind bei der bekannten Spindel der
DE 195 32 976 A1 nur an dem Spindelgehäuse angeordnet,
welches bei einem Austausch der Moduleinheit fest mit der Werkzeugmaschine
verbunden bleibt.
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Bei
dieser gattungsgemäßen Motorspindel ist
der Rotor des Antriebsmotors fest auf der Spindelwelle angeordnet
und somit Bestandteil der auswechselbaren Moduleinheit. Der Rotor
ist dabei am gehäuseseitigen
Ende der Spindelwelle frei fliegend gelagert. Eine derartige Anordnung
ist jedoch nur mit sehr kurz bauenden Rotoren möglich, da die Spindelwelle
ansonsten bei den üblicherweise
hohen Drehzahlen eine zu große
Unwucht erfährt.
Die Konstruktion der gattungsgemäßen Motorspindel
kann daher nicht auf Anwendungsfälle übertragen
werden, bei denen im Hinblick auf die erforderliche Antriebsleistung
größere Rotoren
benötigt
werden.
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Bei
dieser bekannten Motorspindel wird im übrigen das bei Motorspindeln
bekannte, herkömmliche
Lagerungskonzept eingesetzt, wonach die Spindelwelle durch zwei
(bzw, durch zwei Paare) Spindellager gehalten wird, die im axialen
Abstand zueinander angeordnet sind. Diese Spindellager bilden die Hauptlagerung
der Spindelwelle.
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Motorspindeln,
die auch für
höhere
Antriebsleistungen geeignet sind, sind im Stand der Technik an sich
ebenfalls bekannt. Eine solche Motorspindel ist beispielsweise in
dem Artikel mit dem Titel ”Hochgeschwindigkeitsspindeln” von Bernd
Möller,
erschienen in der DE-Zeitschrift ZWF, Ausgabe 5/95, Carl Hanser
Verlag, beschrieben. Die bekannten Motorspindeln dieser Art verfügen jedoch
nicht über
auswechselbare Moduleinheiten und sie besitzen daher die bereits
eingangs genannten Nachteile.
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Aus
der
DE 41 22 545 A1 ist
eine Werkstückspindel
einer Drehmaschine bekannt. Auch bei dieser bekannten Spindel wird
das klassische Lagerungskonzept verwendet, bei dem die Spindelwelle durch
zwei axial beabstandete Spindellager gehalten wird. Diese Spindellager
sind bei dieser bekannten Werkstückspindel
am vorderen Ende durch ein Doppellager und am hinteren Ende durch
ein kleineres Lager dargestellt.
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Bei
dieser bekannten Werkstückspindel
ist ein Austausch der Moduleinheit nicht in einfacher Weise möglich, weil
am hinteren Ende der Werkstückspindel
eine Meßscheibe
sowie ein Befestigungsmittel angeordnet sind, deren Durchmesser
so groß ist,
daß die
Moduleinheit nicht nach vorne herausgezogen bzw. nicht von vorne
in das Spindelgehäuse
eingeschoben werden kann. Vielmehr müssen die genannten Elemente
nach dem Einschieben der Moduleinheit an deren hinteren Ende montiert
werden, was wiederum voraussetzt, daß das hintere oder innere Ende
der Moduleinheit nach dem Einschieben noch zugänglich ist.
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Bei
den bekannten Motorspindeln ist insgesamt von Nachteil, daß die gesamte
Lagerung neu dimensioniert werden muß, wenn die Motorspindel für eine andere
Antriebsleistung ausgelegt werden soll.
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Aufgabenstellung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorspindel
anzugeben, die einerseits in an sich bekannter Weise eine einfache
Instandsetzung verschleißintensiver
Teile ermöglicht und
andererseits bei unveränderter
Ausbildung der Spindellager zum Halten der Spindelwelle die Verwendung
von Antriebsrotoren verschiedener Baugröße ermöglicht, so daß die Motorspindel
für unterschiedlich
hohe Antriebsleistungen geeignet ist.
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Bei
einer Motorspindel und bei einer Moduleinheit der eingangs genannten
Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Erhöhen der
Stabilität
der Spindelwelle zusätzlich
zu den Spindellagern im gehäuseseitigen
Bereich der Spindelwelle ein Stützlager
angeordnet ist, mit dem die Spindelwelle drehbar an dem Spindelgehäuse abgestützt ist,
und daß das
Stützlager
eine eigene Vorspanneinheit aufweist, die Teil der Moduleinheit ist.
Weiterhin weist das Stützlager
eine Lagerhülse mit
einem konusförmigen
Außenmantel
auf. Im Spindelgehäuse
der Motorspindel ist ferner eine passgenaue konusförmige Aufnahme
für die
Lagerhülse
vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäße Motorspindel
ermöglicht
zunächst
in an sich bekannter Weise aufgrund ihres modularen Aufbaus einen
einfachen Austausch der verschleißgefährdeten Teile, insbesondere
der Spindelwelle mit ihren Lagern, indem die Moduleinheit aus dem
Spindelgehäuse
entnommen und dann die reparierte oder eine neue Moduleinheit in
das Spindelgehäuse
eingeschoben wird. Das Spindelgehäuse kann dabei fest mit der
Werkzeugmaschine verbunden bleiben, so daß beim Austausch der Moduleinheit
keine oder nur geringe Justierarbeiten erforderlich sind. Des weiteren
ist es möglich,
die Moduleinheit auszutauschen, ohne daß die elektrischen, hydraulischen
und/oder pneumatischen Versorgungsleitungen gelöst und wieder neu angeschlossen
werden müssen.
Der Austausch einer beschädigten
Moduleinheit ist daher sehr einfach und schnell durchzuführen. Des
weiteren kann der Austausch auch ohne detailreiche Spezialkenntnisse
von Motorspindeln erfolgen.
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Durch
das zusätzliche
Stützlager
im gehäuseseitigen
Bereich der Spindelwelle wird eine Stabilität der Spindelwelle erreicht,
die die Verwendung von großbauenden
Antriebsrotoren ermöglicht.
Infolge dessen kann die erfindungsgemäße Motorspindel für unterschiedliche,
auch für
große
Antriebsleistungen ausgelegt werden.
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Ein
besonderer Vorteil ist, daß das
erfindungsgemäße Stützlager
die Verwendung von Antriebsrotoren verschiedener Baugröße ermöglicht,
so daß die
Antriebsleistung der Motorspindel insgesamt skalierbar ist. Dies
bedeutet, daß die
jeweils zur Verfügung
gestellte Antriebsleistung ohne aufwendige Neukonstruktionen der
Motorspindel an die Erfordernisse der Werkzeugmaschine angepaßt werden kann.
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Der
konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Motorspindel ermöglicht somit
einen einfachen Austausch der Verschleißteile auch dann, wenn die
Motorspindel für
große
Antriebsleistungen ausgelegt ist. Die gestellte Aufgabe ist daher
vollständig
gelöst.
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Die
Vorspanneinheit kann beispielsweise mit Hilfe von Tellerfedern realisiert
sein, die im Bereich des Stützlagers
angeordnet sind. Die Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß die
Vorspannung des Stützlagers
unabhängig
von der Vorspannung der weiteren Lager eingestellt und realisiert
werden kann. Hierdurch vereinfacht sich der konstruktive Aufbau
der Moduleinheit. Zudem kann die Vorspannung optimal im Hinblick
auf den Reibschluß zwischen
der Lagerhülse
und der Aufnahme bestimmt werden.
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Alternativ
hierzu ist es grundsätzlich
auch möglich,
das Stützlager
in das Spindelgehäuse
zu integrieren. Die bevorzugte Ausgestaltung besitzt demgegenüber den
Vorteil, daß das
Stützlager,
das ebenfalls einem gewissen Verschleiß unterliegt, in einem Arbeitsgang
mit der Moduleinheit ausgetauscht werden kann, wenn Wartungs- und/oder
Instandsetzungsarbeiten erforderlich sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Spindelwelle
im gehäuseseitigen
Bereich ein Antriebsrotor angeordnet, der Bestandteil der Moduleinheit
ist.
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In
dieser Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Moduleinheit alle
wesentlichen drehenden Teile der Motorspindel, wodurch der Austausch
der verschleißgefährdeten
Baugruppen nochmals vereinfacht ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist
das Stützlager
im Vergleich mit dem Antriebsrotor näher am gehäuseseitigen Ende der Spindelwelle
angeordnet.
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Diese
Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß der Antriebsrotor
beidseitig axial abgestützt
ist, wodurch eine besonders stabile Lagerung erreicht wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Spindelgehäuse ein
Antriebsstator ortsfest angeordnet.
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Diese
Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß die elektrischen
Versorgungsleitungen für
die Antriebseinheit in denjenigen Teil der Motorspindel integriert werden
können,
der auch bei einem Austausch der verschleißgefährdeten Baugruppen fest an
der Werkzeugmaschine installiert bleiben kann. Infolge dessen vereinfacht
sich der Aufwand beim Austausch der Moduleinheit.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Stützlager
eine radial nach außen vorspringende
Zentrierhilfe auf.
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Besonders
bevorzugt dient als Zentrierhilfe ein Kunststoffring, dessen Außendurchmesser
größer als
der Außendurchmesser
des Stützlagers
ist und der so dimensioniert ist, daß er die zur Verfügung stehende
lichte Weite der Einschuböffnung
für die Moduleinheit
ausfüllt.
Die Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß das
Einsetzen der Moduleinheit in das Spindelgehäuse vereinfacht wird. Zudem
werden Beschädigungen
beim Einbau der Moduleinheit verhindert und durch die erleichterte
Zentrierung wird eine exakte Ausrichtung der Spindelwelle in dem
Spindelgehäuse
erreicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme wirkt
die Zentrierhilfe mit einem Anschlag im Bereich des Antriebsstators
zusammen.
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Diese
Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß ein erster
Kontaktpunkt zwischen der Moduleinheit und dem Spindelgehäuse bereits
gegeben ist, wenn die Moduleinheit noch vergleichsweise weit aus
dem Spindelgehäuse
hinausragt. Eine Zentrierung wird somit bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt
beim Einsetzen der Moduleinheit möglich, wodurch sich der Einbau
in das Spindelgehäuse
nochmals vereinfacht.
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Der
konusförmige
Außenmantel
des Stützlagers
bewirkt eine weitere Zentrierung, durch die der Ein- und Ausbau
der Moduleinheit in das Spindelgehäuse erleichtert wird.
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Erfindungsgemäß weist
das Spindelgehäuse eine
paßgenaue
konusförmige
Aufnahme für
die Lagerhülse
auf.
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Eine
derartige Aufnahme erlaubt es, die Lagerhülse des Stützlagers in Axialrichtung zu
bewegen, so daß die
Lagerhülse
beim Einbau der Moduleinheit in das Spindelgehäuse in die Aufnahme eingeschoben
werden kann. Gleichzeitig entsteht durch die paßgenaue Ausgestaltung der Aufnahme
ein Reibschluß,
durch den die Lagerhülse
in der Aufnahme festgehalten wird. Insgesamt erhält das Stützlager in dieser Ausgestaltung
der Erfindung eine Loslagerfunktion, die einen besonders einfachen
Austausch der Moduleinheit ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme sind
im Bereich des Außenmantels
der Lagerhülse
Gleitmittel angeordnet, um Gleitreibung in Axialrichtung zu vermindern.
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Bevorzugt
ist der Außenmantel
der Lagerhülse
in dieser Ausgestaltung der Erfindung mit einer reibungsvermindernden
Beschichtung versehen. Alternativ oder ergänzend kann jedoch auch die
Innenwandung der konusförmigen
Aufnahme eine derartige Beschichtung besitzen. Des weiteren können die Gleitmittel
eine Fettschmierung beinhalten, wozu beispielsweise Schmiernuten
am Außenmantel
der Lagerhülse
und/oder in der konusförmigen
Aufnahme angeordnet sind. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß der Einbau
der Moduleinheit und insbesondere das Einsetzen des Stützlagers
in die Aufnahme nochmals deutlich vereinfacht wird. Gleichzeitig
kann auf diese Weise eine Zentrierung der Spindelwelle mit sehr
großer
Paßgenauigkeit
erreicht werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahmen
sind im Bereich der Lagerhülse
Rastmittel angeordnet, um ein Durchdrehen der Lagerhülse in der
Aufnahme zu verhindern.
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Derartige
Rastmittel können
beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer federgelagerter Druckstücke oder
auch mit Hilfe eines Synchronringes realisiert sein. Die Maßnahme besitzt
den Vorteil, daß ein
Durchdrehen der Lagerhülse
selbst dann verhindert wird, wenn das Stützlager beispielsweise aufgrund
einer Beschädigung
blockiert. Ohne die genannte Maßnahme
wäre es
möglich,
daß in
diesem Fall die eigentliche Lagerfunktion auf die Kontaktfläche zwischen
der Lagerhülse
und der konusförmigen Aufnahme übergeht.
Hierdurch könnten
Beschädi gungen
an der Aufnahme entstehen, die dann durch einen Austausch der Moduleinheit
nicht beseitigt werden können.
Derartige Beschädigungen
werden durch die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung verhindert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Moduleinheit
sämtliche
Spindellager.
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Die
Spindellager, d. h. diejenigen Lager, die die Spindelwelle halten,
unterliegen im Betrieb der Motorspindel einem Verschleiß. Hinzukommt,
daß die
Lager beispielsweise aufgrund von Querkräften beim Betrieb der Motorspindel
beschädigt
werden können.
Die genannte Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß zusammen
mit der Moduleinheit sämtliche
Lager in einem Arbeitsgang ausgetauscht werden können. Die Reparatur der Motorspindel
kann daher sehr ein fach und schnell erfolgen, was die Stillstandszeit
der Werkzeugmaschine verkürzt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Moduleinheit
ein Werkzeugspannsystem.
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Das
Werkzeugspannsystem einer Motorspindel unterliegt ebenfalls einem
gewissen Verschleiß sowie
der Gefahr von Beschädigungen.
Die Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß auch
diese instandsetzungsgefährdete
Baugruppe einfach ausgetauscht werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Spindelgehäuse ein
berührungsloser Meßwertaufnehmer
zum Aufnehmen einer Betriebsgröße der Spindelwelle
angeordnet.
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Der
Meßwertaufnehmer
nimmt beispielsweise die Winkelstellung der Spindelwelle und/oder
eine Information von dem Werkzeugspannsystem auf. Die Verwendung
von berührungslosen
Meßwertaufnehmern
besitzt hier den Vorteil, daß die
Meßwertaufnehmer
mit ihrer elektrischen Verkabelung in dem Spindelgehäuse verbleiben
können,
auch wenn die Moduleinheit ausgewechselt wird. Infolge dessen wird
der Austausch der Moduleinheit nochmals vereinfacht.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiel
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Motorspindel
im Querschnitt,
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2 die
Moduleinheit der Motorspindel aus 1 in einer
Seitenansicht,
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3 einen
Detailausschnitt der Motorspindel aus 1,
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Motorspindel
im Querschnitt, wobei die Moduleinheit gerade in das Spindelgehäuse eingesetzt
wird,
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5 die
Motorspindel aus 4, wobei die Moduleinheit weiter
in das Spindelgehäuse
eingeschoben ist,
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6 die
Motorspindel aus 4 und 5, wobei
die Moduleinheit vollständig
in das Spindelgehäuse
eingeschoben ist, und
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7 einen
Detailausschnitt der Motorspindel aus 6.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Motorspindel
in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
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Die
Motorspindel 10 besitzt ein Spindelgehäuse 12, in das eine
auswechselbare Moduleinheit 14 eingesetzt ist. Die Moduleinheit 14 beinhaltet
unter anderem die Spindelwelle 16.
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Das
Spindelgehäuse 12 weist
an seinem der Bearbeitungsseite abgewandten Ende einen elektrischen
Anschluß 18 für den Antriebsmotor 20 sowie weitere
Anschlüsse 22, 24 für hydraulische
bzw. pneumatische Versorgungsleitungen auf. Über diese Anschlüsse wird
die Motorspindel mit einer hier nicht dargestellten Werkzeugmaschine
verbunden. Im eingebauten Zustand ist das Spindelgehäuse 12 an
der Werkzeugmaschine in einer exakt definierten Position befestigt.
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Zur
Beschreibung der weiteren Bestandteile der Motorspindel 10 wird
nachfolgend zusätzlich auch
auf die 2 Bezug genommen, in der gleiche Bezugszeichen
dieselben Elemente bezeichnen wie in 1.
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Die
Moduleinheit 14 ist in der in 1 dargestellten
Position über
Schraubverbindungen 26 fest mit dem Spindelgehäuse 12 verbunden.
Die Schraubverbindungen 26 sind radial um die Spindelwelle 12 herum
angeordnet, und die Moduleinheit 14 besitzt zur Aufnahme
der Schraubverbindungen 26 einen feststehenden Gehäuseteil 28,
der sich zu ei nem Befestigungsflansch 30 aufweitet. In
dem feststehenden Gehäuseteil 28 sind
insgesamt drei Schrägkugellager 32, 34, 36 angeordnet,
in denen die Spindelwelle 16 drehbar gelagert ist. Die
Schrägkugellager 32 und 34 sind
am arbeitsseitigen Ende 38 parallel zueinander angeordnet.
Das Schrägkugellager 36 stützt die
Spindelwelle 16 in einem mittleren Bereich ab.
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Mit
der Bezugsziffer 40 ist ein Antriebsrotor bezeichnet, der
zusammen mit einem Antriebsstator 42 den Antriebsmotor 20 der
Spindel 10 bildet. Der Antriebsrotor 40 ist in
einem gehäuseseitigen
Bereich 44 auf der Spindelwelle 16 befestigt.
Der Antriebsstator 42 ist ortsfest in dem Spindelgehäuse 12 angeordnet
und von einem Kühlmantel 46 umgeben.
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Mit
der Bezugsziffer 48 ist ein Werkzeugspannsystem bezeichnet,
das sich in an sich bekannter Weise im Inneren der Spindelwelle 16 erstreckt. An
seinem arbeitsseitigen Ende 38 ist eine Werkzeugaufnahme 50 angeordnet.
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Mit
der Bezugsziffer 52 ist ein Stützlager bezeichnet, das am
gehäuseseitigen
Ende 54 der Spindelwelle 16 angeordnet ist. Das
Stützlager 52 stabilisiert
somit den gehäuseseitigen
Bereich 44 der Spindelwelle 16, und es ermöglicht daher
die Verwendung eines großbauenden
Antriebsrotors 40. Im Anschluß an das Stützlager 52 ist am
gehäuseseitigen
Ende 54 der Spindelwelle 16 ein Meßzahnrad 56 sowie
eine Abfragefahne 58 für
das Werkzeugspannsystem 48 angeordnet. Das Meßzahnrad 56 ermöglicht in
Verbindung mit einem hier nicht näher dargestellten berührungslosen
Sensor die Bestimmung der Winkelposition der Spindelwelle 16.
Die Abfragefahne 58 schließt sich an eine hydraulische
Löseeinheit 60 für das Werkzeugspannsystem 48 an.
Die Löseeinheit 60 dient
in an sich bekannter Weise dazu, ein in der Werkzeugaufnahme 50 gehaltenes
Werkzeug (hier nicht dargestellt) zu lösen. Sie ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in das Spindelgehäuse 12 integriert
und daher nicht Bestandteil der auswechselbaren Moduleinheit 14.
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Wie
aus 2 zu erkennen ist, besitzt das Stützlager 52 außenseitig
eine Lagerhülse 62 mit
einem konusförmigen
Außenmantel 64.
Die Lagerhülse 62 sitzt
in der in 1 dargestellten Position paßgenau in
einer konusförmigen
Aufnahme 66, die in das Spindelgehäuse 12 integriert
ist. Hierdurch wird das Stützlager 52 mit
dem Spindelgehäuse 12 verbunden.
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Die
genaue Anordnung des Stützlagers 52 in der
Aufnahme 66 wird aus 3 deutlich.
Hier sind die innere Lagerschale 68 sowie die äußere Lagerschale 70 des
Stützlagers 52 erkennbar.
Die äußere Lagerschale 70 ist
von der Lagerhülse 62 umgeben. Diese
sitzt ihrerseits paßgenau
in der konusförmigen Aufnahme 66.
Des weiteren ist innerhalb der Lagerhülse 62 eine Tellerfeder 72 angeordnet,
die eine Vorspanneinheit für
das Stützlager 52 bildet,
indem sie die äußere Lagerschale 70 in
Richtung des Laufkörpers 74 drückt.
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Des
weiteren ist in 3 ein Rastmittel 76 dargestellt,
mit dessen Hilfe ein Durchdrehen der Lagerhülse 62 in der Aufnahme 66 selbst
in dem Fall, daß das
Stützlager 52 einen
Lagerschaden besitzt, verhindert. Im Normalfall wird das Rastmittel 76 jedoch
nicht benötigt,
da der Reibschluß zwischen
dem Außenmantel 64 der
Lagerhülse 62 und
der Innenseite der Aufnahme 66 ausreicht, um ein Durchdrehen der
Lagerhülse 62 zu
verhindern.
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Das
Rastmittel 76 beinhaltet in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein federbelastetes Druckstück 78,
das in einer entsprechend angeordneten Nut 80 am Außenmantel 64 der
Lagerhülse 62 eingreift.
Alternativ könnte
das Rastmittel 76 beispielsweise mit Hilfe eines an sich
bekannten Synchronringes realisiert sein. In diesem Fall wären an der
Lagerhülse 62 und
der Aufnahme 66 zueinander passende Verzahnungen angeordnet.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung der weiteren Ausführungsbeispiele bezeichnen
gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie in den vorangehenden
Figuren.
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In
den 4, 5 und 6 ist ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Motorspindel
in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 90 bezeichnet.
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Die
Motorspindel 90 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen
Motorspindel 10 anhand einiger Details, die nachfolgend
beschrieben sind. Vom Grundkonzept her entspricht die Motorspindel 90 jedoch
der Motorspindel 10 gemäß den 1 und 2.
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In
den 4 bis 6 ist das Einsetzen der Moduleinheit 14 in
das Spindelgehäuse 12 anhand von
drei verschiedenen Einschubpositionen dargestellt. In 4 befindet
sich die Moduleinheit 14 noch weitgehend außerhalb
des Spindelgehäuses 12.
Gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
beginnt jedoch an dieser Position bereits die Zentrierung der Spindelwelle 16 in
Bezug auf das Spindelgehäuse 12.
Zu diesem Zweck ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung
am Außenumfang
der Lagerhülse 62 ein
Kunststoffring 92 angeordnet, dessen Außendurchmesser dem lichten
Innendurchmesser des Antriebsstators 42 entspricht. Der
Kunststoffring 92 beginnt in der in 4 dargestellten
Position mit einem Anschlag zusammenzuwirken, der von einer Mantelhülse 94 gebildet
wird, die die Wickelköpfe 96 des
Antriebsstators 42 umgibt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Mantel hülse 94 an der Stelle,
an der sich der Kunststoffring 92 in der in 4 dargestellten
Position befindet, eine (hier nicht erkennbare) Fase, die das Einfädeln der
Moduleinheit 14 nochmals erleichtert. Gemeinsam bilden
der Kunststoffring 92 und die Mantelhülse 94 eine Zentrierhilfe,
die das Einführen
der Moduleinheit 14 in das Spindelgehäuse 12 erleichtert.
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Durch
die Verwendung der Mantelhülse 94 im
Bereich der Wickelköpfe 96 wird
der erste Kontaktpunkt für
die Moduleinheit 14 mit dem Spindelgehäuse 12 nach vorne,
d. h. in Richtung des arbeitsseitigen Endes 38 verlagert.
Darüber
hinaus erhält der
Kunststoffring 92 in dem gesamten Bereich des Antriebsstators 42 eine
gleichmäßige Führung. Ferner
werden durch die Mantelhülse 94 auch
die Wickelköpfe 96 des
Antriebsstators 42 geschützt. Schließlich verbessert die Mantelhülse 94 auch
die Kühlung
der Spindelwelle 16 und des Antriebsmotors 20,
da die Wärmeübergangsfläche zwischen
dem Antriebsrotor 40 und dem Antriebsstator 42 vergrößert wird.
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Eine
weitere Zentrierung der Moduleinheit 14 in Bezug auf das
Spindelgehäuse 12 wird
durch einen zweiten Kunststoffring 98 erreicht, der im
Bereich des Schrägkugellagers 36 an
dem feststehenden Gehäuseteil 28 angeordnet
ist. Wie in 5 dargestellt ist, besitzt der
Kunststoffring 98 einen Außendurchmesser, der gleich
dem lichten Innendurchmesser des Spindelgehäuses 12 ist. Ab der
in 5 dargestellten Position gerät der Kunststoffring 98 mit dem
Spindelgehäuse 12 in
Kontakt. Ab dieser Position besitzt die Moduleinheit 14 somit
zwei axial zueinander versetzte Kontaktpunkte mit dem Spindelgehäuse 12,
die eine sehr exakte Zentrierung ermöglichen.
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In
der in 6 dargestellten Position befindet sich die Moduleinheit 14 vollständig im
Spindelgehäuse 12.
Dementsprechend sitzt die Lagerhülse 62 hier
paßgenau
in der Aufnahme 66 des Spindelgehäuses 12. Die Lagerhülse 62 wird
dort aufgrund der im Vergleich zum Stützlager 52 höheren Gleitreibung festgehalten
und stützt
die Spindelwelle 16 so an ihrem gehäuseseitigen Ende 54.
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Der
exakte Sitz der Lagerhülse 62 in
der Aufnahme 66 ist nochmals in der Detaildarstellung gemäß 7 gezeigt.
Des weiteren ist hier auch der Kunststoffring 92 zu erkennen,
der die Lagerhülse 62 und
damit die gesamte Moduleinheit 14 in dem Spindelgehäuse 12 zentriert.
In der in 6 bzw. 7 dargestellten
Endposition stützt
sich der Kunststoffring 92 an der Mantelhülse 94 ab,
die um den Wickelkopf 96 herum angeordnet ist.
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Im
Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
bei der Motorspindel 90 die Nut 80 zum Eingriff
eines hier nicht dargestellten Druckstückes koaxial am Außenmantel 64 der
Lagerhülse 62 angeordnet.
Die Funktion der Nut 80 entspricht jedoch dem anhand 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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Darüber hinaus
sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel
im Bereich des Außenmantels 64 der
Lagerhülse 62 Schmiernuten 100 angeordnet, über die
ein reibungsverringerndes Schmiermittel in die Aufnahme 66 eingebracht
werden kann. Hierdurch kann vor allem die Gleitreibung in Axialrichtung verringert
werden, wodurch das Einführen
der Lagerhülse 62 in
die Aufnahme 66 erleichtert wird.
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In
einem alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Außenmantel 64 der
Lagerhülse 62 mit
einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen. Alternativ oder
ergänzend kann
zudem auch die Innenseite der Aufnahme 66 mit einer derartigen
Beschichtung versehen sein.