DE10119226A1 - Kugelumlaufspindel - Google Patents

Abstract

Kugelumlaufspindel mit Kühlkanälen (21), bei der die beiden Seiten der Kugelmutter (20) innen mit je einem Verschluss (23) versehen sind, der wenigstens eine Rille (24) aufweist, durch die die Kühlkanäle (21) innerhalb der Kugelmutter (20) als Umlaufkanal ausgebildet sind, der einen Eintrittskanal (25) und einen Austrittskanal (26) besitzt, wobei das Kühlmittel durch den Eintrittskanal (25) hindurch in den Umlaufkanal eintritt, während das Kühlmittel durch einen Austrittskanal (26) aus der Kugelmutter (20) abfließt, nachdem die Wärme in der Kugelmutter (20) vom Kühlmittel absorbiert wird.

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindel, insbesondere eine Kugelumlaufspindel, bei der ein Kühlkanal innerhalb der Kugelmutter vorgesehen ist, in dem das Kühlmittel umläuft.

Um eine Kühlung bei der herkömmlichen Kugelumlaufspindel durchzuführen ist eine axial verlaufende Innenbohrung in der Mitte der Spindel vorhanden, in der ein Rohr untergebracht ist, wobei ein Ende des Rohrs an einen Eintrittskanal der Spindel und ihr anderes Ende an einen Austrittskanal der Spindel angeschlossen sind, damit die Kühlflüssigkeit (wie z. B. Öl, Wasser oder Kühlmittel) in den Einweg-Spindel strömt, um die bei der Drehbewegung der Kugelumlaufspindel hergestellte Wärme wegzunehmen. Diese Gestaltung weist aber die folgenden Nachteile auf:

• 1. Die Spindel bei der herkömmlichen Kugelumlaufspindel viel länger ist als die Kugelmutter. Außerdem ist das Kugelumlaufsystem innerhalb der Kugelmutter vorgesehen. Nach der Drehung der Kugelumlaufspindel ist daher die Kontaktdauer der Umlaufkugeln mit der Kugelmutter pro Einheitsfläche länger als sie mit der Spindel. Daher wird mehr Wärme auf der Kugelmutter konzentriert und somit ist ihre Temperatur höher als die Temperatur der Spindel. Die herkömmliche hohle Kugelumlaufspindel kann nur die Spindel niedrigerer Temperatur kühlen, während die Kugelmutter höherer Temperatur nicht direkt gekühlt werden kann. Daher ist die Kühlwirkung des Ganzen schlecht.
• 2. Bei Anwendung der hohlen Kugelumlaufspindel auf die Werkzeugmaschinen mit hoher Speisegeschwindigkeit kann eine exzentrische Kraft bei der schnellen Drehbewegung hergestellt werden, weil die axial verlaufende Innenbohrung schwierig verarbeitet ist uns somit die Konzentrizität schwierig zu erreichen ist. Daher kann es zu einer Vibration des Tisches der Werkzeugmaschine führen, wodurch ein nachteiliger Einfluss auf die Genauigkeit bei der Verarbeitung ausgeübt wird.
• 3. Aufgrund der Länge und des Außendurchmessers der Spindel ist die Verarbeitung der axial verlaufenden Innenbohrung sehr schwierig, wobei die Verarbeitungskosten sehr hoch sind. Außerdem sind die Ein- und Austrittskanäle jeweils an beiden Seiten der Spindel angebracht, sodass ein größerer Installationsraum erforderlich ist, wodurch die Montage im engen Raum nicht passt. Daher ist sie bei Anwendung unpraktisch.
• 4. Wegen der Einschränkung des Außendurchmessers der Spindel ist es schwierig, ein Kreislauf der Kühlflüssigkeit innerhalb der herkömmlichen hohlen Spindel zu bilden. Der Einweg-Wärmeaustauschdauer zwischen dem Kühlmittel und der Spindel ist sehr kurz, sodass die Effizienz des Wärmeaustauschs nicht zu erreichen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnte Mängel zu beseitigen und eine Kugelumlaufspindel mit Kühlkanälen zu schaffen, bei der die Kugelmutter höherer Betriebstemperatur direkt gekühlt wird, sodass eine bessere Kühlwirkung für das Ganze zu erreichen ist. Deshalb ist die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel mehr für die Werkzeugmaschinen mit hoher Speisegeschwindigkeit, hoher Belastung und hoher Verarbeitungsgenauigkeit geeignet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kugelumlaufspindel mit Kühlkanälen zu schaffen, bei der die Kugelmutter bei der schnellen Drehbewegung keine exzentrische Vibration zur Folge hat, sodass die Verarbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine zu erhöhen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kugelumlaufspindel mit Kühlkanälen zu schaffen, bei der der Umlaufkanal des Kühlmittels innerhalb der Kugelmutter die Wärmeaustauschdauer zwischen dem Kühlmittel und der Kugelmutter verlängert, sodass die Effizienz des Wärmeaustauschs verbessert ist, wobei ihre Verarbeitung leichter ist als bei der herkömmlichen hohlen Kugelumlaufspindel.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kugelumlaufspindel mit Kühlkanälen zu schaffen, bei der die Ein- und Austrittskanäle des Kühlmittels direkt an der Kugelmutter oder am Verschluss angebracht sein können, sodass der benötigte Anordnungsraum viel weniger ist als die herkömmliche hohle Spindel. Daher passen ihr Montage im kleinen Raum. Dies spielt besonders eine wichtige Rolle für Werzeugmaschinen, bei denen die Kugelumlaufspindel als Übertragungsmittel dient.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kugelumlaufspindel mit Kühlkanälen, die die in den Ansprüche 1 bis 3 angegebenen Merkmale besitzt.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmen; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelmutter;

Fig. 3 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Kugelmutter in Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelmutter;

Fig. 5 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Kugelmutter in Fig. 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Verschlusses der erfindungsgemäßen Kugelmutter; und

Fig. 7 eine Vorderansicht des Verschlusses der erfindungsgemäßen Kugelmutter.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel 10 eine Spindel 11, eine Vielzahl von Stahlkugeln 12, ein Kugelumlaufsystem 13 und eine mit mehreren Kühlkanälen 21 versehene Kugelmutter 20 auf, wobei die Stahlkugeln 12 zwischen der Spindel 11 und der Kugelmutter 20 vorgesehen sind und ihr Kreislauf durch das Kugelumlaufsystem 13 erfolgt. Beim Drehen der Spindel 11 kommt eine Linearbewegung der Kugelmutter 20 zustande, sodass die Kugelumlaufspindel 10 als Aufgabevorrichtung für Werkzeugmaschinen dienen kann.

Eine Vielzahl von Kühlkanälen 21 erstrecken sich axial innen durch die Kugelmutter 20, durch die das Kühlmittel ins Innere der Kugelmutter 20 strömt, um die aufgrund der Reibung zwischen der Kugelmutter 20 und den Stahlkugeln 12 hergestellte Wärme aus der Kugelmutter 20 zu entfernen. Das Kühlmittel umfasst alle Flüssigkeiten und Gase, die eine Kühlwirkung aufweist.

Die Kugelmutter 20 ist an beiden Seiten mit je einem Verschluss 23 versehen, der innen mindestens eine Rille 24 aufweist (siehe Fig. 6 und 7), wobei die Kühlkanäle 21 durch die Rillen 24 des Verschlusses 23 als vollständiges Kühlmittel-Umlaufsystem ausgebildet sind, wobei das Kühlmittel durch einen Eintrittskanal 25 ins Kühlmittel-Umlaufsystem eingespeist wird. Nachdem die Wärme in der Kugelmutter 20 vom Kühlmittel absorbiert wird, fließt das Kühlmittel durch einen Austrittskanal 26 aus der Kugelmutter 20 ab.

Um eine unerwünschte Undichtigkeit des Kühlmittels zu verhindern kann ein Dichtring 22 zwischen der Kugelmutter 20 und den jeweiligen Verschluss 23 vorgesehen werden, wobei die Dichtringe 22 den Rillen 24 entsprechende Löcher aufweisen, wodurch der Umlauf des Kühlmittels nicht gehemmt wird.

Die beiden Verschlüsse 23 und die beiden Dichtringe 22, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, können innen am jeweiligen Außenende der Kugelmutter 20 angebracht sein. Alternative dazu können sie außen am jeweiligen Außenende der Kugelmutter 20 befestigt sein, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt.

Die Ein- und Austrittskänale 25, 26 des Kühlmittels sind jeweils an beiden Öffnungen des Umlaufkanals angebracht. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, sind sie an beiden Enden der Kugelmutter 20 angeordnet. Alternative dazu sind sie am Außenumfang der Kugelmutter 20 angeordnet, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Sicherlich können sie an beiden Ende oder am Außenumfang des Verschlusses 23 angebracht sein.

Die Ein- und Austrittskänale 25, 26 des Kühlmittels können an ein Kühlmittel-Speisesystem (nicht gezeigt) angeschlossen werden, um eine vollständigeres Umlauf-Kühlsystem zu bilden, wobei das Kühlmittel-Speisesystem einen Verdichter, einen Kondensator, ein Entspannungsventil, o. ä. umfasst. Die wegen der Aufnahme der im Inneren der Kugelmutter 20 befindlichen Wärme erhöhte Temperatur des Kühlmittels wird auf einen niedrigen Betriebswert reduziert, woraufhin das gekühlte Kühlmittel wieder in das Innere der Kugelmutter 20 geführt, um den Wärmeaustausch auszuführen.

Im Vergleich mit der herkömmlichen Kugelumlaufspindel mit dem Kühlkanal innerhalb der Spindel, weist die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel mit dem Umlauf-Kühlkanal die folgenden Vorteile auf:

• 1. Die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel kann direkt die Kugelmutter kühlen, in der eine höhere Betriebstemperatur vorhanden ist, sodass eine bessere Kühlwirkung zu erreichen ist. Ferner eignet sich sie mehr für die Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschine mit der Hochzufuhrgeschwindigkeit und Hochverarbeitungsgenauigkeit als die herkömmlichen hohlen Spindel. Überdies werden die Genauigkeit der Kugelumlaufspindel gewährleistet und ihre Lebensdauer verlängert.
• 2. Ein Kühlmittel-Umlaufkanal ist innerhalb der Kugelmutter gebildet, anstatt die Einwegkanäle der Stand der Technik zu verwenden. Daher wird die Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Kugelmutter effektiv verlängert, wodurch die Wärmeaustausch-Effizienz des Kühlmittels erheblich erhöht wird.
• 3. Die Kugelmutter macht eine Linearbewegung, sodass sie keine wegen schneller Drehbewegung entstandene exzentrische Vibration der herkömmlichen hohlen Spindel aufweist. Daher wird kein nachteiliger Einfluss auf die Verarbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen ausgeübt. Weiters kann die Verarbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen effizient erhöht werden.
• 4. Die Ein- und Austrittskanäle des Kühlmittels können direkt an der Kugelmutter oder am Verschluss angebracht sein, sodass der benötigte Anordnungsraum viel weniger ist als die herkömmliche hohle Spindel. Daher passen die Montage im kleinen Raum. Dies spielt besonders eine wichtige Rolle für Werzeugmaschinen, bei denen die Kugelumlaufspindel als Übertragungsmittel dient.
• 5. Ein gewöhnlicher Anschluss ist nur nötig, um die Ein- und Austrittskanäle des Umlaufkanals anzuschließen, wodurch das Kühlmittel in die Innere der Kugelmutter zur Kühlung hineingeführt werden kann. Daher ist die herkömmlichen Kugelumlaufspindel mit Kühlkanal bei Montage sehr praktisch.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

Claims (3)

1. Kugelumlaufspindel mit Kühlkanälen, die aufweist:
eine Spindel (10);
eine Kugelmutter (20), die von der Kugelumlaufspindel (10) in axialer Linearbewegung gesetzt ist;
eine Vielzahl von Stahlkugeln (12), die zwischen der Spindel (10) und der Kugelmutter (20) vorgesehen sind und
ein Kugelumlaufsystem, das die umlaufende Bewegung der Stahlkugeln (12) ermöglicht;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kugelmutter (20) innen mit mindestens einem durch den Kugelmutter (20) verlaufenden Kühlkanal (21) versehen ist, in dem das Kühlmittel umläuft, um die Kugelmutter (20) zu kühlen.

2. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seiten der Kugelmutter (20) innen mit je einem Verschluss (23) versehen sind, der wenigstens eine Rille (24) aufweist, durch die die Kühlkanäle (21) innerhalb der Kugelmutter (20) als Umlaufkanal ausgebildet sind, der einen Eintrittskanal (25) und einen Austrittskanal (26) besitzt.

3. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtring (22) zwischen der Kugelmutter (20) und dem jeweiligen Verschluss (23) vorgesehen ist.