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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur rotierenden
Bearbeitung von Werkstücken
mittels zerspanenden Werkzeugen.
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Werkzeugmaschinen
zur rotierenden Bearbeitung von Werkstücken sind aus dem Stand der Technik
in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Derartige Werkzeugmaschinen
dienen z.B. zum Schleifen von Werkstücken und umfassen eine Werkzeugspindel,
welche das Werkzeug antreibt. Zur Kühlung des Werkstücks und
des Werkzeugs werden hierbei Kühlmittelleitungen
vorgesehen, welche einen Kühlschmierstoff
von außen
auf das rotierende Werkzeug zuführen.
Aufgrund der prozessbedingten hohen Drehzahlen der Werkzeuge und/oder der
Werkstücke
entstehen jedoch starke Luftverwirbelungen, welche zu einer Ablenkung
des zugeführten
Kühlschmierstoffs
führen.
Aufgrund von geometrischen Gegebenheiten der Werkzeugmaschine, wie z.B.
einem Werkzeugdurchmesser, Abmessungen der Werkzeugaufnahme, bzw.
des Werkstücks
(geometrische Außenabmessung
des Werkstücks),
ergeben sich störende
Faktoren, so dass die Kühlleitungen
nicht nahe genug an die Kontaktstelle zwischen dem Werkzeug und
dem Werkstück
geführt
werden können.
Dadurch kann nicht sichergestellt werden, dass der Kühlschmierstoff
in ausreichender Menge gezielt an die Kontaktstelle zwischen Werkzeug
und Werkstück
zugeführt
wird. Von daher kann die während
der Bearbeitung entstehende Wärme
nicht in ausreichender Menge abgeführt werden. Eine unzureichende
Schmierung führt
jedoch zu einer Reduzierung der Werkzeugstandzeit sowie zu Qualitätsmängeln des
bearbeitenden Werkstücks.
Weiterhin besteht die Gefahr von thermischen Schäden an Randzonen an einem gehärteten Werkstück.
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Ferner
können
bei den bekannten Kühlschmiereinrichtungen
Dichtungsprobleme auftreten, da teilweise Drehdurchführungen
für den
Kühlschmierstoff
vorgesehen werden müssen,
welche im Betrieb sehr störungsanfällig und
teuer sind.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie auch bei hohen Drehzahlen eine ausreichende
Kühlung
von Werkstück
und Werkzeug sicherstellen kann. Erfindungsgemäß ist hierbei keine aufwendige
Dichtung der Kühlmittelzufuhrstrecke
notwendig. Weiterhin kann erfindungsgemäß eine äußere Gestalt der Werkzeugmaschine
vereinfacht werden und Bauraum eingespart werden, da keine separaten,
im Arbeitsraum geführten
Kühlmittelleitungen
notwendig sind. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist daher
dazu geeignet, Werkstücke
mit höchster
Präzision
zu bearbeiten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine
Kühleinrichtung
eine in einer Werkzeugaufnahme angeordnete ringförmige Kammer umfasst. Eine
Kühlmittelzuleitung
mündet
in die Kammer. Die Kühleinrichtung
umfasst ferner mindestens eine von der Kammer abgehende Abführbohrung,
welche Kühlmittel
zum Werkzeug führt.
Die Abführbohrung
ist dabei in einem Winkel zu einer Rotationsachse des Werkzeugs
nach außen
geneigt angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kammer und
der Abführbohrung
werden die Kammer und die Abführbohrung
gemeinsam mit dem Werkzeug angetrieben und rotieren. Durch die entstehenden
Fliehkräfte
wird das Kühlmittel
ausgehend von der Kammer in die Abführbohrung weitergefördert und
tritt aus der Abführbohrung
am Werkzeug aus. Somit kann das Kühlmittel unmittelbar zum Werkzeug
gefördert
werden.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist das Werkzeug an einem Aufnahmeblock fixiert, wobei der Aufnahmeblock
von der Werkzeugaufnahme gehalten ist. Im Aufnahmeblock ist eine
zweite Abführbohrung
angeordnet. Der Aufnahmeblock ist dabei mittels der Werkzeugaufnahme
aufgenommen und gehalten. Die von der ringförmigen Kammer abgehende Abführbohrung
in der Werkzeugaufnahme mündet
dabei in die zweite Abführbohrung
im Aufnahmeblock.
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Weiter
bevorzugt ist im Werkzeug wenigstens eine Durchgangsöffnung gebildet,
durch welche das Kühlmittel
austritt. Dadurch tritt das Kühlmittel unmittelbar
an einer Stirnseite des Werkzeugs aus, so dass unmittelbar am Werkzeug
und an dem sich mit dem Werkzeug in Eingriff befindlichen Werkstück eine
Kühlung
möglich
ist. Als Kühlmittel
wird vorzugsweise ein Kühlschmiermittel
verwendet, so dass gleichzeitig auch eine Schmierung ermöglicht wird. Das
Werkzeug ist dabei vorzugsweise eine Schleifscheibe und die Durchgangsöffnung kann
durch eine Vielzahl von kleinen Bohrungen in der Schleifscheibe gebildet
sein oder kann durch einen ringförmigen Schlitz
in der Schleifscheibe gebildet sein. Das Vorsehen des ringförmigen Schlitzes
ist dabei besonders vorteilhaft, da dadurch eine sehr gute und gleichmäßige Verteilung
des Kühlschmiermittels
erreicht wird.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Werkzeugaufnahme eine
erste Abführbohrung
angeordnet, welche mit der Kammer in der Werkzeugaufnahme verbunden
ist und im Aufnahmeblock, an welchem das Werkzeug fixiert ist, ist
eine zweite Abführbohrung
gebildet. Die zweite Abführbohrung
ist dabei mit der ersten Abführbohrung
in Verbindung. Somit wird bei dieser Ausgestaltung das Kühlschmiermittel
zuerst in die ringförmige
Kammer zugeführt
und von der ringförmigen Kammer
in die erste Abführbohrung
und von der ersten Abführbohrung
in die zweite Abführbohrung
und dann zum Werkzeug gefördert.
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Um
eine sichere Förderung
des Kühlmittels zu
erreichen, ist ein Durchmesser der zweiten Abführbohrung kleiner als ein Durchmesser
der ersten Abführbohrung.
Hierdurch wird sichergestellt, dass bei Rotation der Bauteile, in
welchen die Abführbohrungen
angeordnet sind, ein Unterdruck in der zweiten Abführbohrung
mit kleinerem Durchmesser erzeugt, um die Förderung von Kühlmittel
zu verbessern.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die ringförmige Kammer
eine Innenwand und eine Außenwand.
Die Innenwand und die Außenwand
der Kammer sind jeweils in einem Winkel zur Rotationsachse nach
außen
geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel der Innenwand und der Außenwand
ist dabei vorzugsweise gleich. Dadurch weist die Kammer im Schnitt
die Form eines Parallelogramms auf.
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Weiter
bevorzugt ist eine Vielzahl von ersten und zweiten Abführbohrungen
vorgesehen, wobei wenigstens eine Abführbohrung der Vielzahl von
Abführbohrungen
in einem anderen Winkel zur Rotationsachse nach außen geneigt
ist als die anderen Abführbohrungen.
Dadurch können
je nach Anwendungsfall verschiedene Förderleistungen durch eine jeweils
andere geneigte Anordnung der Abführbohrungen vorgesehen werden.
Vorzugsweise sind sechs Abführbohrungen
auf einem gemeinsamen Umfang um die Rotationsachse gleich beabstandet vorgesehen,
so dass eine gleichmäßige Verteilung des
Kühlmittels
am Werkzeug erreicht wird.
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Um
eine weitere Variationsmöglichkeit
zu haben, ist vorzugsweise die zweite Abführbohrung im Aufnahmeblock,
in welchen das Werkzeug angeordnet ist, in einem anderen Winkel
als die erste Abführbohrung
in der Werkzeugaufnahme ausgebildet.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine dritte
Abführbohrung vorgesehen,
welche im Aufnahmeblock angeordnet ist und von der zweiten Abführbohrung
abzweigt. Dadurch wird im Aufnahmeblock eine Abzweigung vorgesehen,
so dass das Kühlmittel
zu unterschiedlichen Stellen in Radialrichtung am Werkzeug geführt werden
kann. Dadurch wird eine noch weiter verbesserte Kühlung von
Werkzeug und Werkstück
erreicht.
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Das
Werkzeug ist vorzugsweise eine Schleifscheibe, welche insbesondere
in einer Innenschleifmaschine verwendet wird.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Teils einer Werkzeugmaschine gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der in 1 gezeigten
Werkzeugmaschine mit Werkstück,
und
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3 eine
schematische Schnittansicht eines Teils einer Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine
Werkzeugmaschine 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die Werkzeugmaschine 1 zur
Rotationsbearbeitung von Werkstücken
ein zerspanendes Werkzeug 2, welches als Schleifscheibe
ausgebildet ist. Das Werkzeug 2 ist auf einem Aufnahmeblock 4 fixiert,
welcher in einer Werkzeugaufnahme 3 gehalten wird. Die
Werkzeugaufnahme 3, der Aufnahmeblock 4 und das
Werkzeug 2 sind rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse
X-X ausgebildet. Die Werkzeugaufnahme 3, der Aufnahmeblock 4 und
das Werkzeug 2 werden mittels einer Spindel 11 (vgl. 2)
angetrieben, welche in einer Spindelaufnahme 13 in der
Werkzeugaufnahme 3 aufgenommen ist und mittels einer Mutter 12 (vgl. 2)
an der Werkzeugaufnahme 3 fixiert ist.
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Somit
werden das Werkzeug 2, der Aufnahmeblock 4 und
die Werkzeugaufnahme 3 mittels der Spindel 11 angetrieben.
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Wie
insbesondere aus 1 ersichtlich ist, ist ein nicht
rotierendes Gehäuse 9 benachbart
zur Werkzeugaufnahme 3 vorgesehen. Ein Kühlmittel wird
in Richtung des Pfeils A über
eine Zuleitung 8, welche zwischen dem stehenden Gehäuse 9 und
der rotierenden Werkzeugaufnahme 3 gebildet ist, zugeführt. Die
Zuleitung 8 mündet
in eine in der Werkzeugaufnahme 3 gebildete Kammer 5.
Die Kammer 5 ist ringförmig
ausgebildet und weist eine Innenwand 5a und eine Außenwand 5b auf.
Die Innenwand 5a und die Außenwand 5b sind parallel
zueinander angeordnet und in einem Winkel γ zur Rotationsachse X-X nach
außen
geneigt vorgesehen. Ferner sind in der Werkzeugaufnahme 3 mehrere
erste Abführbohrungen 6 gebildet,
welche in einem Winkel α zur
Rotationsachse X-X nach außen
geneigt sind. Es sei angemerkt, dass in der Werkzeugaufnahme 3 sechs
auf einem Radius von der Kammer 5 wegführende erste Abführbohrungen 6 vorgesehen
sind. Im Aufnahmeblock 4 sind ebenfalls sechs zweite Abführbohrungen 7 vorgesehen,
welche eine Verbindung zwischen jeweils einer ersten Abführbohrung 6 und
einem hinteren Bereich am Werkzeug 2 bereitstellen. Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, ist das Werkzeug 2 ein Schleifwerkzeug mit einem ersten
ringförmigen Schleifbereich 2a und
einem zweiten ringförmigen Schleifbereich 2b.
Zwischen den beiden ringförmigen Schleifbereichen 2a, 2b ist
ein ringförmiger
Schlitz 2c ausgebildet, welcher über radiale Verbindungsbohrungen 2d mit
den zweiten Abführbohrungen 7 verbunden
ist. Dadurch tritt das Kühlmittel,
wie durch die Pfeile B angedeutet, aus dem Schlitz 2c axial
aus.
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Wie
in 1 gezeigt, ist beim ersten Ausführungsbeispiel
ein Neigungswinkel γ der
inneren und äußeren Kammerwand 5a, 5b gleich
einem Neigungswinkel α einer
der ersten Abführbohrungen 6 und
gleich einem Neigungswinkel β einer
der zweiten Abführbohrungen 7.
Die in 1 gezeigte Abführbohrung 7 im
unteren Bereich der Figur weist dagegen einen von dem Winkel β unterschiedlichen
Neigungswinkel δ auf.
Dadurch mündet
diese untere zweite Abführbohrung 7 radial
weiter innen in die radiale Verbindungsbohrung 2d (vgl. 1).
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Wenn
sich nun im Betrieb das Werkzeug 2 gemeinsam mit dem Aufnahmeblock 4 und
der Werkzeugaufnahme 3 durch Rotation der Spindel 11 dreht, wird
das der Kammer 5 zugeführte
Kühlmittel
durch die Fliehkraft nach außen
gedrückt.
Da die Neigung der Kammer 5, der ersten Abführbohrungen 6 und der
zweiten Abführbohrungen 7 radial
nach außen gerichtet
ist, wird das Kühlmittel
mit Hilfe der Fliehkraft aus der Kammer 5 über die
ersten Abführbohrungen 6 und
die zweiten Abführbohrungen 7 zum Werkzeug 2 geführt und
tritt, wie durch die Pfeile B angedeutet, zwischen den beiden Schleifbereichen 2a und 2b aus.
Dadurch wird eine effiziente und sichere Kühlung des Werkzeugs und des
sich mit dem Werkzeug in Kontakt befindlichen Werkstücks 10 erreicht.
Das Werkstück 10 ist
in 2 dargestellt und weist eine im Wesentlichen zylindrische
Form mit einem Boden auf, welcher teilweise geschliffen werden soll.
Aufgrund der Größe der Kammer 5 ist
das über die
Zuleitung 8 zugeführte
Kühlmittel
in der Kammer 5 im Wesentlichen drucklos und wird durch
die Rotation der Werkzeugaufnahme 3 und des Aufnahmeblocks 4 in
die Abführbohrung
gefördert.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist dabei
ein Durchmesser D2 der zweiten Abführbohrung 7 kleiner
als ein Durchmesser D1 der ersten Abführbohrung 6. Der Durchmesser
D2 der zweiten Abführbohrung 7 ist
ungefähr halb
so groß wie
der Durchmesser D1 der ersten Abführbohrung 6. Diese
Maßnahme
verstärkt
die Ansaugwirkung für
das Kühlmittel
während
der Rotation, so dass eine ausreichende Förderleistung durch die Abführbohrungen 6 und 7 sichergestellt
ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Winkel α, β und γ jeweils
gleich gewählt
und betragen ca. 25° bezüglich der
Rotationsachse X-X. Der Winkel δ beträgt ca. 20°. Es sei
jedoch angemerkt, dass die Winkel abhängig von der Länge der
Werkzeugaufnahme 3 und des Aufnahmeblocks 4 in
Axialrichtung der Spindel gewählt
werden, wobei der Winkel umso kleiner sein kann, je länger die
Ausdehnung der Werkzeugaufnahme 3 und des Aufnahmeblocks 4 in Axialrichtung
ist. Die Winkel liegen vorzugsweise zwischen 10° und 50°.
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Die
erfindungsgemäße Werkzeugmaschine weist
somit eine Kühleinrichtung
auf, bei der keine Dichtungsprobleme auftreten. Die Verbindung zwischen
der Werkzeugaufnahme 3 und dem Aufnahmeblock 4 wird
durch plane Flächen
gestaltet, welche ohne zusätzliches
Dichtelement eine ausreichende Dichtheit aufweisen, da der durch
die Zentrifugalkräfte
erzeugte Förderdruck
nicht allzu groß ist.
Somit kann auf eine separate Dichtung zwischen dem Aufnahmeblock 4 und
der Werkzeugaufnahme 3 verzichtet werden. Ebenfalls ist
keine zusätzliche
Dichtung zwischen dem Gehäuse 9 und
der Werkzeugaufnahme 3 im Bereich der Zuleitung 8 notwendig,
da das Kühlmittel
dort lediglich in den vorderen Endbereich der Spindel gelangt, wo
es bei einer Leckage einfach auf den Boden der Werkzeugmaschine
tropft und mit dem durch die Abführbohrungen
geführten Kühlmittel
einfach abgeführt
werden kann.
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Das
Kühlmittel
wird über
die Zuleitung 8 dabei bei einem Druck von ungefähr 4 × 105 Pa zugeführt. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 1 weist
somit eine besonders einfach aufgebaute und kostengünstig bereitstellbare
Kühleinrichtung
auf, welche eine ausreichende Kühlung
während
des Betriebs der Werkzeugmaschine sicherstellt. Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung
kann dabei bei allen Arten von rotierenden Werkzeugmaschinen, insbesondere
Schleifmaschinen, Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen,
Hohnmaschinen, Läppmaschinen,
usw., verwendet werden.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 3 eine Werkzeugmaschine 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche
Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel
bezeichnet sind.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied
dazu im Aufnahmeblock 4 eine dritte Abführbohrung 14 an der
zweiten Abführbohrung 7 vorgesehen
ist. Die dritte Abführbohrung 14 ist in
einem Winkel ε nach
außen
geneigt zur Rotationsachse X-X angeordnet. Der Winkel ε der dritten
Abführbohrung 14 ist
dabei kleiner als der Winkel β der zweiten
Abführbohrung 7 (vgl. 3).
Durch diese abzweigende dritte Abführbohrung wird bei Rotation ebenfalls
Kühlmittel
zum Werkzeug 2 zugeführt,
wobei die dritte Abführbohrung 14 an
einer Stelle radial weiter innen als die zweite Abführbohrung 7 in
der radialen Verbindungsbohrung 2d mündet. Dadurch tritt das Kühlmittel
an zwei unterschiedlichen Bereichen am Werkzeug 2 aus,
so dass eine verbesserte Kühlung
erreicht werden kann.
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Es
sei angemerkt, dass lediglich eine der Vielzahl von zweiten Abführbohrungen 7 mit
einer dritten Abführbohrung 14 versehen
werden kann oder auch jede der Vielzahl von zweiten Abführbohrungen 7 jeweils
mit einer dritten Abführbohrung versehen
werden kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.