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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenspindel mit einer Löseeinheit
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In
Werkzeugmaschinen, insbesondere bei Fräsmaschinen oder dergleichen,
werden sehr häufig
Werkzeugspanner eingesetzt, welche einen automatischen Werkzeugwechsel
ermöglichen.
Dies bedeutet, das Werkzeug ist so mit der Welle der Werkzeugmaschinenspindel
verbunden, dass es automatisch gelöst werden kann. Zum Spannen
verwendet man in der überwiegenden
Anzahl der Fälle
Werkzeugspanner, welche mit einem Federpaket verbunden sind. Die
daraus resultierende Federkraft wird über die Zugstange auf Spannzangensegmente übertragen,
welche wiederum das Werkzeug mit der Welle verbinden.
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Zum
Lösen wird
die Zugstange und damit auch das Teller-Feder-Paket mit einer axial wirkenden Kraft
beaufschlagt, welche die Federn zusammen drückt und somit eine axiale Verschiebung
der Zugstange ermöglicht,
was wiederum zu einer Lösebewegung
der Spannsegmente im Bereich der Werkzeugaufnahme führt.
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Die
zum Lösen
notwendige Axialkraft wird über
so genannte Löseeinheiten
erzeugt. Hierbei handelt es sich in aller Regel um ein Kolben-Zylinder-System,
welches einseitig mit Druck beaufschlagt wird. Dieser Druck multipliziert
mit der Fläche des
Kolbens wirkt als Lösekraft über einen
Druckkontakt auf die Zugstange.
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Der
zum Lösen
des Werkzeuges notwendige Druck wird entweder hydraulisch erzeugt,
wobei hier normalerweise auf die sowieso an der Werkzeugmaschine
vorhandene Hydraulikeinheit zurück
gegriffen wird oder bei Verwendung von pneumatischen Löseeinheiten
wird die in vielen Werkstätten
sowieso vorhandene Druckluft verwendet.
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Es
ist schnell einsichtig, dass aufgrund der geringeren Größe des Drucks
der Druckluft (im Regelfall 5–6
bar) bei pneumatischen Löseeinheiten eine
deutlich größere Fläche bzw.
eine Kraftübersetzung
notwendig wird. Hydraulische Löseeinheiten
arbeiten im Regelfall im Bereich von ca. 80–140 bar, je nach vorhandener
Hydraulikeinheit.
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Die
bislang bekannten Löseeinheiten
bzw. Werkzeugmaschinenspindeln weisen sehr viele Komponenten auf
und sind somit relativ aufwendig herzustellen und teuer.
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Die
Druckschrift
DE 78
17 684 U1 offenbart eine Werkzeugmaschinenspindel mit einem
Flanschelement, das an ein Statorgehäuse eingeflanscht ist und als
Funktionselement der pneumatischen Löseeinheit ausgebildet ist.
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Die
Druckschrift
DE 103
16 244 B3 offenbart eine Motorspindel, wobei ein Flanschelement
einen Kolben der Löseeinheit
führt und
somit als Funktionselement der Löseeinheit
ausgebildet ist. Neben dem Flanschelement weist die Motorspindel
ein Statorgehäuse
auf.
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Nachteilig
bei derartigen Motorspindeln ist jedoch die vergleichsweise massive
Ausbildung der Motorspindel, vor allem auch des Statorgehäuses.
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Gegenüber diesem
Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine
Werkzeugmaschinenspindel vorzuschlagen, die im Vergleich zum Stand
der Technik relativ einfach und kostengünstig ausgebildet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von einer Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere
einer Motorspindel, der einleitend beschriebenen Art, durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Löseeinheit
dadurch aus, dass das Statorgehäuse
wenistens teilweise als der Zylinder des Kolbens ausgebildet ist.
Hiermit kann eine Mehrfachfunktion des Flanschelementes realisiert
werden, was sowohl den konstruktiven als auch den finanziellen Aufwand
reduziert.
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Möglicherweise
ist das Flanschelement bzw. der Zylinder eine Komponente der Motorummantelung.
Dies reduziert den Aufwand weiter.
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Vorteilhafterweise
ist der Durchmesser und/oder der Querschnitt des Kolbens vergleichsweise
groß gewählt, so
dass bereits mit relativ geringem Fluiddruck der Löseeinheit
eine verhältnismäßig große Lösekraft
erzeugbar ist.
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Vorzugsweise
ist der Rotor und/oder der Zylinder und/oder der Kolben im Wesentlichen
rund ausgebildet.
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In
einer besonderen Variante der Erfindung ist das Statorgehäuse am Zylinder
fixiert und/oder das Statorgehäuse wenigstens
teilweise als Führungselement
des Kolbens und/oder das Flanschelement wenigstens teilweise als
Zylinder und/oder Führungselement
des Kolbens ausgebildet und/oder das Flanschelement umfasst wenigstens
teilweise Fluidleitungen. Hiermit kann eine Mehrfachfunktion des Flanschelementes
realisiert werden, was sowohl den konstruktiven als auch den finanziellen
Aufwand reduziert.
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Vorzugsweise
ist das Fluid der Löseeinheit als
Druckluft ausgebildet. Dies ist besonders einfach realisierbar.
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In
einer besonderen Weiterbildung ist das Flanschelement als Fixierelement
zum Fixieren einer Kühleinheit
ausgebildet. Hiermit kann eine Mehrfachfunktion des Flanschelementes
realisiert werden, was sowohl den konstruktiven als auch den finanziellen
Aufwand reduziert.
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Generell
kann mit der Erfindung erreicht werden, dass die Löseeinheit
aus zwei vorteilhaften multifunktionalen Teilen besteht. Diese sind
in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass sie beispielsweise aus
dem für
die Funktion der Spindel bereits vorhandenen Flansch des Statorgehäuses bestehen,
der gemäß der Erfindung
zugleich als Zylinder der Löseeinheit
ausgebildet ist.
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Der
erfindungsgemäße Zylinder
ist vorzugsweise im Statorgehäuse
derart zentriert, dass dieser sowohl weitere Zentrierungsfunktionen
für ein
Kühlgehäuse oder
dergleichen als auch die Zentrierfunktion des Kolbens der Löseeinheit
wahrnehmen kann.
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Weiterhin
ist der Flansch gemäß der Erfindung
vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Kolben-Mantel-Fläche gegen
einen vorteilhaften zylinderförmigen
Abschnitt des Flanschelementes gerichtet ist und insbesondere mit
Hilfe einer vorteilhaften Dichtung abgedichtet wird. Hier ist eine
relativ hohe Oberflächen-
und/oder Formgenauigkeit von Vorteil. Diese Genauigkeit kann das
Statorgehäuse,
das im Wesentlichen vorzugsweise aus Aluminium besteht, im Betrieb
bzw. auf Dauer nicht realisieren. Entsprechend ist ein derartiges
Statorgehäuse
aus Aluminium nicht für
die auftretenden Flächenpressungen und
Relativbewegungen auf Dauer geeignet.
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Dagegen
ist der erfindungsgemäße Flansch bzw.
Zylinder so ausgebildet, dass er im Wesentlichen alle für die Zentrierung
und/oder Abdichtung und/oder für
die Relativbewegung notwendigen Material-, Geometrie- und Oberflächeneigenschaften aufweist.
Hierdurch können
die anderen Komponenten der Spindel bzw. Umgebungsteile, wie z.
B. das Statorgehäuse
etc., entsprechend ungenauer bzw. mit weniger technischem Aufwand
hergestellt werden.
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Grundsätzlich kann
mit der Erfindung eine Integration aller für die Löseeinheit notwendigen Aufgaben
in einem einzigen Teil bzw. im Flanschelement erreicht werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der
einzigen Figur nachfolgend näher
erläutert.
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In 1 ist
schematisch eine Motorspindel 1 mit einer Kühleinheit 2 zum
Kühlen
eines Elektromotors 3 dargestellt. Der Elektromotor 3 umfasst
einen Rotor 4 und einen Stator 5 sowie eine Hohlwelle 6 mit einem
Spindelkopf 7. Die Motorspindel 1 bzw. Welle 6 ist
zwischen mindestens zwei Lagern gelagert.
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Die
Motorspindel 1 umfasst ein Gehäuse 8, das vorzugsweise
im vorderen Bereich einen Zentrier- bzw. Befestigungsflansch 9 aufweist, über den
die Motorfrässpindel 1 mit
der nicht näher
dargestellten Werkzeugmaschine verbunden ist. Das Statorgehäuse 8 weicht
bei dieser besonderen Ausführungsform in
seinem Querschnitt von der üblicherweise
sonst verwendeten runden Form ab. In seinem Inneren beinhaltet das
Statorgehäuse 8 den
Stator 5 des antreibenden Elektromotors 3.
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An
der dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Gehäuses 8 ist in vorteilhafter
Weise ein Axiallüfter 10 oder
dergleichen angebracht. In den Ecken des Gehäusequerschnitts sind umfangseitig
verteilt mehrere Kühlkanäle bzw.
Kühlbohrungen
vorgesehen. Diese weisen in ihrer Verlängerung in Richtung der Drehachse
und in Richtung der Strömung
eine Verbindung zum Arbeitsraum des Lüfters 10 auf. Die zur
Kühlung
der Motorspindel 1 benötigte
Luft wird durch die entsprechende Wirkrichtung des Lüfters 10 durch
die Kühlbohrungen
gesaugt und am Lüfter 10 vorbei
nach hinten weg- bzw. ausgeblasen.
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Zur
Realisierung der Kühlung
fließt
Luft vorzugsweise außen
an der Mantelfläche
es Gehäuses 8 vorbei
und tritt dann am vorderen Ende der Spindel in der Nähe des Zentrier-
und Befestigungsflansches 9 über die angeschrägten Bohrungsenden
in die Kühlkanäle ein.
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Es
ist schematisch eine Spannzange 12 des Spannsystems 7 in
gelöster
(obere Hälfte)
und in gespannter (untere Hälfte)
Position dargestellt. Die Spannzange 12 steht während des
Lösens über eine Zugstange 13 mit
einer Löseeinheit 14 in
Wirkverbindung. Das Verspannen erfolgt über die Kraft von Tellerfedern 15 (nur
rudimentär
dargestellt). Gelöst
wird mit pneumatischer Kraft der Löseeinheit 14. Eine nicht
näher dargestellte
Druckluftleitung ist zur Versorgung mit Druckluft für die Löseeinheit 14 vorgesehen.
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Die
Spindel 1 weist darüber
hinaus elektrische Anschlüsse 16, 17 zur
elektrischen Signal- und/oder Energieversorgung auf. Diese können beispielsweise
als separate Stecker-Buchsenelemente oder
dergleichen ausgebildet werden
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Weiterhin
ist der Figur zu entnehmen, dass die Löseinheit 14 u. a.
einen Kolben 19 und einen Zylinder 18 umfasst.
Der Kolben 19 ist in Richtung der Drehachse bzw. axial
verstellbar und übergibt
die erzeugte Kraft der Löseeinheit 14 direkt
auf die Zugstange 13 und somit an das Spannsystem bzw.
die Spannzange 12.
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Der
Zylinder 18 ist als Flanschelement gemäß der Erfindung ausgebildet,
das zahlreiche Funktionen verwirklicht. Es wird im Statorgehäuse 8 zentriert
und führt
einen Kolben 19. Zudem ist des Flanschelement 18 Teil
der Motorummantelung und nimmt Druckluftleitungen 21 auf.
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1 ist
auch zu entnehmen, dass der Kolben 19 eine Nut für einen
nicht näher
dargestellten Dichtring und das Gehäuse 8 ebenfalls eine
Nut für einen
nicht näher
dargestellten Dichtring aufweist. Hiermit wird eine Abdichtung für den Kolben
bzw. den mit Druck beaufschlagbaren Raum der Löseeinheit 14 gebildet.
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Bei
der dargestellten Variante der Erfindung wird der Kolben sowohl
am Gehäuse 8 als
auch an einem Steg 22 des Zylinders 18 geführt. Der
Steg 22 ist in vorteilhafter Weise derart stabil ausgebildet, dass
der Druck der Druckluft zu keiner Beeinträchtigung bzw. Verformung führt. Hierdurch
kann z. B. ein Aluminiumgehäuse 8 oder
dergleichen verwendet werden und durch das Flanschelement 18,
z. B. aus Stahl oder dergleichen, ist eine ausreichende Stabilität gegeben.
Mit einem derartigen Flanschelement 18 wird erreicht, dass
der Kolben 19 viele Millionen Mal hin und her bewegt werden
kann, ohne dass es zu einem Verschleiß kommt.
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Zur
Zentrierung der Welle 6 bzw. der an dieser angeordneter/fixierter
Komponenten sind in vorteilhafter Weise die Lager vorgesehen.