DE102009038223A1

DE102009038223A1 - Motorspindel für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102009038223A1
Application number: DE200910038223
Authority: DE
Inventors: André KUCKUK
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorspindel für eine Werkzeugmaschine mit zumindest einer Werkzeugaufnahme (1). Erfindungsgemäß ist die Werkzeugaufnahme (1) auf einer feststehenden Achse (2) drehbar gelagert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Motorspindel für eine Werkzeugmaschine mit zumindest einer Werkzeugaufnahme.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Motorspindel ist aus DE 100 52 956 A1 bekannt. Diese weist eine Welle mit einem Wellenkopf zur Aufnahme einer Spannkupplung für ein Werkzeug auf. Die Welle wird über einen in die Motorspindel integrierten elektrischen Direktantrieb angetrieben und ist in einem Gehäuse über zwei Lagerstellen drehbar gelagert.
Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der Umstand aus, dass das Werkzeug an der Spindelwelle außerhalb der Lagerstellen in einer sogenannten fliegenden Lagerung angeordnet ist. Bei dieser Lageranordnung kann es aufgrund der im Betrieb auf die Welle und die Lagerstellen wirkenden Belastungen, insbesondere durch Bearbeitungskräfte, zu Verbiegungen an der Welle und an den Lagerstellen kommen. Dies führt zu unerwünschten Bearbeitungsungenauigkeiten an dem zu bearbeitenden Werkstück. Außerdem sind die Abstützung der Spindellagerung und die Unterbringung des Spindelantriebs in einem Gehäuse aufwendig und kostenintensiv. Zudem erfordert das Gehäuse zusätzlichen Bauraum, der die verwendbare Lagergröße der Spindellagerung in der Anschlusskonstruktion der Werkzeugmaschine zusätzlich begrenzt. Dies vermindert die Steifigkeit und die Lebensdauer der Spindellagerung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Motorspindel der vorgenannten Art zu schaffen, die eine hohe Steifigkeit bei hoher Laufruhe gewährleistet und zugleich kostengünstig herstellbar ist. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine feststehende Achse als zentraler Träger der Motorspindel vorgesehen ist. Diese Anordnung ermöglicht eine Lagerung der rotierenden Werkzeugaufnahme und des Werkzeugs auf der feststehenden Achse. Eine fliegende Lagerung von Werkzeugaufnahme und Werkzeug kann hierdurch vermieden werden. Dabei ist es möglich, den rotierenden Teil des Spindelantriebs mit der Werkzeugaufnahme und dem Werkzeug um die feststehende Achse als ruhendes Zentrum des Spindelantriebs umlaufen zu lassen. Eine Spindelwelle zur Übertragung eines Drehmoments vom Spindelantrieb auf die Werkzeugaufnahme bzw. auf das Werkzeug und ein Gehäuse zur Abstützung der Spindellagerung sowie zur Aufnahme des Spindelantriebs sind nicht erforderlich. Der dabei freiwerdende Bauraum kann zur Vergrößerung des Durchmessers der tragenden Achse genutzt werden, wodurch die Steifigkeit der Motorspindel und die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht sowie die Aufnahme größerer Belastungen, insbesondere durch Bearbeitungskräfte, ermöglicht wird. Zugleich wird die rotierende Masse der Motorspindel verringert. Da die Lagerung der rotierenden Werkzeugaufnahme auf der feststehenden Achse erfolgt, ist eine Lagerung zwischen Motorspindel und Werkzeugmaschine nicht erforderlich. Die Größe der Lagerung zwischen Werkzeugaufnahme und Achse kann somit ohne Rücksicht auf die bauraumbegrenzende Anschlusskonstruktion der Werkzeugmaschine gewählt werden. Damit wird die Baugröße dieser Lagerung durch die Baugröße der Werkzeugaufnahme bzw. des Werkzeugs der Motorspindel begrenzt, wodurch der Einsatz von Spindellagerungen mit größerem Durchmesser möglich ist und die Steifigkeit der Spindellagerung sowie deren Lebensdauer erhöht werden können. Ferner bilden Werkzeugaufnahme, Lagerung und feststehende Achse eine einfach aufgebaute, vormontierbare, kompakte Einheit, die zur Verwendung einfach über die feststehende Achse in die Spindelaufnahme der Werkzeugmaschine eingesetzt werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die Werkzeugaufnahme über zumindest zwei Lagerstellen beidseitig auf der Achse gelagert ist. Hierbei können die auf die Werkzeugaufnahme wirkenden Belastungen über mehrere Lagerstellen auf die Achse abgetragen werden. Außerdem ist es möglich das Werkzeug, insbesondere dessen Bearbeitungszone, axial zwischen den beidseitigen Lagerstellen in der Werkzeugaufnahme anzuordnen. Dadurch wird eine sogenannte Portallagerung von Werkzeugaufnahme und Werkzeug auf der Achse erreicht. Diese Lageranordnung ermöglicht ein rotierendes Werkzeug mit einer umfänglichen Wirkfläche, wie insbesondere eine Schleifscheibe zum Umfangsschleifen oder Centerless-Schleifen sowie beispielsweise einen Fräser zum Umfangsfräsen, mit großer Steifigkeit auf der feststehenden Achse zu lagern. Die am Umfang des Werkzeugs angreifenden radialen Bearbeitungskräfte können über die beidseitigen Lagerstellen der Werkzeugaufnahme auf die Achse abgetragen werden.
Erfindungsgemäß kann der Rotor eines elektrischen Antriebsmotors einfach mit der rotierenden Werkzeugaufnahme umlaufend um die feststehende Achse mit dem Stator als ruhendem Zentrum angeordnet werden. Werkzeugaufnahme und Rotor sowie Achse und Stator bilden hierbei zusammen einen elektrischen Außenläufermotor, der die rotierende Werkzeugaufnahme direkt antreibt. Hierbei können Werkzeugaufnahme und Rotor ein gemeinsames Bauteil bilden, das über die Werkzeugaufnahme auf der feststehenden Achse gelagert ist. Denkbar ist auch, dass Werkzeugaufnahme und Rotor separate Bauteile bilden, insbesondere kann die Werkzeugaufnahme auf dem Rotor abgestützt und über diesen auf der Achse gelagert sein.
Rotor und Stator können jeweils axial zwischen den beidseitigen Lagerstellen an der Werkzeugaufnahme bzw. an der Achse auf kompakte Weise angeordnet werden. Der axiale Abstand zwischen den Lagerstellen ist hierbei an die erforderlichen axialen Einbaumaße des Rotors und des Stators anpassbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Werkzeugaufnahme als Schleifscheibenaufnahme ausgeführt, die über zwei axial beabstandete Lagerstellen beidseitig auf der feststehenden Achse gelagert ist. Auf diese Weise kann eine Schleifspindel, insbesondere eine Centerless-Schleifspindel für eine Schleifmaschine zum spitzenlosen Rundschleifen geschaffen werden, bei der die Schleifscheibe mit ihrer umfänglichen Wirkfläche im Wesentlichen zwischen den beiden axial beabstandeten Lagerstellen der Schleifscheibenaufnahme angeordnet ist. Rotor und Stator des elektrischen Spindelantriebs können dabei jeweils zwischen den Lagerstellen der Spindellagerung am Innenumfang der Schleifscheibenaufnahme bzw. am Außenumfang der Achse ausgebildet werden. Bei dieser Anordnung ist es möglich, Spindellagerung, Spindelantrieb und Schleifscheibenaufnahme innerhalb des Innenumfangs der um eine steife, feststehende Achse umlaufenden Schleifscheibe anzuordnen. Eine solche portalgelagerte Schleifspindel mit integriertem Elektromotor zeichnet sich durch eine besonders kompakte Anordnung, durch hohe Steifigkeit und zugleich durch hohe Laufruhe aus.
Vorzugsweise sind die Lagerstellen an der Werkzeugaufnahme und der Achse als Wälzlager ausgebildet. Alternativ kann die Lagerung der Werkzeugaufnahme auch über eine, insbesondere hydrodynamische oder hydrostatische Gleitlagerung auf der feststehenden Achse erfolgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der beiliegenden Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Die einzigste Figur zeigt dabei in einer sehr schematischen Schnittdarstellung eine in einer Werkzeugmaschine angeordnete erfindungsgemäße Motorspindel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß als Centerless-Schleifspindel ausgeführte Motorspindel dargestellt, die im Maschinenständer 7 einer Centerless-Schleifmaschine zum spitzenlosen Rundschleifen angeordnet ist. Eine Schleifscheibe 8 ist in eine als Schleifscheibenaufnahme ausgeführte Werkzeugaufnahme 1 umfänglich aufgenommen. Die Schleifscheibenaufnahme ist über eine Wälzlagerung mit zwei Lagerstellen 3, 4 beidseitig auf einer zentralen feststehenden Achse 2 drehbar gelagert. An ihren beiden Enden ist die Achse 2 kraftschlüssig und/oder formschlüssig jeweils in einer Bohrung eines Spindelstockes des Maschinenständers 7 der Schleifmaschine aufgenommen.
An der um die feststehende Achse 2 drehbaren Schleifscheibenaufnahme ist am Innenumfang ein Rotor 5 eines elektrischen Außenläufermotors axial mittig zwischen den Lagerstellen 3, 4 angeordnet. Dem Rotor 5 radial gegenüberliegend ist am Außenumfang der feststehenden Achse 2 der Stator 6 ausgebildet. Auf diese Weise ist der radial innenliegende Stator 6 an der feststehenden Achse 2 und der um diese radial außen zusammen mit der Schleifscheibenaufnahme rotierende Rotor 5 innerhalb des Innenumfangs der Schleifscheibe 8 kompakt angeordnet.
Die Schleifscheibenaufnahme ist an jeder Seite an den Lagerstelle 3, 4 jeweils über ein Wälzlager auf der feststehenden Achse 2 gelagert. Die in die Schleifscheibenaufnahme drehfest aufgenommene Schleifscheibe ist mit ihrer umfänglichen Wirkfläche 9 im Wesentlichen axial zwischen den beiden Lagerstellen 3, 4 der Schleifscheibenaufnahme angeordnet und beidseitig über diese auf der feststehenden Achse 2 abgestützt. Auf diese Weise wird eine sogenannte Portallagerung der Schleifscheibenaufnahme mit der Schleifscheibe 8 auf der feststehenden Achse 2 erreicht. Die an der Wirkfläche 9 der Schleifscheibe 12 eingebrachten Schleifkräfte können radial über die beidseitige Wälzlagerung an den Lagerstellen 3, 4 auf die Achse 2 abgetragen werden. Auf diese Weise wird eine kompakt aufgebaute Centerless-Schleifspindel geschaffen, bei der der in die Schleifscheibenaufnahme zwischen den Lagerstellen 3, 4 integrierte außenliegende Rotor 5 um die steife, feststehende Achse 2 mit dem innenliegenden Stator 6 als Zentrum des Spindelantriebs umläuft. Eine solche direkt angetriebene portalgelagerte Centerless-Schleifspindel weist eine hohe Steifigkeit und Laufruhe sowie eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit auf.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugaufnahme
2: Achse
3: Lagerstelle
4: Lagerstelle
5: Rotor
6: Stator
7: Maschinenständer
8: Schleifscheibe
9: Wirkfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10052956 A1 [0002]

Claims

Motorspindel für eine Werkzeugmaschine mit zumindest einer Werkzeugaufnahme (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (1) auf einer feststehenden Achse (2) drehbar gelagert ist.
Motorspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (1) über zumindest zwei Lagerstellen (3, 4) beidseitig auf der Achse (2) gelagert ist.
Motorspindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) eines elektrischen Antriebsmotors mit der Werkzeugaufnahme (1) umlaufend um die Achse (2) mit dem Stator (6) angeordnet ist.
Motorspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugaufnahme (1) der Rotor (5) und an der Achse (2) der Stator (6) jeweils axial zwischen den Lagerstellen (3, 4) einander radial gegenüberliegend angeordnet sind.
Motorspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (1) als Schleifscheibenaufnahme ausgeführt ist und die Schleifscheibenaufnahme über zwei axial beabstandete Lagerstellen (3, 4) beidseitig auf der Achse (2) gelagert ist sowie eine Schleifscheibe in der Schleifscheibenaufnahme im Wesentlichen axial zwischen den Lagerstellen (3, 4) anordenbar ist, wobei der Rotor (5) des elektrischen Antriebsmotors am Innenumfang der Schleifscheibenaufnahme und der Stator (6) am Außenumfang der Achse (2) jeweils axial zwischen den Lagerstellen (3, 4) angeordnet sind.
Motorspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen (3, 4) jeweils als Wälzlager ausgebildet sind.