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Anwendungsgebiet und Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Arbeitsspindel für eine Werkzeugmaschine mit einem Spindelhauptkörper, der zur drehbaren Lagerung um eine Spindelhauptachse an einem ortsfesten Gestell ausgebildet ist, mit einer am Spindelhauptkörper vorgesehenen verstellbaren Spanneinrichtung zur Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeugs, mit einem gegenüber dem Spindelhauptkörper axial beweglichen und drehfest zum Spindelhauptkörper geführten Zugorgan und mit mindestens einem gegenüber dem Spindelhauptkörper drehbar gelagerten Stellorgan. Dabei ist bei einer gattungsgemäßen Arbeitsspindel die Spanneinrichtung derart ausgebildet, dass sie durch eine Axialbewegung des Zugorgans gegenüber dem Spindelhauptkörper verstellbar ist. Weiterhin ist das mindestens eine Stellorgan über mindestens einen Gewindetrieb mit dem Zugorgan wirkgekoppelt, wobei der Gewindetrieb als Gewindeabschnitte einen Außengewindeabschnitt und einen Innengewindeabschnitt umfasst. Einer der beiden Gewindeabschnitte ist am Zugorgan festgelegt. Der andere Gewindeabschnitt ist an einem Gegenorgan vorgesehen, welches mit dem Stellorgan wirkverbunden ist und welches axial gegenüber dem Spindelhauptkörper abgestützt ist und um eine Gewindetriebachse gegenüber dem Spindelhauptkörper drehbar gelagert ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Werkstück- oder Werkzeughaltevorrichtung einer Werkzeugmaschine mit einer gattungsgemäßen Arbeitsspindel.
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Gattungsgemäße Arbeitsspindeln dienen der Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeugs, welches im Zuge einer spanenden Beabreitung gemeinsam mit dem Spindelhauptkörper rotiert. Dieses Werkstück oder Werkzeug wird durch die Spanneinrichtung gehalten, welche hierzu insbesondere eine Mehrzahl von radial verstellbaren Spannbacken aufweisen kann. Zur Verstellung dieser Spanneinrichtung ist ein um eine ortsfest zum Spindelhauptkörper drehbar gelagertes und üblicherweise von einem Elektromotor angetriebenes Stellorgan vorgesehen, welches unter Zwischenschaltung des Gewindetriebs eine axiale Verlagerung des Zugorgans bewirken kann, welches seinerseits durch die Axialverlagerung ein Öffnen und Schließen der Spanneinrichtung verursacht.
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Gattungsgemäße Gestaltungen sind beispielsweise aus der
DE 32 180 83 C3 und der
DE 10 2005 025 538 A1 bekannt. Bei der Gestaltung gemäß der
DE 10 2005 025 538 A1 werden das Stellorgan und das Gegenorgan mit Außengewindeabschnitt gemeinsam durch eine Gewindespindel
5 gebildet, die durch eine Relativdrehung gegenüber einem das Zugorgan bildenden Hohlschaft eine axiale Verlagerung des Hohlschaftes bewirken kann. Aus der
DE 32 180 83 C3 ist eine ähnliche Gestaltung bekannt, bei der das Stellorgan und Gegenorgan durch ein Eingangsorgan
116 gebildet werden, welches in nicht näher erläuteter Weise mittelbar auf die Spanneinrichtung wirkt.
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Nachteilig an den genannten Gestaltungen gemäß dem Stand der Technik ist, dass ein schnelles Abbremsen oder Beschleunigen des Spindelhauptkörpers der Arbeitsspindel aufgrund der Massenträgheit des Stellorgans und/oder des Gegenorgans zu einer Relativverdrehung des Stellorgans und/oder des Gegenorgans gegenüber dem Zugorgan führen kann. Diese Relativverdrehung kann eine Axialverlagerung des Zugorgans und damit eine Änderung des Spannzustandes an der Spanneinrichtung bewirken. Die dadurch ungewollt bewirkte erhöhte oder verringerte Spannkraft an der Spanneinrichtung kann zu einer Beschädigung des Werkstücks oder im schlimmsten Falle zu einer ungewollten Trennung des Werkstücks von der Spanneinrichtung führen.
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Aus der
DE 20 2006 020 526 U9 ist es bekannt, Daten und elektrische Energie über einen berührungslos arbeitenden Drehübertrager auf einen rotierenden Werkzeugkopf zu übertragen.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe der Erfindung ist, eine gattungsgemäße Arbeitsspindel dahingehend weiterzubilden, dass die Gefahr einer ungewollten Veränderung der Spannkraft an der Spanneinrichtung beim Beschleunigen oder Abbremsen des Spindelhauptkörpers vermindert wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Gewindetriebachse gegenüber der Spindelhauptachse parallel versetzt angeordnet ist.
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Es wird somit vorgeschlagen, die zum Spindelhauptkörper ortsfeste Gewindetriebachse gegenüber der Spindelhauptachse, um welche der Spindelhauptkörper rotiert, versetzt anzuordnen. Hierdurch wird erreicht, dass das Trägheitsmoment des Gegenorgans beim Abbremsen oder Beschleunigen des Spindelhauptkörpers keine oder nur eine unbedeutende Drehung des Gegenorgans um die Gewindetriebachse bewirkt, so dass das ungewollte Verstellen der Spanneinrichtung mittels des Zugorgans weitgehend ausbleibt. Je weiter die Gewindetriebachse von der Spindelhauptachse beabstandet ist, desto geringer ist der Einfluss des Abbremsens oder Beschleunigen des Spindelhauptkörpers auf das Gegenorgan. Vorzugsweise ist das Gegenorgan in seiner Gesamtheit von der Spindelhauptachse beabstandet.
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Der Spindelhauptkörper umfasst alle zueinander im Betrieb ortsfesten Komponenten, die gemeinsam dem Erzeugen einer Rotationsbewegung des eingespannten Werkstücks oder Werkzeugs dienen. Die Spanneinrichtung, die vorzugsweise eine Mehrzahl von Spannbacken umfasst, ist vorzugsweise an einem distalen Ende des Spindelhauptkörpers vorgesehen. Der Spindelhauptkörper ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet, wobei das drehfest zum Spindelhauptkörper geführte Zugorgan in diesem Hohlraum angeordnet ist. Das Stellorgan sowie das Gegenorgan sind um eine gemeinsame oder um voneinander beabstandete Achsen drehbar gelagert, die ortsfest zum Spindelhauptkörper vorgesehen sind. Das Stellorgan und das Gegenorgan können als gemeinsames Bauteil ausgebildet sein, sie können jedoch auch voneinander getrennt sein und beispielsweise über eine Verzahnung miteinander wirkgekoppelt sein. Der mindestens eine Gewindetrieb, dessen Gewindetriebachse gegenüber der Spindelhauptachse parallel versetzt angeordnet ist, umfasst einen innenliegenden Außengewindeabschnitt und einen außenliegenden Innengewindeabschnitt. Im einfachsten Fall ist der Gewindetrieb derart ausgebildet, dass die Gewindeabschnitte in unmittelbarem Eingriff miteinander stehen. Die Erfindung umfasst jedoch auch komplexere Gewindetriebgestaltungen, bei denen der Gewindetrieb beispielsweise als Kugelgewindetrieb oder Rollengewindetrieb ausgelegt ist. Zur Erzeugung einer axialen Bewegung des Zugorgans gegenüber dem Spindelhauptkörper sind die beiden Gewindeabschnitte, also Innengewindeabschnitt und Außengewindeabschnitt, axial am Zugorgan bzw. über die axiale Abstützung des Gegenorgans am Spindelhauptkörper abgestützt, so dass eine Drehbewegung des Gegenorgans gegenüber dem Zugorgan zwingend dessen axiale Verlagerung bewirkt.
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Bevorzugt ist es, wenn eine Mehrzahl von Gewindetrieben der genannten Art vorgesehen ist, wobei die Gewindetriebe vorzugsweise äquidistant zur Spindelhauptachse gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Diese Mehrzahl von Gewindetrieben ist zum Einen deshalb von Vorteil da sie eine verkantungsfreie Axialverlagerung des Zugorgans gewährleistet. Zum Anderen bedarf es aufgrund der Beabstandung der Gewindetriebachse von der Spindelhauptachse einer Mehrzahl von Gewindetrieben, um eine Unwucht der Arbeitsspindel zu vermeiden. Von Vorteil ist eine Gestaltung mit mindestens drei über den Umfang verteilten Gewindetrieben.
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Bei einer Gestaltung mit einer Mehrzahl von Gewindetrieben weist jeder Gewindetrieb ein jeweils eigenes Gegenorgan auf. Hinsichtlich des Stellorgans sind unter anderem folgende Gestaltungen denkbar. Bei einer ersten Gestaltung sind die Gegenorgane der Mehrzahl von Gewindetrieben mit einem gemeinsamen Stellorgan wirkgekoppelt. Dieses gemeinsame Stellorgan ist vorzugsweise gegenüber dem Spindelhauptkörper drehbar um die Spindelhauptachse gelagert. Diese Gestaltung gestattet es, mit einem einzigen Stellorgan die Relativdrehung aller Gegenorgane gegenüber dem Spindelhauptkörper zu bewirken und ist insbesondere zu wählen, wenn ein externer Stellmotor mit gestellseitig festem Stator zur Verlagerung des Zugorgans verwendet wird. Nachteilig ist dabei allerdings, dass durch das gemeinsame Stellorgan wiederum ein Bauteil vorhanden ist, dessen Massenträgheit potentiell geeignet ist, beim Beschleunigen oder Abbremsen des Spindelhauptkörpers eine ungewollte Stellbewegung des Zugorgans zu bewirken. Aufgrund der Tatsache, dass das Stellorgan jedoch wesentlich leichter ausgebildet sein kann als das Gegenorgan mit Gewindeabschnitt kann dieser Nachteil im Einzelfall unkritisch sein. Eine Alternative hierzu stellt es dar, wenn jedem Gegenorgan jeweils ein separates Stellorgan zugeordnet ist. Diese separaten Stellorgane können um von der Spindelhauptachse beabstandete und zum Spindelhauptkörper ortsfeste Stellorganachsen drehbar gelagert sein. Sie können mit den jeweiligen Gegenorganen auch als ein Bauteil ausgebildet sein.
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Insbesondere bei einer Gestaltung mit mehreren Gewindetrieben ist hinsichtlich mindestens eines der Gewindetriebe vorgesehen, dass der am Zugorgan festgelegte Gewindeabschnitt hinsichtlich seiner festgelegten Drehstellung um die Gewindetriebachse und/oder hinsichtlich seiner festgelegten Axialstellung in Richtung der Gewindetriebachse relativ zum Zugorgan stufenlos einstellbar ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der am Gegenorgan vorgesehene Gewindeabschnitt ohne Beeinflussung der Stellung des Stellorgans hinsichtlich seiner Drehstellung gegenüber dem Spindelhauptkörper um die Gewindetriebachse oder hinsichtlich seiner Axialstellung relativ zum Spindelhauptkörper stufenlos einstellbar ist.
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Zweck dieser Weiterbildung ist es, eine flexible Anpassung mindestens eines Gewindetriebs zu erreichen. Diese Anpassung ist insbesondere beim Vorhandensein mehrerer Gewindetriebe von Vorteil, da sie es gestattet, die Gewindetriebe aufeinander derart abzustimmen, dass die von den Gegenorganen gemeinsam in das Zugorgan eingeleitete Kraft zu gleichen Anteilen von den verschiedenen Gewindetrieben eingeleitet wird. Hinsichtlich des am Zugorgan festgelegten Gewindeabschnitts kann diese Einstellbarkeit dadurch erzielt werden, dass der Gewindeabschnitt in einer stufenlos einstellbaren Axialstellung oder in einer stufenlos einstellbaren Drehstellung festgelegt werden kann. Besonders von Vorteil ist aufgrund der einfachen Gestaltung eine stufenlos einstellbare Drehstellung, welche beispielsweise dadurch erzielt werden kann, dass der Gewindeabschnitt zunächst um die Gewindetriebachse drehbar am Zugorgan angebracht wird, um anschließend über ein Befestigungsmittel wie eine Schraube oder eine Mutter in einer frei gewählten Drehstellung festgelegt zu werden. Hinsichtlich des am Gegenorgan vorgesehenen Gewindeabschnitts kann die Einstellbarkeit ebenfalls über eine Einstellung der Axialstellung des Gewindeabschnitts oder über eine Einstellung der Drehstellung des Gewindeabschnitts gegenüber dem Gegenorgan erfolgen.
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Das Drehmoment zur Erzeugung einer Drehbewegung der Gegenorgane relativ zum Spindelhauptkörper wird vorzugsweise über mindestens einen elektrischen Stellmotor aufgebracht. Dieser kann extern vorgesehen sein, so dass sein Stator ortsfest zu einem Gestell vorgesehen ist, demgegenüber die Arbeitsspindel um die Spindelhauptachse rotiert. Möglich ist jedoch auch eine Gestaltung, bei der der Stator des Stellmotors gemeinsam mit dem Spindelhauptkörper rotiert. In beiden Fällen wird das mindestens eine Stellorgan durch diesen einen Stellmotor angetrieben. Beim Vorhandensein mehrerer Spindeltriebe und nur eines Stellmotors ist die Verwendung eines gemeinsamen Stellorgans erforderlich.
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Besonders von Vorteil ist jedoch eine Gestaltung, bei der eine Mehrzahl von Stellmotoren zum Antrieb der mehreren Gegenorgane vorgesehen sind, wobei die Statoren der Stellmotoren ortsfest am Spindelhauptkörper oder ortsfest am Zugorgan festgelegt sind und wobei die Rotoren der Stellmotoren jeweils um eine Rotorachse drehbar gelagert sind, die sich nichtparallel zur Spindelhauptachse erstreckt oder die gegenüber der Spindelhauptachse parallel versetzt angeordnet ist. Die Verwendung mehrerer Stellmotoren, insbesondere eines Stellmotors je Gewindetrieb, gestattet es, ohne ein um die Spindelhauptachse drehbar gelagertes gemeinsames Stellorgan auszukommen. Durch die Gestaltung der Stellmotoren derart, dass ihre Rotorachse nichtparallel zur Spindelhauptachse erstreckt ist oder parallel versetzt zu dieser angeordnet ist, ist ähnlich wie oben hinsichtlich der Gegenorgane erläutert gewährleistet, dass ein Trägheitsmoment der Rotoren beim Beschleunigen oder Abbremsen des Spindelhauptkörpers keine ungewollte Verstellbewegung des Zugorgans bewirkt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Werkstück- oder Werkzeughaltevorrichtung einer Werkzeugmaschine mit einem ortsfesten Gestell und einer Arbeitsspindel, die um eine Spindelhauptachse drehbar am Gestell gelagert ist. Dabei ist die Arbeitsspindel nach oben beschriebener Art ausgebildet.
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Besonders von Vorteil ist es dabei, wenn zur Übertragung elektrischer Energie vom Gestell auf mindestens einen Stellmotor, dessen Stator ortsfest am Spindelhauptkörper oder ortsfest am Zugorgan festgelegt ist, eine erste Übertragungsvorrichtung vorgesehen ist, die zur berührungslosen Energieübertragung ausgebildet ist. Die berührungslose Energieübertragung erfolgt dabei vorzugsweise mittels der diesbezüglich in der
DE 20 2006 020 526 U9 erläuterten Prinzipien. Die diesbezügliche Offenbarung der
DE 20 2006 020 526 U9 wird durch Bezugnahme zum Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung gemacht.
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Durch die berührungslose Energieübertragung werden die bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten des Spindelhauptkörpers nachteiligen Schleifringe und Bürsten zur Übertragung der Energie zum Stellmotor oder zu anderen elektrisch betriebenen Komponenten am Spindelhauptkörper vermieden. Besonders von Vorteil ist eine Gestaltung einer erfindungsgemäßen Werkstück- oder Werkzeughaltevorrichtung, bei der ein mit dem Spindelhauptkörper mitdrehendes Wegmesssystem vorgesehen ist, welches zur Erfassung der Relativstellung des Zugorgans gegenüber dem Spindelhauptkörper ausgebildet ist. Geeignete Wegmesssysteme sind aus dem Bereich der CNC-Maschinen allgemein bekannt. Die Besonderheit liegt vorliegend darin, dass das Wegmesssystem am Spindelhauptkörper vorgesehen ist und somit mit dem Spindelhauptkörper gemeinsam rotiert.
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Von besonderem Vorteil ist ein solches mitrotierendes Wegmesssystem, wenn weiterhin eine mit dem Spindelhauptkörper mitdrehende elektronische Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zur Ansteuerung des Stellmotors ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung vorzugsweise am gleichen Bauteil wie das Wegmesssystem vorgesehen ist und mit diesem zur Signalübertragung verbunden ist. Diese Gestaltung mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Stellmotors bewirkt, dass die zur Steuerung des Stellmotors erforderlichen Steuersignale nicht unmittelbar von einer gestellfesten Steuereinrichtung zum Stellmotor geleitet werden müssen. Zum Steuern des Stellmotors kann stattdessen die zuverlässigere leitungsbasierte Verbindung zwischen der mitrotierenden Steuereinrichtung und dem mitrotierenden Stellmotor genutzt werden. Dabei kann die Steuereinrichtung die Signale der Wegmesseinrichtung für die Steuerung des Stellmotors zugrunde legen und so eine Regelung des Stellmotors mit geschlossenem Regelkreis ermöglichen.
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Zur Übertragung von Daten zwischen einer gestellseitigen elektronischen Steuereinrichtung einerseits und dem Stellmotor, der mitdrehenden elektronischen Steuereinrichtung und/oder dem Wegmesssystem andererseits ist vorzugsweise eine zweite Übertragungsvorrichtung vorgesehen, die zur berührungslosen Datenübertragung ausgebildet ist. Auch diese zweite Übertragungsvorrichtung kann entsprechend den diesbezüglichen Vorschlägen der
DE 20 2006 020 526 U9 ausgebildet sein. Die Datenübertragungseinrichtungen zur Übertragung elektrischer Energie und Daten können auch als gemeinsame Übertragungseinrichtungen mit beiderlei Funktionen ausgebildet sein. Die Datenübertragungsvorrichtung erlaubt es einer externen, also gestellseitigen Steuereinrichtung, den Stellmotor anzusteuern, um damit mittelbar die Spanneinrichtung zu beeinflussen. Bei einer Gestaltung mit einer mitdrehenden Steuereinrichtung liegt ein besonderer Vorteil darin, dass die Datenübertragung zwischen der gestellseitigen Steuereinrichtung und der mitdrehenden Steuereinrichtung lediglich unidirektional in Richtung der mitdrehenden Steuereinrichtung erfolgen muss, da es ausreicht, Soll-Werte auf die rotierende Arbeitsspindel zu übertragen, welche mittels der integrierten mitrotierenden Steuereinrichtung selbstständig in oben beschriebener Art und Weise eine Lageregelung durchführen kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich außer aus den Ansprüchen auch aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
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1a und 1b eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitsspindel in zwei unterschiedlichen Perspektiven und
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3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitsspindel.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1a und 1b zeigt eine Arbeitsspindel 10, welche in nicht näher dargestellter Weise an einem Gestell 8 einer Werkstückhaltevorrichtung um eine Spindelhauptachse 2 drehbar gelagert ist. Aufgrund der weitgehenden Symmetrie der Arbeitsspindel 10 ist in 1a nur die obere Hälfte dargestellt.
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Die Arbeitsspindel 10 weist als Hauptkomponente einen Spindelhauptkörper 20 auf. Dieser Spindelhauptkörper 20 weist am rechtsseitigen Ende einen Riemenscheibenabschnitt 22 auf, an welchem ein Antriebsriemen 24 angreift, um ein Antriebdrehmoment von einem nicht dargestellten Antriebsmotor auf den Spindelhauptkörper 20 zu übertragen. Am linksseitigen Ende des Spindelhauptkörpers 20 ist in lediglich angedeuteter Weise eine Spanneinrichtung 26 vorgesehen, die über radial verstellbare Spannbacken 28 verfügt, mittels derer ein Werkstück festgespannt werden kann. Zum Verstellen dieser Spannbacken 28 sowie zum Aufbringen einer Spannkraft über die Spannbacken 28 ist innerhalb des hohl ausgebildeten Spindelhauptkörpers 20 ein Zugorgan 30 vorgesehen. Dieses Zugorgan 30 ist über eine Passfederverbindung 32 drehfest mit dem Spindelhauptkörper 20 gekoppelt, kann sich demgegenüber jedoch in Erstreckungsrichtung der Spindelhauptachse 2 axial bewegen.
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Zur Erzeugung einer axialen Stellbewegung des Zugorgans 30 gegenüber dem Spindelhauptkörper 20 ist ein Getriebe 40 vorgesehen, welches nachfolgend erläutert wird. Das Getriebe 40 weist ein Stellorgan 50 auf, welches mittels Wälzlagern um die Spindelhauptachse 2 drehbar am Spindelhauptkörper 20 gelagert ist. Dieses Stellorgan 50 verfügt an seinem rechtsseitigen Ende in ähnlicher Art wie der Spindelhauptkörper 20 über einen Riemenscheibenabschnitt 52, der es gestattet, ein Stelldrehmoment mittels eines Riemens 54 zuzuführen. Das Stellorgan 50 ist bei der Arbeitsspindel 10 nur einfach vorgesehen. Die weiteren Teile des Getriebes 40 sind jedoch über den Umfang der Arbeitsspindel 10 verteilt insgesamt viermal vorgesehen, wie insbesondere der 1b zu entnehmen ist, die eine Schnittdarstellung entlang der in 1a gekennzeichneten Ebene darstellt. Diese mehrfach vorgesehenen Komponenten umfassen ein Übertragungsorgan 56 mit zwei miteinander drehfest verbundenen Stirnzahnrädern 58, 59. Das Zahnrad 58 kämmt mittels seiner Verzahnung 58a mit einer Verzahnung 50a am Außenumfang des Stellorgans 50. Das demgegenüber kleinere Zahnrad 59 kämmt mit seiner Verzahnung 59a mit einer Außenverzahnung 62a eines Gegenorgans 62, welches Teil eines Gewindetriebs 60 ist. Das Gegenorgan 62 ist um eine Gewindetriebachse 4 drehbar am Spindelhauptkörper 20 gelagert. Dabei sind die hierfür vorgesehenen Wälzlager 64 derart ausgebildet, dass sie das Gegenorgan 62 in axialer Richtung festlegen und stützen. Das Gegenorgan 62 ist hohl ausgebildet und weist an seinem Innenumfang ein Innengewinde 62b auf.
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Zum Zusammenwirken mit diesem Innengewinde 62b ist am Zugorgan 30 je Gegenorgan 62 ein Gewindestift 66 vorgesehen. Dieser Gewindestift 66 ist axial fest und drehfest an einem umlaufenden Auslegerflansch 34 des Zugorgans 30 befestigt. Diese Befestigung wird dadurch erzielt, dass der Gewindestift 66 bezogen auf die 1 von rechts in die entsprechende Bohrung 34a des Auslegerflansches 34 eingesetzt wird, bis ein umlaufender Anschlagsring 66a am Auslegerflansch 34 anliegt. Anschließend wird der Gewindestift 66 mittels einer Mutter 68 gesichert. Diese Art der Festlegung gestattet es, den Gewindestift stufenlos in einer frei wählbaren Drehstellung am Auslegerflansch 34 und somit am Zugorgan 30 festzulegen. Um die Drehstellung bequem einstellen zu können, weist der Gewindestift 66 auf der Seite der Mutter 68 einen Innensechskant 66b auf.
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Das Funktionsprinzip der dargestellten Arbeitsspindel und insbesondere des Betriebs der Spanneinrichtung 26 wird nachfolgend erläutert. Ein mittels der Spanneinrichtung 26 festgespanntes Werkstück kann durch eine Rotationsbewegung des Spindelhauptkörpers 20 mit diesem gemeinsam zum Zwecke der spanenden Bearbeitung rotieren. Hierbei wird das Werkstück durch eine mittels des Zugorgans 30 aufgebrachte Spannkraft gehalten, wobei zur Aufrechterhaltung dieser Spannkraft auch das Stellorgan 50 gegenüber dem Gestell 10 permanent rotieren muss. Die erforderliche Rotationsgeschwindigkeit des Stellorgans 50 hängt von der Ausgestaltung des Getriebes 40 ab. Wenn das Verhältnis zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Spindelhauptkörpers 20 und der Rotationsgeschwindigkeit des Stellorgans 50 von diesem von dem Getriebe vorgegebenen Verhältnis abweicht, bei dem keine Axialbewegung des Zugorgans 30 stattfindet, bewirkt dieses abweichende Geschwindigkeitsverhältnis eine Rotation aller Gegenorgane 62 um die jeweiligen Gewindetriebachsen 4. Hierdurch wird wiederum eine axiale Verlagerung der Gewindestifte 66 und damit eine axiale Verlagerung des gesamten Zugorgans 30 bewirkt, wobei dies in Abhängigkeit der Verlagerungsrichtung ein Öffnen oder Schließen der Spanneinrichtung 26 bzw. eine Erhöhung bzw. Verminderung der am Werkstück anliegenden Spannkraft bewirkt. Die Relativposition des Zugorgans 30 gegenüber dem Spindelhauptkörper 20 lässt sich mittels eines in 1a nur symbolisch dargestellten Wegmesssystems 90 erfassen.
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Der besondere Vorteil der dargestellten Gestaltung, bei der die Gewindetriebachsen 4 von der Spindelhauptachse 2 beabstandet sind, liegt darin, dass bei einem Abbremsen oder Beschleunigen des Spindelhauptkörpers 20 und einem korrespondierenden Abbremsen bzw. Beschleunigen des Stellorgans 50 die Gegenorgane 62 nicht aufgrund ihrer Massenträgheit in Rotation gegenüber dem Spindelhauptkörper 20 versetzt werden. Die einzige gegenüber dem Spindelhauptkörper 20 ebenfalls um die Spindelhauptachse 2 drehbewegliche Komponente ist das Stellorgan 50, welches jedoch aufgrund der Tatsache, dass es nicht Teil des Gewindetriebs ist, zumindest zum Teil aus vergleichsweise leichten Materialien hergestellt sein kann, so dass die Massenträgheit des Stellorgans 50 keine negativen Auswirkungen auf die Spanneinrichtung 26 hat.
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Die Gestaltung mit mehreren Gewindetrieben 60, die versetzt zur Hauptachse 2 des Zugorgans 30 an diesem angreifen, macht es besonders vorteilhaft, wenn wie vorliegend die Gewindestifte 66 oder alternativ hierzu die an den Gegenorganen 62 vorgesehenen Innengewinde 62a entweder hinsichtlich ihrer Drehstellung oder ihrer axialen Stellung stufenlos einstellbar sind. Vorliegend ist dies durch die freie Drehbarkeit der Gewindestifte 66 vor deren Festlegung über die Gegenmuttern 68 gegeben. Dies gestattet es, die unterschiedlichen Gewindetriebe 60 derart einzustellen, dass eine weitgehend oder vollständig gleichmäßige Einleitung der zur axialen Verlagerung des Zugorgans 30 erforderlichen Kraft über alle Gewindestifte 66 erfolgt.
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Eine alternative Gestaltung einer erfindungsgemäßen Arbeitsspindel ergibt sich aus der Darstellung der 2. Die dort dargestellte Arbeitsspindel 110 stimmt hinsichtlich einer Vielzahl von Merkmalen mit dem Ausführungsbeispiel der 1a und 1b überein. Nachfolgend werden schwerpunktartig die Unterschiede erläutert.
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Übereinstimmend mit der Ausgestaltung der 1a und 1b weist die Arbeitsspindel 110 des Ausführungsbeispiels der 2 ein Spindelhauptkörper 120 auf, an dessen linksseitigem Ende eine in 2 nicht dargestellte Spanneinrichtung vorgesehen ist. Zur Verlagerung der Spannbacken dieser Spanneinrichtung umfasst die Arbeitsspindel 110 wiederum ein Zugorgan 130 welches gegenüber dem Spindelhauptkörper 120 drehgesichert, jedoch axial in Richtung der Spindelhauptachse 102 beweglich ist. Am Zugorgan 130 ist wiederum ein umlaufender Auslegerflansch 134 vorgesehen, an dem in baugleicher Weise wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel über den Umfang verteilt Gewindestifte 166 festgelegt sind, welche jeweils Teil eines von vier Gewindetrieben 160 sind, die jeweils über ein um eine Gewindetriebachse 104 drehbar am Spindelhauptkörper 120 gelagertes Gegenorgan 162 verfügen, dessen Drehbewegung gegenüber dem Spindelhauptkörper 120 geeignet ist, um das Zugorgan 130 axial zu verlagern und dadurch Einfluss auf die Spanneinrichtung zu nehmen.
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Der maßgebliche Unterschied zur Ausgestaltung gemäß der 1a und 1b liegt darin, dass jedem Gewindetrieb 160 ein separater Stellmotor 170 zugeordnet ist, dessen Stator 172 fest am Spindelhauptkörper 120 angebracht ist und dessen um eine Rotorachse 106 drehbarer Rotor ein Zahnrad 174 aufweist, welches mit einer Außenverzahnung 162b des jeweiligen Gegenkörpers 162 kämmt.
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Durch diese Gestaltung kann auf das Stellorgan 50 verzichtet werden, so dass neben den aneinander drehgesicherten Elementen des Spindelhauptkörpers 120 und des Zugorgans 130 keine weiteren um die Spindelhauptachse 102 drehbar gegenüber dem Gestell gelagerten Bauteile vorgesehen sind. Somit kann beim Beschleunigen oder beim Abbremsen des Spindelhauptkörpers 120 kein auf Massenträgheit beruhender negativer und ungewollter Stelleffekt am Zugorgan 130 auftreten.
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Bei einer nicht dargestellten Variante wird die elektrische Energie zum Betrieb der insgesamt vier Stellmotoren 170 vom Gestell 108 in konventioneller Weise über sich permanent berührende Übertragungselemente wie beispielsweise Schleifringe und Bürsten übertragen.
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Die Gestaltung gemäß der 2 ist demgegenüber jedoch vorteilhaft. Bei ihr ist eine Übertragungsvorrichtung 180 vorgesehen, die einen gestellseitigen und somit nicht mitrotierenden Vorrichtungsteil 182 und einen mitrotierenden Vorrichtungsteil 184 aufweist. Diese Übertragungsvorrichtung 180 ist dafür ausgebildet eine Energieübertragung vom ortsfesten Gestell 108 auf die rotierende Arbeitsspindel 120 zu bewirken. Die Übertragungsvorrichtung 180 ist weiterhin dafür ausgebildet, auch einen zumindest unidirektionalen Datentransfer vom Gestell 108 auf die Arbeitsspindel 120 zu ermöglichen.
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Die Steuerung der Stellmotoren 170 kann unmittelbar durch eine gestellseitige Steuereinrichtung vorgenommen werden. Von Vorteil ist jedoch die dargestellte Gestaltung, bei der am Spindelhauptkörper 20 zum einen ein Wegmesssystem 190 vorgesehen ist, mittels dessen die Verlagerung eines spindelhauptkörperseitigen Sensors 192a gegenüber einem am Zugrohr angebrachten Gegenelement 192b gemessen werden kann. Zum anderen weist der Spindelhauptkörper eine mitrotierende Steuereinrichtung 196 auf, welche sowohl mit dem Wegmesssystem 190 als auch mit den Stellmotoren 170 durch gepunktet dargestellte Leitungen verbunden ist.
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Diese Gestaltung ermöglicht es, dass die dargestellte Arbeitsspindel 110 eine über die Übertragungsvorrichtung 180 an die Steuereinrichtung 196 weitergegebene Soll-Stellung des Zugorgans 130 gegenüber dem Spindelhauptkörper 120 selbsttätig einstellt. Die Steuereinrichtung 196 erhält von dem Wegmesssystem 190 den augenblicklichen Ist-Zustand hinsichtlich der Position des Zugorgans 130 und kann unter Berücksichtigung des über die Übertragungsvorrichtung 180 übermittelten Soll-Wertes und unter Nutzung der über die Übertragungsvorrichtung 180 zugeführten elektrischen Energie die Stellmotoren 170 entsprechend ansteuern, dass die zur Erreichung des Soll-Wertes erforderliche Verlagerung bewirkt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3218083 C3 [0004, 0004]
- DE 102005025538 A1 [0004, 0004]
- DE 202006020526 U9 [0006, 0018, 0018, 0021]
