DE102010016025A1 - Arbeitsspindeleinheit für Werkzeugmaschinen - Google Patents
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- B23B31/265—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle clamping the end of the toolholder shank by means of collets
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Arbeitsspindeleinheit für Werkzeugmaschinen, umfassend einen Antriebsmotor mit einer Motorwelle, die über ein Schaltgetriebe mit einer in einem Spindelgehäuse gelagerten Spindelwelle verbunden ist, welche einen Werkzeugspanner aufweist, der über ein Kraftübertragungsorgan mit einer Betätigungseinrichtung verbunden ist.
- In Werkzeugmaschinen wie beispielsweise Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen oder Schleifmaschinen sind die Arbeitsspindeln mit einem Werkzeugspanner ausgestattet, der das jeweilige Werkzeug aufnimmt. Bei einem notwendig werdenden Werkzeugwechsel wird der Werkzeugspanner durch die Betätigungseinrichtung geöffnet, um ein anderes Werkzeug einspannen zu können. Für den Drehantrieb der Arbeitsspindel dient ein Elektromotor, der über ein Schaltgetriebe die Arbeitsspindel antreibt. Damit kann die hohe Motordrehzahl entsprechend den Anforderungen entweder direkt oder untersetzt an die Arbeitsspindel übertragen werden, abhängig davon, ob ein hohes oder ein geringeres Drehmoment am Werkzeug verlangt wird.
- Bei bekannten Arbeitsspindeleinheiten ist es wegen der unterschiedlichen Drehzahlen der Wellen – Motorwelle, Getriebeabtriebswelle, Spindelwelle – bisher nicht möglich, eine Betätigungseinrichtung für den Werkzeugspanner in die Arbeitsspindeleinheit zu integrieren.
- Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsspindel als kompakte Baueinheit mit integrierten. Mitteln zum automatischen Werkzeugwechsel zur Verfügung zu stellen, bei der bisher bekannte Werkzeugspanner ohne Modifikationen verwendbar sind.
- Bei einer Arbeitsspindeleinheit der eingangs umrissenen Bauart wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Motorwelle und die dazu koaxiale Spindelwelle sowie eine beide miteinander verbindende, koaxiale Getriebeabtriebswelle hohl ausgebildet und von dem Kraftübertragungsorgan durchsetzt sind, das an seinem im Bereich des Motors liegenden Ende mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist und an seinem gegenüberliegenden Ende den Werkzeugspanner trägt. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Kraftübertragungsorgan über Radiallager in den hohlen Welle abgestützt ist.
- Der Vorteil der Erfindung besteht gegenüber dem Stand der Technik darin, dass trotz der erheblichen Baulänge der Einheit, bestehend aus Spindelgehäuse, Schaltgetriebe, Motor und Betätigungseinrichtung für den Werkzeugspanner, das Kraftübertragungsorgan, das mit dem Werkzeugspanner rotiert, durch die hohlen Wellen hindurchgeführt ist. Über die gesamte Baulänge der Einheit rotieren die jeweiligen Hohlwellenabschnitte mit unterschiedlichen Drehzahlen im Antriebsmotor, im Schaltgetriebe (Eingangs- und Ausgangswelle) und in der Arbeitsspindel.
- Das Kraftübertragungsorgan besteht vorzugsweise aus einer Druckstange, die in der Betätigungseinrichtung mit einem Druckkolben verbunden ist. Alternativ wäre es auch möglich, das Kraftübertragungsorgan als hydraulisches oder pneumatisches Druckrohr auszubilden.
- Wenn das Kraftübertragungsorgan eine Druckstange ist, ist es vorteilhaft, diese auf ihrer Länge in miteinander gekoppelte Teilstangen zu unterteilen.
- Eine besonders kompakte Baueinheit lässt sich dann realisieren, wenn in dem Spindelgehäuse axial verstellbare Umschaltelemente untergebracht sind, die in das angrenzende Schaltgetriebe eingreifen. Mögliche Konstruktionen für ein derartiges, als Planetengetriebe ausgebildetes Schaltgetriebe sind in
DE 10 2007 002 949 B und inDE 20 2009 000 101 U der Firma Heynau beschrieben und dargestellt. - Wenn in Weiterbildung der Erfindung die aus den vier Komponenten Spindelgehäuse, Schaltgetriebe, Motor und Betätigungseinrichtung zusammengesetzte Einbaueinheit eine zylindrische oder prismatische Außenform ohne radial vorstehende Teile hat, kann diese problemlos in einen entsprechenden Sitz einer Werkzeugmaschine eingeschoben und darin befestigt werden.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 einen Axialschnitt durch eine Arbeitsspindeleinheit gemäß der Erfindung, -
2 ,3 und4 vergrößerte Detaildarstellungen der Bereiche II, III und IV der1 . - Die in
1 insgesamt mit10 bezeichnete Einbaueinheit für eine Werkzeugmaschine besteht aus einer Arbeitsspindel12 , einem Schaltgetriebe14 , einem Antriebsmotor16 und einer Betätigungseinrichtung18 für einen mit der Arbeitsspindel12 verbundenen Werkzeugspanner20 . Wie1 deutlich zeigt, sind alle diese Komponenten koaxial miteinander verbunden. - Der Antriebsmotor
16 hat ein zylindrisches Gehäuse22 , das in bekannter Weise einen Stator24 und einen Rotor26 aufnimmt. Der Rotor26 dient zum Drehantrieb einer hohlen Motorwelle28 , die über Kugellager30 einerseits in einer an das Getriebegehäuse32 angrenzenden Wand34 und andererseits in einem Deckel36 drehbar gelagert ist, der das Motorgehäuse22 am dem Getriebe14 gegenüberliegenden Ende abschließt. - Wie die
1 und4 zeigen, ist auf den Deckel36 des Motorgehäuses22 ein zylindrischer Träger38 für eine Betätigungseinrichtung40 aufgesetzt, in der ein Druckkolben42 axial verschiebbar und drehbar gelagert ist. Die Betätigungseinrichtung40 ist durch einen Abschlussdeckel44 verschlossen. - Aus den
1 und2 geht hervor, dass auch die Arbeitsspindel12 ein zylindrisches Gehäuse46 hat, das durch einen Deckel48 abgeschlossen ist. Das Spindelgehäuse46 ist über eine flanschartige Erweiterung50 mit dem Getriebegehäuse32 fest verbunden. In dem Spindelgehäuse46 ist über Kugellager52 eine hohle Spindelwelle54 drehbar gelagert, die im Bereich des Deckels48 den an sich bekannten Werkzeugspanner20 aufnimmt. - Das von dem Elektromotor
16 erzeugte Drehmoment wird über dessen Motorwelle28 in das nicht weiter dargestellte Schaltgetriebe14 eingeleitet. Wie in den1 und3 angedeutet, verläuft die in das Schaltgetriebe14 eingreifende Motorwelle28 koaxial zu einer Getriebeabtriebswelle58 , die das Ausgangsdrehmoment des Getriebes14 auf die koaxial damit verbundene Spindelwelle54 überträgt. - Zur Betätigung des Werkzeugspanners
20 dient ein Kraftübertragungsorgan in Form einer Druckstange60 , die die gesamte Einbaueinheit10 in axialer Richtung durchsetzt und hierbei durch die koaxialen Hohlräume aller drei Wellen – Spindelwelle54 , Getriebeabtriebswelle58 , Motorwelle28 – hindurchgeführt ist. Wegen der großen axialen Länge der Druckstange60 , die in miteinander verbundene Teilstangen60 ,60' ,60'' und60'' unterteilt ist, sind zur Abstützung in den hohlen Wellen Radiallager vorgesehen. Eines dieser hier als Gleitlager ausgebildeten Radiallager ist in3 zu erkennen, das dort die Form einer Hülse62 hat, die in der hohlen Spindelwelle54 sitzt. Ein weiteres Radiallager in Form eines Gleitlagers64 innerhalb der hohlen Motorwelle28 ist in4 dargestellt, während auch im vorderen Spindelbereich, wie2 zeigt, ein drittes, ebenfalls als Gleitlager66 ausgebildetes Radiallager in der hohlen Spindelwelle54 angebracht ist. - Bei einem erforderlich werdenden Werkzeugwechsel wird die in
4 erkennbare Kammer68 der Betätigungseinrichtung40 mit einem Druckmittel, im allgemeinen Drucköl, beaufschlagt, so dass der Druckkolben42 in4 nach links verschoben wird. Der Druckkolben42 ist über eine Hülse70 mit Gewindeende72 drehfest mit dem Ende74 der Druckstange60' verbunden. Durch den Druck in der Kammer68 wird damit die aus mehreren Teilstangen bestehende Druckstange60 in Richtung auf den Werkzeugspanner20 verschoben, so dass dessen Spannbacken76 in bekannter Weise öffnen und das nicht dargestellte Werkzeug freigeben. Wenn anschließend die Kammer68 wieder drucklos geschaltet wird, wird die Druckstange60 durch ein in1 und3 angedeutetes Federpaket78 wieder zurückgezogen, so dass sich die Spannbacken76 des Werkzeugspanners20 wieder schließen. - In den
1 und3 ist gezeigt, dass in dem Spindelgehäuse46 axial verstellbare Umschaltelemente80 untergebracht sind, die hier als Kolben ausgebildet sind, deren Kolbenstangen in nicht weiter dargestellter Weise in das angrenzende Schaltgetriebe14 eingreifen, um darin das jeweils gewünschte Übersetzungsverhältnis zu schalten. Ein Beispiel für einen derartigen Schaltmechanismus ist in dem bereits erwähnten Gebrauchsmuster 20 2009 000 101 der Firma Heynau angegeben. - Das Beispiel der
1 zeigt am Außenumfang der Arbeitsspindel12 eine Reihe von Hydraulikanschlüssen82 , die radial nach außen vorstehen. Diese lassen sich jedoch bei einer in3 gezeigten Variante so in das Spindelgehäuse46 integrieren, dass die gesamte Baueinheit10 keine radial vorstehenden Teile hat, so dass sie als zylindrische oder prismatische Einbaueinheit in einen entsprechenden Sitz einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden kann. - 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 102007002949 B [0009]
- - DE 202009000101 U [0009]
Claims (9)
- Arbeitsspindeleinheit für Werkzeugmaschinen, umfassend einen Antriebsmotor (
16 ) mit einer Motorwelle (28 ), die über ein Schaltgetriebe (14 ) mit einer in einem Spindelgehäuse (46 ) gelagerten Spindelwelle (54 ) verbunden ist, welche einen Werkzeugspanner (20 ) aufweist, der über ein Kraftübertragungsorgan (60 ) mit einer Betätigungseinrichtung (40 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (28 ) und die dazu koaxiale Spindelwelle (54 ) sowie eine beide miteinander verbindende, koaxiale Getriebeabtriebswelle (58 ) hohl ausgebildet und von dem Kraftübertragungsorgan (60 ) durchsetzt sind, das an seinem im Bereich des Motors (16 ) liegenden Ende mit der Betätigungseinrichtung (18 ) verbunden ist und an seinem gegenüberliegenden Ende den Werkzeugspanner (20 ) trägt. - Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsorgan (
60 ) über Radiallager in den hohlen Wellen (56 ,58 ,28 ) abgestützt ist. - Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallager als Gleitlager ausgebildet sind.
- Arbeitsspindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsorgan als Druckstange (
60 ) ausgebildet ist, die in der Betätigungseinrichtung (40 ) mit einem Druckkolben (42 ) verbunden ist. - Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (
42 ) drehbar in der Betätigungseinrichtung gelagert (40 ) ist. - Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstange (
60 ) auf ihrer Länge in miteinander gekoppelte Teilstangen unterteilt ist. - Arbeitsspindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spindelgehäuse (
46 ) axial verstellbare Umschaltelemente (80 ) untergebracht sind, die in das angrenzende Schaltgetriebe (14 ) eingreifen. - Arbeitsspindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Einbaueinheit (
10 ) das Spindelgehäuse (46 ) mit dem Schaltgetriebe (14 ) und dieses mit dem Antriebsmotor (16 ) axial fest verbunden sind, wobei an das vom Schaltgetriebe (14 ) wegweisende Ende des Antriebsmotors (16 ) die Betätigungseinrichtung (40 ) angeflanscht ist. - Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den vier Komponenten Spindelgehäuse (
46 ), Schaltgetriebe (14 ), Antriebsmotor (16 ) und Betätigungseinrichtung (40 ) zusammengesetzte Einbaueinheit (10 ) eine zylindrische oder prismatische Außenform ohne radial vorstehende Teile hat.
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