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Stand der Technik
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Bei einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen kommen angetriebene Spindeln zum Einsatz, die an einem dem Bearbeitungsraum zugewandten Ende eine Werkzeugaufnahme aufweisen. Diese Werkzeugaufnahme wird von dem Spindelmotor angetrieben und kann beispielsweise eine sogenannte Hohlschaft-Steil-Kegel-(HSK)Werkzeugaufnahme nach DIN 69893-1 oder ISO 12164-1 sein. Diese Werkzeugaufnahmen sind, da sie in einer Industrienorm erfasst sind, allgemein bekannt und bedürfen daher keiner ausführlichen Erläuterung.
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Eine wichtige Eigenschaft der als Beispiel herangezogenen HSK-Werkzeugaufnahmen ist darin zu sehen, dass das Werkzeug zum Beispiel durch ein Paket von Tellerfedern in die Werkzeugaufnahme gezogen und dadurch gespannt wird. Zum Öffnen der Werkzeugaufnahme beziehungsweise zum Lösen des Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme muss die Spannkraft des Federpakets überwunden werden. Dies erfolgt üblicherweise dadurch, dass ein Betätigungsteil, welches Bestandteil der Werkzeugaufnahme ist, entgegen der Federkraft relativ zu der Werkzeugnahme in axialer Richtung verschoben wird.
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In HSK-Werkzeugaufnahmen werden häufig Werkzeuge eingespannt, die eine oder zwei Zustellmittel aufweisen, um das Werkzeug während der Bearbeitung zustellen zu können. Ein Beispiel für solche einfach oder mehrfach zustellbaren Werkzeuge sind Honwerkzeuge. Darunter gibt es Ausführungen, bei denen eine Gruppe von Honleisten vorhanden ist, die durch ein erstes Zustellmittel zugestellt werden. Da es jedoch auch Honwerkzeuge gibt, die eine erste Gruppe von Honleisten aufweisen, die beispielsweise zum Schrupphonen benötigt wird, und eine zweite Gruppe von Honleisten aufweist, die zum Feinhonen benötigt wird, werden auch zwei Zustellmittel benötigt, um die beiden Gruppen von Honleisten unabhängig voneinander zustellen zu können. Ähnliches gilt auch für Feinbohrwerkzeuge und andere rotierende Werkzeuge, welche radial zustellbare Schneiden aufweisen.
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Da solche zustellbaren Werkzeuge während der Arbeit rotieren und hohe Zerspankräfte aufnehmen müssen, ist der zur Verfügung stehende Platz in radialer Richtung für die Zustellmittel beschränkt.
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Deshalb ist in Werkzeugspindeln, die an Honmaschinen eingesetzt werden, ein erstes Zustellmittel in Form eines Zustellrohrs ausgebildet und ein zweites Zustellmittel ist in Form einer in dem Rohr geführten Zustellstange ausgebildet. Das erste Zustellmittel und das zweite Zustellmittel können unabhängig voneinanden axial verschoben werden. Diese Axialverschiebung ist die Zustellbewegung. Der Außendurchmesser des Zustellrohrs beträgt dabei nur 20 mm. Diese Maßangabe ist ein Beleg für die beengten Platzverhältnisse im Bereich einer Werkzeugaufnahme und einer Spindel. Diese Problematik wird dadurch verschärft, dass häufig auch noch eine Kühlschmiermittelzufuhr sowie eine oder zwei Messluftanschlüsse in die Werkzeugaufnahme integriert werden müssen.
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Vor diesem Hintergrund ist es bislang nur mit zusätzlichen Spannhilfen möglich, die Werkzeugaufnahme automatisch von der Spindelseite der Werkzeugmaschine zu öffnen und zu schließen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spindel für eine Werkzeugmaschine, umfassend eine mit Federkraft gespannte Werkzeugaufnahme, einen Spindelmotor mit einem Rotor und mindestens einem Zustellmittel, so weiterzubilden, dass die Werkzeugaufnahme von der Spindelseite her automatisch geöffnet und geschlossen werden kann. Dabei ist besonderes Augenmerk darauf zu richten, dass kein oder nur in sehr geringem Umfang zusätzlicher Bauraumbedarf in der Spindel beziehungsweise der Werkzeugaufnahme entsteht. Außerdem soll die erfindungsgemäße Lösung möglichst kostengünstig realisierbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Spindel für eine Werkzeugmaschine, umfassend eine mit Federkraft gespannte Werkzeugaufnahme, einen Spindelmotor mit einem Rotor und mindestens ein Zustellmittel, wobei das mindestens eine Zustellmittel axial verschiebbar durch die Spindel hindurchgeführt ist, wobei die Werkzeugaufnahme und der Rotor mindestens mittelbar drehfest miteinander gekoppelt sind, und wobei das mindestens eine Zustellmittel und der Rotor mindestens mittelbar drehfest miteinander gekoppelt sind, dadurch gelöst, dass das Zustellmittel mindestens eine Nase aufweist, dass das Betätigungsglied der Werkzeugaufnahme mindestens eine Axialnut zur Aufnahme der mindestens einen Nase des Zustellmittels aufweist, dass das Betätigungsglied mindestens einen Absatz aufweist und dass der mindestens eine Absatz und die mindestens eine Nase in axialer Richtung fluchtend, wenn die mindestens eine Nase aus der mindestens einen Axialnut herausgedreht ist.
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Die erfindungsgemäße Spindel ermöglicht eine Doppelfunktion des Zustellmittels. Wenn nämlich die Nasen des Zustellmittels in der Axialnut der Werkzeugaufnahme aufgenommen sind, dann ist das Zustellmittel, wie bei einer herkömmlichen Zustelleinrichtung, axial relativ zu der Werkzeugaufnahme verschiebbar und kann die Zustellung des in die Werkzeugaufnahme eingespannten Werkzeugs übernehmen.
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Wenn jedoch in erfindungsgemäßer Weise die Nasen des Zustellmittels relativ zu dem Betätigungsglied der Werkzeugaufnahme verdreht werden, dann werden dadurch die Nasen aus der Axialnut herausgedreht. Wenn nun anschließend das Zustellmittel wieder in Zustellrichtung betätigt wird, dann setzen die Nasen auf einem Absatz des Betätigungsmittels auf und bewegen dieses in Zustellrichtung. Dadurch wird die Werkzeugaufnahme geöffnet und das Werkzeug kann entnommen werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung benötigt nur sehr geringe konstruktive Änderungen, um eine herkömmliche Spindel zu einer erfindungsgemäßen Spindel zu machen, die zusätzlich zur Zustellung des Werkzeugs auch noch die Werkzeugaufnahme öffnen beziehungsweise schließen kann. Deshalb ist auch nahezu kein zusätzlicher Bauraum erforderlich, so dass alle anderen Funktionalitäten der Spindel beziehungsweise der Werkzeugaufnahme, wie zum Beispiel einfache oder doppelte Zustellung, eine Kühlschmiermittelzufuhr und/oder die Zufuhr von einer oder mehreren Druckluftverbindungen uneingeschränkt möglich sind.
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Aus dem gleichen Grund ist die erfindungsgemäße Spindel auch nicht teuerer herzustellen als eine herkömmliche Werkzeugspindel, obwohl sie eine weitere Funktionalität aufweist.
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Die erfindungsgemäße Spindel kann sogar in bestehenden Maschinen anlässlich einer Revision nachgerüstet werden, weil nahezu alle Bauteile identisch sind und dann nur noch die Funktionalität „Öffnen” und „Schließen” der erfindungsgemäßen Spindel beziehungsweise Werkzeugaufnahme in die Steuerung der Werkzeugmaschine implementiert werden muss.
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Um das Zustellmittel in axialer Richtung relativ zur Spindel der Werkzeugmaschine verschieben zu können, ist mindestens eine Zustellvorrichtung vorgesehen. Diese mindestens eine Zustellvorrichtung zur Betätigung des ersten Zustellmittels ist bevorzugt an dem der Werkzeugaufnahme abgewandten Ende der Spindel aufgesetzt. Bei Bedarf können auch zwei oder mehr solcher Zustellvorrichtungen übereinander oder nebeneinander angeordnet werden. Jede Zustellvorrichtung umfasst ein Zustellmittel.
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Um die zwischen Zustellvorrichtung und Werkzeugaufnahme beziehungsweise Werkzeug zu übertragende Zustellkraft während der Bearbeitung ist in der erfindungsgemäßen Spindel mindestens eine Kraftmesseinrichtung vorgesehen. Diese Kraftmesseinrichtung kann auch zur Überwachung des Öffnens und Schließens der Werkzeugaufnahme eingesetzt werden.
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Um das mindestens eine Zustellmittel arretieren zu können, ist an dem der Werkzeugaufnahme abgewandten Ende der Zustelleinrichtung ein Endanschlag vorgesehen. Dieser Endanschlag weist in bevorzugter Weise eine rotatorischen Arretierung durch Kraftschluss oder Formschluss auf. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, das Zustellmittel, zu arretieren, indem das Zustellmittel gegen die Zustellrichtung an den Endanschlag gefahren wird.
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Die erfindungsgemäße Spindel beziehungsweise die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme ist nun so ausgebildet, dass die Nasen der Zustellmittel in dieser Position nicht mehr in der Axialnut des Betätigungsmittels gehalten werden. Es ist vielmehr so, dass der Rotor des Spindelmotors beziehungsweise die Werkzeugaufnahme relativ zu dem am Endanschlag arretierten Zustellmittel verdreht werden kann.
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Wenn, zum Beispiel, zwei um 180° zueinander versetzt angeordnete Nasen an dem Zustellmittel angeordnet sind, dann ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Werkzeugaufnahme relativ zu dem arretierten Zustellmittel um 90° verdreht wird. Danach fluchten die Nasen mit entsprechenden Absätzen des Betätigungsmittels der Werkzeugaufnahme. Wenn nun in einem nächsten Schritt das Zustellmittel wieder in Zustellrichtung verfahren wird, drücken die Nasen auf den Absatz des Betätigungsmittels. Damit wird das Betätigungsmittel gegen die Kraft des Federpakets in axialer Richtung zum Werkzeug hin bewegt. In Folge dessen löst sich die Werkzeugaufnahme und das Werkzeug kann entnommen werden beziehungsweise ein neues Werkzeug kann in die geöffnete Werkzeugaufnahme eingeführt werden.
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Sobald dies geschehen ist, wird das Zustellmittel wieder gegen die Zustellrichtung zurückgefahren. Infolgedessen schließt sich die Werkzeugaufnahme und sobald das Zustellmittel wieder an dem Endanschlag arretiert ist, kann die Werkzeugaufnahme beziehungsweise das Betätigungsmittel der Werkzeugaufnahme wieder um 90° relativ zu den Nasen beziehungsweise zu dem Zustellmittel verdreht werden, so dass die Nasen wieder in die Axialnuten des Betätigungsmittels einfahren.
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Die erfindungsgemäße Spindel kann bei einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ist ihr Einsatz in einer Honmaschine. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diesen Einsatz beschränkt.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
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1 eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spindel mit Doppelzustelleinrichtung, die auf einer Hubeinheit angeordnet ist;
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2a, 2b einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Spindel in zwei Teilen;
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3 beispielhaft eine HSK-Werkzeugaufnahme mit eingesetztem Werkzeug im Schnitt;
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4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zustellmittels;
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5 eine isometrische Ansicht von oben auf das erfindungsgemäße Betätigungsmittel der Werkzeugaufnahme;
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6 eine vereinfachte Darstellung einer Zustelleinheit;
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7 der Endanschlag der Zustelleinheit;
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8 die Drehmomentmitnahme zwischen dem Spindelmotor und den Zustellmitteln;
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9 ein Einzelteil der Drehmomentmitnahme aus 8;
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt in einer Isometrie einen Teil einer Honmaschine. Es handelt sich bei dem dargestellten Teil um eine Hubeinheit
1, die an einer Linearführung in vertikaler Richtung verfahrbar ist. Der bewegliche Teil der Hubeinheit
1 umfasst eine Konstruktion, an dem die erfindungsgemäße Spindel
3 befestigt ist. Das Konzept dieser modularen Honmaschine ist aus der
DE 10 2007 045 619 bekannt. Der Inhalt dieses Patents wird hiermit durch Bezugnahme ebenfalls in diese Patentanmeldung aufgenommen.
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Die erfindungsgemäße Spindel 3 umfasst von oben nach unten eine zweite Zustelleinrichtung 5, eine nahezu baugleiche erste Zustelleinrichtung 7, einen Spindelmotor 9 und eine Werkzeugaufnahme 11. Die Zustelleinrichtungen 7 und 5 sowie der Spindelmotor 9 sind an einer Flanschplatte 4 der Hubeinheit 1 festgeschraubt. Darüber hinaus ist der Spindelmotor 9 an seinem in 1 unteren Ende noch mit der Hubeinheit 1 verbunden.
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Die 2a und 2b zeigen einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spindel 3, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit der Längsschnitt auf zwei Blätter aufgeteilt wurde. Das erste Blatt (2a) beginnt bei der zweiten Zustelleinrichtung 5 und endet am Spindelmotor 9, während das zweite Blatt (2b) am Spindelmotor 9 beginnt und an der Werkzeugaufnahme 5 mit eingesetztem Honwerkzeug 13 endet. Das Honwerkzeug hat in der 2b das Bezugszeichen 13. Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße beanspruchte Spindel nicht nur für Honwerkzeuge, sondern für eine Vielzahl anderer Werkzeuge geeignet ist.
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Nachfolgend werden die wichtigsten, im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung relevanten konstruktiven Details der erfindungsgemäßen Spindel beschrieben.
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Der Spindelmotor 9 umfasst einen Stator 15 und einen Rotor 17. Die Werkzeugaufnahme 11 ist mit dem Rotor 17 verschraubt, so dass sie direkt von dem Rotor 17 angetrieben wird. Gleichzeitig wird dadurch auch die Werkzeugaufnahme 11 gelagert. Die konstruktiven Details dieser Lagerung sind für die beanspruchte Erfindung nur von untergeordneter Bedeutung und werden daher nicht im Detail erläutert.
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Durch den Rotor 17 werden zwei Zustellmittel hindurchgeführt, die dazu dienen, ein in die Werkzeugaufnahme 11 eingespanntes Werkzeug zuzustellen. Bei dem ersten Zustellmittel 19 handelt es sich um ein Zustellrohr. Das innerhalb des Zustellrohrs 19 angeordnete zweite Zustellmittel 21 wird nachfolgend auch als Zustellstange bezeichnet. Sowohl das Zustellrohr 19 als auch die Zustellstange 21 sind in axialer Richtung unabhängig voneinander relativ zu dem Rotor 17 und der Werkzeugaufnahme 11 verschiebbar. Dadurch können von den Zustellmitteln Zustellbewegungen auf das Werkzeug 13 übertragen werden. Selbstverständlich sind nicht bei allen Werkzeugen zwei Zustellmittel 19, 21 erforderlich. Zwei Zustellmittel sind dann notwendig, wenn beispielsweise bei einem Honwerkzeug ein Satz von Honleisten zum Schruppen und ein zweiter Satz von Honleisten zum Schlichten eingesetzt wird. Diese beiden Sätze von Honleisten müssen unabhängig voneinander zugestellt werden.
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Wie man aus der 2b erkennen kann, ist die beispielhaft dargestellte Werkzeugaufnahme 11 eine sogenannte HSK-Werkzeugaufnahme, die beispielsweise in der DIN 69893 beziehungsweise der ISO 12164 normiert ist und daher keiner detaillierten Erläuterung bedarf. Wichtig im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Werkzeugaufnahme 11 durch ein Federpaket 23 gespannt wird. Dieses Federpaket stützt sich einenends gegen einen Körper 25 der Werkzeugaufnahme 11 und anderenends gegen ein Betätigungsmittel 27 ab. Das Betätigungsmittel 27 ist in axialer Richtung relativ zu dem Körper 25 verschiebbar und wird dadurch von dem Federpaket 23 in der 2b nach oben, das heißt in Richtung des Spindelmotors 9 gepresst. Dadurch schließt die Werkzeugaufnahme 11 und das Werkzeug 13 ist sicher und positionsgenau in der Werkzeugaufnahme 11 gehalten.
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Die Werkzeugaufnahme 11 und mit ihr die Werkzeugaufnahme 13 werden von dem Spindelmotor 9 angetrieben und rotieren während der Bearbeitung. Damit keine Verdrehung zwischen dem Zustellrohr 19 und der Zustellstange 21 einerseits und der Werkzeugaufnahme 11 beziehungsweise dem Werkzeug 13 stattfindet, werden die beiden Zustellmittel 19 und 21 über Drehmitnehmer vom Rotor 17 ebenfalls in Drehung versetzt. Diese Drehmitnehmer befinden sich am oberen Ende des Spindelmotors 9 beziehungsweise in den Zustelleinrichtungen 7 beziehungsweise 5 und werden nachfolgend im Zusammenhang mit den 8 und 9 noch detailliert erläutert.
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In der 3 sind nun das untere Ende des Spindelmotors 9, die Werkzeugaufnahme 11 und das Werkzeug 13 in gespanntem Zustand gegenüber der 2b vergrößert dargestellt. Wie man aus der 3 sieht, stützt sich das Federpaket 23 an seinem unteren Ende gegen einen Absatz (ohne Bezugszeichen) im Körper 25 der Werkzeugaufnahme ab. Am oberen Ende stützt sich das Federpaket 23 gegen einen Flansch (ohne Bezugszeichen) des Betätigungsmittels 27 ab.
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Um zu verdeutlichen, dass das Betätigungsmittel 27 ein relativ langes Bauteil ist, ist am unteren Ende des Betätigungsteils 27 in der 3 nochmals das Bezugszeichen 27 eingetragen. Da die Funktionsweise einer HSK-Werkzeugaufnahme bekannt ist, soll an dieser Stelle nur noch darauf hingewiesen werden, dass das Betätigungsteil 27 an seinem in 3 unteren Ende Anlaufschrägen 29 aufweist, die mit Klemmelementen 31 derart zusammenwirken, dass sie in gespanntem Zustand (wie in 3 dargestellt) das Werkzeug 13 sicher und präzise spannen.
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Das erfindungsgemäße Betätigungselement 27 weist am oberen Ende einige Besonderheiten auf, die in der 3 teilweise sichtbar sind. In der in 3 dargestellten Schnittebene wird deutlich, dass das Betätigungselement 27 zwei gegenüberliegende Axialnuten 33 aufweist. Diese Axialnuten 33 sind länger als der Zustellweg des Zustellrohrs 19. Das Zustellrohr 19 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet. Ein oberer Abschnitt ist in der 3 mit dem Bezugszeichen 19.1 bezeichnet, während ein unterer Abschnitt mit dem Bezugszeichen 19.2 bezeichnet ist. Das zweiteilige Zustellrohr 19 mit seinen Teilen 19.1 und 19.2 ist drehfest aber axial verschiebbar am oberen Ende des Rotors 17 befestigt.
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Das zweite Teil 19.2 des Zustellrohrs 19 weist an seinem oberen Ende zwei Nasen 35 auf, die radial nach außen vorstehen. In der in der 3 dargestellten Position befinden sich die Nasen oberhalb der Axialnuten 33. Wenn nun das erste Zustellmittel 19 von der ersten Zustelleinrichtung 7 (siehe 2a) angesteuert wird, so dass es in Richtung des Werkzeugs 13 bewegt wird, dann tauchen die Nasen 35 in die Axialnuten 33 ein. Es findet somit keine Kraftübertragung in axialer Richtung von den Nasen 35 auf das Betätigungsmittel 27 statt.
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Bei herkömmlichen Werkzeugaufnahmen sind die Nasen 35 und die Axialnuten 33 nicht vorhanden. Zur Veranschaulichung ist in der 4 das zweite Teil 19.2 des Zustellrohrs 19 in einer Isometrie dargestellt. In dieser Isometrie ist eine der beiden Nasen 35 sehr gut zu sehen. Von Bedeutung ist, dass die Nase 35 einen Absatz oder Vorsprung bildet, der eine axiale Kraftübertragung zwischen dem Zustellrohr 19 und dem Betätigungsmittel 27 ermöglicht. Andere konstruktive Ausgestaltungen sind auch möglich. Allerdings ist die dargestellte Ausgestaltung mit zwei Nasen 35 ein guter Kompromiss zwischen Herstellungsaufwand und Belastbarkeit.
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In der 5 ist eine isometrische Darstellung des in 3 oberen Endes der Werkzeugaufnahme zu sehen. Nicht dargestellt sind der Spindelmotor 9 sowie die Zustellmittel 19 und 21. Um die Verbindung zwischen Spindelmotor 9 und Werkzeugaufnahme 11 zu veranschaulichen, ist in der 5 die noch zur Werkzeugaufnahme 11 gehörende Anschraubplatte 37 mit durchgesteckten Befestigungsschrauben 39 dargestellt. Diese Schrauben 39 werden von unten in den Spindelmotor eingedreht und damit die Werkzeugaufnahme 11 mit dem Spindelmotor 9 verschraubt.
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Im vorderen Teil der Werkzeugaufnahme 11 sind Anschlüsse für Kühlmittel 41 sowie für Messluft 43 und Schmierung 45 zu sehen. Am rechten Rand der Werkzeugaufnahme 11 ist eine Verbindung 42 zu der Hubeinheit 1 als Drehmomentaufnahme dargestellt.
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Wenn man nun auf die Stirnseite der Werkzeugaufnahme 11 blickt, dann sieht man von oben auf das Betätigungsmittel 27. In dieser Darstellung sind auch die beiden Axialnuten 33 sichtbar. Das in 4 dargestellte zweite Teil 19.2 des ersten Zustellmittels 19 kann in die zentrale Öffnung des Betätigungsmittels 27 eintauchen, wenn, wie dies auch in der 3 dargestellt ist, die Nasen 35 und die Axialnuten 35 des Betätigungsmittels 27 in einer Ebene liegen. Somit wird die Zustellbewegung des ersten Zustellmittels 19 durch die Nasen 35 nicht beeinträchtigt.
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Wenn jedoch die Nasen 35 relativ zu der Ebene, in der sich die Axialnuten 33 befinden, um 90° verdreht werden, dann ist die Ebene, in der sich die Nasen 35 befinden, orthogonal zu der Ebene, in der die Axialnuten 33 liegen. In der 5 ist dies durch zwei gekreuzte strichpunktierte Linien angedeutet. Wenn das erste Zustellmittel In dieser Position in Zustellrichtung ist, das heißt in Richtung des Werkzeugs 13, nach unten gefahren wird, dann gelangen die Nasen 35 in Anlage zu der Stirnfläche des Betätigungsmittels 27. Wenn das erste Zustellmittel 19 dann noch weiter betätigt wird, dann drücken die Nasen 35 das Betätigungsmittel 27 relativ zu dem Rest der Werkzeugaufnahme 11 in Richtung des Werkzeugs 13 und infolgedessen öffnet sich die Werkzeugaufnahme 11.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit darin zu sehen, dass im Normalbetrieb, das heißt wenn die ersten Zustellmittel 19 als solche arbeiten, die Nasen 35 keine Kraft auf das Betätigungsmittel 27 übertragen können, weil sich die Nasen 35 in der gleichen Ebene wie die Axialnuten 33 befinden. Wenn nun die ersten Zustellmittel zum öffnen der Werkzeugaufnahme 11 eingesetzt werden sollen, dann werden die ersten Zustellmittel 19 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel um 90° relativ zu dem Betätigungsmittel 27 verdreht. Dabei ist es natürlich eine zwingende Voraussetzung, dass während des Verdrehens die Nasen 35 sich nicht mehr in den Axialnuten 33 befinden, sondern relativ zu dem Betätigungsmittel 27 verdreht werden können. In dieser „verdrehten” Anordnung kann nun in axialer Richtung eine Kraft von den Nasen 35 auf das Betätigungsmittel 27 übertragen werden.
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Die Nasen 35 und die Axialnuten 33 sowie die Stirnfläche des Betätigungsteils bilden somit eine schaltbare Kupplung, die einmal Axialkräfte zwischen dem ersten Betätigungsmittel 19 und das Betätigungsmittel 27 übertragen kann und in der anderen Schaltstellung, wenn nämlich die Nasen 35 und die Axialnuten 33 in einer Ebene liegen, keine Axialkräfte überträgt.
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Diese sehr einfache und sehr robuste Lösung ermöglicht es, die erste Zustelleinrichtung 7 und das erste Zustellmittel, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel als Zustellrohr 19 ausgebildet ist, mit einer zusätzlichen Funktion, nämlich dem öffnen beziehungsweise Schließen der Werkzeugaufnahme 11 zu versehen. Dabei sind im Wesentlichen nur die Axialnuten 33 und die Nasen 35 erforderlich. Der Bauaufwand für diese Realisierung einer schaltbaren Axialkupplung ist vergleichsweise gering, so dass die Kosten für die Realisierung der erfindungsgemäßen Zusatzfunktion der ersten Zustelleinrichtung 7 sehr gering sind. Darin ist neben dem geringen Platzbedarf ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung zu sehen.
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In der
6 wird stark vereinfacht das obere Ende einer erfindungsgemäßen Spindel mit nur einer Zustelleinrichtung dargestellt. Eine detailliertere Beschreibung der Zustelleinrichtung findet sich in der Patentanmeldung
DE 10 2007 038 123.0 v. 04.08.2007, deren Inhalt zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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Der Aufbau einer Zustelleinrichtung 5 oder 7 ist in 6 dargestellt. Sie weist einen inkrementalen Drehweggeber 60 mit Absolutreferenz auf, der den Drehwinkel eines Gleichstrommotors 61 bestimmt. Die Drehung wird in einem Getriebe 62 übersetzt und bewirkt die axiale Verschiebung der Kugelrollspindel 64 und der mit dieser verbundenen Zustellstange 21, die im Werkzeug die radiale Aufweitung einer Honleiste (im Falle eines Honwerkzeuges) oder einer Bohrschneide (im Falle eines Feinbohrwerkzeuges) herbeiführt. Die zweite Zustelleinrichtung 7 arbeitet genauso. Deshalb sind am unteren Ende der Zustelleinrichtung zwei Bezugszeichen 19 und 21 eingetragen.
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In 7 ist nun das obere Ende der ersten Zustelleinrichtung 7 oder bei einer Doppelzustellung die zweite Zustelleinrichtung 5 dargestellt An dem oberen Ende des Zustellrohrs 19 ist ein Abschlussstück 71 aufgeschraubt und mit Hilfe von Gewindestiften gegen Verdrehen gesichert. Das Abschlussstück 71 weist an seinem oberen Ende einen sechskantigen Durchbruch 73 auf. Dieser sechskantige Durchbruch kann, wenn ein zweites Zustellmittel 21 vorhanden ist (nicht dargestellt in 7) als Drehmitnahme des zweiten Zustellmittels 21 dienen. In diesem Fall hat das zweite Zustellmittel 21 dann im Bereich des sechskantigen Durchbruchs 73 ebenfalls ein sechseckiges Profil, so dass sich eine axiale Verschiebbarkeit einstellt und gleichzeitig die Drehbewegung des ersten Zustellmittels 19 auf das zweite Zustellmittel 21 übertragen wird.
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An einer Verschlussplatte 75 der Zustelleinrichtung 5 ist ein Endanschlag 77 mit einer Stirnfläche 79 angebracht. In 7 ist die Hülse 19.3 beziehungsweise deren Abschlussstück 71 so weit entgegen der eigentlichen Zustellrichtung nach oben gefahren worden, dass der Endanschlag 77 auf der Stirnfläche 79 an dem Abschlussstück 71 anliegt. Zwischen dem Endanschlag 77 und dem Abschlussstück 71 stellt sich in dieser Position eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung ein. Dadurch wird die Hülse 19.3 und mit ihm das Zustellrohr 19 gegen Verdrehen gesichert. Weil das erste Zustellrohr 19 in dieser Position am weitesten aus der Werkzeugaufnahme 11 herausgezogen ist, befinden sich die Nasen 35 oberhalb des Betätigungsmittels 27, wie dies in der 3 dargestellt ist.
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In dieser Position ist es also möglich, den Rotor 17 des Spindelmotors und mit ihm die Werkzeugaufnahme um 90° zu drehen, ohne dass das erste Betätigungsmittel 19 diese Drehbewegung mitmacht. Infolgedessen werden die Axialnuten 33 (siehe 3 und 5) gewissermaßen unter den Nasen 35 hindurch weggedreht.
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Wenn nun das erste Zustellmittel 19 wieder in Zustellrichtung betätigt wird, dann gelangen die Nasen 35, wie im Zusammenhang mit der 3 bereits erläutert, in Anlage an die Stirnfläche des Betätigungsmittels 27 und können dann eine Axialkraft auf das Betätigungsmittel übertragen, die größer ist als die Federkraft des Federpakets 23. Dadurch wird die Werkzeugaufnahme 11 geöffnet. Auch hier ist wieder ein besonders vorteilhaftes Merkmal der erfindungsgemäßen Spindel darin zu sehen, dass eine Arretierung des ersten Zustellmittels 19 auf einfachste Weise, nämlich mit Hilfe des Endanschlags 77 und der Stirnfläche 79, realisiert werden kann. Die Kosten hierfür sind denkbar gering.
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Der Vollständigkeit halber ist in den 8 und 9 noch die Drehübertragung zwischen dem Rotor 17 des Spindelmotors 9 und dem ersten Zustellmittel 19 dargestellt. In der 8 sieht man das untere Ende der zweiten Zustelleinheit 7 und das obere Ende des Spindelmotors 9 (siehe 2a). Zwischen dem Rotor 17 (siehe 2a) des Spindelmotors 9 und dem ersten Zustellmittel 19 ist eine herkömmliche Wellen-Naben-Verbindung vorhanden, welche die Drehbewegung des Rotors 17 (nicht sichtbar in 8) auf das erste Zustellmittel 19 überträgt.
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In der 8 sind lediglich zwei Axialnuten, die Teil der Keilwellenverbindung zwischen Rotor 17 und erstem Zustellmittel 19 sind, dargestellt.
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In der 9 ist das Bauteil 19 nochmals einzeln in einer Isometrie dargestellt. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass das erste Zustellmittel 19 Axialnuten 81 aufweist, die länger als der gesamte Zustellweg der ersten Zustelleinrichtung 5 sind. In diese Axialnuten 81 greifen entsprechende Nutensteine des Rotors 17 ein und übertragen, unabhängig von der axialen Position des ersten Zustellmittels 19, die Drehbewegung vom Rotor 17 auf das erste Zustellmittel 19.
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Diese Aussage gilt mit einer Ausnahme. Am oberen Ende sind Teile der seitlichen Begrenzung der Axialnut 81 weggefräst worden, so dass es hier möglich ist, das erste Zustellmittel 19 in dieser axialen Position relativ zu den Nutensteinen (nicht dargestellt) des Rotors 17 zu verdrehen. Diese Relativverdrehung ist notwendig, wenn die Nasen 35 am unteren Ende des ersten Betätigungsmittels 19 relativ zu den Axialnuten 33 verdreht werden beziehungsweise umgekehrt. Wenn diese Verdrehung um 90° stattgefunden hat und anschließend die erste Zustelleinrichtung 19 in axialer Richtung zugestellt wird, dann müssen die in 9 nicht sichtbaren Nutensteine frei in axialer Richtung in das Zustellrohr 19 eintauchen können.
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Zu diesem Zweck sind um 90° zu den Axialnuten 81 versetzt zweite Axialnuten 83 in dem Bauteil 19 ausgebildet. Der Weg, den die Nutensteine beginnend in den Axialnuten 81 nehmen, um in die kürzeren Axialnuten 83 zu gelangen, ist in 9 durch einen Doppelpfeil dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007045619 [0032]
- DE 102007038123 [0052]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 69893-1 [0001]
- ISO 12164-1 [0001]
- DIN 69893 [0038]
- ISO 12164 [0038]
