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Die Erfindung betrifft eine motorisch angetriebene Werkzeugmaschineneinheit wie ein Mehrachsendrehkopf, eine Motorspindel, ein Drehtisch oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Werkzeugmaschineneinheiten wie Motorspindeln, Drehtische oder dergleichen sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen seit langem im Einsatz. So sind beispielsweise auch aus den Druckschriften
DE 102 35 069 A1 oder
DE 20 2005 018 002 U1 Motorspindeln mit modularem Aufbau bereits bekannt. Hierbei bestehen die Motorspindeln im Wesentlichen aus zwei separat handhabbaren Baueinheiten, die einerseits einen die äußere, statische Struktur bzw. wesentliche Teile des Stators und andererseits die rotierenden Komponenten einschließlich der Lager umfassen.
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Bei Motorspindeln ist beispielsweise eine der häufigsten Ursachen für ein Ausfallen eine Beeinträchtigung eines der Lager, die bei modernen Motorspindeln hohen Drehzahlen und zum Teil sehr starken Beanspruchungen innerhalb von Werkzeugmaschinen wie CNC-Maschinen oder dergleichen ausgesetzt sind.
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Die Demontage und Montage beispielsweise einer Ersatzspindel ist mit hohem Aufwand verbunden, da hierbei nicht nur die zum Teil zahlreichen elektrischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Anschlüsse abgeklemmt und wieder angeklemmt werden müssen, sondern da auch eine sehr genaue Rejustierung der Motorspindel bzw. des Drehtischs oder dergleichen vor Inbetriebnahme der Werkzeugmaschine durchgeführt werden muss, um den zum Teil sehr hohen Genauigkeitsanforderungen moderner Werkzeugmaschinen Genüge zu tun. Darüber hinaus kommen noch die zum Teil sehr engen räumlichen Verhältnisse bei Werkzeugmaschinen erschwerend hinzu.
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Vor Inbetriebnahme der Werkzeugmaschineneinheit muss zudem gewährleistet werden, dass die Lager korrekt montiert werden. Das bedeutet unter anderem, dass die Lager die vorgegebene Vorspannung aufweisen bzw. die vorgegebene Positionierung der Lagerkomponenten sicher gewährleistet ist.
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Beispielsweise kann es beim Einbau einer Rotoreinheit einer Motorspindel für eine Werkzeugmaschine durchaus vorkommen, dass aufgrund der beengten Platzverhältnisse und der zum Teil erheblichen Gewichte größerer, leistungsstarker Rotoreinheiten es beim Einführen dazu kommen kann, dass beispielsweise das hintere Lager bzw. dass der Werkzeug- und/oder der Werkstückaufnahme entgegen gerichtete Lager gegen die Statoreinheit bzw. gegen eine Gehäusekomponente stößt und sich hierbei beispielsweise der Außenring des Lagers in Bezug zum Innenring verschiebt.
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Eine derartige Verschiebung hat auch immer eine Veränderung der Laufeigenschaften bzw. der Verhältnisse beim Betrieb des Lagers zu Folge. Bei modernen Werkzeugmaschinen ist es jedoch beispielsweise aufgrund der hohen Beanspruchung der Lagerung, insbesondere aufgrund der zum Teil sehr hohen Drehzahlen, von großem Nachteil, wenn sich das Lager nicht im optimalen Betriebszustand befindet. Ein Betrieb mit relativ zueinander verstellter Innen- und Außenringe des Lagers führt unweigerlich vergleichsweise schnell zu einem Beschädigen bzw. großen Verschleiß des Lagers.
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Gemäß der
DE 100 27 750 C5 ist beispielsweise bereits eine Vorspanneinheit für ein Stützlager der Rotorwelle bekannt, mittels dessen die vorgegebene Vorspannung im Betrieb sicher gewährleistet werden soll, auch nach einer Demontage bzw. erneuten Montage der Rotoreinheit der entsprechenden Lagerstelle. Dieses Verspannen des Lagers kann jedoch lediglich bei Schrägkugellagern angewendet werden, wobei die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper des Lagers gegen eine entsprechend gebogene Lauffläche des Außenrings bzw. des Innenrings anschlägt, sodass die Position des Außenrings zum Innenrings entsprechend definiert ist.
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Nachteilig hierbei ist jedoch, dass dieses Prinzip nicht auf alle Wälzlager angewendet werden kann. Zudem kann im demontierten Zustand eine große axiale, auseinander gerichtete Verschiebung zwischen Außenring und Innenring des Lagers entstehen, was von Nachteil ist.
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Zudem sind aus den Schriften
EP 2 193 876 A1 ,
DE 101 63 089 C1 oder
DE 31 43 344 A1 unter anderem Motorspindeln bekannt, wobei zum Teil mittels axial verschiebbarer Lagerkomponenten die Verspannung des Lagers im montierten Zustand bzw. im Betriebszustand veränderbar ist.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine motorisch angetriebene Werkzeugmaschineneinheit der eingangs genannten Art vorzuschlagen, wobei eine Beeinträchtigung der Werkzeug- und/oder Werkstückaufnahme entgegen gerichteten, zweiten Lagereinheit auch im demontierten Zustand sicher verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Werkzeugmaschineneinheit der eingangs genannten Art, durch die 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 Werkzeugmaschineneinheit einerseits dadurch aus, dass die zweite Lagereinheit als Loslager der Rotorwelle ausgebildet ist und dass wenigstens eine Entspannungsvorrichtung zum Entspannen des Loslagers im eingebauten Zustand vorgesehen ist.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Entspannungsvorrichtung wird ermöglicht, dass im demontierten Zustand die zweite Lagereinheit zumindest während der Einbauphase in einem gesicherten Zustand verspannt werden kann und für den Betrieb mit Hilfe der vorteilhaften Entspannungsvorrichtung gemäß der Erfindung in eine vorteilhafte Betriebsposition gebracht werden kann, dass heißt in einen möglichst optimalen Betriebszustand des Lagers. Hierdurch wird eine bestmögliche Positionierung im Betrieb gewährleistet und zugleich eine Beeinträchtigung der zweiten Lagereinheit im demontierten Zustand bzw. zumindest während der Einbauphase sicher verhindert.
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Andererseits ist gemäß der Erfindung im ausgebauten Zustand, insbesondere während der Einbauphase, das Spannelement als Montageanschlag zum Anschlagen am Außenring und zugleich am Innenring des Loslagers ausgebildet. Durch den hierbei realisierten Kontakt des Außenrings und des Innenrings mit dem Spannelement wird eine definierte Montageposition der beiden wesentlichen Lagerkomponenten gewährleistet, sodass eine Beeinträchtigung des Lagers zumindest beim Einbau der Rotoreinheit, beispielsweise bei einem unbeabsichtigten Stoß bzw. Schlag oder dergleichen, sicher verhindert wird.
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Vorzugsweise umfasst die Entspannungsvorrichtung ein wenigstens teilweise im Wesentlichen parallel zur Drehachse verstellbares Spannelement zum Entspannen des Loslagers im eingebauten Zustand. Durch das möglichst parallel zur Drehachse verstellbare Spannelement kann beispielsweise der Außenring relativ zum Innenring oder umgekehrt erstellt werden, um vom stark bzw. voll verspannten Zustand währen der Einbauphase in einen vollständig entspannten oder in einer besonderen Variante der Erfindung in einen etwas entspannteren bzw. nur leicht/optimal vorgespannten Betriebszustand verstellt zu werden.
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Vorteilhafterweise ist im eingebauten Zustand ein (axialer) Abstand zwischen dem Spannelement und einem Außenring oder einem Innenring des Loslagers vorgesehen. Mit dem vorzugsweise axialen Abstand, dass heißt mit Luft zwischen dem Spannelement und dem Außenring oder dem Innenring, im eingebauten Zustand wird gewährleistet, dass ein Kontakt sicher verhindert wird und das Lager im optimalen Betriebszustand frei laufen kann.
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Vorzugsweise weist die Entspannungsvorrichtung eine wenigstens eine Verstellkraft erzeugende Verstelleinheit zum Verstellen des Außenrings und des Spannelementes auf. Hiermit wird gewährleistet, dass der Außenring gemeinsam mit dem Spannelement verstellbar ist, zum Beispiel mit einem Lagerring/-buchse oder dergleichen. Das bedeutet auch, dass vorzugsweise der Innenring sowohl in Betrieb als auch im ausgebauten Zustand bzw. währen der Einbauphase durchaus fest an der Rotorwelle positioniert bzw. fixiert ist. Dagegen wird gemäß der Erfindung vorzugsweise der Außenring mit dem Spannelement im ausgebauten Zustand bzw. zumindest während der Einbauphase verstellt und mit dem Innenring mit Hilfe des vorteilhaften Spannelementes verspannt.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung erzeugt die Verstelleinheit eine quer zur Drehachse ausgerichtete Verstellkraft und darüber hinaus weist das Spannelement in vorteilhafter Weise eine spitzwinklig zur Drehachse ausgerichtete Verstellfläche auf. Mit Hilfe dieser beiden, miteinander in vorteilhafter Weise kombinierten Maßnahmen wird erreicht, dass durch die Einwirkung der quer zur Drehachse ausgerichteten Verstellkraft, in Wechselwirkung mit der spitzwinklig zur Drehachse ausgerichteten Verstellfläche des Spannelementes, eine axiale Verstellung des Spannelementes in vorteilhafter Weise generiert wird. Es hat sich gezeigt, dass in vorteilhafter Weise eine quer zur Drehachse ausgerichtete Verstellkraft bzw. eine radial ausgerichtete Verstellkraft von besonderem Vorteil ist. Bei einer Variante der Erfindung kann beispielsweise die Verstellkraft durch die Montageperson nachträglich in radialer Richtung von außen bzw. umfangsseitig gut zugänglich und somit ohne großen Aufwand erzeugt werden.
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In einer anderen Variante der Erfindung wird durch die quer zur Drehachse ausgerichtete bzw. radial ausgerichtete Verstelleinheit die axiale Position der Verstelleinheit vorgegeben und somit auch die axiale Positionierung des Spannelementes zumindest im Betrieb exakt definiert. Diese Positionierung kann beispielsweise auch ohne zusätzliche bzw. separate Einwirkung einer Montageperson und somit selbsttätig generiert werden. Letzteres ist aufgrund der üblichen (beengten und meistens gekapselten) Platzverhältnisse im eingebauten Zustand der Rotoreinheit in einer Statoreinheit oder einer Werkzeugmaschine von besonderem Vorteil.
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Beispielsweise wird eine automatische Positionierung des Spannelementes durch die erfindungsgemäße Verstelleinheit mit Hilfe von wenigstens einem Federelement zum Erzeugen der Verstellkraft gewährleistet. Dieses Federelement kann das Spannelement in vorteilhafter Weise von der verspannten, Montageposition in die entspannte Betriebsposition verstellen. Dementsprechend kann dieser Vorgang selbstständig bzw. automatisch erfolgen und zugleich eine präzise Positionierung für den Betrieb gewährleisten.
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Vorzugsweise umfasst die Verstelleinheit wenigstens ein Schraubenelement zum Beaufschlagen des Federelementes. Mit Hilfe des Schraubenelementes wie beispielsweise einer Madenschraube oder dergleichen, kann das Federelement eine definierte bzw. vorgegebene Vorspannkraft/Spannkraft aufweisen, mit der das Spannelement in vorteilhafter Weise in die Betriebsposition verstellt wird, wodurch die zweite Lagereinheit gemäß der Erfindung entspannt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Spannelement wenigstens teilweise eine konisch ausgebildete Umfangskontur bzw. Mantelfläche auf. Hiermit wird gewährleistet, dass das Spannelement sich in vorteilhafter Weise an eine entsprechende Kontaktfläche eines vorzugsweise konisch ausgeformten Statorelementes bzw. der Statoreinheit anschmiegt. Hierdurch wird der Einbau verbessert und im Betrieb die radiale Positionierung der Rotorwelle bzw. der Lagerung in vorteilhafter Weise realisiert.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wir anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
- 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Motorspindel gemäß der Erfindung,
- 2 ein vergrößerter, hinterer Ausschnitt aus 2 und
- 3 ein vergrößerter Ausschnitt aus 1 während einer Einbauphase sowie während einer Ausbauphase.
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In 1 ist schematisch eine Motorspindel 1 dargestellt mit einem Stator 2 und einer Rotoreinheit 3. Im Bereich einer Werkzeugaufnahme 4 ist gemäß der Erfindung eine erste Lagerstelle 5 vorgesehen, die hier aus zwei einzelnen Schrägkugellagern in O-Anordnung ausgeführt ist.
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Weiterhin umfasst die Rotoreinheit 3 eine zweite bzw. hintere Lagerstelle 6, die als Loslager, insbesondere als Zylinderrollenlager ausgebildet ist.
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1 zeigt den Zustand der Rotoreinheit 3 im Betrieb, die über eine Flanschverbindung 7 mit Fixierschrauben mit der Statoreinheit 2 fest verbunden ist. Die Statoreinheit 2 kann auch ein nicht näher dargestelltes zylinderförmiges Spindelgehäuse aufweisen, sodass umfangsseitig vorteilhafte Kühlkanäle ausgebildet werden. Die hier möglichen, zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsvarianten sind jedoch allgemein bekannt und sollen vorliegend nicht näher beschrieben werden.
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Die zweite Lagerstelle 6 bzw. das Loslager 6 ist in 2 vergrößert abgebildet. Hier wird deutlich, dass das Lager 6 einen an einer Rotorwelle 8 angeordneten und fixierten Innenring 9 sowie Wälzkörper 10 als auch einen Außenring 11 umfasst. Vorteilhafterweise ist ein Wälzkörperkäfig vorgesehen, der jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt ist.
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Der Innenring 9 ist über einen Fixierring 12 und eine Fixierhülse 13 positionsgenau und in vorteilhafter Weise nicht verstellbar an der Rotorwelle 8 fixiert. Der Außenring 11 des Lagers 6 ist durch eine Ringbuchse 14 und einen Fixierring 15 in vorteilhafter Weise fixiert.
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Die exakte axiale Position der Ringbuchse 14 wird über eine Ringnut 16 sowie eine Verstelleinheit 17 definiert. Die Verstelleinheit 17 umfasst eine Schraube 18 sowie eine Spiralfeder 19 und am radial nach innen gerichteten Ende eine Positionierkugel 20. Die Positionierkugel 20 ist in Betriebsstellung wenigstens teilweise durch die Spiralfeder 19 in die Ringnut 16 gedrückt.
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Durch eine vorteilhafte V-Querschnittsform der Ringnut 16 werden schrägwinklig bzw. spitzwinklig zur Drehachse ausgerichtete Nutflächen in vorteilhafter Weise zur Positionierung der Ringbuchse 14 durch die Verstelleinheit 17 verwendet.
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Die Entspannung bzw. Verstellung des Lagers 6 gemäß der Erfindung wird vor allem im Vergleich der 2 mit 3 deutlich. 3 stellt zwei unterschiedliche Zustände der Rotoreinheit 3 dar. Im Bereich I ist der Zustand während einer Einbauphase abgebildet. Im Bereich II ist der Zustand in einer Ausbauphase abgebildet.
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Im Einbauzustand gemäß Bereich I ist die Ringbuchse 1 entgegen einer axialen Einbaurichtung 21 derart verstellt, dass eine innere Stirnfläche 22 an den Innenring 9 anschlägt und eine äußere Stirnfläche 23 den Außenring 11 gemeinsam mit dem Fixierring 15 fest fixiert bzw. verspannt.
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Großer Vorteil gemäß der Erfindung ist somit, dass beim Einbau der Rotoreinheit 3 in Einbaurichtung 21 selbst bei einem Anstoßen der Ringbuchse 14 an der Startoreinheit 2 durch die Stirnflächen 22 und 23 der Innenring 9 sich nicht relativ zum Außenring 11 des Lagers 6 verschieben bzw. verstellen kann. Das bedeutet, dass während der Einbauphase gemäß 3, Bereich I die Komponenten bzw. die Lagerringe 9, 11 fest zueinander positioniert bzw. verspannt sind.
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Ein Vergleich mit der Betriebsposition gemäß 2 verdeutlicht, dass in Betriebsstellung die innere Stirnfläche 22 axial beabstandet zum Innenring 9 des Lagers 6 ist. Jedoch ist zur Fixierung des Außenrings 11 die äußere Stirnfläche 23 weiterhin im Kontakt mit dem Außenring 11. Dementsprechend wird die Ringbuchse 14 von der verspannten Position während der Einbauphase gemäß 3, Bereich I axial in Richtung 21 verstellt, um in der entspannten Betriebsposition gemäß 2 positioniert zu werden.
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Diese axiale Verstellung der Ringbuchse 14 erfolgt durch die Verstelleinheit 17 bzw. durch die Wechselwirkung der von der Spiralfeder 19 aufgebrachten Verstellkraft auf die Kugel 20 und der schrägwinkligen Nutfläche bzw. der V-Form der Ringnut 16, wodurch die Ringbuchse 14 in Einbaurichtung 21 verstellt bzw. verschoben wird. Der axiale Verstellweg der Ringbuchse 14 entspricht somit dem axialen Abstand zwischen der inneren Stirnfläche 22 der Ringbuchse 14 und dem Innenring 9 des Lagers 6.
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Demzufolge ist gemäß der Erfindung das Lager 6 aus einem Einbauzustand bzw. verspannten/fixierten Montagezustand durch die Verstelleinheit 17 in den entspannten Betriebszustand verstellt worden.
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Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ermöglicht darüber hinaus noch eine dritte Position der Ringbuchse 14, die gemäß 3 in Bereich II dargestellt ist. Bei dieser Position der Ringbuchse 14 während des Ausbaus der Rotoreinheit 3 wird die Ringbuchse 14 zusätzlich in Einbaurichtung 21 axial verstellt, bis eine vordere Stirnfläche 24 der Ringbuchse 14 an einer Erhebung einer Wellenbuchse 25 anschlägt. Für den Ausbau wird zuvor die Fixierung der Rotoreinheit 3 im Bereich des Fixierflansches 7 gelöst und die Rotoreinheit 3 entgegen der Einbaurichtung 21 herausgezogen. Aufgrund von Reibung der konischen Mantelflächen sowie der Federkraft bzw. Verstellkraft der Verstelleinheit 17 wird die Ringbuchse 14 relativ zur Rotorwelle 8 verstellt, dass heißt in Richtung 21, bis die vordere Stirnfläche 24 an der Wellenbuchse 25 anschlägt. Sodann wird auch die Ringbuchse 14 entgegen der Einbaurichtung 21 aus der Statoreinheit 2 herausbewegt bzw. herausgezogen.
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In dieser Ausbauposition gemäß Bereich II, 3 wird demzufolge auch der Außenring 11 des Lagers 6 entsprechend axial verstellt.
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In den Figuren ist ein Lager 6 dargestellt, wobei die Wälzkörper 10 des Lagers 6 durch entsprechende Hervorhebungen des Innenrings 9 in axialer Richtung positioniert sind. Dagegen weist der Außenring 11 eine gleichmäßige Ebene bzw. glatte Lauffläche in axialer Richtung auf, sodass die Relativbewegung des Außenrings zum Innenring 9 durch eine Relativbewegung der Wälzkörper 10 bzw. Rollen 10 gegenüber dem Außenring 11 realisiert wird. Alternativ zur dargestellten Lagervariante kann jedoch auch ein Außenring 11 vorgesehen werden, der entsprechende radial nach innen gerichtete Hervorhebungen zur Positionierung der Wälzkörper 10 aufweist und der Innenring eine entsprechend ebene bzw. glatte Lauffläche in axialer Richtung aufweist. So kann auch mit dieser nicht näher dargestellten Lagervariante die Relativbewegung zwischen Innenring 9 und Außenring 11 in vorteilhafter Weise ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorspindel
- 2
- Stator
- 3
- Rotoreinheit
- 4
- Werkzeugaufnahme
- 5
- Lager
- 6
- Lager
- 8
- Rotorwelle
- 9
- Innenring
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Außenring
- 12
- Fixierring
- 13
- Fixierhülse
- 14
- Ringbuchse
- 15
- Haltering
- 16
- Ringnut
- 17
- Verstelleinheit
- 18
- Schraube
- 19
- Spiralfeder
- 20
- Kugel
- 21
- Richtung
- 22
- Stirnfläche
- 23
- Stirnfläche
- 24
- Stirnfläche
- 25
- Wellenbuchse
- I
- Bereich
- II
- Bereich
