DE102013109947A1

DE102013109947A1 - spindle

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Publication number: DE102013109947A1
Application number: DE201310109947
Authority: DE
Inventors: Daniel Trippel
Original assignee: FISCHER FORTUNA GmbH
Current assignee: Fischer Praezisionsspindeln De GmbH
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: DE102013109947B4

Abstract

Es wird eine Spindel vorgestellt. Diese umfasst ein Spindelgehäuse (10), das zumindest abschnittsweise aus einem CFK-Werkstoff gefertigt ist.A spindle is presented. This comprises a spindle housing (10), which is at least partially made of a CFRP material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindel, insbesondere eine Motorspindel oder Riemenspindel.The invention relates to a spindle, in particular a motor spindle or belt spindle.

Eine Spindel kann bspw. in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Dabei kann die Spindel, bspw. bei Drehmaschinen, das Werkstück oder, wie bspw. bei Schleifmaschinen, das Werkzeug aufnehmen. Es wird somit zwischen werkzeugtragenden und werkstücktragenden Spindeln unterschieden.A spindle can, for example, be used in machine tools. In this case, the spindle, for example, in lathes, the workpiece or, for example, in grinding machines, record the tool. There is thus a distinction between tool-carrying and workpiece-bearing spindles.

Mit Motorspindel wird eine direktangetriebene präzise gelagerte Welle mit typischerweise integrierter Werkzeugschnittstelle bezeichnet. Durch die direkte Kopplung des Antriebs mit der präzise gelagerten Welle ist eine äußerst genaue Bearbeitung des Werkstücks möglich.Motor Spindle is a direct driven, precision mounted shaft with typically integrated tool interface. Due to the direct coupling of the drive with the precisely mounted shaft, extremely accurate machining of the workpiece is possible.

Aus der Druckschrift DE 28 37 321 C2 ist eine Spindel mit großer freier Kraglänge bekannt, deren Spindelwelle in einem Spindelgehäuse über Endlagerungen abgestützt ist, zwischen denen die Spindelwelle einen Längsabschnitt aufweist, der mit mindestens einem schwingungsdämpfenden Radiallager über ein Lagergehäuse am Spindelgehäuse abgestützt ist. Bei der beschriebenen Spindel ist vorgesehen, dass der Längsabschnitt der Spindelwelle durch eine zwischengeschaltete biegeweiche Kupplungswelle gebildet ist, die gegenüber der in den Endlagerungen geführten Wellenabschnitten im Durchmesser abgesetzt ist und bei der die als Hilfsmasse dienende Lagergehäuse radial nachgiebig am Spindelgehäuse abgestützt ist.From the publication DE 28 37 321 C2 is known a spindle with a large free Kraglänge whose spindle shaft is supported in a spindle housing via end bearings, between which the spindle shaft has a longitudinal portion which is supported with at least one vibration-damping radial bearing via a bearing housing on the spindle housing. In the described spindle, it is provided that the longitudinal section of the spindle shaft is formed by an intermediate flexible coupling shaft, which is offset from the guided in the end bearings shaft sections in diameter and in which serving as an auxiliary mass bearing housing is supported radially resiliently on the spindle housing.

Die beschriebene Spindel, die aus Stahl gefertigt ist, ermöglicht es, dass Schwingungen der Spindelwelle nur in geringem Maße auf die Endlagerungen übertragen werden. Weiterhin kann die Spindel für einen breiten Drehzahlbereich eingesetzt werden.The spindle described, which is made of steel, makes it possible that vibrations of the spindle shaft are transmitted only to a limited extent to the final storage. Furthermore, the spindle can be used for a wide speed range.

Es werden zudem ähnliche Konstruktionen mit teilweise gekuppelten Wellen und teilweise Vollwellen eingesetzt. Auch für diese wird bislang Stahl als Werkstoff für die Spindelhülse mit den bekannten Eigenschaften verwendet.In addition, similar constructions with partially coupled shafts and partly solid shafts are used. Also for this steel has been used as a material for the spindle sleeve with the known properties so far.

Vor diesem Hintergrund wird eine Spindel gemäß Anspruch 1 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Against this background, a spindle is presented according to claim 1. Embodiments result from the dependent claims.

Es wird somit vorgeschlagen, den für das Bauteil Spindelgehäuse bisher eingesetzten Werkstoff Stahl durch einen Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff zumindest abschnittsweise zu ersetzen.It is thus proposed to replace the previously used for the component spindle housing steel material by a carbon fiber composite material, at least in sections.

Die Spindel weist somit ein Spindelgehäuse auf, in dem eine Spindelwelle geführt ist. Dabei ist das Spindelgehäuse zumindest abschnittsweise aus einem CFK-Werkstoff hergestellt.The spindle thus has a spindle housing in which a spindle shaft is guided. The spindle housing is at least partially made of a CFRP material.

Weiterhin kann das Spindelgehäuse einen modularen Aufbau mit Komponenten aufweisen. In diesem Fall ist zumindest eine der Komponenten aus einem CFK-Werkstoff gefertigt. Die anderen Komponenten können bspw. aus Stahl gefertigt sein. Selbstverständlich können auch alle Komponenten des Spindelgehäuses aus einem CFK-Werkstoff gefertigt sein.Furthermore, the spindle housing may have a modular construction with components. In this case, at least one of the components is made of a CFRP material. The other components can, for example, be made of steel. Of course, all components of the spindle housing can be made of a CFRP material.

Als Komponente kann das Spindelgehäuse eine Spindelhülse, eine Lagerhülse und/oder eine Einspannhülse umfassen.As a component, the spindle housing may comprise a spindle sleeve, a bearing sleeve and / or a clamping sleeve.

Dabei kann die Spindelhülse, die Lagerhülse und/oder die Einspannhülse aus einem CFK-Werkstoff gefertigt sein. Zumindest eine der Komponenten ist aus einem CFK-Werkstoff gefertigt. Die anderen Komponenten können bspw. aus Stahl gefertigt sein.In this case, the spindle sleeve, the bearing sleeve and / or the clamping sleeve can be made of a CFRP material. At least one of the components is made of a CFRP material. The other components can, for example, be made of steel.

In einer besonderen Ausführung ist die Lagerhülse aus Stahl, die Spindelhülse aus einem CFK-Werkstoff und die Einspannhülse aus Stahl gefertigt. Dies ist aber nur eine mögliche Materialauswahl.In a particular embodiment, the bearing sleeve made of steel, the spindle sleeve made of a CFRP material and the clamping sleeve made of steel. But this is just one possible material selection.

Weiterhin kann zumindest eine Verbindung zwischen Komponenten des Spindelgehäuses als Klebeverbindung ausgeführt sein.Furthermore, at least one connection between components of the spindle housing can be designed as an adhesive connection.

Darüber hinaus kann zumindest eine Verbindung zwischen Komponenten des Spindelgehäuses als Querpressverbindung bzw. Schrumpfverbindung ausgeführt sein.In addition, at least one connection between components of the spindle housing can be designed as a transverse press connection or shrinkage connection.

Die vorgestellte Spindel kann nach dem Kupplungswellenprinzip aufgebaut sein, wie dieses in der Druckschrift DE 28 37 321 C2 beschrieben ist.The presented spindle can be constructed according to the coupling shaft principle, as this in the document DE 28 37 321 C2 is described.

Danach ist die Spindel eine Spindel mit großer freier Kraglänge, deren Spindelwelle in einem Spindelgehäuse über Endlagerungen abgestützt ist, zwischen denen die Spindelwelle einen Längsabschnitt aufweist, der mit mindestens einem schwingungsdämpfenden Radiallager über ein Lagergehäuse am Spindelgehäuse abgestützt ist. Bei der Spindel ist vorgesehen, dass der Längsabschnitt der Spindelwelle durch eine zwischengeschaltete biegeweiche Kupplungswelle gebildet ist, die gegenüber der in den Endlagerungen geführten Wellenabschnitten im Durchmesser abgesetzt ist und bei der die als Hilfsmasse dienende Lagergehäuse radial nachgiebig am Spindelgehäuse abgestützt ist. Thereafter, the spindle is a spindle with a large free Kraglänge whose spindle shaft is supported in a spindle housing via end bearings, between which the spindle shaft has a longitudinal portion which is supported by at least one vibration-damping radial bearing via a bearing housing on the spindle housing. In the case of the spindle, it is provided that the longitudinal section of the spindle shaft is formed by an intermediately connected flexible coupling shaft which is offset in diameter from the shaft sections guided in the end bearings and in which the bearing housing serving as auxiliary mass is supported radially resiliently on the spindle housing.

Weiterhin kann das Spindelgehäuse an seinem Außenumfang mit einer Ringnut versehen sein, in der ein Feder-Dämpfungs-Element des schwingungsdämpfenden Lagers angeordnet ist. Das Feder-Dämpfungselement kann durch die Parallelschaltung eines Federelements und eines elastoplastischen Stützkörpers gebildet sein.Furthermore, the spindle housing may be provided on its outer circumference with an annular groove in which a spring-damping element of the vibration-damping bearing is arranged. The spring-damping element may be formed by the parallel connection of a spring element and an elastoplastic support body.

Als Stützkörper kann ein Gummiring vorgesehen sein. Als Dämpfungselement kann ein Reibungsdämpfer vorgesehen sein.As a supporting body, a rubber ring may be provided. As a damping element may be provided a friction damper.

Die vorgestellte Spindel kann bspw. als Motorspindel oder Riemenspindel ausgebildet sein. Das Spindelgehäuse kann insbesondere einen zylindrischen oder abgesetzten Aufbau haben und dabei einteilig oder mehrteilig, insbesondere modular, ausgebildet sein. In einer Ausführung kann die Spindel einen Schleifkopf tragen.The presented spindle can be designed, for example, as a motor spindle or belt spindle. The spindle housing may in particular have a cylindrical or stepped construction and be formed in one or more parts, in particular modular. In one embodiment, the spindle may carry a grinding head.

Unter einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, der als CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff) oder Kohlefaser-Verbund-Werkstoff bezeichnet wird, ist ein Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff zu verstehen, bei dem Kohlenstofffasern, typischerweise in mehreren Lagen, als Verstärkung in eine Kunststoff-Matrix eingebettet sind. In vielen Fällen besteht die Matrix aus Duromeren, bspw. Epoxidharz, oder aus Thermoplasten.By carbon fiber reinforced plastic, referred to as CFRP (carbon fiber reinforced plastic) or carbon fiber composite material is meant a fiber-plastic composite in which carbon fibers, typically in multiple layers, are embedded as reinforcement in a plastic matrix are. In many cases, the matrix consists of duromers, for example epoxy resin, or of thermoplastics.

Die vorgestellte Spindel kann bspw. als überlange Schleifspindel für die kritische Bearbeitung tiefer Bohrungen vorgesehen sein. Der innere Aufbau kann grundsätzlich dem Aufbau entsprechen, der in der genannten Patentschrift DE 28 37 321 C2 beschrieben ist. Insbesondere mit dieser Bauart ist es möglich, Spindeln mit beliebiger Länge bis zu einem Durchmesser/Längenverhältnis von 1:25 aufzubauen. So sind auch Verhältnisse von 1:8 oder 1:20 möglich. Derartig lang frei austragende Schleifspindeln werden in vielen Bereichen benötigt, bspw. im Flugzeugbau für das Ausschleifen von Landebeinen, im Maschinenbau bei Hydraulikteilen, im Fahrzeugbau für das Bearbeiten von Achsen usw.The presented spindle can be provided, for example, as an overly long grinding spindle for the critical machining of deep holes. The internal structure can basically correspond to the structure described in the cited patent DE 28 37 321 C2 is described. In particular, with this design, it is possible to build spindles of any length up to a diameter / length ratio of 1:25. So ratios of 1: 8 or 1:20 are possible. Such long freely discharging grinding spindles are needed in many areas, for example. In aircraft for sanding land, in engineering hydraulic parts, in vehicle for machining axles, etc.

Durch das Konstruktionsprinzip lassen sich die Einzelmodule der arbeitsseitigen, bspw. schleifseitigen, und antriebseitigen Lagerung bezüglich Steifigkeit und Drehzahlverhalten optimal auslegen. Da das Gesamtsystem statisch nicht überbestimmt ist und durch die Vielzahl der Lagerstellen und Stützlager über eine hohe Dämpfung verfügt, können mit diesen Spindeln ausgezeichnete Ergebnisse bei schwierigen Schleifoperationen im tiefen Bohrungsgrund erreicht werden.Due to the design principle, the individual modules of the working side, for example. Sand side, and drive side bearing can be optimally interpreted in terms of stiffness and speed behavior. Since the overall system is not statically overdetermined and has a high degree of damping due to the large number of bearing points and support bearings, these spindles can be used to achieve excellent results in difficult deep hole grinding operations.

Zu beachten ist, dass bei der spanenden Fertigung die Reduzierung von Haupt- und Nebenzeiten das vornehmliche Ziel bei Entwicklungen ist. Hinsichtlich der Reduzierung der Hauptzeiten sind beim Schleifen von Tieflochbohrungen folgende Einflussgrößen maßgeblich:It should be noted that the reduction of main and auxiliary times is the primary goal of developments in machining. With regard to the reduction of the main times, the following influencing factors are decisive when grinding deep hole drilling:

a) Erhöhung des Zeitspanvolumens Q'_w a) Increasing the time-wasting volume Q ' _w

Dies erfolgt durch Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit v_c, abhängig vom verwendeten Schleifmittel bis > 50 m/s bei Werkstückwerkstoff Stahl, wobei dies durch die in der Druckschrift DE 28 37 321 C2 beschriebenen Spindel mit dem inneren Aufbau nach dem Kupplungswellenprinzip geleistet werden kann, und der Vorschubgeschwindigkeit v_f.This is done by increasing the cutting speed v _c , depending on the abrasive used to> 50 m / s for workpiece material steel, this by the in the document DE 28 37 321 C2 described spindle can be made with the internal structure according to the coupling shaft principle, and the feed rate v _f .

Problematisch bei diesen Maßnahmen ist, dass sich durch diese eine Erhöhung der Schleifnormalkraft einstellt, die speziell bei einer überlangen Spindel zu einer erhöhten Durchbiegung der Spindelhülse führt.The problem with these measures is that this sets an increase in the grinding normal force, which leads to an increased deflection of the spindle sleeve especially with an overlong spindle.

b) Durchbiegung der Spindelhülse bzw. des Spindelgehäusesb) deflection of the spindle sleeve or the spindle housing

Das Spindelgehäuse biegt sich gemäß folgender Formeln unter seinem Eigengewicht und unter dem Einfluss der Schleifnormalkräfte, die am äußeren Ende der Spindel eingeleitet werden, durch: Durchbiegung f unter Kraftangriff am äußeren Ende:

Durchbiegung f_E unter konstanter Flächenlast bzw. Eigengewicht:

wobei

F: = wirkende radiale Kraft, hier Schleifnormalkraft
I: = frei auskragende Länge des Balkens, hier das Spindelgehäuse
E: = Elastizitätsmodul
l: = polares Flächenträgheitsmoment des Spindelgehäuses, hier ein Kreisringquerschnitt

The spindle housing bends according to the following formulas under its own weight and under the influence of the grinding normal forces, which are introduced at the outer end of the spindle, by: Deflection f under force on the outer end:

Deflection f _E under constant surface load or dead weight:

in which

F: = acting radial force, here grinding normal force
I: = freely projecting length of the beam, here the spindle housing
e: = Modulus of elasticity
l: = polar area moment of inertia of the spindle housing, here a circular ring cross-section

Die erhaltenen Werte für die Durchbiegung unter Lastangriff und unter konstanter Streckenlast addieren sich zur Gesamtdurchbiegung: f_ges = f + f_E The values obtained for deflection under load attack and under constant line load add up to the total deflection: f _ges = f + f _E

Es ist zu erkennen, dass die frei auskragende Länge des Spindelgehäuses den größten Einfluss auf die Durchbiegung hat, nämlich dass diese in der dritten Potenz eingeht. Dieser Wert kann nur geringfügig verändert werden, er kann nur, soweit dies möglich ist, an das Kundenwerkstück angepasst werden. Dies gilt ebenso für das polare Flächenträgheitsmoment der Spindelhülse. Dieses ist ebenfalls durch das Kundenwerkstück sowie die innere Konstruktion der Spindel festgelegt.It can be seen that the freely projecting length of the spindle housing has the greatest influence on the deflection, namely that it enters into the third power. This value can only be changed slightly; it can only be adapted to the customer's workpiece as far as possible. This also applies to the polar area moment of inertia of the spindle sleeve. This is also determined by the customer's workpiece as well as the internal construction of the spindle.

Es zeigt sich somit, dass durch Erhöhen des E-Moduls der Spindelhülse bzw. des Spindelgehäuses deren bzw. dessen Durchbiegung unter Eigengewicht und Schleifnormalkräften signifikant zu reduzieren ist und damit die steigenden Kräfte aus dem Schleifprozess aufgenommen werden können. Dies wird durch Einsatz eines Kohlefaserverbund-Werkstoffes (CFK) für das Spindelgehäuse bzw. die Spindelhülse erreicht.It thus appears that by increasing the modulus of elasticity of the spindle sleeve or of the spindle housing, its or its deflection under its own weight and grinding normal forces can be significantly reduced, and thus the increasing forces from the grinding process can be absorbed. This is achieved by using a carbon fiber composite material (CFRP) for the spindle housing or the spindle sleeve.

Moderne CFK-Werkstoffe erreichen oder übertreffen die Werkstoffeigenschaften von Stahl, sind deutlich leichter und verfügen über eine wesentlich höhere innere Dämpfung, was einen vorteilhaften Einfluss auf die Minderung der im Zerspanungsprozess auftretenden Schwingungen und damit der Oberflächengüte des Werkstücks und der Standzeit des Schleifwerkzeugs hat.Modern CFRP materials reach or exceed the material properties of steel, are significantly lighter and have a much higher internal damping, which has a favorable influence on the reduction of the vibrations occurring in the cutting process and thus the surface quality of the workpiece and the life of the grinding tool.

Ein weiterer Aspekt ist durch die Möglichkeit gegeben, durch Variation der Faserwinkel einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Bereich von etwa 0·10^–6/K einstellen zu können. Damit haben äußere Einflüsse durch Temperaturänderungen nahezu keine Auswirkung mehr auf die Verformung der Spindel im Betrieb. Dies beeinflusst die Temperaturstabilität der Spindel und verbessert dadurch die Werkstückgenauigkeit.A further aspect is given by the possibility of being able to set a thermal expansion coefficient α in the range of approximately 0 · 10 ^-6 / K by varying the fiber angles. Thus, external influences due to temperature changes have almost no effect on the deformation of the spindle during operation. This influences the temperature stability of the spindle and thereby improves the workpiece accuracy.

Um einen möglichst hohen E-Modul im Verbund zu erreichen, kann als Faserwerkstoff eine UHM-Faser (UHM: Ultra-Hoch-Modul) eingesetzt werden. Als Matrix kann Epoxidharz verwendet werden. In Kombination dieser Faser und einem Wickelwinkel im Bereich von 0 bis 30 Grad werden die nachstehend aufgeführten Werkstoffdaten erzielt: Stahl CFK-UHM-Verbund Differenz E-Modul [Gpa] ~210 > 330 + ca. 57% Dichte [g/cm³] ~7,85 1,5–1,7 – ca. 80% Wärmeaustauschkoeffizient [×10⁶ 1/K] ~12 ~0 – ca. 120% In order to achieve the highest possible modulus of elasticity in the composite, a UHM fiber (UHM: ultra-high modulus) can be used as the fiber material. As a matrix, epoxy resin can be used. In combination of this fiber and a winding angle in the range of 0 to 30 degrees, the following material data are obtained: stole CFRP composite UHM difference Modulus of elasticity [Gpa] ~ 210 > 330 + 57% Density [g / cm ³ ] ~ 7.85 1.5-1.7 - about 80% Heat exchange coefficient [× 10 ⁶ 1 / K] ~ 12 ~ 0 - about 120%

Bezogen auf die Spindelhülse ergeben sich die folgenden Vorteile im Vergleich zu einer Hülse aus Stahl:

– über 30% geringere Verformung unter Last und Eigengewicht
– über 80% geringere Verlagerung unter Eigengewicht
– ca. 270% höhere Eigenfrequenz
– bis zu ca. 20-fach höhere Dämpfung

Relative to the spindle sleeve, the following advantages result compared to a sleeve made of steel:

- Over 30% less deformation under load and own weight
- Over 80% less displacement under dead weight
- approx. 270% higher natural frequency
- up to about 20 times higher damping

Weiterhin ist zu beachten, dass aufgrund der heutigen fortschrittlichen Fertigungsverfahren eine solche Spindelhülse kostengünstig hergestellt werden kann, bspw. durch Wickeln auf einen Wickelkern, das sogenannte Filament Winding.Furthermore, it should be noted that due to today's advanced manufacturing process such a spindle sleeve can be produced inexpensively, for example. By winding on a winding core, the so-called filament winding.

Außerdem kann die bei einer Hülse aus Stahl notwendige aufwendige Tiefbohrbearbeitung entfallen.In addition, the costly deep drilling required in a sleeve made of steel can be omitted.

In einer weiteren Ausführung ist das Spindelgehäuse modular aufgebaut. Dies kann bspw. umfassen: arbeitsseitige Lagerhülse, bspw. aus Stahl, Spindelhülse aus CFK und Einspannhülse, bspw. aus Stahl. Dieses Konzept erlaubt eine Standardisierung der Komponenten bzw. Bauteile Lagerhülse und Einspannhülse.In a further embodiment, the spindle housing is modular. This can include, for example: work-side bearing sleeve, for example made of steel, spindle sleeve of CFRP and clamping sleeve, for example of steel. This concept allows a standardization of components or components bearing sleeve and clamping sleeve.

Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass es bei derartigen Spindeln üblich ist, die auskragende Spindellänge der Tiefe der zu bearbeitenden Bohrung anzupassen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Spindelhülsen in der max. zu erwartenden Länge lagerhaltig sind und diese dann auftragsbezogen auf die jeweils benötigte Länge abgetrennt werden.It should also be noted that it is customary in such spindles to adjust the cantilevered spindle length of the depth of the bore to be machined. This can be achieved by having spindle sleeves in the max. to be expected length storable and these are then separated order-related to the required length.

Ist das Spindelgehäuse mehrteilig aufgebaut, können unterschiedliche Verbindungstechniken angewendet werden:If the spindle housing is constructed in several parts, different connection techniques can be used:

Arbeitsseitige Lagerhülse zu Spindelhülse aus CFK:Working bearing sleeve to spindle sleeve made of CFRP:

Es wird vorgeschlagen, diese Verbindung als Klebeverbindung auszuführen. Dies hat den Vorteil, dass in die an dieser Stelle besonders dünnwandige CFK-Hülse keine (Tangential-)Spannungen eingebracht werden.It is proposed to carry out this connection as an adhesive bond. This has the advantage that no (tangential) stresses are introduced into the CFK sleeve, which is particularly thin-walled at this point.

Einspannhülse zu Spindelhülse aus CFK:Clamping sleeve to spindle sleeve made of CFRP:

Hierbei kann der im Vergleich zu CFK größere thermische Ausdehnungskoeffizient der Einspannhülse aus Stahl genutzt und eine sogenannte Querpressverbindung vorgesehen werden. Dabei wird die Einspannhülse aus Stahl definiert erwärmt, wodurch sich deren Bohrung aufweitet. Im erwärmten Zustand kann die Einspannhülse nun auf die Spindelhülse montiert werden. Beim Abkühlen der Einspannhülse wird das vorgesehene Fügespiel zu Null und ein durch das Maß der Überdeckung entsprechender Fügedruck aufgebaut, der die Bauteile fest miteinander verbindet. Aufgrund der Überdeckung der Bauteile im montierten Zustand ergibt sich zudem eine sehr präzise Verbindung, bei der kein Spiel vorhanden ist.Here, the larger thermal expansion coefficient of the clamping sleeve made of steel can be used in comparison to CFK and a so-called cross press connection can be provided. In this case, the clamping sleeve made of steel is heated defined, whereby the bore widens. In the heated state, the clamping sleeve can now be mounted on the spindle sleeve. Upon cooling of the clamping sleeve, the intended joining play is set to zero and a joining pressure corresponding to the degree of overlap, which connects the components firmly together. Due to the overlap of the components in the assembled state also results in a very precise connection, in which there is no game.

Weiterhin kann die Spindel bei Bedarf an dieser Stelle durch eine Vergrößerung des Durchmessers verstärkt werden, um eine gute Krafteinleitung der sich dadurch aufbauenden Druckspannungen zu erzielen.Furthermore, the spindle can be reinforced if necessary at this point by increasing the diameter in order to achieve a good force introduction of the pressure stresses thereby building up.

Selbstverständlich kann auch ein einteiliger Aufbau gewählt werden. In diesem Fall werden die Lagerstellen direkt in ein einteiliges CFK-Spindelgehäuse eingebracht. Dies bietet sich bspw. an:

– wenn das Spindelgehäuse eine durchgehend zylindrische Außengeometrie hat,
– bei sehr kleinen Dimensionen.

Of course, a one-piece construction can be selected. In this case, the bearings are inserted directly into a one-piece CFK spindle housing. This offers, for example, to:

- If the spindle housing has a continuous cylindrical outer geometry,
- in very small dimensions.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

1 zeigt eine Ausführungsform der vorgestellten Spindel. 1 shows an embodiment of the proposed spindle.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Spindel. 2 shows a further embodiment of the spindle.

3 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Spindel. 3 shows yet another embodiment of the spindle.

In 1 ist eine Ausführung eines Spindelgehäuses, wie dieses in der beschriebenen Spindel zum Einsatz kommt, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet im montierten Zustand dargestellt. Die Darstellung zeigt eine Spindelhülse 12, die aus einem CFK-Werkstoff gefertigt ist, eine Lagerhülse 14 zur arbeitsseitigen Lagerung einer Spindelwelle 16 und eine Einspannhülse 18 zur antriebsseitigen Lagerung der Spindelwelle 16. Diese Lagerung ist in der Einspannhülse 18 eingebaut. Alternativ kann in der Einspannhülse 18 auch ein Elektromotor vorgesehen sein. Weiterhin sind in der Darstellung eine Einspannstelle 20 zum Einspannen in eine Werkzeugmaschine und eine Kupplungswelle 22 mit elastisch gelagerten Stützlagern dargestellt.In 1 is an embodiment of a spindle housing, as used in the described spindle, in total with the reference numeral 10 referred to in the assembled state. The illustration shows a spindle sleeve 12 , which is made of a CFRP material, a bearing sleeve 14 for working storage of a spindle shaft 16 and a clamping sleeve 18 for the drive-side mounting of the spindle shaft 16 , This storage is in the clamping sleeve 18 built-in. Alternatively, in the grommet 18 also be provided an electric motor. Furthermore, in the illustration, a clamping point 20 for clamping in a machine tool and a coupling shaft 22 shown with elastically mounted support bearings.

Bei der gezeigten Ausführung ist die Einspannhülse 18, die hier aus Stahl gefertigt ist, mit der Spindelhülse 12 mittels eines Querpressverbands verbunden.In the embodiment shown, the clamping sleeve 18 , which is made of steel here, with the spindle sleeve 12 connected by means of a transverse compression bandage.

Zu beachten ist, dass das gezeigte Spindelgehäuse 10 einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein kann.It should be noted that the spindle housing shown 10 can be constructed in one piece or multiple parts.

In 2 ist eine weitere Ausführung des Spindelgehäuses, mit der Bezugsziffer 30 versehen, dargestellt. Die Abbildung zeigt eine Spindelhülse 32 aus CFK, eine Lagerhülse 34 und eine Einspannhülse 36. Weiterhin ist ein verstärkter Bereich der Spindelhülse 32 gezeigt.In 2 is another embodiment of the spindle housing, with the reference numeral 30 provided, shown. The picture shows a spindle sleeve 32 made of CFK, a bearing sleeve 34 and a clamping sleeve 36 , Furthermore, there is a reinforced area of the spindle sleeve 32 shown.

Das dargestellte Spindelgehäuse 30 weist einen modularen Aufbau mit den Komponenten Spindelhülse 32, Lagerhülse 34 und Einspannhülse 36 auf. Zum Verbinden der Komponenten sind Klebeverbindungsstellen 40 und Querpressverbindungsstellen 42 vorgesehen.The illustrated spindle housing 30 has a modular design with the components spindle sleeve 32 , Bearing sleeve 34 and clamping sleeve 36 on. To join the components are adhesive joints 40 and cross press joints 42 intended.

Die gezeigten Verbindungen sind hier nur beispielhaft genannt. Grundsätzlich sollten bei der Wahl der Art der Verbindung die Materialien der zu verbindenden Komponenten berücksichtigt werden.The compounds shown are only mentioned here by way of example. In principle, when choosing the type of connection, the materials of the components to be connected should be taken into account.

3 zeigt ein weiteres Spindelgehäuse 50, das eine Spindelhülse 52 und eine Lagerhülse 54 umfasst. Das Spindelgehäuse 50 umfasst somit zwei Komponenten. 3 shows another spindle housing 50 that is a spindle sleeve 52 and a bearing sleeve 54 includes. The spindle housing 50 thus comprises two components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2837321 C2 [0004, 0016, 0022, 0025]

Claims

Spindle with a spindle housing ( 10 . 30 . 50 ), in which a spindle shaft ( 16 ), wherein the spindle housing ( 10 . 30 . 50 ) is at least partially made of a CFRP material.

Spindle according to Claim 1, in which the spindle housing ( 10 . 30 . 50 ) has a modular structure with components.

Spindle according to Claim 2, in which the spindle housing ( 10 . 30 . 50 ) a spindle sleeve ( 12 . 32 . 52 ) as a component.

Spindle according to Claim 2 or 3, in which the spindle housing ( 10 . 30 . 50 ) a bearing sleeve ( 14 . 34 . 54 ) as a component.

Spindle according to one of claims 2 to 4, in which the spindle housing ( 10 . 30 . 50 ) a clamping sleeve ( 18 . 36 ) as a component.

Spindle according to one of claims 3 to 5, in which the spindle sleeve ( 12 . 32 . 52 ), the bearing sleeve ( 14 . 34 . 54 ) and / or the clamping sleeve ( 18 . 36 ) is made of a CFRP material or are.

Spindle according to claims 3 to 5, comprising a bearing sleeve ( 14 . 34 . 54 ) made of steel, a spindle sleeve ( 12 . 32 . 52 ) made of a CFRP material and a clamping sleeve ( 18 . 36 ) of steel.

Spindle according to one of claims 2 to 7, wherein at least one connection between components of the spindle housing ( 10 . 30 . 50 ) is designed as an adhesive connection.

Spindle according to one of claims 2 to 7, wherein at least one connection between components of the spindle housing ( 10 . 30 . 50 ) is designed as a transverse press connection.

Spindle according to one of claims 1 to 9, which is constructed according to the coupling shaft principle.