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Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für mindestens einen Spindelkopf für Werkzeuge, der in eine Werkzeugscheibe einer Werkzeugmaschine mit hierfür vorgesehenen Aufnahmen einsetzbar ist und dessen Spindel, die Festlegemittel für den Schaft des Werkzeuges aufweist, mit einem an den den Werkzeugschaft aufnehmenden ersten Abschnitt sich anschließenden zweiten Abschnitt drehbar in einem Spindelgehäuse geführt ist, das einen Aufnahmeraum für zumindest den zweiten Abschnitt der Spindel aufweist, mit einer Spindellagerung und mit einer Kühlmittelzuführung innerhalb des Spindelkopfes, die mittels einer Abdichteinrichtung zumindest gegenüber dem Inneren der Werkzeugscheibe, in das die Aufnahmen ausmünden, getrennt ist.
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Spindelköpfe, die für vorzugsweise antreibbare Werkzeuge vorgesehen und in Aufnahmen von scheibenartigen, drehbaren Werkzeugrevolvern einsetzbar sind, sind Stand der Technik. Solche Spindelköpfe weisen eine Kühlmittelzuführung mit Kühlkanälen insbesondere für eine Innenkühlung der Spindel mit einem Kühlmittel, beispielsweise einem Kühlschmiermittel und/oder für die Zufuhr eines solchen Kühlmittels zum jeweiligen Bearbeitungswerkzeug auf. Ein Spindelkopf dieser Gattung ist im Dokument
DE 101 21 694 A1 offenbart. Wenn derartige Spindelköpfe bei modernen Werkzeugmaschinen für hohe Bearbeitungsleistungen zum Einsatz kommen, wird mit zunehmend höheren Kühlmitteldrücken gearbeitet, beispielsweise mehr als 100 bar. Angesichts der hohen Drücke besteht die Gefahr, dass bei einem Defekt der Abdichteinrichtung, die die Kühlmittelzuführung an der der Aufnahme zugekehrten Seite des Spindelkopfes abdichtet, Kühlmittel unter hohem Druck ins Innere der Werkzeugscheibe gelangt, was zu Defekten an den Antrieben führt und häufig auch Folgeschäden nach sich zieht.
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Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Prüfvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auf einfache und zuverlässige Weise eine Prüfung des Kühlmittelsystems des Spindelkopfes auf Druckdichtheit ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Prüfvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass der jeweilige Spindelkopf in ein Prüfgehäuse der Prüfvorrichtung derart einsetzbar ist, dass eine Zufuhr für ein Prüfmittel an die Kühlmittelzuführung des Spindelkopfes und eine Abfuhr für das Prüfmittel an den Aufnahmeraum des Spindelgehäuses medienführend anschließbar sind, und dass zwischen dieser Kühlmittelzuführung und dem Aufnahmeraum zumindest ein Teil der Abdichteinrichtung angeordnet ist. Bei dieser Anordnung machen sich Defekte der Abdichteinrichtung durch Änderung des Druckverhältnisses zwischen Zufuhrseite und Abfuhrseite bemerkbar und ermöglichen daher die Prüfung der Funktionsfähigkeit der Abdichtung des Kühlmittelsystems vor der Ingebrauchnahme des betreffenden Spindelkopfes.
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Das Prüfgehäuse kann in vorteilhafter Weise eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, die an die Prüfmittelabfuhr angeschlossen ist und die, vom Prüfmitteldruck betätigt, als Fehlermeldung anzeigt, wenn das Prüfmittel von Seiten der Zufuhr über den zumindest einen Teil der Abdichteinrichtung zur Seite der Prüfmittelabfuhr gelangt. Bei Zufuhr eines unter einem Prüfdruck stehenden Prüfmittels, beispielsweise Druckluft, kann die Anzeigeeinrichtung in einfacher Weise als Druckanzeiger ausgebildet sein, der beispielsweise eine am Prüfgehäuse unmittelbar sichtbare Anzeige liefert.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist das Prüfgehäuse eine Festlegeeinrichtung auf, mittels deren der Spindelkopf in einer vorgebbaren Prüfposition im Prüfgehäuse festlegbar ist.
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Eine derartige Festlegeeinrichtung kann prinzipiell derart ausgebildet sein, wie es für das Festlegen von Spindelköpfen in Aufnahmen von Werkzeugrevolvern Stand der Technik und beispielhaft in der
DE 10 2012 200 266 B4 aufgezeigt ist. Bei der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung kann diesbezüglich die Festlegeeinrichtung ein mittels eines im Prüfgehäuse einschraubbaren Festlegebolzens längsverfahr geführtes Druckstück aufweisen, dessen Verzahnung im festgelegten Zustand in Eingriff mit einer Außenverzahnung des Spindelgehäuses im Bereich des zweiten Abschnitts der Spindel ist, wobei der zweite Abschnitt zusammen mit dem Aufnahmeraum in einem Prüfraum des Prüfgehäuses anordbar ist, in den sich das Druckstück zumindest teilweise hinein erstreckt.
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Dabei kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass quer zur Einbaulage des Spindelkopfes im Prüfgehäuse und in einer gemeinsamen Ebene sowie auf einer gemeinsamen Außenseite des insoweit blockartig ausgebildeten Prüfgehäuses liegend die Prüfmittelzufuhr, die Anzeigeeinrichtung und die Festlegeeinrichtung angeordnet sind. Die Betätigungselemente der Prüfvorrichtung sind daher an der gleichen Seite des Prüfgehäuses bequem zugänglich und sind insoweit auch platzsparend im Prüfgehäuse integrierbar.
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Bei Spindelköpfen, wie sie in dem genannten Dokument
101 21 694 A1 aufgezeigt sind, ist üblicherweise eine Rasteinrichtung vorhanden, die vor dem Einsetzen des Spindelkopfes in eine Aufnahme die Spindel in definierter Drehposition zum Spindelgehäuse verriegelt. Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen der Prüfvorrichtung ist am Boden des Prüfraums eine Entriegelungseinrichtung vorhanden, die mit zunehmender Einsatztiefe des zu prüfenden Spindelkopfes eine derartige Rasteinrichtung entriegelt, um die Spindel gegenüber dem stationär angeordneten Prüfgehäuse und dem ortsfest am Prüfgehäuse festgelegten Spindelgehäuse für eine vollständige Dichtigkeitsprüfung drehbar zu machen. Ein beispielsweise manuell während eines jeweiligen Prüfvorganges durchgeführtes Verdrehen der Spindel führt zu einem besonders sicheren Prüfergebnis.
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Die Abdichteinrichtung kann mindestens einen Dichtring aufweisen, der in seiner voll funktionsfähigen Einbaulage eine vollständige Abdichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Spindel innerhalb des Spindelgehäuses gewährleistet, wobei der jeweilige Dichtring an einer Schulter an einer Stelle des Übergangs zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Spindel angeordnet ist, der zusammen mit dem den Aufnahmeraum bildenden Teil des Spindelgehäuses für einen Prüfvorgang im Prüfraum aufgenommen ist.
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Weiterhin kann die Abdichteinrichtung mindestens ein Paar von weiteren Dichtringen aufweisen, die am ersten Abschnitt der Spindel angeordnet einen Kühlkanal der Spindel, vorzugsweise leckagebehaftet, derart abdichten, dass kein Kühlmittel in Richtung der Spindellagerung gelangt.
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Weiterhin kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Kühlkanal der Spindel an einen Kühlkanal der Kühlmittelzuführung des Spindelgehäuses und an einen weiteren Kühlkanal der Spindel angeschlossen ist, der in Richtung der Werkzeugaufnahme mit dem Festlegemittel für das Werkzeug verläuft. Dadurch stehen Kühlkanäle zur Innenkühlung sowie für eine ebenfalls erfolgende Kühlmittelzufuhr zum in der Werkzeugaufnahme befindlichen Bearbeitungswerkzeug zur Verfügung.
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Für die Prüfung von Spindelköpfen, die mit einem in Richtung auf die Werkzeugaufnahme verlaufenden Kühlkanal ausgerüstet sind, kann die Werkzeugaufnahme des Spindelkopfes mittels eines Abschlussteils der Prüfvorrichtung derart verschließbar sein, dass das freie Ende des weiteren Kühlkanals in Richtung der Werkzeugaufnahme abgedichtet ist. Dadurch kann der entsprechende Prüfmitteldruck für einen jeweiligen Prüfvorgang, auch wenn sich kein Werkzeug in der Werkzeugaufnahme befindet, aufgebaut werden.
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Anstatt für den Prüfvorgang einen Prüfdruck über die Kühlmittelzufuhr aufzubauen, kann alternativ an die Kühlmittelzufuhr ein Unterdruck angelegt werden, um das Prüfmittel abzuführen, während über die Prüfmittelabfuhr nunmehr die Zufuhr erfolgt, wobei bevorzugt als Prüfmittel Druckluft dient.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematisch vereinfachte perspektivische Schrägansicht eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung und eines zu prüfenden Spindelkopfes, wobei dieser vor dem vollständigen Einsetzen in die Prüfvorrichtung dargestellt ist;
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2 einen Längsschnitt der Prüfvorrichtung mit in die Prüfposition eingesetztem Spindelkopf, wobei der fehlerfreie Zustand des Spindelkopfes dargestellt ist;
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3 einen der 2 entsprechenden Längsschnitt, wobei der fehlerhafte Zustand des Spindelkopfes dargestellt ist;
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4 einen mit gegenüber 2 und 3 verdrehter Schnittebene gezeichneten Längsschnitt; und
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5 einen Querschnitt der Prüfvorrichtung mit in das Prüfgehäuse eingesetztem Spindelgehäuse und mit etwa mittig im Prüfgehäuse verlaufender Schnittebene.
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Prüfvorrichtung
1 ein Prüfsystem zusammen mit einem Spindelkopf
3 bildet, dessen Bauweise aus dem Dokument
DE 101 21 694 A1 bekannt ist, auf das Bezug genommen ist. In der vorliegenden Beschreibung ist daher nur auf die für das Prüfsystem relevanten Einzelheiten des Spindelkopfes
3 eingegangen. Dieser weist, entsprechend dem genannten Stand der Technik, ein Spindelgehäuse
5 auf, in dem eine Spindel
7 mittels Kugellagern
9 einer üblichen Spindellagerung drehbar gelagert ist. Diese sind mittels einer Festlegemutter
11 an einem Absatz
13 am vorderen Endbereich
15 der Spindel sowie an einem in das Ende des Spindelgehäuses
5 eingeschraubten Ringkörper
16 gehalten. In diesem befindet sich eine Dichteinheit
17 in Form einer Lippendichtung, die die Lager
9 zusammen mit einer weiteren, entsprechenden Dichteinheit
18, die sich in der Nähe der Festlegemutter
11 befindet, abdichtet.
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Der Endbereich 15 der Spindel 7 enthält eine übliche, nicht dargestellte Spannvorrichtung, beispielsweise in Form einer ISO 10889 Werkzeugaufnahme, für den Schaft eines nicht dargestellten Werkzeuges, beispielsweise in Form eines Bohrers, Fräsers oder dergleichen. Bei diesem Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein solches mit einem inneren Kühlmittelkanal. Wenn der Schaft des Werkzeuges vollständig in die Spannvorrichtung eingesetzt und mittels dieser fest und dicht mit der Spindel 7 verbunden ist, steht eine innere kanalartige Kühlmittelzufuhr 19 mit ihrem vorderen Ende mit dem Spannmittelraum 20 für die Innenkühlung des Werkzeuges in Verbindung. Anschließend an ihren ersten Abschnitt 21, an dem sich das jeweilige Kugellager 9 befindet, erstreckt sich die Spindel 7 mit ihrem demgegenüber im Durchmesser verringerten zweiten Abschnitt 22 durch einen Hohlschaft 23 des Spindelgehäuses 5 hindurch, der sich an eine Gehäusestirnfläche 24 anschließt. An dem Endteil 25 des Abschnittes 22 befindet sich eine Außenverzahnung 27 für eine Antriebsverbindung der Spindel 7 mit einem im nicht gezeigten Werkzeugrevolver oder in der nicht gezeigten Werkzeugscheibe befindlichen Spindelantrieb. Wenn der Spindelkopf 3 nicht in eine Aufnahme der Werkzeugscheibe eingesetzt ist, bildet eine federbelastete Rasthülse 29 zwischen der Verzahnung 27 und dem Hohlschaft 23 eine Verrastung, so dass die Spindel 7 bei nicht in eine Aufnahme einer Werkzeugscheibe eingesetzten Position in einer definierten Drehstellung festgelegt ist.
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In der Stirnfläche 24 des Spindelgehäuses 5 bildet eine Pinbohrung 31 die Kühlmittelzuführung für eine mehrere Abschnitte aufweisende Kühlmittelübertragung im Spindelgehäuse 5. Bei in eine Aufnahme einer Werkzeugscheibe eingesetztem Spindelkopf 3 bildet die Pinbohrung 31 die Anschlussstelle für die Verbindung mit einem Kühlmittelversorgungssystem der (nicht gezeigten) Werkzeugscheibe. Die Pinbohrung 31 mündet in einen Zuführungskanal 33 des Spindelgehäuses 5, mit dem ein in der Spindel 7 quer zur Achse verlaufender Querkanal 35 sowie die koaxial zum Spannmittelraum 20 verlaufende Kühlmittelzufuhr 19 verbunden sind.
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Die Abdichteinrichtung, die die Kühlmittelzuführung mit dem Zuführungskanal
33 und dem Kühlkanal
35 gegenüber dem Aufnahmeraum
37 im Hohlschaft
23 abdichtet, durch den hindurch sich der zweite Abschnitt
22 der Spindel
7 erstreckt, weist einen ersten Dichtring
39 auf, der beim gezeigten Beispiel in Form einer Lippendichtung ausgebildet ist, die bei voll funktionsfähigem Zustand am Übergang vom ersten Spindelabschnitt
21 zum zweiten Spindelabschnitt
22 eine vollständige Abdichtung gewährleistet. Dabei liegt der Dichtring
39 an einer am Spindelabschnitt
22 gebildeten Schulter
41 (
3) zur Bildung der Abdichtung zwischen dem Hohlschaft
23 des Spindelgehäuses
5 und dem im Hohlschaft
23 befindlichen Aufnahmeraum
37 an. Die Abdichteinrichtung weist weiterhin eine die Spindel
7 an der Mündung des Kühlkanals
35 umgebende weitere Dichtungsanordnung auf, die aus zwei Abdichtringen
43 mit eingesetzten O-Ringen
46 gebildet ist. Diese Dichtungsanordnung ist wie bei dem in dem erwähnten Dokument
DE 101 21 694 A1 offenbarten Spindelkopf ausgebildet und derart schwimmend gelagert, dass eine gewollte Leckagestelle ausgebildet ist, von der die Kühlmittelleckage über Leckagekanäle
48,
49 und
50 abführbar ist. Dabei verhindert die Dichteinheit
18, die sich an dem in der Zeichnung linksseitig gelegenen Ende des Leckagekanales
48 befindet, den Übertritt von Kühlmittel zu den Wälzlagern
9, während an dem gegenüberliegenden Ende des Leckagekanals
48 der Dichtring
39 der Dichtung zum Aufnahmeraum
37 und mithin zu den Aufnahmen der Werkzeugscheibe mit dem jeweils aufgenommenen Spindelkopf
3 (nicht dargestellt) bildet.
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2 zeigt einen Zustand, bei dem der Spindelkopf 3 in das Prüfgehäuse 51 der Prüfvorrichtung 1 eingesetzt ist, wobei der außenseitig kreiszylindrisch geformte Hohlschaft 23 des Spindelgehäuses 5 in einem zentral angeordneten Prüfraum 53 in der Art einer Sackbohrung des Prüfgehäuses 51 aufgenommen ist. Wie die 1 zeigt, hat das Prüfgehäuse 51 eine würfelförmige, blockartige Gestalt mit einer die Sackbohrung 53 umgebenden ebenen Anlagefläche 54 an der bei vollständig eingesetztem Zustand die Stirnfläche 24 des Spindelgehäuses 5 anliegt. Aus der Anlagefläche 54 erstreckt sich eine Anschlusshülse 55 heraus, die bei dem voll eingesetzten Zustand (2 und 3) unter Bildung einer Abdichtung in die Pinbohrung 31 der in der Stirnfläche 24 befindlichen Kühlmittelzuführung 33 eingreift. Im Prüfgehäuse 51 ist die Anschlusshülse 55 mit einem Druckluftkanal 56 und über diesen mit einem Druckluftanschluss 57 (1 und 5) verbunden, über den für einen Prüfvorgang Druckluft als Prüfmittel dem Zuführungskanal 33 zuführbar ist. Anstelle von Druckluft kann auch ein anderes geeignetes, insbesondere fluidisches Prüfmittel eingesetzt werden.
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4 und
5 verdeutlichen insbesondere die Festlegeeinrichtung, mittels deren der Spindelkopf
3 mit dem in die Sackbohrung
53 eingesetzten Hohlschaft
23 im Prüfgehäuse
51 in Prüfposition festlegbar ist. Die Festlegeeinrichtung ist in der aus
DE 10 2012 200 266 B4 an sich bekannten Art und Weise ausgebildet und weist ein im Prüfgehäuse
51 längs verfahrbar geführtes, verzahntes Druckstück
59 auf, das in der Art eines Klemmkeiles mit seiner Verzahnung
61 mit einer Außenverzahnung am Hohlschaft
23 in Eingriff bringbar ist, siehe
4, in der der Eingriffszustand dargestellt ist. Bei der vollständig eingesetzten Position, wie sie in
2 und
3 dargestellt ist, ist die Rasthülse
29 durch Anlage an einer am Ende der Sackbohrung
53 angeordneten Entriegelungshülse
63 gegen die Kraft einer Rastfeder
65 in eine Entrastungsstellung bewegt, so dass die Spindel
7 bei der Prüfposition drehbar ist, um umlaufend, also in einer Art Betriebssituation für den Spindelkopf
3 den Dichtring
39 der Abdichteinrichtung auf Dichtheit prüfen zu können.
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Für einen Prüfvorgang wird das in den Spannmittelraum 20 mündende Ende der Kühlmittelzufuhr 19 verschlossen. Die Prüfvorrichtung 1 weist hierfür ein in 1 sichtbares Abschlussteil 67, beispielsweise in Form eines Einschraubstopfens, auf, durch das die Kühlmittelzufuhr 19 dicht verschließbar ist. Außerdem werden für den Prüfvorgang der Ausgang des Leckagekanals 50 sowie eine gegebenenfalls vorhandene Zuführeinrichtung 75 für die Außenversorgung eines Werkzeuges mit Kühlschmiermittel mittels (nicht gezeigter) Stopfen verschlossen. Am Grund der Sackbohrung 53 mündet ein Prüfmittel-Abfuhrkanal 69 in den an der Außenseite des zweiten Spindabschnittes 22 befindlichen Aufnahmeraum 37 ein. Der Abfuhrkanal 69 ist mit einer Anzeigeeinrichtung in Verbindung, die bei einer Zufuhr von Druckluft als Prüfmittel durch einen Druckanzeiger 71 gebildet ist, der einen durch Druckbetätigung ausfahrbaren Signalstift 73 aufweist, der mittels Federkraft in seine Ausgangslage nach der 2 zurückstellbar ist. Die 2 zeigt einen Zustand, bei dem ein Prüfvorgang stattfindet, wobei als Prüfmittel Druckluft unter einem Druck von etwa 6 bis 10 bar über den Druckluftanschluss 57 zugeführt ist. Bei fehlerfreiem Zustand des Spindelkopfes 3 mit voll funktionsfähigem Dichtring 39 ist die Prüfmittelabfuhr mit dem Abfuhrkanal 69 drucklos, so dass die Anzeigeeinrichtung 71 keine Fehlermeldung erzeugt und der Signalstift 73 nicht ausgefahren ist.
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Die 3 zeigt den Zustand des Prüfvorganges bei fehlerhaftem Spindelkopf 3. Wie mit einer Pfeilfolge verdeutlicht, gelangt bei defektem Dichtring 39 Prüfmittel zum Aufnahmeraum 37 an der Außenseite des zweiten Spindelabschnittes 22 und über den Abfuhrkanal 69 zur Anzeigeeinrichtung 71, wobei der ausgefahrene Signalstift 73 eine Fehlermeldung liefert. Da bei in das Prüfgehäuse 51 eingesetztem Spindelkopf 3 die Rasthülse 29 entriegelt ist, kann die Spindel 7 während eines Prüfvorganges gedreht werden. Dadurch kann geprüft werden, ob der Dichtring 39 bei sämtlichen Drehpositionen vollständig abdichtet.
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Vorteilhafterweise wird ein Prüfvorgang so durchgeführt, dass der Spindelkopf 3 bei Drucklosigkeit in das Prüfgehäuse 51 eingesetzt wird und die Festlegeeinrichtung mittels des Festlegebolzens 60 betätigt wird, um die Klemmung zu aktivieren. Dann werden Austrittsöffnungen des Spindelkopfes 3 verschlossen, indem das Abschlussteil 67 angebracht, der Leckagekanal 50 und gegebenenfalls die Zuführeinrichtung 75 verschlossen werden, mittels deren ein betreffendes Werkzeug beim Bearbeitungsvorgang von außen her mit Kühlschmiermittel versorgt wird. Sodann wird der Prüfmitteldruck für beispielsweise eine Minute angelegt. Falls der Signalstift 73 des Druckanzeigers 71 sichtbar wird, wird der Druck abgelassen und dann erneut wieder angelegt. Wenn der Signalstift 73 erneut austritt, liegt ein Defekt des Spindelkopfes 3 vor. Andernfalls ist dieser ordnungsgemäß betreibbar. Bei einer Inbetriebnahme des Spindelkopfes 3 bei nicht voll funktionsfähigem Dichtring 39 bei Werkzeugmaschinen, die mit hohen Kühlmitteldrücken arbeiten, würde Kühlmittel, das, wie in 3 angedeutet ist, zum Aufnahmeraum 37 am zweiten Spindelabschnitt 22 gelangt, ins Innere der Werkzeugscheibe eindringen, was häufig zu Schäden an den dort integriert aufgenommenen Antriebseinrichtungen führt.
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Als Prüfmittel kann bevorzugt Druckluft vorgesehen sein, es versteht sich jedoch, dass andere Fluide, wie Druckfluide, vorgesehen sein können. Anstatt das Prüfmittel unter Druck über die Kühlmittelzuführung 33 an der Pinbohrung 31 anzulegen, könnte auch Unterdruck an der Kühlmittelzuführung 33 angelegt werden, wobei dann über den Abfuhrkanal 69 die Prüfmittelzuführung erfolgt und die Kühlmittelzuführung 33 an der Pinbohrung 31 die Prüfmittelabfuhr bildet. Auch insoweit müsste man die nach außen in die Umgebung mündenden Kanäle des Spindelkopfes 3 verschließen. Da über den Leckagekanal 50 aber nur geringe Mengen an Druckluft strömen, die von den Dichtringen 45 durchgelassen werden, braucht dieser nicht zwingend verschlossen zu werden, da trotz des Leckage-Druckluftstromes der über die Prüfvorrichtung aufgebaute Prüfdruck ausreichend sein kann, bei defekter Dichtung 39 Druckluft in den Aufnahmeraum 39 für die Prüfung mittels der Anzeigeeinrichtung 71 abströmen zu lassen.
