DE102014109661B4 - Hochfrequenz-Bohrspindel - Google Patents

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Abstract

Bohrspindel (1), aufweisend- eine auf und entlang einer Drehachse (2) ausgerichtete, um die Drehachse (2) drehbar angeordnete Spindelwelle (4) mit einer Aufnahme (35) für ein Bearbeitungswerkzeug,- zwei beabstandet zueinander angeordnete Radiallager (10, 12), in welchen die Spindelwelle (4) drehbar gelagert ist,- einen ersten Antrieb (6), der so mit der Spindelwelle (4) zusammenwirkt, dass er sie um die Drehachse (2) drehen kann, sowie- einen zweiten Antrieb (8), der die Spindelwelle (4) entlang der Drehachse (2) relativ zu den Antrieben (6, 8) verschieben kann, wobei- die Spindelwelle wenigstens einen ersten Permanentmagneten (30, 30') aufweist, der mit dem ersten Antrieb zusammenwirkt, sowie wenigstens einen zweiten Permanentmagneten (32), der mit dem zweiten Antrieb zusammenwirkt, und- der wenigstens eine zweite Permanentmagnet (32) ringförmig aufgebaut ist und die Drehachse (2) mittig umschließt und die Spindelwelle (4) einen Endabschnitt (34) aufweist, an welchem ein Linearmesssystem (36) angeordnet ist, das die Lage des Spindelwelle (4) auf der Drehachse (2) erfasst, dadurch gekennzeichnet, das s die Bohrspindel (1) eine mit Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit gekühlte Hochfrequenzbohrspindel ist, wozu um die Bohrspindel (1) herum spiralförmig Kühlkanäle (40) verlaufen, die mit Dichtungen (42) abgedichtet sind und wenigstens ein Radiallager (10, 12, 14) Kunstkohle (16) auf der der Spindelwelle (4) zugewandten Lagerseite (20) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrspindel, insbesondere eine Hochfrequenz-Bohrspindel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bohrspindeln haben ein breites Anwendungsfeld. Man findet sie beispielweise im Werkzeugmaschinenbau in Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Schleifmaschinen, Abrichtmaschinen oder Profiliermaschinen, oder beispielsweise auch bei Dentalfräsmaschinen, Graviermaschinen oder im Bereich der Hochgeschwindigkeitszerspannung. Derartige Bohrspindeln sind beispielsweise in der DE 699 28 895 T2 , der DE 699 01 093 T2 , der US 6 611 074 B2 , der US 5 009 554 A , der DE 10 2010 028 872 A1 , der DE 693 12 994 T2 , der GB 2 461 011 A1 , der DE 20 2004 001 451 U1 , der DE 200 22 029 U1 und der DE 102 61 796 A1 offenbart.
  • Hochfrequenzspindeln sind dabei Bohrspindeln, die mit einer besonders hohen Drehzahl von wenigstens 10000 Umdrehungen pro Minute rotieren können. Sie müssen einen besonders präzisen Rundlauf aufweisen, damit sie vibrationsarm betrieben werden können, und die Reibung zwischen der Spindelwelle und dem Rest der Bohrspindel sollte möglichst minimal werden. Daher ist bei Bohrspindeln mit beispielsweise 50000 und mehr Umdrehungen pro Minute der sich drehende Teil der Bohrspindel häufig in Luftlagern luftgelagert. Bei Luftlagern wird der Rotor von Luftpolstern getragen, die mit Hilfe der mit Druck zugeführten Luft in dem Luftspalt zwischen Lagerfläche und Gegenlagerfläche erzeugt werden, und die eine Berührung von Lagerfläche und Gegenlagerfläche verhindern. In Betrieb, d.h. bei schneller Drehung des Rotors sind Luftlager sehr empfindlich gegen Überlastung. Kommt es beispielsweise bei schnell laufendem Rotor durch Überschreiten der durch die Tragfähigkeit der Luftpolster bestimmten maximalen Lagerbelastung zu einem Kontakt zwischen der Lagerfläche und der Gegenlagerfläche, so verursacht die hierbei auftretende Reibung in Folge der hohen Relativgeschwindigkeit zwischen der Lagerfläche und der Gegenlagerfläche augenblicklich eine so starke Erwärmung und Verformung der, beispielsweise metallischen, Lagerwerkstoffe, dass das Lager blockiert und zerstört wird. Der dadurch verursachte Schaden ist sehr groß, denn häufig muss in einem solchen Fall die gesamte Hochfrequenz-Bohrspindel ausgetauscht werden.
  • Derartige Kräfte, durch welche eine solche Luftlagerung zerstört wird, können bereits dadurch auftreten, dass die Hochfrequenz-Bohrspindel im Betrieb in Richtung eines zu bearbeitenden Werkstücks bewegt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bohrspindel vorzusehen, die während des Betriebs, also während sie bereits rotiert, translatorisch bewegbar ist, ohne dass bei einer Bewegung der Bohrspindel während des Betriebs ein solcher Schaden auftritt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Bohrspindel nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die erfindungsgemäße Bohrspindel weist eine auf und entlang einer Drehachse ausgerichtete, um die Drehachse drehbar angeordnete Spindelwelle mit einer Aufnahme für ein Bearbeitungswerkzeug auf, sowie zwei beabstandet zueinander angeordneter Radiallager, in welchen die Spindelwelle drehbar gelagert ist, einen ersten Antrieb, der so mit der Spindelwelle zusammenwirkt, das er sie um die Drehachse drehen kann und einen zweiten Antrieb, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass er die Spindelwelle translatorisch relativ zu dem ersten und dem zweiten Antrieb entlang der Drehachse bewegen kann. Der zweite Antrieb kann somit die Spindelwelle entlang der Drehachse relativ zum ersten Antrieb und zum zweiten Antrieb verschieben, während beispielsweise die Spindelwelle von dem ersten Antrieb gedreht wird. Um eine solche kombinierte Bewegung zu ermöglichen, wird die Spindelwelle vorzugsweise sowohl durch den ersten Antrieb als auch durch den zweiten Antrieb hindurch geführt. Die kombinierte Bewegung hat dabei den Vorteil, dass die Spindelwelle weiter rotieren kann, wenn sie auf das zu bearbeitende Werkstück geführt wird.
  • Die der Welle zugewandten Oberflächen der Lagerbuchsen müssen gute Notlaufeigenschaften besitzen, so dass sie, sollte tatsächlich während des Betriebs eine Berührung der Welle mit der Buchse stattfinden, möglichst geringen Schaden anrichten. Poröse Werkstoffe, wie beispielsweise ein poröser gesinterter Graphit, können dazu dienen, zwischen der Welle und der Buchse den erforderlichen Gasfilm herzustellen, der dafür sorgt, dass die Drehung gasgelagert ist.
  • Die Radiallager weisen erfindungsgemäß Kunstkohle auf der der Spindelwelle zugewandten Lagerseite auf.
  • Der zweite Antrieb ist vorzugsweise als Stator eines Translationsmotors ausgebildet, welcher die Spindelwelle entlang der Drehachse bewegt, wenn er mit dazu vorgesehenen elektrischen Mitteln angesteuert wird.
  • Der erste Antrieb ist vorteilhafterweise der Stator eines Rotationselektromotors, welcher die Spindelwelle um die Drehachse dreht, wenn er mit elektrischem Strom angesteuert wird, wobei der Läufer des Rotationselektromotors drehfest mit der Spindelwelle verbunden ist, oder einstückig mit ihr ausgebildet ist. Eine solche Anordnung, bei der der erste Antrieb der Stator eines Rotationselektromotors ist, und der zweite Antrieb der Stator eines Translationsmotors ist, hat den Vorteil, dass nur die Masse der sehr leichten Spindelwelle entlang der Drehachse bewegt wird, wenn die Spindelwelle rotiert, was dazu führt, dass gegebenenfalls auftretende Querkräfte nicht zu einer das Lager zerstörenden Berührung zwischen Lagerhülse und Bohrspindel führen.
  • Durch diese masseträgheitsarme Konstruktion der Spindelwelle kann eine schnelle Reaktionszeit und ein hohes dynamisches Verhalten der Bohrspindel bewirkt werden, mit bis zu 90 prozentiger Energieeinsparung gegenüber Bohrspindeln, die mit herkömmlichen Techniken hergestellt wurden, bei welchen also beispielsweise der Rotationsantrieb, der Spindelwelle und die Lineareinheiten für den Axialvorschub der Bohrspindel separat ausgeführt sind, und die Lineareinheit die ganze Bohrspindel bewegen muss. Dadurch ergibt sich neben einer wesentlichen Kosteneinsparung gegenüber herkömmlichen Systemen eine wesentliche Energieeinsparung im Betrieb.
  • Damit die Bohrspindel eine kompakte und handliche Form erhält, sind die beiden Antriebe vorteilhafterweise in einem gemeinsamen Bohrspindelgehäuse angeordnet. Die Bohrspindel wird dadurch handlich und kann gegebenenfalls auch statisch befestigt werden, da die Spindelwelle neben der Rotationsbewegung auch die Hubbewegung ausführt.
  • Der zweite Antrieb ist vorzugsweise entlang der Spindelwelle angeordnet und umschließt zumindest einen Teil der Spindelwelle zumindest teilweise.
  • Die Spindelwelle weist erfindungsgemäß wenigstens einen Permanentmagneten auf. Der wenigstens eine Permanentmagnet ist mit der Spindelwelle fest verbunden und kann über ein von dem ersten und/oder zweiten Antrieb erzeugtes elektromagnetisches Feld bewegt werden.
  • Wirkt der wenigstens eine Permanentmagnet mit dem ersten Antrieb zusammen, so kann der erste Antrieb als ein bürstenloser Rotationselektromotor ausgebildet werden. Dadurch wird die Reibung zwischen der Spindelwelle und dem feststehenden Rest der Bohrspindel klein gehalten und der Verschleiß minimiert, da für die Rotationsbewegung der Bohrspindel keine Kohlebürsten erforderlich sind. Andererseits kann durch die Verwendung von Permanentmagneten, die fest mit der Spindelwelle verbunden sind, eine Spindelwelle aufgebaut werden, die ein sehr geringes Gewicht aufweist.
  • Wirkt beispielsweise der wenigstens eine Permanentmagnet mit dem zweiten Antrieb zusammen, so kann das von dem zweiten Antrieb erzeugte elektromagnetische Feld die Spindelwelle entlang der Drehachse bewegen. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Teil des wenigstens einen Permanentmagneten zwischen der Drehachse und dem zweiten Stator angeordnet, wobei er gleichzeitig mit der Spindelwelle dreh- und gleitfest verbunden ist, beispielsweise mittels einer Klebe- oder Schraubverbindung. Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Permanentmagnet dabei ringförmig ausgebildet und umschließt die Drehachse mittig.
  • Wirkt der wenigstens eine Permanentmagnet mit dem ersten Antrieb zusammen, ist er natürlich so ausgebildet, dass das von dem ersten Antrieb erzeugte elektromagnetische Feld den wenigstens einen Permanentmagneten und damit die Spindelwelle in eine Drehbewegung versetzt.
  • In den erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Bohrspindel weist daher die Spindelwelle wenigstens einen ersten Permanentmagneten auf, der mit dem ersten Antrieb zusammenwirkt, als auch wenigstens einen zweiten Permanentmagneten, der mit dem zweiten Antrieb zusammenwirkt.
  • Die Bohrspindel weist erfindungsgemäß eine Wasserkühlung oder eine mit einer anderen Kühlflüssigkeit betriebene Kühlung auf, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Bohrspindel eine Hochfrequenz-Bohrspindel ist, bei welcher aufgrund der sehr hohen Drehzahl die sich entwickelnde Wärme rasch abgeleitet werden sollte.
  • Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass um die Bohrspindel herum spiralförmig Kühlkanäle verlaufen, die mit Dichtungen abgedichtet sind.
  • Um das Gewicht der Spindelwelle noch weiter zu reduzieren, ist die Spindelwelle vorteilhafterweise als Hohlwelle ausgebildet, was einerseits gegenüber einer Spindelwelle aus Vollmaterial eine weitere Energieeinsparung ermöglicht, andererseits eine noch schnellere Reaktionszeit bei der Einstellung sowohl der Winkelgeschwindigkeit der Spindelwelle mit dem ersten Antrieb, als auch bei der Einstellung der aktuellen Position der Spindelwelle auf der Drehachse, also des Hubs, mit dem zweiten Antrieb erlaubt.
  • Der zweite Antrieb ist vorzugsweise beabstandet zu dem ersten Antrieb angeordnet, und er ist vorteilhafterweise als ein Linearantrieb ausgebildet. Die beiden Antriebe sind dabei vorzugsweise zwischen den beiden zueinander beabstandeten Radiallagern, die folgend als erstes und zweites Radiallager bezeichnet werden, angeordnet. Die Radiallager dienen dabei der Halterung und der Zentrierung der Spindelwelle und sorgen dafür, dass die Spindelwelle nur rotatorische Bewegungen um ihre Drehachse und translatorische Bewegungen entlang ihre Drehachse ausführen kann. Sie beschränken die Freiheitsgrade der Spindelwelle somit auf einen Rotationsfreiheitsgrad und auf einen Translationsfreiheitsgrad.
  • Zur weiteren Stabilisierung kann die Spindelwelle in einem dritten, zwischen dem ersten und dem zweiten Antrieb angeordneten Radiallager drehbar gelagert sein. Eine solche unterstützende Lagerung ist insbesondere dann hilfreich, wenn ausgeschlossen werden soll, dass sich zwischen dem ersten und dem zweiten Radiallager, zwischen denen die beiden Antriebe angeordnet sind, Unwuchten an der Spindelwelle ausbilden können.
  • Die Spindelwelle ist vorteilhafterweise in den Radiallagern berührungslos gelagert, und sie wird vorzugsweise von den Antrieben berührungslos geführt. Zumindest eines der Radiallager ist daher vorteilhafterweise ein Luftlager. Luftlager haben den Vorteil, dass die Reibung zwischen den drehenden und nicht drehenden Teilen sehr gering ist.
  • Wenn die Bohrspindel in einem Bohrspindelgehäuse untergebracht ist, kann, durch ein Vorsehen entsprechender Druckluftkanäle in dem Bohrspindelgehäuse gegebenenfalls Druckluft gezielt über einen einzelnen, am Bohrspindelgehäuse angeordneten Druckluftanschluss zu den entsprechenden Luftlagern geleitet werden.
  • Für die Ansteuerung der beiden Antriebe und für die Auslesung der Messwerte des Linearmesssystems können zusätzliche elektrischen Leitungen erforderlich werden, die beispielsweise, gegebenenfalls zusammen mit den Energieversorgungsleitungen für die beiden Antriebe und für das Linearmesssystem, den entsprechenden Einheiten zugeführt werden müssen. Die Steuerung und Regelung der Bohrspindel kann dabei als separate Einheit ausgebildet sein, die, wenn die Bohrspindel ein Bohrspindelgehäuse aufweist, außerhalb des Bohrspindelgehäuses angeordnet sein kann. Die zusätzlichen elektrischen Leitungen können in diesem Fall, zusammen mit den Energieversorgungsleitungen durch die der Bearbeitungsseite der Bohrspindel abgewandte Schmalseite hindurchgeführt, oder an entsprechenden Anschlüssen auf dieser Schmalseite angeschlossen sein.
  • Als Werkstoffe für Luftlager kommen beispielsweise Metalle, keramische Werkstoffe, und/oder Kunststoffe in Betracht. Als keramischer Werkstoff kann metallgetränkte Sinterkohle, beispielsweise ein poröser gesinterter Graphit, der mit Metallen wie Antimon oder Silber inpregniert ist, verwendet werden. Auch kupfergetränkte Kunstkohle, Antimon- und silberhaltige Kunstkohle oder Ferrotitanit sind als Buchsenwerkstoffe zur Vorbereitung der der Welle zugewandten Oberfläche der Lagerbuchse denkbar, ebenso wie beispielsweise ein mit Harz getränkter Kohlegraphit.
  • Die Spindelwelle kann auch einen Endabschnitt aufweisen, an welchem ein Linearmesssystem angeordnet ist bzw. angeordnet werden kann, welches die Lage der Spindelwelle auf der Drehachse erfassen kann, bzw. erfasst. So ist es dann beispielsweise möglich, die Lage der Spindelwelle auf der Drehachse mit einem Steuersystem, vorzugsweise abhängig von den vom Linearmesssystem gemessenen Messwerten, zu steuern.
  • Die Luftlager sind vorteilhafterweise Druckluftlager, bei welchen mit Druckluft ein Druckpolster aufgebaut wird, welches die Spindelwelle in den Lagerbuchsen der Lager berührungslos trägt. Natürlich können die Luftlager auch Ultraschallluftlager sein, mit welchen die Spindelwelle berührungslos in dem Lager getragen wird.
  • Die in den nachfolgenden Beschreibung verwendeten Bezeichnungen wie oben, unten, links, rechts und ähnliches beziehen sich auf die Ausführungsbeispiele und sollen in keiner Weise einschränkend sein, auch dann nicht wenn sich bevorzugte Ausführungsformen beziehen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Bohrspindel,
    • 2 eine perspektivische Ansicht der Hochfrequenz-Bohrspindel,
    • 3 eine Ansicht auf die Anschluss- Schmalseite der Hochfrequenz-Bohrspindel.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfinderische Hochfrequenz-Bohrspindel 1 entlang einer Drehachse 2. Die Bohrspindel 1 ist im Wesentlichen zylinderförmig aufgebaut und weist entlang ihrer Drehachse 2 eine Spindelwelle 4 auf, die in einer Spindelwellenführung 5 drehbar geführt ist. Entlang der Spindelwelle 4 sind ein erster Antrieb 6, sowie ein zweiter Antrieb 8 angeordnet. Der erste Antrieb 6 ist dazu ausgebildet, die Spindelwelle 4 in eine Rotationsbewegung um die Drehachse 2 zu versetzen, während der zweite Antrieb 8 dazu ausgebildet ist, die Spindelwelle 4 entlang der Drehachse 2 translatorisch zu bewegen. Die beiden Antriebe 6, 8 sind zwischen einem ersten Luftlager 10 und einem zweiten Luftlager 12 angeordnet. Ein drittes Luftlager 14 ist zwischen dem ersten Antrieb 6 und dem zweiten Antrieb 8 angeordnet. Die Spindelwelle 4 wird von den drei Luftlagern 10, 12 und 14 berührungslos gehaltert. Dazu sind die Luftlager 10, 12, 14 so angeordnet, dass sie entlang der Drehachse 2 miteinander fluchten. Die Luftlager 10, 12, 14 weisen lagerseitig Elemente aus Kunstkohle 16 auf, welche mit Druckluftdurchführungen 18 versehen sind, damit zwischen der äußeren Oberfläche der Spindelwelle 4 und der der Spindelwelle 4 zugewandten Lagerseite 20 ein Druckluftpolster aufgebaut werden kann, welches die Spindelwelle 4 berührungslos in den Lagerhülsen 22 trägt. Ein Druckluftanschluss 50 sorgt dafür, dass über Druckluftkanäle 26 ein Luftpolster zwischen der Spindelwelle 4 und der Kunstkohle 16 aufgebaut werden kann.
  • Der erste Antrieb 6 ist als Stator eines Rotationselektromotors ausgebildet und weist einen Läufer 28 auf, der einstückig mit der Spindelwelle 4 ausgebildet ist und wenigstens einen ersten Permanentmagneten 30, 30' aufweist, der fest an der Spindelwelle 4 befestigt ist. Das von dem ersten Antrieb 6 erzeugte elektromagnetische Feld bewirkt daher, dass der Läufer 28 die Spindelwelle 4 um die Drehachse 2 dreht.
  • Die Spindelwelle 4 weist weiterhin einen zweiten Permanentmagneten 32 auf, der, zumindest teilweise, zwischen dem zweiten Antrieb 8 und der Drehachse 2 auf der Spindelwelle 4 angeordnet und an der Spindelwelle 4 befestigt ist. Der zweite Antrieb 8 ist als Stator eines Translationselektromotors ausgebildet, welcher, wenn er mit dazu vorgesehenen elektrischen Signale angesteuert wird, die Spindelwelle 4 entlang der Drehachse 2 nach links oder rechts bewegen kann. Die translatorische Bewegung wird durch die Wechselwirkung des zweiten Permanentmagneten 32 mit dem Stator 8 des Translationsmotors bewerkstellig.
  • Um die tatsächliche Lage der Spindelwelle 4 auf der Drehachse 2 zu bestimmen, weist die Spindelwelle 4 einen Endabschnitt 34 auf, an welchem ein Linearmesssystem 36 angeordnet ist, welches die Lage der Spindelwelle 4 auf der Drehachse 2 erfasst. Mit einem in diesem Ausführungsbeispiel nicht weiter dargestellten Steuersystem kann durch Ansteuerung des zweiten Antriebs 8 abhängig von den vom Linearmesssystem gemessenen Messwerten eine bestimmte translatorische Lageposition der Spindelwelle 4 eingestellt werden.
  • Die dem Endabschnitt 34 gegenüberliegende Seite der Spindelwelle 4 weist eine Aufnahme 35 zum Aufnehmen eines Bearbeitungswerkzeugs beispielsweise eines Bohrwerkzeugs auf. Die Antriebe 6 und 8, sowie die Luftlager 10, 12 und 14 sind zusammen mit einem Teil der Spindelwelle 4 in einem Bohrspindelgehäuse 38 angeordnet. Um die Bohrspindel 1 herum verlaufen spiralförmig Kühlkanäle 40, welche ein Kühlmittel zum Kühlen der Antriebe 6, 8, beinhalten. Die das Kühlmittel leitenden Kühlkanäle 40 sind ebenfalls in dem Bohrspindelgehäuse 38 angeordnet. Die Dichtungen 42 dienen der Abdichtung der Kühlkanäle 40. Quetschdichtungen 46 sorgen für einen festen Halt der unbeweglichen Teile der Bohrspindel 1 in dem Bohrspindelgehäuse 38.
  • Die der Aufnahme 35 abgewandte Seite des Bohrspindelgehäuses 38 weist neben einem Druckluftanschluss 50 auch drei Anschlüsse 44 für die elektrischen Kabel auf, welche die Antriebe und das Linearmesssystem mit elektrischer Energie versorgen und gegebenenfalls Signalein- und ausgänge für die Steuerung und/oder Regelung der beiden Antriebe 6, 8 bereitstellen, sowie Messwerte des Linearmesssystems auskoppeln, die zur Regelung und/oder Steuerung des ersten Antriebs 6 und des zweiten Antriebs 8 verwendet werden können, und/oder messtechnische Information zu der aktuellen Position der Spindelwelle 4 auf der Drehachse und der aktuellen Drehzahl der Spindelwelle 4 liefern.
  • Die Quetschdichtungen 46 sorgen dafür, dass das Kühlmedium nicht in die Luftlager 10, 12, 14 und in das Innere der Bohrspindelgehäuse 38 gelangen kann.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Hochfrequenz-Bohrspindel 1 mit der Aufnahme 35 für ein Bearbeitungswerkzeug.
  • 3 zeigt die Anschlussseite der Hochfrequenz-Bohrspindel 1. Die Anschlüsse sind auf der der Bohrseite abgewandten Schmalseite der Bohrspindel 1 angeordnet. 3 zeigt mittig drei Kabelausgangsanschlüsse 44 für die elektrische Versorgung des ersten Antriebs 6, des zweiten Antriebs 8 und des linearen Messsystems 36. Um die Kabelausgangsanschlüsse 44 angeordnet ist der Druckluftanschluss 50, sowie ein Anschluss 48 für die Zuleitung des Kühlmittels, und ein Anschluss 24 für die Rückleitung des Kühlmittels.
  • Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein. So ist es beispielsweise möglich, dass der erste Antrieb 6 ein gas- oder luftgesteuerter Antrieb ist, der die Spindelwelle 4 mittels eines beispielsweise durch Düsen austretenden Luftgebläses in eine Rotationsbewegung um die Drehachse 2 versetzt. Denkbar wäre beispielsweise auch, dass die Luftlager 10, 12 und/oder 14 die Spindelwelle 4 lagern und gleichzeitig in eine Rotationsbewegung um die Drehachse 2 versetzen können. Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
  • Die hier beschriebene erfinderische Bohrspindel findet ihren Einsatz auch beim Bohren und Schleifen, in der Mikrosystemtechnik, oder beim Schleifen von Implantaten z. B. Zahnimplantaten, oder Implantaten in der Chirurgie. Da die Bohrspindel eine sehr massearme Spindelwelle aufweist, kann sie sehr schnell auf maximale Rotationsgeschwindigkeit gebracht werden und bei Bedarf auch sehr schnell wieder abgebremst werden, ohne dass dadurch die Antriebe überbeansprucht werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Bohrspindel
    2
    Drehachse
    4
    Spindelwelle
    5
    Spindelwellenführung
    6
    Erster Antrieb, erster Stator, Rotationsmotor
    8
    Zweiter Antrieb, zweiter Stator, Translationsmotor
    10
    Erstes Radiallager, Luftlager
    12
    Zweites Radiallager, Luftlager
    14
    Drittes Radiallager, Luftlager
    16
    Kunstkohle
    18
    Druckluftdurchführung
    20
    Lagerseite
    22
    Lagerhülse
    24
    Kühlanschluss Rücklauf Druckluftkanal
    26
    Druckluftkanal
    28
    Läufer
    30, 30'
    Erster Permanentmagnet
    32
    Zweiter Permanentmagnet
    34
    Endabschnitt der Spindelwelle
    35
    Aufnahme für Bearbeitungswerkzeug
    36
    Linearmesssystem
    38
    Bohrspindelgehäuse
    40
    Kühlkanäle
    42
    Abdichtung Kühlkanäle
    44
    Kabelausgang Motor/Messsystem
    46
    Quetschdichtungen
    48
    Kühlanschluss Vorlauf
    50
    Druckluftanschluss

Claims (13)

  1. Bohrspindel (1), aufweisend - eine auf und entlang einer Drehachse (2) ausgerichtete, um die Drehachse (2) drehbar angeordnete Spindelwelle (4) mit einer Aufnahme (35) für ein Bearbeitungswerkzeug, - zwei beabstandet zueinander angeordnete Radiallager (10, 12), in welchen die Spindelwelle (4) drehbar gelagert ist, - einen ersten Antrieb (6), der so mit der Spindelwelle (4) zusammenwirkt, dass er sie um die Drehachse (2) drehen kann, sowie - einen zweiten Antrieb (8), der die Spindelwelle (4) entlang der Drehachse (2) relativ zu den Antrieben (6, 8) verschieben kann, wobei - die Spindelwelle wenigstens einen ersten Permanentmagneten (30, 30') aufweist, der mit dem ersten Antrieb zusammenwirkt, sowie wenigstens einen zweiten Permanentmagneten (32), der mit dem zweiten Antrieb zusammenwirkt, und - der wenigstens eine zweite Permanentmagnet (32) ringförmig aufgebaut ist und die Drehachse (2) mittig umschließt und die Spindelwelle (4) einen Endabschnitt (34) aufweist, an welchem ein Linearmesssystem (36) angeordnet ist, das die Lage des Spindelwelle (4) auf der Drehachse (2) erfasst, dadurch gekennzeichnet, das s die Bohrspindel (1) eine mit Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit gekühlte Hochfrequenzbohrspindel ist, wozu um die Bohrspindel (1) herum spiralförmig Kühlkanäle (40) verlaufen, die mit Dichtungen (42) abgedichtet sind und wenigstens ein Radiallager (10, 12, 14) Kunstkohle (16) auf der der Spindelwelle (4) zugewandten Lagerseite (20) aufweist.
  2. Bohrspindel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (8) der Stator eines Translationsmotors ist, welcher die Spindelwelle (4) entlang der Drehachse (2) bewegt, wenn er mit dazu vorgesehenen elektrischen Mitteln angesteuert wird.
  3. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (6) der Stator eines Rotationselektromotors ist, welcher die Spindelwelle (4) um die Drehachse (2) dreht, wenn der Rotationselektromotor mit elektrischem Strom angesteuert wird, wobei der Läufer (28) des Rotationselektromotors drehfest mit der Spindelwelle (4) verbunden ist, oder einstückig mit ihr ausgebildet ist.
  4. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (6, 8) in einem gemeinsamen Bohrspindelgehäuse (38) angeordnet sind.
  5. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (8) entlang der Spindelwelle (4) angeordnet ist und zumindest einen Teil der Spindelwelle (4) wenigstens teilweise umschließt.
  6. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des wenigstens einen zweiten Permanentmagneten (32) zwischen der Drehachse (2) und dem zweiten Stator (8) angeordnet ist.
  7. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelwelle (4) als Hohlwelle ausgebildet ist.
  8. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antrieb (8) ein Linearantrieb ist und beabstandet von dem ersten Antrieb (6) angeordnet ist.
  9. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (6, 8) zwischen den beiden Radiallagern (10, 12) angeordnet sind.
  10. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelwelle (4) in einem dritten, zwischen dem ersten (6) und dem zweiten Antrieb (8) angeordneten, Radiallager (14) drehbar gelagert ist.
  11. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelwelle (4) berührungslos gelagert und von den Antrieben (6, 8) berührungslos geführt ist.
  12. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radiallager (10, 12, 14) ein Luftlager ist.
  13. Bohrspindel (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Spindelwelle (4) auf der Drehachse (2) mit einem Steuersystem, vorzugsweise abhängig von den vom Linearmesssystem (36) gemessenen Messwerten, gesteuert wird.
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