DE102015110603B4

DE102015110603B4 - Spanende Bearbeitungsmaschine und spanendes Bearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE102015110603B4
Application number: DE102015110603.5A
Authority: DE
Inventors: Edmund Plätzmüller; Andreas Zabel
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2035-07-02
Also published as: BE1023761B1; DE102015110603A1; JP2017013226A; JP6493810B2; US10174846B2; ES2607707R1; US20170001278A1; ITUA20164427A1; BE1023761A1; ES2607707A2; ES2607707B1

Abstract

Spanende Bearbeitungsmaschine (10) mit einem in einem Bearbeitungsraum (12) rotierendem Werkzeugkopf (14), mit nicht rotierendem Werkstück (16), mit einer den Bearbeitungsraum (12) umgebenden und eine von außen zugängliche, für eine Einführung des Werkstücks (16) in den Bearbeitungsraum (12) vorgesehene Haubenöffnung (18) aufweisenden Maschinenhaube (20) und mit einer Blende (22) gegen einen Austritt von Fluid durch die Haubenöffnung (18), gekennzeichnet durch einen hinter der Haubenöffnung (18) in dem Bearbeitungsraum (12) angeordneten Spanaufnehmer (24), wobei der Spanaufnehmer (24) eine sich konisch zum Werkzeugkopf (14) verjüngende Aufnahmefläche (28) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine spanende Bearbeitungsmaschine mit einem in einem Bearbeitungsraum rotierendem Werkzeugkopf, mit feststehendem Werkstück, mit einer den Bearbeitungsraum umgebenden und eine von außen zugängliche, für eine Einführung des Werkstücks in den Bearbeitungsraum vorgesehene Haubenöffnung aufweisenden Maschinenhaube und mit einer Blende gegen einen Austritt von Fluid durch die Haubenöffnung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines feststehenden Werkstücks mittels einer spanenden Bearbeitungsmaschine mit rotierendem Werkzeugkopf.
Entsprechende Bearbeitungsmaschinen und -verfahren sind an sich hinlänglich, z.B. aus der DE 21 27 344 A , der DE 42 41 578 Cl, der JP 06-015528 A oder der WO 2014/020050 A1 , bekannt, beispielsweise um Rohrenden mit einem Gewinde zu versehen. Anders als bei Drehbänken wird hierbei das Werkstück mittels einer oder mehrerer Spannbacken oder ähnlicher Halteeinrichtungen festgestellt, wobei hierbei gegebenenfalls ein leichter Vortrieb durch diese Halteeinrichtungen in axialer Richtung auf den rotierenden Werkzeugkopf zu oder von diesem weg vorgesehen sein kann. In der Regel wird jedoch ein Werkzeugkopf oder sogar ein den Werkzeugkopf tragendes Maschinengehäuse gemeinsam mit einer einen Bearbeitungsraum umgebenden Maschinenhaube in axialer Richtung in Bezug auf das Werkstück verlagert, da dieses konstruktiv und auch bedingt durch die räumlichen Dimensionen wesentlich einfacher umsetzbar ist. Letztlich spielt es diesbezüglich lediglich eine untergeordnete Rolle, welches der Teile axial bewegt wird, da es im Ergebnis diesbezüglich lediglich auf die Relativbewegung ankommt. Das Werkzeug selbst bzw. die Werkzeuge finden sich an dem rotierendem Werkzeugkopf, welcher um eine Rotationsachse rotiert, wobei in der Regel an dem Werkzeugkopf noch ein Werkzeughalter vorgesehen ist, der gegenüber dem Werkzeugkopf radial in Bezug auf die Rotationsachse, beispielsweise durch Stelltriebe bzw. NC-Achsen, anstellbar ist, sodass die entsprechenden Werkzeuge gegebenenfalls auch radial in Bezug auf das Werkstück angestellt werden können. Hierbei ist zu beachten, dass entsprechenden Bearbeitungsmaschinen häufig, je nach Werkstück- bzw. Rohrdurchmesser, mit 300 bis 1200 Umdrehungen pro Minute rotieren.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung gattungsgemäße Bearbeitungsmaschinen und -verfahren bereitzustellen, bei denen die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks durch den Span oder die Späne minimiert und/oder das Entfernen des Spans bzw. der Späne vereinfacht ist.
Hierbei gehen eine Minimierung der Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks durch den Span oder die Späne bzw. das Vereinfachen des Entfernen des Spans bzw. der Späne an sich Hand in Hand, da letztlich häufig gerade beim Entfernen des Spans bzw. der Späne Beschädigungen am Werkstück zu finden sind. Auch finden Beschädigungen des Werkstücks durch den Span oder die Späne häufig statt, wenn eine Blende mit einem engen Spalt zu dem Werkstück zu finden ist, in welchen sich der Span oder die Späne während der Bearbeitung einarbeiten. Vorliegend wird nicht mehr zwischen einem Span oder mehreren Spänen differenziert, da es letztlich von den konkreten Randbedingungen des Einzelfalls während der Bearbeitung abhängt, wie viele einzelne Späne vorliegen und sich während der Bearbeitung in dem Bearbeitungsraum und insbesondere um das Werkstück herum aufwickeln. Insbesondere ist es zwar denkbar, dass sich während der Bearbeitung eines Werkstücks lediglich ein einziger Span entwickelt. In der Praxis ist dieser Fall bei den vorliegenden Bearbeitungsmaschinen jedoch äußerst selten, insbesondere da häufig eine Mehrfachbearbeitung, wie beispielsweise eine Anfasung und eine Gewindescheiden, erfolgt oder mehrere Werkzeuge am Umfang des Werkzeugkopfes verteilt angeordnet sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch spanende Bearbeitungsmaschinen bzw. - verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
So lässt sich die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks durch Späne minimieren bzw. das Entfernen von Spänen vereinfachen, wenn sich eine spanende Bearbeitungsmaschine mit einem in einem Bearbeitungsraum rotierendem Werkzeugkopf, mit feststehendem Werkstück, mit einer dem Bearbeitungsraum umgebenden und eine von außen zugängliche, für eine Einführung des Werkstücks in den Bearbeitungsraum vorgesehene Haubenöffnung aufweisenden Maschinenhaube und mit einer Blende gegen einen Austritt von Fluid durch die Haubenöffnung durch einen hinter der Haubenöffnung in dem Bearbeitungsraum angeordneten Spanaufnehmer auszeichnet.
Die Späne können dann von dem Spanaufnehmer aufgenommen werden, wenn das feststehende Werkstück mittels der spanenden Bearbeitungsmaschine mit rotierendem Werkzeugkopf spanend bearbeitet wird.
Hierdurch kann ein enger Kontakt der Späne mit dem Werkstück vermieden werden, sodass die Gefahr etwaiger Beschädigungen auf ein Minimum reduziert ist. Auch bedarf es dann weniger Aufmerksamkeit, wenn der Span bzw. die Späne entfernt werden sollen, da letztlich leichte Beschädigungen auf den Spanaufnehmer tolerierbar sind.
Bei geeigneter Ausgestaltung erfolgt ein Entfernen unter Verzicht auf manuelle Eingriffe.
Ebenso ist es denkbar, den Spanaufnehmer beispielsweise aus gehärteten Materialien zu bilden bzw. mit gehärteten Oberflächen zu versehen, um einen Verschleiß entgegen zu wirken.
Die Blende dient in der Regel unter anderem dazu, eine Zugriff in den Bearbeitungsraum durch die Haubenöffnung zu verhindern bzw. weitestgehend zu vermeiden, was beispielsweise durch Unachtsamkeit von Bedienpersonal, das während der Bearbeitung des Werkstücks an der Bearbeitungsmaschine tätig ist, und was einerseits durch die Hände oder andererseits durch etwaiges Werkzeug geschehen könnte. Auch dient die Blende in der Regel unter anderem dazu, die Gefahr eines Austritts von Fluid oder auch von umherfliegenden Spänen oder ähnlichem zu minimieren.
Bei geeigneter Ausgestaltung kann der Spanaufnehmer dann auch ein Einbringen der Späne in einem Spalt zwischen der Blende und dem Werkstück verhindern, indem der Span von dem Spanaufnehmer aufgenommen wird. Der Span kann, wenn der Spanaufnehmer geeignet ausgestaltet ist, dann von diesem Spalt gegebenenfalls sogar weggeführt werden. Dieses ermöglicht es letztlich den Spalt und mithin auch die Blende einerseits sehr eng an das Werkstück heranzuführen, da die Gefahr, dass der Span sich in diesen Spalt einarbeitet, reduziert ist. Dieses führt letztlich auch zu einer Reduktion des Verlustes an Fluid, welches an sich nur innerhalb des Bearbeitungsraums zu finden sein sollte und durch die Maschinenhaube rückgehalten werden soll. Ist jedoch beim Stand der Technik auf Grund der Gefahr, dass sich Späne in den Spalt zwischen Blende und Werkstück einarbeiten, die Blende weit von dem Werkstück beabstandet, ist ein Austritt von Fluid - und mithin ein entsprechender Verlust an Fluid unvermeidbar.
Insofern ist es von Vorteil, wenn der Spalt zwischen Blende und Werkstück weniger als 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm, beträgt. Ggf. kann der Spalt auch noch kleiner gewählt werden. Wenn andere geeignete Maßnahmen vorgesehen sind, wie beispielsweise eine besonders präzise arbeitender Spanaufnehmer sowie eine axial sehr tiefe, um das Werkstück umlaufende Wandung der Blende, kann der Spalt auch größer gewählt werden und dennoch ausreichend einen Austritt von Fluid aus dem Bearbeitungsraum bzw. einen Eintritt von Fremdkörpern in den Bearbeitungsraum verhindern. Ein Spalt unter 20 bzw. 15 mm erweist sich jedoch als besonders vorteilhaft hinsichtlich eines Kompromisses in Bezug auf ergänzende Maßnahmen, die ggf. notwendig erscheinen mögen. Hierbei versteht es sich, dass ggf. eine Blende auch für verschiedene Werkstückdurchmesser vorgesehen sein bzw. genutzt werden kann, wodurch dann entsprechend variierende Spaltbreiten bedingt sind.
Darüber hinaus ist es zwar rein theoretisch denkbar, die Blende weiter von dem Werkzeugkopf entfernt vorzusehen, was jedoch zu erheblichen Außenmaßen der Maschinenhaube führt, die neben reinen Raumverlusten auch zu erheblich Handhabungsproblemen führen, beispielsweise weil Spannbacken oder andere Haltereinrichtungen nicht nahe genug zu dem Werkzeugkopf angeordnet werden können und sich die Ausspannlänge verlängert, was letztlich weitere Probleme, wie Schwingungen und ähnliches, bedingen kann. Durch den vorstehend erläuterten Spanaufnehmer, der einen kleinen Spalt zwischen Blende und Werkstück ermöglicht, ohne dass ein erhebliches Risiko besteht, dass sich der Span in diesen Spalten einarbeitet, können mithin erhebliche Vorteile hinsichtlich der axialen Erstreckung des Bearbeitungsraums bis zu den Haltereinrichtungen bzw. den Spannbacken gewonnen werden, indem die Blende sehr dicht an dem Werkzeugkopf herangeführt werden kann, da die Gefahr eines Einarbeitens der Späne in den Spalt reduziert ist. Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn die Blende bzw. die Haubenöffnung nicht mehr als 20 cm, vorzugsweise nicht mehr als 15 cm bzw. nicht mehr als 12 cm, von dem rotierendem Werkzeugkopf bzw. von dem Werkzeughalter axial - also entlang der Rotationsachse - entfernt angeordnet ist.
Es versteht sich, dass die von dem Spanaufnehmer aufgenommene Späne vor einem Werkstückwechsel vorzugsweise von dem Spanaufnehmer entfernt werden, sodass dann, wenn das nächste Werkstück bearbeitet wird, der Spanaufnehmer wieder genug Aufnahmekapazität aufweist. Hierbei versteht es sich, dass gegebenenfalls auch eine größere Taktung für das Entfernen der Späne vorgesehen sein kann, wenn der Spanaufnehmer ausreichend Kapazität aufweist. Dieses Entfernen kann insbesondere, bei geeigneter Ausgestaltung, ohne manuellen Eingriff erfolgen.
Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn zunächst der Spanaufnehmer gemeinsam mit dem Werkzeug vom Werkstück entfernt wird, sodass beim anschließenden Entfernen der Späne das Risiko einer etwaigen Beschädigung des Werkstücks noch weiter reduziert werden kann. Bei geeigneter Ausgestaltung bzw. Verfahrensführung können den die Späne zwischen dem Werkzeug bzw. dem Werkzeugkopf einerseits und dem Spanaufnehmer andererseits gehalten werden, so dass sie bei diesem Verfahrensschritt geeignet positioniert bleiben und das Werkstück nicht erreichen können.
Insbesondere ist es bei geeigneter Ausgestaltung möglich zu gewährleisten, dass keine Wickelspäne mehr auf dem Werkstück verbleiben, wenn dieses den Bearbeitungsraum verlässt, wobei hier - naturgemäß - Betriebsstörungen nicht berücksichtigt werden können.
Bei der spanenden Bearbeitung werden als Fluide in der Regel Schneidfluide, wie Emulsionen aus Schneidöl und Wasser, zum Einsatz kommen. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch andere Fluide, wie beispielsweise insbesondere Wasser oder reine Kühlflüssigkeit oder auch reines Schneidöl, genutzt werden können. Ebenso können als Fluide ggf. reine Kühlflüssigkeiten oder Kühlfluide genutzt werden. Die Fluide können auch zu gänzlich anderen Zwecken in dem Bearbeitungsraum vorliegen und dort nahezu ubiquitär umherfliegen. Hierbei versteht es sich, dass als Fluide nicht nur Flüssigkeiten, wie Wasser, Alkohol oder Öl bzw. sogar flüssige Gase, sondern auch Gase als solche, wie insbesondere beispielsweise Luft oder Schutzgas, bzw. Nebel bzw. andere Kombinationen aus Gasen und Flüssigkeiten zur Anwendung kommen können.
In vorliegendem Zusammenhang sei betont, dass die von außen zugängliche Haubenöffnung den Eintritt bzw. die Einführung des Werkzeugs in den Bearbeitungsraum ermöglicht und letztlich in der äußeren Oberfläche der Maschinenhaube zu finden ist. Etwaige nach axial innen in dem Bearbeitungsraum bzw. auf den Werkzeugkopf hinweisenden Strukturen zählen dann nicht mehr zur Haubenöffnung sondern besitzen eine eigene Funktionalität. Die Haubenöffnung finden sich definitionsgemäß in der äußeren Hüllebenen der Maschinenhaube, während die von der Haubenöffnung nach innen in den Bearbeitungsraum weisenden bzw. auf den Werkzeugkopf weisenden Wandungen als Werkstückkanalwandungen bezeichnet werden können und wobei diese Werkstückkanalwandung dann von der Haubenöffnung ausgehend zu den Werkzeugkopf weisen.
Dementsprechend definiert sich die Bezeichnung „hinter der Haubenöffnung“, mittels welcher insbesondere die Lage des Spritzschutzes in Bezug auf die Haubenöffnung bezeichnet wird, als eine Lage, welche auf der von der die Maschinenhaube außen umgebenden Umgebung wegweisenden Seite der Haubenöffnung zu finden ist. Insbesondere kann der Spanaufnehmer ggf. unmittelbar hinter der Haubenöffnung angeordnet sein und - ggf. - die Maschinenhaube bzw. die Blende sogar nach innen, in Richtung auf den Bearbeitungsraum durch die Haubenöffnung hindurch, auf den Werkzeugkopf zu verlängern. Es versteht sich, dass die genaue Anordnung des Spanaufnehmers in Bezug auf die Haubenöffnung zunächst einmal beliebig ist, solange dieser hinter der Haubenöffnung zu finden ist und solange dieser seine spanaufnehmende Funktion erfüllen kann. Insbesondere kann diesbezüglich einen Anordnung innerhalb des Bearbeitungsraums, unmittelbar an der Blende oder in diese integriert bzw. radial außerhalb einer sich axial zu dem Werkzeugkopf erstreckenden, von der Haubenöffnung ausgehenden Hüllfläche vorgesehen sein.
Vorzugsweise umfasst der Spanaufnehmer eine sich konisch zum Werkstückkopf verjüngende Aufnahmefläche, sodass sich die Späne, wenn sie während der Bearbeitung entstehen, ohne weiteres auf der konischen Aufnahmefläche aufarbeiten können. Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen und in Abhängigkeit von den zu erwarteten Spänen auch abweichende Ausgestaltungen des Spanaufnehmers vorgesehen sein können. Gegebenenfalls können beispielsweise lediglich achsparallel zu der Rotationsachse angeordnete Stäbe oder eine Gitteranordnung ausreichen, um die entstehenden Späne in ausreichendem Maß aufzunehmen und von dem Werkstück bzw. von dem Spalt fern zu halten. Ebenso können anders gestaltende Aufnahmeflächen vorgesehen sein, gerade wenn die sich auf die Aufnahmeflächen aufarbeitenden Späne auf besonderer Weise geführt werden sollen. So könnte beispielsweise mittels trichterförmiger Aufnahmeflächen bereits eine gezielte Abführung gelingen.
Eine konisch geformte Aufnahmefläche oder aber beispielsweise entsprechend in einer konischen Grundform angeordneten Stäbe haben den Vorteil, dass Späne sich nicht nur gut auf einen derartigen Konus aufarbeiten können, sondern dass die entsprechend dann auf den Konus zu findenden Späne auch einfach zur Konusspitze hin entfernt werden können. Wird das Werkstückende während der Bearbeitung angefast, also mit einer Konusform versehen, entspricht die Konusform der Aufnahmefläche vorzugsweise der an dem Werkstück angefasten Konusform, so dass das entsprechende Werkzeug über die Aufnahmefläche laufen kann, ohne diese zu beschädigen und etwaige nachfolgenden Werkzeuge möglichst dicht an die Aufnahmefläche herangeführt werden können. Letzteres bedingt die Möglichkeit eine sehr geringe Ausspannlänge zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist die Aufnahmefläche rotationssymmetrisch zur Rotationsachse angeordnet. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Spanaufnehmer, wenn er komplexer ausgestaltet ist, eine Symmetrie in Bezug auf diese Rotationsachse, beispielsweise eine Spiegelsymmetrie oder eine Achssymmetrie, aufweist. Dieses trägt den Umstand Rechnung, dass der Werkzeugkopf um die Rotationsachse rotiert und mithin ein Span bzw. Späne letztlich mit bestimmter statistischer Wahrscheinlichkeit in jedem Rotationswinkel um diese Rotationsachse auftreten können.
Letztlich ist es denkbar, dass der Spanaufnehmer an dem Werkzeugkopf angeordnet ist und mit diesem mitrotiert. Dieses würde jedoch erhebliche bauliche Maßnahmen an dem Werkzeugkopf bedingen, die letztlich auch die normalen Betriebsabläufe erheblich beeinträchtigen würden. Aus diesem Grunde ist es von Vorteil, wenn der Spanaufnehmer ortsfest, das heißt nicht mitrotierend, angeordnet ist. Dieses bedeutet natürlich, dass er in gewisser Weise verlagerbar sein kann, um beispielsweise ein Entfernen des aufgenommenen Spans zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Spanaufnehmer an der Blende und/oder an der Maschinenhaube angeordnet ist, da er dann direkt mit den Baugruppen, mit denen er zusammen arbeiten soll, auch verbunden ist. So soll er - wie bereits vorstehend erläutert - unter anderem bei geeigneter Ausgestaltung ein Eindringen des Span in den Spalt zwischen Blende und Werkstück bzw. auch ein Eindringen der Späne in den Spalt zwischen Werkstück und Maschinenhaube, wie er in Bereich der Haubenöffnung zu finden ist, verhindern.
In der Regel ist die Blende bzw. die Maschinenhaube zu Wartungszwecken in Bezug auf den Werkzeugkopf ohnehin verlagerbar angeordnet, sodass diese Verlagerbarkeit dann auch für eine Verlagerbarkeit des Spanaufnehmers genutzt werde kann, wenn ein Entfernen des Span durchgeführt werden soll und dieses durch eine entsprechende Verlagerung erleichtert werden kann.
Es versteht sich, dass der Spanaufnehmer einteilig mit der gesamten Blende oder der Maschinenhaube ausgestaltet sein kann, was jedoch Wartungsarbeiten oder aber auch eine Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser erheblich erschwert. Insofern ist es vorteilhaft, wenn der Spanaufnehmer, ggf. lediglich mit Baugruppen der Blende, wie beispielsweise einem inneren Ring der Blende, gemeinsam, auswechselbar an der Maschinenhaube befestigt ist. Insbesondere kann die Blende beispielsweise mehrteilig ausgebildet sein, so dass ein Teil der Blende ggf. auch einteilig mit dem Spanaufnehmer ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise ist der Spanaufnehmer als Verschleißteil auswechselbar ausgestaltet.
Insbesondere kann - wie bereits vorstehend erläutert - der Spanaufnehmer ggf. unmittelbar hinter der Haubenöffnung angeordnet sein und - ggf. - die Maschinenhaube bzw. die Blende sogar nach innen, in Richtung auf den Bearbeitungsraum durch die Haubenöffnung hindurch, auf den Werkzeugkopf zu verlängern. Die genaue Anordnung des Spanaufnehmers in Bezug auf die Haubenöffnung ist zunächst einmal beliebig ist, solange dieser hinter der Haubenöffnung zu finden ist und solange dieser seine spanaufnehmende Funktion erfüllen kann. Insbesondere kann diesbezüglich einen Anordnung innerhalb des Bearbeitungsraums, unmittelbar an der Blende oder in diese integriert bzw. radial außerhalb einer sich axial zu dem Werkzeugkopf erstreckenden, von der Haubenöffnung ausgehenden Hüllfläche vorgesehen sein.
Um die Gefahr eines Austritts von Fluid möglichst wirksam zu minimieren, kann die Blende eine mechanische Dichtung umfassen. Durch den vorstehend beschriebenen Spanaufnehmer kann die mechanische Dichtung, welche in der Regel wesentlich empfindlicher ist als beispielsweise das Material der Maschinenhaube, vor einer Beschädigung durch den Span geschützt werden. Bisherige Versuche, mechanische Dichtungen, insbesondere natürlich die bevorzugten elastischen Dichtungen, zu nutzen sind daran gescheitert, dass der doch sehr aggressive Span die mechanische Dichtung schon nach kürzester Zeit zerstört. Die bevorzugten elastischen Dichtungen ermöglichen eine schnelle Abdichtung des Spalts zwischen Blende und Werkzeug bzw. eine entsprechende Abdichtung der Haubenöffnung, wobei elastische Dichtungen besonders einfach geöffnet und geschlossen werden können, wenn beispielsweise das Werkstück oder auch die Blende beziehungsweise die Maschinenhaube bewegt werden sollen. Es versteht sich andererseits, dass auf eine mechanische Dichtung unter Umständen verzichtet werden kann, wenn andere Dichtungsmöglichkeiten, wie beispielsweise eine berührungslose Dichtung, eine Labyrinthdichtung, eine Bernoulli-Dichtung oder eine Venturi-Dichtung, zur Anwendung kommen.
Die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks durch den Span lässt sich minimieren bzw. das Entfernen der Späne vereinfachen, wenn sich ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines feststehenden Werkstücks mittels einer spanenden Bearbeitungsmaschine mit rotierendem Werkzeugkopf dadurch auszeichnet, dass das feststehende Werkstücks während der spanenden Bearbeitung über wenigstens eine feststehende Düse mit Fluid beaufschlagt wird.
Dementsprechend lässt sich die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks durch den Span oder die Späne minimieren bzw. das Entfernen des Spans bzw. der Späne vereinfachen, wenn sich eine spanende Bearbeitungsmaschine mit einem in einem Bearbeitungsraum rotierendem Werkzeugkopf, mit feststehendem Werkstück, mit einer der in Bearbeitungsraum umgebenden und eine von außen zugängliche, für eine Einführung des Werkstücks in den Bearbeitungsraum vorgesehene Haubenöffnung aufweisende Maschinenhaube und mit einer Blende gegen einen Austritt von Fluid durch die Haubenöffnung sich durch eine feststehende, auf das Werkstück gerichtete Düse für Fluid auszeichnet.
In Abweichung vom Stand der Technik, bei welchem Fluid über an dem rotierenden Werkzeugkopf vorgesehene Düsen zugeführt wird, erfolgt nunmehr die Zufuhr von Fluid kumulativ bzw. alternativ hierzu über eine feststehende Düse bzw. über feststehende Düsen, die mithin dem Bewegungsablauf des Werkzeugkopfs nicht folgen. Hierdurch wird eine Grundbeaufschlagung des Werkstücks mit Fluid gewährleistet, die letztlich vorteilhaft auf das gesamte Werkstück wirken und - wenn die Düse geeignet gerichtet ist - die feststehende Baugruppen, wie den Spalt zwischen Werkstück und Blende oder eine mechanische Dichtung oder Ähnliches permanent durch das Fluid schützen , sodass hierdurch die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks oder der Dichtung durch den Span minimiert werden kann, bzw. bei geeigneter Ausgestaltung bessere, d.h. weniger aggressive bzw. weniger fest an dem Werkstück anliegende Späne, bedingen kann. Auch wird das Entfernen der Späne vereinfacht, da letztlich auf dem Werkstück ortsfest und mithin an entsprechend belasteten Stellen Fluid mit seinem schmierenden und kühlenden Charakter vorhanden ist.
Insbesondere wenn die Blende die vorstehend erläuterte mechanische Dichtung aufweist, kann auch ein Übermaß an Fluid toleriert werden, welches insbesondere auch unmittelbar in einem Bereich vor der Dichtung in Bezug auf den Bearbeitungsraum gesehen, auf das Werkstück achtet, da ein Austritt von Fluid auch bei höheren Fluiddrücken durch die mechanische Dichtung wirkungsvoll verhindert werden kann.
Insbesondere hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Fluid während der spanenden Bearbeitung auf den Span bzw. auf die Späne gespritzt wird. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass hierdurch die Charakteristik der Späne insoweit verändert werden kann, dass sie weniger aggressiv aufgewickelt, ausgebildet bzw. weniger verklammert sind und/oder der Wickeleffekt reduziert ist. Ebenso könnte allein der auf den Span bzw. die Späne gerichtete Fluiddruck dazu führen, dass der Span bzw. die Späne sich weiter vom Werkstück entfernen bzw. sich in Richtung auf den Werkzeugkopf formen und mithin nicht zu eng an diesem anliegen, was dementsprechend die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks durch die Späne minimiert bzw. das Entfernen der Späne vereinfacht. Bei geeigneter Ausrichtung der Düse bzw. des auf die Späne treffenden Fluids, insbesondere mit einer ausreichend hohen axialen Komponente, können sich - so wird vermutet - im Zusammenspiel mit den auf den jeweiligen Span wirkenden Bearbeitungs- und Haltekräften höhere radial gerichtete Kräfte ausbilden, die die Spane entsprechend geeignet formen, als dieses möglich ist, wenn Fluide, wie nach dem Stand der Technik, vom Werkzeugkopf oder vom Werkzeughalter ausgehend mit einer stark radialen Komponente zum Einsatz kommen.
Angesichts der Tatsache, dass die Späne durch den rotierenden Werkzeugkopf letztlich umlaufend erzeugt werden, ist es von Vorteil, wenn das Fluid als geschlossener Fluidmantel, der die Rotationsachse des Werkzeugkopfs umgibt, bzw. in einer entsprechender Rotationssymmetrie bereitgestellt wird, sodass das Fluid über die feststehende Düse in ausreichendem Maße bereitgestellt ist. Insbesondere kann dieser Fluidmantel an der Oberfläche des Werkstücks in Richtung auf den Werkzeugkopf propagieren und so gezielt in Richtung der Späne bzw. in Richtung des Werkzeugs und/oder in Richtung der bearbeiteten Stelle geführt werden, wobei die Bewegungsrichtung dann bei geeigneter Ausgestaltung ebenfalls dichtend und Partikel von dem Spalt zwischen Haubenöffnung und Werkstück wegführend wirkt. Es versteht sich, dass vorzugsweise auch eine entsprechend rotationssymmetrische Düsenform vorgesehen sein kann.
Diesbezüglich kann als feststehende Düse insbesondere eine Ringdüse zur Anwendung kommen. Alternativ können mehrere Düsenauslässe vorgesehen sein, welche von der feststehenden Düse umfasst sind, sodass dementsprechend ringförmig Fluid an das feststehende Werkstück bzw. an die Späne gebracht wird. Insbesondere ist es denkbar, dass die feststehende Düse einen um das Werkstück umlaufend geschlossenen Fluidmantel erzeugt.
Dieses bedingt an sich zunächst einmal einen erheblichen Überschuss an Fluid, da dieses auch auf Stellen geführt wird, die letztlich zu einem jeweiligen Zeitpunkt keiner Bearbeitung unterliegen. Insgesamt hat sich jedoch herausgestellt, dass dieses sich vorteilhaft auf den Werkzeugverschleiß bzw. auf die Späne oder die Spanbildung auswirkt, die weniger aggressiv an dem Werkstück anliegen, weniger verklammert sind bzw. insbesondere dann weniger dazu neigen, in den Spalt zwischen Blende und Werkstück einzudringen, bzw. deren Wickeleffekt reduziert ist. Da letztlich das Fluid im Umlauf geführt werden kann und über die Blende, die bei vorliegender Ausgestaltung erheblich effektiver ausgebildet werden kann als nach dem Stand der Technik, auch Verluste minimiert werden können, kann dieser Nachteil ohne weiteres in Kauf genommen werden, da er letztlich lediglich eine höhere Pumpleistung bedingt. Insbesondere ist das Maß der Kontamination des Fluids an sich gleich, so durch das durch den entsprechenden höheren Durchsatz an Fluid auch etwaige Filter einfacher aufgebaut werden können.
Vorzugsweise wird das Fluid als geschlossener, an der Oberfläche des Werkstücks propagierender Fluidmantel der Bearbeitungsstelle zugeführt. Dieses führt zu einer sehr gleichförmigen Beaufschlagung des Werkstücks mit Fluid, was - wie sich in Versuchen herausgestellt hat - zu den vorstehend geschriebenen verbesserten Spaneigenschaften führt.
Wie bereits vorstehend angedeutet wird im vorliegendem Zusammenhang zwischen den Begriff der feststehenden Düse einerseits und feststehenden Düsen andererseits nicht unterschieden, da letztlich in vorliegendem Zusammenhang die feststehende Düse auch mehrere Düsenauslässe - und mithin auch entsprechend zu diesen Düsenauslässen weisende Fluidkanäle - aufweisen kann, sodass sämtliche feststehenden Öffnungen, die sich in den Bearbeitungsraum öffnen und durch welche Fluid bereitgestellt werden kann, als Bestandteile der feststehenden Düsenauslässe der feststehenden Düsen definiert sind, in Abgrenzung zu etwaigen Fluiddüsen, die an dem rotierendem Werkezugkopf angeordnet sind.
In diesem Zusammenhang sei betont, dass der Begriff „feststehend“, sich lediglich auf die Rotation in Bezug auf den rotierenden Werkzeugkopf bezieht, so dass die Düse durchaus eine eigene Bewegung durchführen kann, beispielsweise an einem Schwenkarm oder aber gemeinsam mit sie tragenden Strukturen, wie beispielsweise mit der Maschinenhaube oder mit der Blende.
Insbesondere können die Düse oder einzelne Bestandteile der Düse bzw. zugehörige Düsenkanäle an oder in der Blende bzw. in Baugruppen hiervon vorgesehen sein. Insbesondere kann die Blende mehrteilig ausgebildet sein, so dass es möglich ist, die Düse in einem der Teile der Blende vorzusehen. Auch ist es denkbar, dass die Blende lediglich Teile, wie beispielsweise lediglich einen Teil der Wandung einer Düse, einer Teildüse und/oder eines Düsenkanals aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine schnelle Anpassung an etwa geänderte Werkstückdurchmesser oder einfache Wartungsvorgänge.
In einer bevorzugten Ausführungsform öffnet sich die Düse in den Spalt zwischen Blende und Werkstück, sodass Fluid unmittelbar in diesen Spalt gespritzt wird. Schon dieses bedingt einen sehr wirkungsvollen Schutz gegen ein mögliches Eindringen von Spänen in diesem Spalt, wobei es sich versteht, dass es dann zur Haubenöffnung hin eine entsprechende Dichtung vorgesehen sein sollte, die einen Austritt des Fluid in unerwünschten Maße wirkungsvoll verhindert. Hierzu kann einerseits beispielsweise die vorstehend beschriebene mechanische Dichtung dienen. Ebenso können selbstverständlich auch andere Dichtungsmechanismen, beispielsweise auch eine Bernoulli-Dichtung, genutzt werden.
So kann die Düse beispielsweise auf den Werkzeugkopf gerichtet sein, sodass das Fluid in Richtung auf den Werkzeugkopf in den Spalt getrieben wird und auf Grund seiner Strömungsgeschwindigkeit in den Bearbeitungsraum strömt und die Haubenöffnung nicht verlässt. Es versteht sich, dass ein Richten der Düse auf den Werkzeugkopf auch aus anderen Gründen, beispielsweise um dort auf die Späne einzuwirken, von Vorteil sein kann.
Bei geeigneter Verfahrensführung ist es bei einer auf den Werkzeugkopf gerichteten sich in den Spalt zwischen Blende und Werkstück öffnenden Düse möglich, einen Bernoulli-Effekt zu erzeugen, durch den ein Unterdruck in dem Spalt zwischen Blende und Werkstück im Bereich von der Düse zu der Haubenöffnung hin erzeugt wird, der zusätzlich dichtend wirkt.
Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Werkstück und der Blende ein Spalt vorliegt und der Spalt über eine Bernoulli-Dichtung abgedichtet wird. Auf diese Weise lässt sich ein möglicher Verlust an Fluid besonders einfach und effektiv minimieren, während gleichzeitig das zum Erzeugen des Bernoulli-Effektes genutzte Fluid die Späne von dem Werkstück bzw. von dem Spalt wegtreibt und somit die Gefahr einer Beschädigung des Werkstückes durch die Späne minimiert bzw. das Entfernen der Späne vereinfacht werden. Hierbei wird davon ausgegangen, dass schon durch die Strömung ein Unterdruck bedingt ist, der entsprechend abdichtend wirken kann.
Insbesondere, wenn eine Bernoulli-Düse zum Einsatz kommt, aber auch bei einem anderweitig ausgebildeten geschlossenen, an der Oberfläche des Werkstückes propagierenden Fluidmantel kommt es zu einen erheblichen Überschuss an Fluid, wie bereits vorstehend erwähnt. Je nach konkreter Verfahrensführung ist es denkbar, dass dieser Überschuss an Fluid bereits als solcher einen positiven Einfluss auf die Ausgestaltung der Späne insbesondere hinsichtlich ihrer Krümmung, hinsichtlich des Wickeleffekts bzw. hinsichtlich ihrer Verklammerung hat, beispielsweise durch eine sehr gute Kühlung. Darüber hinaus kann ggf. durch diesen Überschuss an Fluid auch ein sehr wirkungsvoller Schutzfilm auf dem Werkstück vorgesehen sein. Selbiges gilt, wenn das Fluid auf die Späne gespritzt wird, für die Späne. Bei geeigneter Ausgestaltung bzw. Verfahrensführung ist es möglich, dass die Wickelspäne betriebssicher maschinell von dem Werkstück entfernt werden bzw. sich nicht mehr auf dem Werkstück selbst ausformen und Beschädigungen des Werkstücks vermieden werden können.
Ggf. kann die den Bernoulli-Effekt ausnutzende Bernoulli-Düse auch als VenturiDüse ausgestaltet sein und mithin sogar Umgebungsluft in nennenswertem Maße mitreißen.
Angesichts auf das Werkstück gerichteten Zufuhr von Fluid kann gegebenenfalls auf eine mit dem Werkzeugkopf umlaufende Fluidzufuhr verzichtet werden, was eine erhebliche Reduktion an maschinenbaulichem Aufwand bedingt bzw. weniger Bauraum im Bereich der Spindel bzw. im Bereich des Werkzeugkopfs benötigt und insbesondere mehr Bauraum im Bereich des Werkzeugkopfes sowie des mit dem Werkzeugkopf mitrotierendem Werkzeughalter belässt, der möglicherweise für andere Zwecke genutzt werden kann. Insbesondere bedeutet der vorstehende genannte Verzicht, dass komplexe Drehdurchführung bzw. Dichtungen, mittels in derer das Fluid in ausreichendem Maß und mit ausreichendem Druck an dem rotierenden Werkzeugkopf bereitgestellt werden muss, verzichtet werden kann. Dieses bedingt noch weitere erhebliche bauliche Vorteile, da auch feinste und sehr lange Bohrungen, die in der Regel mit aufwendigen Fertigungsprozessen hergestellt werden müssen, nicht mehr notwendig sind. Auch erübrigen sich weitere Übergänge für Flüssigkeiten zwischen einem beweglich an dem Werkzeugkopf angebrachten Werkzeughalter und dem Werkzeugkopf.
Vorzugsweise umfasst der Spanaufnehmer einen Abstreifer, der - wenn ausreichend Span auf den Spanaufnehmer befindlich ist - diesen von dem Spanaufnehmer entfernt. Ein derartiger Abstreifer kann beispielsweise mechanisch ausgebildet sein, indem eine entsprechende Zange oder ein Greifer bzw. lediglich ein Bügel oder ein Ring über den Spanaufnehmer bzw. über die Aufnahmefläche streifen und durch diese Bewegung die Späne von dem Spanaufnehmer entfernen.
Als Abstreifer können gegebenenfalls auch andere Einrichtungen, wie beispielsweise Düsenauslässe, insbesondere der feststehenden Düse, genutzt werden. Vorzugsweise sind diese Düsenauslässe als Abstreiferdüsen ausgebildet und mit einem separaten Abstreiferfluidkanal verbunden, sodass sie getrennt von dem Rest der feststehender Düse bzw. getrennt von den restlichen Düsenauslässen der feststehenden Düsen angesteuert werden können, wenn ein Abstreifvorgang durchgeführt werden soll. Hierbei versteht es sich, dass - je nach konkreten Erfordernissen - die Abstreiferdüse bzw. die Abstreiferdüsen auch zum Beaufschlagen des Werkstückes bzw. der Späne mit Fluid während der spanenden Bearbeitung genutzt werden können. Durch den Verzicht auf bewegliche Teile sind diese Lösungen besonders bevorzugt, wobei es sich versteht, dass hier insbesondere auch Druckluft beispielsweise zur Anwendung kommen kann, wenn die Abstreiferdüsen beispielsweise separat mit Fluid versorgt werden.
Durch den Abstreifer kann der von dem Spanaufnehmer aufgenommene Span vor einem Werkstückwechsel von dem Spanaufnehmer maschinell abgestriffen werden, sodass der bisherige manuelle Aufwand zum Entfernen der Späne vom Werkstück unterbleiben kann, der insbesondere bei hohen Taktzahlen der spanenden Bearbeitungsmaschinen letztlich ein erhebliches Hindernis für noch höhere Taktzeiten darstellt. Es versteht sich, dass durch einen entsprechende Entfernungseinrichtung, welch den von dem Spanaufnehmer aufgenommene Span vor einem Werkstückwechsel von dem Spanaufnehmer entfernt, auch unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung entsprechende Vorteile erzielt werden können.
Um zum Entfernen des von dem Spanaufnehmer aufgenommenen Spans genügend Raum zur Verfügung zu haben, ist es von Vorteil, wenn der Spanaufnehmer axial von dem Werkzeugkopf weg verlagert wird und erst dann das Entfernen durchgeführt wird. Auch dieses lässt sich durch entsprechende An- oder Stelltriebe, beispielsweise die zum Bewegen der Maschinenhaube ohnehin vorhanden sind, maschinenbaulich ermöglichen, sodass das Entfernen der Späne ohne manuellen Eingriff möglich ist.
Je nach konkreter Verfahrensführung kann die axiale Verlagerung des Spanaufnehmers gemeinsam mit dem Werkstück erfolgen, da auch dieses nach seiner Bearbeitung von der Bearbeitungsmaschine entfernt werden muss, um das nächste Werkstück zuzuführen. Andererseits versteht sich, dass der Spanaufnehmer auch im Anschluss an das Werkstück und - unter besonderen Umständen - auch vor dem Werkstück verlagert werden kann. Besonders bevorzugt wird zunächst der Spanaufnehmer gemeinsam mit dem Werkzeugkopf axial in Bezug auf das Werkstück derart verlagert, dass letzteres den Bearbeitungsraum verlässt. Dann kann das Entfernen der Späne, wie es vorstehend dargestellt ist, erfolgen, wobei hierdurch die Gefahr, dass die Späne zurück auf das Werkstück gelangen minimiert werden kann. Sind die Späne entfernt, so kann das nächste Werkstück zugeführt und beispielsweise von den Spannbacken positioniert werden. Ggf. fährt hierzu, währenddessen oder zuvor, der Spanaufnehmer wieder näher an den Werkzeugkopf heran.
Der Vollständigkeit halber sei festgehalten, dass der Begriff „feststehend“ sich vorliegend lediglich darauf bezieht, dass das Werkstück während der Bearbeitung im Gegensatz zu dem Werkzeugkopf nicht rotiert. Anderer Bewegungen, insbesondere bei der Zufuhr und bei der Abfuhr des Werkstücks, aber auch während der Bearbeitung, die insbesondere wesentlich langsamer als die Rotation des rotierenden Werkzeugkopfs stattfinden, sind nicht ausgeschlossen. Vorzugsweise wird der rotierende Werkzeugkopf auch bei einem Werkstückwechsel weiter rotieren, ggf. bei anderen Rotationsgeschwindigkeiten.
Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

1 einen schematischen Schnitt durch die Rotationsachse eines Werkzeugkopfes einer spanenden Bearbeitungsmaschine;
2 eine Ausschnittvergrößerung der Anordnung nach 1;
3 die Anordnung nach 2 bei axialer Verlagerung von Maschinenaube und Werkzeugkopf;
4 die Anordnung nach 2 und 3 bei entferntem Werkstück und axial verlagerter Blende;
5 die Anordnung nach 2 bis 4 beim Entfernen der Späne von dem Spanaufnehmer;
6 eine zweite spanende Bearbeitungsmaschine in ähnlicher Darstellung wie 2;
7 eine dritte spanende Bearbeitungsmaschine in ähnlicher Darstellung wie 2 und 6;
8 eine vierte spanende Bearbeitungsmaschine in ähnlicher Darstellung wie 2, 6 und 7;
9 eine fünfte spanende Bearbeitungsmaschine in ähnlicher Darstellung wie 2 und 6 bis 8 allerdings ohne Werkzeugkopf und Werkstück; und
10 eine sechste spanende Bearbeitungsmaschine in ähnlicher Darstellung wie 2 und 6 bis 8.

Die in den 1 bis 5 dargestellte Bearbeitungsmaschine 10 umfasst ein Maschinengehäuse 54 mit einem Antrieb für einen um eine Rotationsachse 58 umlaufenden Werkzeugkopf 14. Der Werkzeugkopf 14 trägt einen Werkzeughalter 56, an welchem Werkzeuge 44 vorgesehen sind und welcher radial (x-Achse) in Bezug auf die Rotationsachse 58 angestellt werden kann.
Darüber hinaus umfasst die Bearbeitungsmaschine 10 Spannbacken 52, mittels derer ein Werkstück 16 in Bezug auf den Werkzeugkopf 14 feststehend gehalten werden kann, wobei der Werkzeugkopf 14 in Bezug auf die Spannbacken 52 axial (z-Achse), also parallel zur Rotationsachse 58, verlagert werden kann, um die Werkzeuge 44 axial in Bezug auf das Werkstück 16 anstellen zu können. Um eine Zu- und Abfuhr des Werkstücks 16 zu ermöglichen ist noch ein nicht dargestellter Quertransport vorgesehen. In alternativen Ausführungsformen können für die Zu- und Abfuhr gegebenenfalls andere Aggregate vorgesehen sein. Ebenso ist es denkbar, dass eine für die Bearbeitung notwendige axiale Anstellung der Werkzeuge 44 in Bezug auf das Werkstück 16 durch eine Axialbewegung des Maschinengehäuse 54, des Werkzeugkopfs 14 und/oder des Werkzeughalters 56 ermöglicht wird.
Die Bearbeitungsmaschine 10 weist des Weiteren eine Maschinenhaube 20 mit einer Haubenöffnung 18 auf, wobei durch die Haubenöffnung 18 das Werkstück 16 in einem Bearbeitungsraum 12 bis zu dem Werkzeugkopf 14 ragen kann, um eine Bearbeitung zu ermöglichen, und wobei die Maschinenhaube 20 axial, also parallel zur Rotationsachse 58, verlagerbar ist, um beispielsweise für Wartungsarbeiten oder auch für ein Entfernen etwaiger Späne 46 einen Zugang oder zum Aufarbeiten etwaiger Späne 46 einen Raum zu ermöglichen. Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen die Maschinenhaube 20 auf anderer Weise den Bearbeitungsraum 12 freigeben kann, beispielsweise indem sie geteilt ist und die Teile weggeklappt werden können.
Um einen Austritt von Fluid oder sonstigen Partikeln aus den Bearbeitungsraum 12 zu vermeiden, ist an der Haubenöffnung 18 eine Blende 22 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet ist, wobei dieses jedoch fertigungsbedingt ist, sodass in abweichenden Ausführungsformen noch weitere Baugruppen bzw. auch eine einteilige Ausführung denkbar sind.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, ergibt sich zwischen der Blende 22 und dem Werkstück 16 ein verhältnismäßig enger Spalt 26, der haubenöffnungsseitig durch eine Dichtung 30, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch ein elastischen Dichtring ausgebildet ist, abgedichtet wird.
An der Blende 22 ist ein Spanaufnehmer 24 angeordnet, der bei diesem Ausführungsbeispiel einen konisch ausgebildeten, sich in Richtung des rotierenden Werkzeugkopfs 14 verjüngende Aufnahmefläche 28 umfasst, die rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 58 des Werkzeugkopfs 14 angeordnet ist.
In der Blende 22 ist darüber hinaus eine Düse 32 angeordnet, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Ringdüse ausgebildet ist und über einen Fluidkanal 34 mit Fluid versorgt werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Fluiddruck in dem Fluidkanal 34 auch auf die Dichtung 30, um diese zu schließen, wobei die Dichtung 30 bei diesem Ausführungsbeispiel als elastischer Ring an sich druckfrei zurückfedert und das Werkstück 16 freigibt, während sie unter Druck dichtend schließt.
Es versteht sich, dass bei abweichenden Ausführungsformen die Düse 32 auch separat oder auch in anderen Baugruppen vorgesehen sein kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Düse 32 auf das Werkstück 16 gerichtet und zwar in einem Winkel auf dem Werkzeugkopf 14 hin, sodass das Fluid in Richtung auf den rotierenden Werkzeugkopf 14 als geschlossener, an der Oberfläche des Werkstücks propagierender Fluidmantel der Bearbeitungsstelle zugeführt werden kann. Bei ausreichenden Fluiddruck wird in dem Spalt 26 zur Dichtung 30 hin ein Unterdruck erzeugt, der darüber hinaus abdichtend wirkt.
Sowohl der Spanaufnehmer 24 als auch das über die Düse 32 bereitgestellte Fluid wirken auf die Späne 46 und halten diese von dem Werkstück 16 und insbesondere auch von dem Spalt 26 fern. Die Späne 46 sammeln sich auf den Spanaufnehmer 24.
Die Düse 32 umfasst als feststehende Düse 32 auch Abstreiferdüsen 38, die über einen separaten Abstreiferfluidkanal 40 mit einer Fluid versorgt werden können. In abweichenden Ausführungsformen ist auch eine Versorgung mit einer anderen Flüssigkeit denkbar.
Auch die Abstreiferdüsen 38 sind auf das Werkstück 16 bzw. auf den rotierenden Werkzeugkopf 14 sowie auf die Späne 46, welche sich auf den Spanaufnehmer 24 sammeln, gerichtet. Insoweit ist es denkbar, dass auch das Fluid aus den Abstreiferdüsen 38 zur Beeinflussung der Späne 46 genutzt wird, insbesondere auch zur Kühlung oder auch zur Schmierung der Aufnahmefläche 28 der Blende 22.
Vorzugsweise werden die Abstreiferdüsen 38 jedoch als Abstreifer 36 genutzt, indem nach erfolgter Bearbeitung sowohl die in Maschinenhaube 20 als auch das Maschinengehäuse 54 mit dem Werkzeugkopf 14, wie in 3 dargestellt, axial parallel zur Rotationsachse 58 des Werkzeugkopfs 14 verlagert werden, sodass das Werkstück durch die Haubenöffnung 18 den Bearbeitungsraum 12 und die Maschinehaube 20 verlässt.
Anschließend wird die Maschinenhaube 20 in Bezug auf den Werkzeugkopf axial verlagert, wie in 4 dargestellt, so dass der Bearbeitungsraum 12 ausreichend zugänglich und insbesondere für ein Entfernen der Späne 46 ausreichend Raum vorhanden ist, wobei dann im Anschluss hieran die Abstreiferdüsen 38 Fluid ausdüsen, dessen Druck ausreicht, die Späne 46 von dem Spanaufnehmer 24 abzustreifen, wie in 5 dargestellt.
Im Anschluss hieran können die Maschinenhaube 20 wieder an den Werkzeugkopf 14 herangebracht und das nächste Werkstück 16 zugeführt werden.
Gegebenenfalls kann durch die Düse 32 auf Grund ihrer Eintrittswinkels in den Spalt 26 zwischen Blende 22 und Werkstück 16 ein ausreichender Unterdruck zu der Haubenöffnung 18 erzeugt werden, sodass auf die Dichtung 30 verzichtet werden kann und der Bernoulli-Effekt der als Bernoulli-Düse 50 genutzten Düse 32 als Bernoulli-Dichtung 48 genutzt werden, wie diese in 6 schematisch dargestellt ist. Dieses ermöglicht eine baulich besonders einfache Umsetzung der Dichtungsproblematik und verringert insbesondere auch einen möglichen Verschleiß.
Das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel verzichtet darüber hinaus auf die Abstreiferdüsen 38, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel das Abstreifen durch einen nicht näher dargestellten Manipulator, der als Roboterarm nach dem Rückzug vom Werkstück 16 die Späne 46 entfernt, genutzt wird. Ebenso kann beispielsweise ein mechanischer Abstreifer 42 als Abstreifer 36 genutzt werden, wie dieser in 9 dargestellt ist und nachfolgend noch im Detail erläutert werden wird.
Bei den in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen ist auf einen Spanaufnehmer verzichtet worden, sodass die Blende 22 und die Maschinenhaube 20 sehr eng an dem Werkzeugkopf 14 herangeführt werden können. Diese Ausgestaltungen bauen axial besonders platzsparend und ermöglichen somit eine relativ kurze Ausspannlänge des Werkstücks 16. Sowohl das Ausführungsbeispiel nach 7 als auch das Ausführungsbeispiel nach 8 weisen jedoch eine Düse 32 auf, die in der Blende 22 vorgesehen ist und das feststehende Werkstück 16 sowie die Werkzeuge 44 mit Fluid beaufschlagt.
Hierbei weist die Düse 32 des Ausführungsbeispiels nach 7 in den Spalt 26 zwischen Werkstück 16 und Blende 22, wobei die Dichtung 30 sicherstellt, dass das Fluid in dem Bearbeitungsraum 12 verbleibt und der als geschlossener, an der Oberfläche des Werkstücks 16 propagierende Fluidmantel des Fluids in Richtung auf den Werkzeugkopf 14 propagiert und wobei das Fluid lediglich dazu genutzt wird, ein zu enges Aufwickeln der Späne 46 auf den Werkstück 16 zu verhindern und nicht bis zur Bearbeitungsstelle reichen muss, da dort unter Inkaufnahme der Fluidzufuhr über bewegliche Baugruppen eine herkömmliche Fluidzufuhr an dem Werkzeugkopf 14 (nicht dargestellt) vorgesehen ist.
Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Düse 32 auf dem Werkzeugkopf 14 gerichtet, wobei sie derart weit streut, dass auch das Werkstück 16 mit Fluid beaufschlagt wird. Hier reicht der Fluidmantel bis zur Bearbeitungsstelle und verhindert auf diese Weise wirksam eine Beschädigung des Werkstücks 16 durch die Späne und insbesondere ein Eindringen derselben in den Spalt 26 mit einer entsprechend reduzierten Wirksamkeit hinsichtlich einer Spülung des Spalts 26.
Der in 9 dargestellte mechanische Abstreifer 42 ist lediglich ein Ring, welcher die Aufnahmefläche 28 des Spanaufnehmers 24 umgibt und in axialer Richtung bezüglich des Spanaufnehmers 24 verlagerbar ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Übrigen auf eine feststehende Düse verzichtet worden, da dort entsprechend des vorliegenden Ausführungsbeispiel Späne erwartet werden, die bereits durch den Spanaufnehmer 24 in ausreichendem Maße von dem Werkstück 16 und von dem Spalt zwischen dem Werkstück 16 und der Blende 22 abgehalten werden kann.
Zum Abstreifen der Späne 46 wird der mechanischer Abstreifer 42 in Richtung auf den Werkzeugkopf 14 bewegt (gestrichelt dargestellt), sodass die Späne 46 entsprechend verlagert werden und dann nach unten in den Bearbeitungsraum 12 fallen.
Besonders axial platzsparend und dementsprechend eine geringe Ausspannlänge erfordernd baut die Anordnung nach 10, bei welcher einerseits eine sehr kurze Aufnahmefläche 28 und ein sehr kurzer Spanaufnehmer zur Anwendung kommt. Die Späne 46 arbeiten sich dann sehr eng in den Raum zwischen Maschinenhaube 20 und Werkzeug 44, Werkzeughalter 56 bzw. Werkzeugkopf 14, was möglicherweise einen erhöhten Verschleiß bedingen kann, der jedoch in Kauf genommen wird.
Bei der Anordnung nach 10 ist darüber hinaus der Spanaufnehmer 24 an einer nicht separat bezeichneten Platte ausgebildet, die ihrerseits an ihrer dem Bearbeitungsraum 12 abgewandten Seite eine Wandung des Fluidkanals 34 und werkstückseitig eine Wandung der Düse 32 bildet. Die andere Wandung dieser Baugruppen wird durch eine weitere nicht separat bezeichnete Platte gebildet, welche auch die Blende 22 darstellt. Beide Platten sind über Schrauben und entsprechende Abstandhalter (nicht beziffert) miteinander verbunden, was besonders platzsparend und flexibel austauschbar ist. Die Fluidzufuhr erfolgt über eine weitere separate Baugruppe (nicht beziffert), die radial außerhalb der beiden Platten angeordnet ist, mit welcher die ,Anordnung der beiden Platten ebenfalls über eine nicht bezifferte Schraubverbindung verbunden sind und welche ihrerseits wiederrum mit der Maschinenhaube 20 verbunden ist. Diese Anordnung ist nicht nur baulich einfach zu realisieren sondern ermöglicht auch einen modularen Einsatz der die Fluidzufuhr bedingenden Baugruppe sowie der Platten, ggf. auch über ergänzende Adapterplatten, so dass schnell eine Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser bzw. ein Austausch wegen Verschleiß erfolgen kann.
Auch ermöglicht die Verwendung von Platten für die Bereitstellung der Düsenwandungen eine verhältnismäßig kostengünstige Bereitstellung einer Ringdüse insbesondere auch mit geeigneten Anstellwinkeln zu dem Werkstück.
Die Anordnung nach 10 verzichtet auf einen separaten Abstreifer, da davon ausgegangen wird, dass durch die ständige Rotation des Werkzeugkopfs 14 bzw. des Werkzeughalters 46 Fliehkräfte und , ggf. ergänzend oder alternativ, auch Fluid auf die Späne 46 wirken, die ausreichen, die Späne von dem Spanaufnehmer 24 zu entfernen, wenn das Werkstück entnommen ist und die Maschinenhaube 20 ggf. ein wenig von dem Werkzeugkopf 14 entfernt wird. Es versteht sich, dass ein derartiges Entfernen der Späne 46 auch bei anderen Ausgestaltungen bzw. Verfahrensführungen möglich ist.
Bezugszeichenliste

10: Bearbeitungsmaschine
12: Bearbeitungsraum
14: Werkzeugkopf
16: Werkstück
18: Haubenöffnung
20: Maschinenhaube
22: Blende
24: Spanaufnehmer
26: Spalt
28: Aufnahmefläche
30: Dichtung
32: Düse
34: Fluidkanal
36: Abstreifer
38: Abstreiferdüse
40: Abstreiferfluidkanal
42: mechanischer Abstreifer
44: Werkzeug
46: Span
48: Bernoulli-Dichtung
50: Bernoulli-Düse
52: Spannbacke
54: Maschinengehäuse
56: Werkzeughalter
58: Rotationsachse

Claims

Spanende Bearbeitungsmaschine (10) mit einem in einem Bearbeitungsraum (12) rotierendem Werkzeugkopf (14), mit nicht rotierendem Werkstück (16), mit einer den Bearbeitungsraum (12) umgebenden und eine von außen zugängliche, für eine Einführung des Werkstücks (16) in den Bearbeitungsraum (12) vorgesehene Haubenöffnung (18) aufweisenden Maschinenhaube (20) und mit einer Blende (22) gegen einen Austritt von Fluid durch die Haubenöffnung (18), gekennzeichnet durch einen hinter der Haubenöffnung (18) in dem Bearbeitungsraum (12) angeordneten Spanaufnehmer (24), wobei der Spanaufnehmer (24) eine sich konisch zum Werkzeugkopf (14) verjüngende Aufnahmefläche (28) umfasst.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt (26) zwischen Blende (22) und Werkstück (16) weniger als 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm, beträgt.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmefläche (28) rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse (58) des Werkzeugkopfs (14) angeordnet ist.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanaufnehmer (24) gehärtet ist.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanaufnehmer (24) an der Blende (22) und/oder an der Maschinenhaube (20) angeordnet ist.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (22) eine mechanische Dichtung (30), vorzugsweise eine elastische Dichtung (30), umfasst.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine feststehende, auf das Werkstück (16) gerichtete Düse (32) für Fluid.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die festsehende Düse (32) eine Ringdüse ist oder mehrere Düsenauslässe umfasst und/oder dass die feststehende Düse (32) einen um das Werkstück (16) umlaufend geschlossenen Fluidmantel erzeugt.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (32) sich in einen Spalt (26) zwischen Blende (22) und Werkstück (16) öffnet.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (32) auf den Werkzeugkopf (14) gerichtet ist.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine mit dem Werkzeugkopf (14) umlaufende Fluidzufuhr verzichtet ist.
Spanende Bearbeitungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanaufnehmer (24) einen Abstreifer (36) umfasst.
Verfahren zur spanenden Bearbeitung eines nicht rotierendenWerkstücks (16) mittels einer spanenden Bearbeitungsmaschine (10) mit rotierendem Werkzeugkopf (14), wobei das nicht rotierende Werkstück (16) während der spanenden Bearbeitung über wenigstens eine feststehende Düse (32) mit Fluid beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid als geschlossener, an der Oberfläche des Werkstücks (16) in Richtung auf den Werkzeugkopf (14) propagierender Fluidmantel der Bearbeitungsstelle zugeführt und gezielt in Richtung des Werkzeugs (44) geführt wird.
Spanendes Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid während der spanenden Bearbeitung auf die Späne (46) gespritzt wird.
Spanendes Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Werkstück (16) und einer Blende (22) ein Spalt (26) vorliegt und dass das Fluid in den Spalt (26) gespritzt und/oder der Spalt (26) über eine Bernoulli-Dichtung (48) abgedichtet wird.
Spanendes Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in einem auf den Werkzeugkopf (14) gerichteten Winkel in den Spalt (26) gespritzt wird.
Spanendes Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne bzw. der Span (46) von einem Spanaufnehmer (24) aufgenommen werden bzw. wird.
Spanendes Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Spanaufnehmer (24) aufgenommenen Späne (46) vor einem Werkstückwechsel von dem Spanaufnehmer (24) entfernt, vorzugsweise abgestriffen, wird.
Spanendes Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Entfernen der von dem Spanaufnehmer (24) aufgenommenen Späne (46) der Spanaufnehmer (24) axial von dem Werkzeugkopf (14) weg verlagert wird.