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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem Spindeltrieb und einem Spindeltrieb-Antriebsmotor. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer solchen Antriebseinheit für eine Werkzeug- und insbesondere Bohrpinole.
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Die Linearantriebe bei Bohrpinolen, mit denen der lineare Vorschub der Bohrwerkzeuge realisiert wird, werden in der Regel mittels Kombinationen aus Zahnstange und elektromotorisch angetriebenem Ritzel ausgeführt. Derartige Bohrpinolen weisen den Nachteil relativ großer Außendimensionen auf. Alternativ sind auch hydraulische oder pneumatische Linearantriebe für Bohrpinolen bekannt, die jedoch infolge der notwendigen Bereitstellung einer hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle und auch in konstruktiver Hinsicht relativ aufwendig sind.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb für eine Bohrpinole anzugeben, der möglichst kompakt.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Antriebseinheit gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Bei einer Antriebseinheit mit einem Spindeltrieb und einem (vorzugsweise elektrischen) Spindeltrieb-Antriebsmotor, bei der der Spindeltrieb-Antriebsmotor einen Stator und einen Rotor aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Spindel des Spindeltriebs (zumindest teilweise) innerhalb des als Spindelmutter wirkenden und eine Hohlwelle umfassenden (oder vorzugsweise auch vollständig als Hohlwelle ausgebildeten) Rotors angeordnet ist. Durch die zumindest teilweise Anordnung der Spindel des Spindeltriebs innerhalb des als Spindelmutter wirkenden und eine Hohlwelle umfassenden Rotors des Spindeltrieb-Antriebmotors kann die Antriebseinheit besonders kompakt ausgeführt werden.
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Für eine vorteilhafte und insbesondere möglichst spielfreie und reibungsarme Übersetzung der rotierenden Antriebsbewegung des Rotors des Spindeltrieb-Antriebsmotors in eine Linearbewegung der Spindel kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Spindeltrieb als Kugelgewindetrieb oder als Rollengewindetrieb, dann insbesondere als Planetenrollengewindetrieb, ausgebildet ist.
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Um ein Mitdrehen der axial beweglichen Spindel mit dem Rotor des Spindeltrieb-Antriebsmotors in vorteilhafter Weise zu vermeiden kann vorgesehen sein, dass die Spindel verdrehsicher (um ihre Längs- beziehungsweise Bewegungsachse) in einem Gehäuse der Antriebseinheit geführt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit kann diese in vorteilhafter Weise als Werkzeugpinole weitergebildet sein. Dazu kann diese eine innerhalb der eine Hohlwelle umfassenden (oder vorzugsweise vollständig als Hohlwelle ausgebildeten) Spindel drehbar und gleichzeitig axial festgelegt (d. h. unbeweglich oder in definierten Grenzen (jedoch kleiner als der maximale Linearhub des Spindeltriebs) beweglich) gelagerte Werkzeugspindel aufweisen. Die Werkzeugspindel kann weiterhin bevorzugt an einem Ende mit einem Werkzeugaufnahmekopf zur Aufnahme eines beliebigen Werkzeugs vorgesehen sein. Durch eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit bildet diese eine besonders kompakte Werkzeugpinole aus.
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Eine erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung einer solchen Werkzeugpinole liegt in der Nutzung als Bohrpinole, wozu die Werkzeugspindel endseitig einen Werkzeugaufnahmekopf für ein Bohrwerkzeug aufweist. Die Erfindung betrifft demnach auch eine Kombination einer solchen als Werkzeug- und insbesondere Bohrpinole ausgebildeten Antriebseinheit mit zumindest einem Werkzeug, insbesondere einem Bohrwerkzeugs, vorzugsweise einem (Bohr-)Werkzeugsatz mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen (Bohr-)Werkzeugen, die jedoch identische Befestigungsschnittstellen zu Verbindung mit dem Werkzeugaufnahmekopf der Antriebseinheit aufweisen.
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Für einen rotierenden Antrieb der Werkzeugspindel kann vorzugsweise ein sich von dem Spindeltrieb-Antriebsmotor unterscheidender (vorzugsweise elektrischer) Werkzeugspindel-Antriebsmotor vorgesehen sein. Denkbar sind jedoch auch Anwendungen, bei denen die Werkzeugspindel, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes und/oder einer Kupplung, ebenfalls von dem Spindeltrieb-Antriebsmotor antreibbar ist.
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Wiederum für eine möglichst kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit kann vorgesehen sein, dass der Werkzeugspindel-Antriebsmotor einen Stator und einen eine Hohlwelle umfassenden oder als Hohlwelle ausgebildeten Rotor umfasst, wobei ein Kupplungsabschnitt der Werkzeugspindel drehfest und axial verschiebbar innerhalb des Rotors des Werkzeugspindel-Antriebsmotors aufgenommen ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit und damit auch der erfindungsgemäßen Kombination kann vorgesehen sein, dass der Spindeltrieb-Antriebsmotor und/oder der Werkzeugspindel-Antriebsmotor als Servomotor ausgebildet ist/sind. Der jeweilige Antriebsmotor ist demnach derart ausgebildet, dass dieser durch die Integration mindestens eines Sensors und die Auswertbarkeit der Messwerte dieses Sensors in einer Auswerteeinheit eine Kontrolle von zumindest der Winkelposition des Rotors und, daraus abgeleitet, vorzugsweise auch der Drehgeschwindigkeit und/oder der Drehbeschleunigung ermöglicht. Dabei kann weiterhin bevorzugt eine Regelung für die Winkelposition und/oder für einen oder mehrere sich aus der Winkelposition ableitende Parameter vorgesehen sein.
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Eine für die Montage und/oder Wartung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit vorteilhafte Ausgestaltungen kann vorsehen, dass das Gehäuse einen ersten Gehäuseteil aufweist, der ein Innenvolumen ausbildet, wobei ein zweites Gehäuseteil, an dem der Spindeltrieb-Antriebsmotor und/oder der Werkzeugspindel-Antriebsmotor drehfest befestigt ist, zumindest teilweise innerhalb des Innenvolumens des ersten Gehäuseteils drehfest und axial festgelegt (unbeweglich oder in definierten Grenzen (jedoch kleiner als der maximale Linearhub des Spindeltriebs) beweglich) angeordnet ist.
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Die unbestimmten Artikel („ein”, „eine”, „einer” und „eines”), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1: eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in einer vereinfachten Darstellung.
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Die in der Zeichnung gezeigte Antriebseinheit umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 1, innerhalb dessen ein Spindeltrieb und ein als Servomotor ausgebildeter elektrischer Spindeltrieb-Antriebsmotor 2 angeordnet ist. Der Spindeltrieb-Antriebsmotor 2 umfasst einen sowohl drehfest als auch axial unbeweglich innerhalb des Gehäuses 1 aufgenommenen Stator 3 sowie einen innerhalb des Stators 3 drehbar gelagerten Rotor 4. Der Spindeltrieb-Antriebsmotor 2 ist demnach als sogenannter Innenläufer ausgeführt. Der Rotor 4 umfasst eine Hohlwelle 5, deren Länge (Erstreckung in längsaxialer Richtung) deutlicher größer als die Länge des Stators 3 ist. Die Hohlwelle 5 ist daher zusätzlich über Wälzlager 24 innerhalb des Gehäuses drehbar gelagert. Dichtelemente in Form von Radialwellendichtringen 25 dichten dabei diese Drehlagerung gegenüber der Umgebung ab. Die Hohlwelle 5 dient als Spindelmutter des als Kugelgewindetrieb ausgebildeten Spindeltriebs. Dazu sind in der Hohlwelle 5 in bekannter Weise eine oder mehrere Kugeln (nicht dargestellt) gelagert, die in einer Spiralnut (nicht dargestellt) einer Spindel 6 des Spindeltriebs abrollen, wobei in Abhängigkeit von der Steigung der Spiralnut eine Drehbewegung der Hohlwelle 5 beziehungsweise des Rotors 4 des Spindeltrieb-Antriebsmotor 2 in eine Linearbewegung der Spindel 6 übersetzt wird. Um dabei sicherzustellen, dass die Drehbewegung des Rotors 4 ausschließlich in eine Linearbewegung der Spindel 6 übersetzt wird, weist diese eine Verdrehsicherung auf, die mehrere, an einem längsaxialen Ende mit einem Spindelhauptkörper 7 verbundene Führungszapfen 8 umfasst, die in komplementären Führungsöffnungen 9 des Gehäuses 1 axial beweglich geführt sind. Die Führung der Führungszapfen 8 in den Führungsöffnungen 9 ist dabei über Dichtelemente in Form von Radialwellendichtringen 25 abgedichtet.
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Die Spindel 6 (bzw. der Spindelhauptkörper 7) des Spindeltriebs ist ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet. Innerhalb der Spindel 6 ist eine Werkzeugspindel 10, die an einem längsaxialen Ende einen Werkzeugaufnahmekopf 11 ausbildet, über Wälzlager 24 drehbar gelagert. Auch diese Drehlagerung ist mittels Dichtelementen in Form von Radialwellendichtringen 25 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Werkzeugaufnahmekopf 11 zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs 12 vorgesehen. Die Werkzeugspindel 10 ragt sowohl mit dem Werkzeugaufnahmekopf 11 als auch mit einem Kupplungsabschnitt 13 an dem bezüglich des Werkzeugaufnahmekopfs 11 distalen Ende aus der Spindel 6 des Spindeltriebs heraus. Dieser Kupplungsabschnitt 13 der Werkzeugspindel 10, der einen nicht-runden und beispielsweise quadratischen, fünfeckigen oder sechseckigen Querschnitt aufweisen kann, ist längsaxial beweglich und gleichzeitig verdrehsicher innerhalb eines Rotors 15 eines ebenfalls als Servomotor ausgebildeten (elektrischen) Werkzeugspindel-Antriebmotors 14 gelagert. Neben dem Rotor 15 umfasst dieser Werkzeugspindel-Antriebsmotor 14 noch einen Stator 16, der drehfest und axial unbeweglich innerhalb des Gehäuses 1 gelagert ist. Auch der Rotor 15 des Werkzeugspindel-Antriebmotors 14 ragt mit einem Abschnitt über den Stator 16 hinaus und ist in diesem Abschnitt über ein Wälzlager 24 in dem Gehäuse drehbar gelagert.
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Bei einer Aktivierung des Werkzeugspindel-Antriebsmotors 10 wird die Werkzeugspindel 10 und damit das Bohrwerkzeug 12 drehend angetrieben. Unabhängig von diesem drehenden Antrieb der Werkzeugspindel 10 beziehungsweise des Bohrwerkzeugs 12 kann ein Vorschub für die Werkzeugspindel 10 und damit für das Bohrwerkzeug 12 durch eine entsprechende Aktivierung des Spindeltrieb-Antriebsmotors 2 eingestellt werden. Die sich aus dem Vorschub der Werkzeugspindel 10 in Verbindung mit der stationären Anordnung des Werkzeugspindel-Antriebsmotors 14 innerhalb des Gehäuses 1 ergebende Relativbewegung wird dabei durch die längsaxiale Beweglichkeit des Kupplungsabschnitts 13 der Werkzeugspindel 10 innerhalb des ebenfalls als Hohlwelle ausgebildeten Rotors 15 des Werkzeugspindel-Antriebsmotors 14 ermöglicht.
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Die 1 zeigt die Werkzeugspindel 10 in der weitestmöglich eingefahrenen Stellung, die einer der Endstellungen des Spindeltriebs entspricht. Das in dem Werkzeugaufnahmekopf 11 der Werkzeugspindel 10 aufgenommene Bohrwerkzeug 12 ist dabei vollständig innerhalb des Gehäuses 1 der Antriebseinheit aufgenommen. Bei einer Aktivierung des Spindeltrieb-Antriebsmotors 2 wird die Werkzeugspindel 10 einschließlich des Bohrwerkzeugs 12 linear (in der 1 nach rechts) verschoben, wobei ein Werkzeugabschnitt des Bohrwerkzeugs 12 mehr oder weniger weit durch eine Werkzeugöffnung 17 des Gehäuses 1 herausgeführt wird. Die Werkzeugspindel 10 verbleibt dagegen auch dann vollständig innerhalb des Gehäuses 1 aufgenommen, wenn der maximale Linearhub für den Spindeltrieb erreicht ist. Dafür ist in dem Gehäuse 1 ein entsprechend dimensionierter Vorschubraum 18 vorgesehen.
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Der Vorschubraum 18 ist zumindest teilweise innerhalb eines in Grenzen linear beweglich und kippbar innerhalb eines Hauptteils 19 des Gehäuses 1 gelagerten Kopfteil 20 des Gehäuses 1 ausgebildet. Die außenseitige Stirnseite dieses Kopfteils 20 dient primär dem Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück (nicht dargestellt), wobei durch die in Grenzen linear bewegliche und kippbare Lagerung des Kopfteils 20 in dem Hauptteil 19 des Gehäuses 1 eine nicht exakt rechtwinklige Ausrichtung der Kontaktfläche des zu bearbeitenden Werkstücks zu der Längsachse 21 der Antriebseinheit (die den Rotationsachsen der Rotoren 4, 15 der beiden Antriebsmotoren 2, 14 und der Werkzeugspindel 10 entspricht) ausgeglichen werden kann. Durch die Integration eines umlaufenden Dichtrings 22 in die außenseitige Stirnseite des Kopfteils 20 kann die Bearbeitungsstelle des zu bearbeitenden Werkstücks zudem gegenüber der Umgebung abgedichtet werden.
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Für eine vorteilhafte Montage und Wartung der Antriebseinheit ist vorgesehen, dass der Hauptteil 19 des Gehäuses 1 ein Innenvolumen ausbildet, das (auch) in derjenigen Stirnseite, die bezüglich des Kopfteils 20 distal gelegen ist, offen ausgebildet ist. Über die Öffnung in dieser Stirnseite ist ein Einsatzteil 23 des Gehäuses 1 in das Innenvolumen einsetzbar und dort über beispielsweise ein oder mehrere Verschraubungen sowohl drehfest als auch axial unbeweglich fixierbar. An dem Einsatzteil 23 ist sowohl der Spindeltrieb-Antriebsmotor 2 als auch der Werkzeugspindel-Antriebsmotor 14 (jeweils über deren Rotoren 4, 15) befestigt. Dies ermöglicht, die beiden Antriebsmotoren 2, 14 einschließlich der mit dem Spindeltrieb-Antriebsmotor 2 verbundenen Spindel 6 und der mit dem Werkzeugspindel-Antriebsmotor 2 verbundenen Werkzeugspindel 10 als eine Einheit in das Hauptteil 19 des Gehäuses 1 einzusetzen und aus diesem herauszunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Spindeltrieb-Antriebsmotor
- 3
- Stator des Spindeltrieb-Antriebsmotors
- 4
- Rotor des Spindeltrieb-Antriebsmotors
- 5
- Hohlwelle des Rotors des Spindeltrieb-Antriebsmotors
- 6
- Spindel
- 7
- Spindelhauptkörper
- 8
- Führungszapfen
- 9
- Führungsöffnung
- 10
- Werkzeugspindel
- 11
- Werkzeugaufnahmekopf
- 12
- Bohrwerkzeug
- 13
- Kupplungsabschnitt der Werkzeugspindel
- 14
- Werkzeugspindel-Antriebmotor
- 15
- Rotor des Werkzeugspindel-Antriebsmotors
- 16
- Stator des Werkzeugspindel-Antriebsmotors
- 17
- Werkzeugöffnung des Gehäuses
- 18
- Vorschubraum
- 19
- Hauptteil des Gehäuses
- 20
- Kopfteil des Gehäuses
- 21
- Längsachse der Antriebseinheit
- 22
- Dichtring
- 23
- Einsatzteil des Gehäuses
- 24
- Wälzlager
- 25
- Radialwellendichtring
