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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspindel mit einem Spindelgehäuse, in dem ein Betätigungsmittel gegen die Rückstellkraft eines elastischen Rückstellelements axial verstellbar gelagert ist, das in einer in dem Spindelgehäuse ausgebildeten Rückstellkammer aufgenommen ist, mit einem mit dem Betätigungsmittel gekoppelten Spannkopf, durch den Spannklauen eines Spannsatzes zwischen einer Lösestellung und einer Spannstellung verstellbar sind zur lösbaren Sicherung eines Werkzeugschaftes in einer korrespondierenden Schaftaufnahme des Spindelgehäuses, sowie mit einem Fluidanschluss zur Zuleitung eines Fluids durch mindestens einen Fluidkanal in Richtung der Schaftaufnahme.
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Derartige Werkzeugspindeln sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So zeigt beispielsweise die
DE 600 13 569 T2 eine entsprechende Werkzeugspindel, bei der in einer Zugstange, die als Betätigungsmittel dient, ein Fluidkanal ausgebildet ist, der diese auf deren kompletten Länge durchläuft. Hierbei hat es sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass – insbesondere bei der Verwendung eines Kühlmittels als Fluid – die Werkzeugspindel im Bereich der Zugstange lokal gekühlt wird, wodurch die Bildung von Kondensat, also insbesondere von Kondenswasser, in dem Spindelgehäuse begünstigt wird. Dieses Kondensat bildet sich häufig im Bereich der Tellerfederpakete, die als Rückstellelemente dienen, wodurch sich die Lebensdauern dieser Tellerfederpakete deutlich reduzieren, da durch das Kondensat in dem Bereich der Tellerfederpakete Rost gebildet wird, so dass diese deutlich vor Ablauf ihrer normalen Wartungsintervalle gewechselt werden müssen. Weiterhin hat es sich als nachteilig erwiesen, dass sich aufgrund der nur lokal im Bereich der Zugstange erfolgten Kühlung das Spindelgehäuse gegenüber der Zugstange erwärmt, wodurch es zu einem Temperaturgradienten innerhalb der Werkzeugspindel kommt. Dies birgt die Gefahr von Fertigungsfehlern aufgrund von temperaturinduzierten Längenänderungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Werkzeugspindel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Rückstellkammer Teil des mindestens einen Fluidkanals ist.
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Indem die Rückstellkammer, in der das Rückstellelement aufgenommen ist, Teil des Fluidkanals ist, wird erreicht, dass das Rückstellelement von dem Fluid kontinuierlich umströmt wird, wodurch die Bildung von Kondensat effektiv verhindert wird. Zudem wird hierdurch erreicht, dass auch das Spindelgehäuse in unmittelbarem Kontakt zu dem Fluid steht, wodurch auftretende Wärme effektiv abgeführt werden kann und eine Kühlung des Spindelgehäuses sichergestellt wird. Darüber hinaus kann das Fluid auch dem Werkzeugschaft zugeleitet werden, wodurch das Werkzeug selbst gekühlt werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei auch gezeigt, wenn das Rückstellelement in einem Aufnahmerohr aufgenommen ist. Durch das Aufnahmerohr ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gezielt zu verändern, da das Fluid im Bereich der Rückstellkammer in dem Spalt zwischen der Wandung der Rückstellkammer und dem Aufnahmerohr fließen kann. Durch die Wahl der Spaltgröße kann dann die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang hat es sich zudem auch bewährt, wenn das Aufnahmerohr gegenüber dem Fluid abgedichtet ist. Hierdurch lässt sich auf einfache Art und Weise verhindern, dass das Fluid in Kontakt mit dem Rückstellelement kommt, wodurch sich die Lebensdauer des Rückstellelementes weiter erhöhen lässt. Zudem wird durch die Abdichtung des Aufnahmerohrs auch erreicht, dass keine Luftfeuchtigkeit in das Rückstellelement eindringen kann, wodurch die Bildung von Kondensat ausgeschlossen wird, das die Lebensdauer des Rückstellelementes negativ beeinflussen würde.
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Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn in dem Betätigungsmittel im Bereich der Rückstellkammer ein Fluidkanal ausgebildet ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, dass Fluid unmittelbar der Schaftaufnahme zuzuleiten, wodurch die maximale Kühlleistung für das Werkzeug selbst dann erreicht wird, wenn sich das Fluid durch die von dem Spindelgehäuse im Bereich der Rückstellkammer übertragene Wärme bereits erwärmt hat.
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Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn das Fluid als ein Kühlschmiermittel ausgebildet ist. Hierdurch wird zum einen erreicht, dass auf einfache Art und Weise eine Kühlung des Spindelgehäuses und/oder des in der Schaftaufnahme befindlichen Werkzeugschaftes sowie deren Schmierung erreicht werden. Zudem lassen durch die geeignete Wahl des Kühlschmiermittels korrosive Effekte auf das in der Rückstellkammer befindliche Rückstellelement vermeiden.
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Bewährt hat es sich darüber hinaus auch, wenn das Rückstellelement durch mindestens eine Schraubentellerfeder gebildet ist. Durch die Verwendung von Schraubentellerfedern lassen sich sehr hohe Kräfte realisieren, wodurch die Einspannung des Werkzeugschaftes in der Schaftaufnahme verbessert werden kann.
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Um die Wärmeabfuhr zu verbessern, hat es sich im Rahmen der Erfindung auch als günstig erwiesen, wenn dem Spindelgehäuse Wärmetauscherstrukturen zugeordnet sind. Hierdurch wird auftretende Wärme besonders effektiv abgeführt.
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Weiterhin von Vorteil hat es sich erwiesen, wenn eine Fluidsperre vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, dass in der Lösestellung der Spannklauen eine Unterbrechung des Fluidflusses zu der Schaftaufnahme erfolgt. Hierdurch wird auf einfache und effektive Art und Weise erreicht, dass beim Wechseln des in der Schaftaufnahme befindlichen Werkzeuges das Ausströmen des Fluids in die Schaftaufnahme verhindert wird, wodurch sich der Vorgang des Werkzeugwechsels erleichtert.
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In diesem Zusammenhang hat es sich weiterhin als günstig gezeigt, wenn die zwischen einer Durchlassstellung und einer Sperrstellung verstellbarer Fluidsperre eine dem Spindelgehäuse zugeordnete Schaltungskontur umfasst. Wenn die Fluidsperre eine Schaltungskontur umfasst, die sich innerhalb des Spindelgehäuses befindet, lässt sich der Fluidfluss einfach steuern, ohne den Fluidfluss zu dem Fluidanschluss – also vorgelagert vor der Werkzeugspindel – zu unterbrechen.
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Bewährt hat es sich hierbei auch, wenn die Schaltungskontur in der Sperrstellung durch das Betätigungsmittel blockierbar ist. Das Betätigungsmittel dient somit im Rahmen der Erfindung nicht nur der Verstellung der Spannklauen sondern auch – als Teil der Fluidsperre – zur Unterbrechung des Fluidflusses, wodurch sich die Zahl der verwendeten Bauteile reduziert.
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Als besonders günstig hat es sich auch erwiesen, wenn das Betätigungsmittel als eine Zugstange und/oder als eine Druckstange gebildet ist. Durch die Verwendung einer Zug- und/oder einer Druckstange lässt sich auf besonders einfache Art und Weise die Verstellung der Spannsegmente bewirken.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass das Betätigungsmittel mehrteilig gebildet ist und eine Verlängerung umfasst, wodurch es möglich ist, das Betätigungsmittel und den Spannsatz bei Werkzeugspindeln unterschiedlicher Länge einzusetzen. Hierzu können Verlängerungen unterschiedlicher Länge verwendet werden. Als vorteilhaft hat es sich zudem auch gezeigt, wenn ein Führungskolben vorgesehen ist, um das Betätigungsmittel in dem Spindelgehäuse axial zu verstellen.
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Bewährt hat es sich weiterhin, wenn ein Fluidauslass vorgesehen ist, um das Fluid an einer Stirnseite des Spindelgehäuses auszuleiten. Hierdurch kann eine effektive Kühlung der Werkzeugspindel auch dann sichergestellt werden, wenn das Fluid nicht durch den zu spannenden Werkzeugschaft abgeleitet werden kann. Hierdurch wird die Gefahr der Bildung eines Staudruckes reduziert, der sich negativ auf die Kühlleistung auswirken würde. In diesem Zusammenhang hat es sich auch bewährt, wenn ein Fluidbypass vorgesehen ist, der in der Stirnseite des Spindelgehäuses mündet, in der die Schaftaufnahme ausgebildet ist. Hierdurch kann das Fluid auch dann aus dem Spindelgehäuse geleitet werden, wenn sich die Fluidsperre in der Sperrstellung befindet, wodurch sichergestellt wird, dass auch bei einem Werkzeugwechsel die Kühlung der Werkzeugspindel nicht beeinträchtigt wird. Zudem wird durch den Fluidbypass eine kontinuierliche Spülung der Schaftaufnahme in der Lösestellung erreicht, wodurch ein Eindringen von Verunreinigungen in die Werkzeugspindel verhindert wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung an in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Werkzeugspindel,
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2 eine vergrößerte Darstellung des Spannsatzes der ersten Ausführungsform gemäß der 1 in Spannstellung,
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3 eine vergrößerte Darstellung des Spannsatzes der ersten Ausführungsform gemäß der 1 in Lösestellung,
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4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Werkzeugspindel mit gekapseltem Rückstellelement,
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5 eine vergrößerte Darstellung des Spannsatzes der zweiten Ausführungsform gemäß der 4 in Spannstellung,
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6 eine vergrößerte Darstellung des Spannsatzes der zweiten Ausführungsform gemäß der 4 in Lösestellung,
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7 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Werkzeugspindel,
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8 eine vergrößerte Darstellung des Spannsatzes der dritten Ausführungsform gemäß der 7 in Spannstellung, und
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9 eine vergrößerte Darstellung des Spannsatzes der dritten Ausführungsform gemäß der 7 in Lösestellung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Werkzeugspindel 1 mit einem Spindelgehäuse 2, in dem ein Betätigungsmittel 3, das als eine Zugstange 19 gebildet ist, gegen die Rückstellkraft eines elastischen Rückstellelements 4 axial verstellbar gelagert ist. Das Rückstellelement 4, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Schraubentellerfedern 5 gebildet ist, ist dabei in einer Rückstellkammer 6 aufgenommen, die in dem Spindelgehäuse 2 ausgebildet ist. Zur axialen Verstellung der Zugstange 19 innerhalb des Spindelgehäuses 2 ist ein Führungskolben 7 vorgesehen. Mit dem dem Führungskolben 7 wegweisenden Ende der Zugstange 19 ist ein Spannkopf 8 gekoppelt, durch den Spannklauen 9 zwischen einer Lösestellung und einer Spannstellung mit einer radialen Komponente verstellbar sind. Durch die Spannklauen 9 kann in der Spannstellung ein Werkzeugschaft 10 in einer korrespondierenden Schaftaufnahme 11 des Spindelgehäuses 2 gesichert werden. In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Werkzeugspindel 1 ist im Bereich des Führungskolbens 7 ein Fluidanschluss 12 ausgebildet, durch den ein Fluid durch mindestens einen Fluidkanal 13 zu der Schaftaufnahme 11 geleitet werden kann. Die Rückstellkammer 6, die in dem Spindelgehäuse 2 ausgebildet ist, ist dabei Teil des Fluidkanals 13, so dass das Fluid, das über den Fluidanschluss 12 zu der Schaftaufnahme 11 geleitet wird, auch durch Rückstellkammer 6 und damit durch die als Schraubentellerfedern 5 gebildeten Rückstellelemente 4 geleitet wird.
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2 zeigt in einer vergrößerten Ansicht den aus dem Spannkopf 8 und den Spannklauen 9 bestehenden Spannsatz 14 in der Spannstellung. Hieraus wird deutlich, dass das Fluid durch die Fluidkanäle 13 über die Rückstellkammer 6 entlang der Zugstange 19 in den Bereich des Spannkopfes und letztlich zu der Schaftaufnahme 11 geleitet wird. Weiterhin ist der 2 zu entnehmen, dass ein Fluidauslass 20 in dem Spindelgehäuse 2 ausgebildet ist, durch den das Fluid aus einer Stirnseite 21 des Spindelgehäuses 2 ausströmen kann, wenn das Fluid nicht durch den Werkzeugschaft 10 abgeleitet werden kann.
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Wie der in der 3 dargestellten Ansicht des Spannkopfes 8 der ersten Ausführungsform der Werkzeugspindel 1 zu entnehmen ist, wird der Fluidfluss zu der Schaftaufnahme 11 in der Lösestellung der Spannklauen 9 unterbrochen. Hierzu ist eine Fluidsperre 15 vorgesehen, die eine dem Spindelgehäuse 2 zugeordnete Schaltungskontur 16 umfasst. Die Fluidsperre 15 ist dabei zwischen einer Durchlassstellung und einer Sperrstellung verstellbar, wobei sich die Fluidsperre 15 in der Sperrstellung befindet, wenn sich die Spannklauen 9 in der Lösestellung befinden. Während in der Durchlassstellung, die insbesondere in der 2 dargestellt ist, das Fluid aus Zugstange 19 über die Schaltungskontur 16 zurück in die Zugstange 19 geführt wird, ist in der Sperrstellung, die in 3 dargestellt ist, die Schaltungskontur 16 durch die Zugstange 19 blockiert, so dass der Fluidfluss zu der Schaftaufnahme 11 unterbrochen ist. In der Lösestellung, in der der Fluidauslass 20 ebenfalls blockiert ist, wird das Fluid über einen Fluidbypass 22, der an der Stirnseite 21 des Spindelgehäuses 2 mündet, aus dem Spindelgehäuses 2 geleitet, um eine effektive Kühlung der Werkzeugspindel 1 weiter zu gewährleisten. Zudem wird durch den Fluidbypass 22 eine kontinuierliche Spülung der Schaftaufnahme 11 in der Lösestellung erreicht, wodurch ein Eindringen von Verunreinigungen in die Werkzeugspindel 1 verhindert wird.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel 1, bei der das als Schraubentellerfeder 5 gebildete Rückstellelement 4 in einem Aufnahmerohr 17 aufgenommen ist. Das Aufnahmerohr 17 ist dabei gegenüber dem Fluid abgedichtet. Und so in der Rückstellkammer 6 angeordnet, dass zwischen der Wandung der Rückstellkammer 6 und dem Aufnahmerohr 17 ein Spalt 18 gebildet ist, durch den das Fluid von dem Fluidanschluss 12 zu der Schaftaufnahme 11 geleitet werden kann.
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Wie ein Vergleich des in der Spannstellung befindlichen Spannsatzes 14, der in der 5 dargestellt ist, mit der in der 6 dargestellten Lösestellung des Spannsatzes 14 zeigt, ist auch bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel 1 eine Fluidsperre 15 vorgesehen, die sich in der Spannstellung in Durchlassstellung befindet und durch die Zugstange 19 in die Sperrstellung geschaltet wird, wenn sich die Spannklauen 9 in der Lösestellung befinden. Hierzu ist auch hier in der Wandung des Spindelgehäuses 2 eine entsprechende Schaltungskontur 16 ausgebildet, die in der Lösestellung durch die Zugstange 19 blockiert wird und damit den Fluidfluss in Richtung der Schaftaufnahme 11 blockiert.
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7 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel 1, bei der ebenfalls das Rückstellelement 4, das als Schraubentellerfeder 5 gebildet ist, in einem Aufnahmerohr 17 gekapselt ist. In der Zugstange 19 ist im Bereich der Rückstellkammer 6 ein zusätzlicher Fluidkanal 13 ausgebildet, durch den das Fluid direkt von dem Fluidanschluss 12 zu der Schaftaufnahme 11 geleitet wird. Zusätzlich zu dem der Zugstange 19 zugeordneten Fluidkanal 13 wird das Fluid auch durch den Spalt 18 geleitet, der zwischen den Aufnahmerohr 17 und der Wandung der Rückstellkammer 6 ausgebildet ist. Der in der Zugstange 19 ausgebildete Fluidkanal 13 kann dabei durch die Fluidsperre 15 verschlossen werden. Dies ist insbesondere aus den 8 und 9 ersichtlich, die den Spannsatz 14 in vergrößerter Darstellung zeigen. 8 zeigt diesen dabei in Spannstellung, bei der die Fluidsperre 15 in Durchlassstellung ist, und 9 zeigt den Spannsatz 14 in Lösestellung, in der sich die Fluidsperre 15 in Sperrstellung befindet, um den Fluidfluss zu der Schaftaufnahme 11 zu unterbrechen.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Werkzeugspindel 1 noch einmal dargestellt, die sich für die einzelnen Ausführungsformen nicht grundlegend unterscheidet. Wird die Zugstange 19 ausgehend von der in den 1, 4 und 7 dargestellten Spannstellung axial in Richtung der Schaftaufnahme 11 verstellt, so werden die Spannklauen 9 durch den Spannkopf 8 radial verstellt und gegen den Werkzeugschaft 10 frei, der als Hohlschaftkegel gebildet ist. Die Schaltungskontur 16 der Fluidsperre 15 wird dabei durch die Zugstange 19 blockiert, so dass beim Entfernen des Werkzeugschaftes 10 aus der Schaftaufnahme 11 der Fluidfluss unterbrochen ist. Wird erneut ein Werkzeugschaft 10 in die Schaftaufnahme 11 eingesetzt und die Zugstange 19 axial von der Schaftaufnahme 11 wegbewegt, so werden die Spannklauen 9 durch den Spannkopf 8 radial nach außen verstellt und sichern damit den Werkzeugschaft 10 in der Schaftaufnahme 11. Die Fluidsperre 15 ist dann aufgehoben und das Fluid strömt über die Fluidkanäle 13 und die Schaltungskontur 16 wieder in die Schaftaufnahme 11.
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Auch in der zweiten und dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel sind der Fluidauslass 20 und der Fluidbypass 22 jeweils ausgebildet, aufgrund des gewählten Schnitts jedoch nicht sichtbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeugspindel
- 2
- Spindelgehäuse
- 3
- Betätigungsmittel
- 4
- Rückstellelement
- 5
- Schraubentellerfeder
- 6
- Rückstellkammer
- 7
- Führungskolben
- 8
- Spannkopf
- 9
- Spannklauen
- 10
- Werkzeugschaft
- 11
- Schaftaufnahme
- 12
- Fluidanschluss
- 13
- Fluidkanal
- 14
- Spannsatz
- 15
- Fluidsperre
- 16
- Schaltungskontur
- 17
- Aufnahmerohr
- 18
- Spalt
- 19
- Zugstange
- 20
- Fluidauslass
- 21
- Stirnseite
- 22
- Fluidbypass
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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