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Die Erfindung geht aus von einer Motorspindel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist eine Schleifmaschine zum Schleifen von Bohrungen bekannt, welche eine Motorspindel aufweist. Die Motorspindel umfasst eine Statoreinheit und eine Welle, welche relativ zu der Statoreinheit drehbar ist. Das Schleifen von Bohrungen erfordert oft eine oszillierende Bewegung eines Schleifrads entlang der Achse der Bohrung. Die oszillierende Bewegung wird dabei von Lineartischen oder Exzenter-Antrieben erzeugt und auf die Motorspindel übertragen.
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Eine andere Motorspindel weist ein Axiallager auf, das ein Magnetlager ist und das eine Welle, welche das Schleifrad antreibt, lagert. Durch das Axiallager wird eine oszillierende Bewegung der Welle erzeugt. Das Axiallager ist ein Linearaktuator.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Motorspindel mit einer hohen Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die Erfindung geht aus von einer Motorspindel mit einer Statoreinheit und wenigstens einer Welle, welche relativ zu der Statoreinheit drehbar ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Motorspindel wenigstens einen Linearmotor aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, die Welle relativ zu der Statoreinheit zu bewegen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet und/oder speziell programmiert verstanden werden. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine effiziente Motorspindel bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine hohe Energieeffizienz erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass die Welle der Motorspindel bewegt werden kann, ohne dass die Statoreinheit der Motorspindel bewegt werden muss. Ferner kann insbesondere eine kompakte Bauweise erreicht werden. Außerdem kann insbesondere erreicht werden, dass eine Amplitude einer Axialbewegung der Welle und ein axialer offset der Axialbewegung einstellbar sind. Des Weiteren kann insbesondere erreicht werden, dass die Welle Axialbewegungen mit großer Amplitude durchführt, und zwar insbesondere im Vergleich zu der Motorspindel mit dem als Magnetlager ausgebildeten Axiallager. Ferner kann insbesondere erreicht werden, dass eine Frequenz einer oszillierenden Linearbewegung der Welle nur durch die Beschaffenheit von Radiallagern, die die Welle lagern, begrenzt ist. Insbesondere kann im Vergleich zu der Motorspindel mit dem als Magnetlager ausgebildeten Axiallager eine bei jeglichen Bewegungen der Welle im Wesentlichen gleichbleibende Lasttragefähigkeit einer Lagerung der Welle und damit auch gleichbleibende Steifigkeit erreicht werden.
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Die Motorspindeleinheit weist wenigstens ein Lager auf, das ausgebildet ist, um eine Axialbewegung aufzunehmen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann dadurch eine axiale Führung oder Nachführung der Lageranordnung, um die Bewegung in die axiale Richtung zuzulassen, entfallen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Lager ausgebildet sein, um die Axialbewegung durch eine interne Konstruktion aufzunehmen und somit einen sehr einfachen Aufbau des Gesamtsystems zu ermöglichen.
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Ein Lager, das ausgebildet ist, um eine Axialbewegung aufzunehmen, kann beispielsweise einen Außenring und einen Innenring aufweisen, wobei diese in axialer Richtung zueinander relativbeweglich sind. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann dann der Innenring auf einer axialen Höhe angeordnet bleiben und der Außenring in die axiale Richtung verschoben werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Außenring auf einer axialen Höhe verbleiben und der Innenring in axialer Richtung bewegt werden. Dabei könne natürlich auch die mit den Lagerringen fest verbundenen Bauteile in die axialer Richtung mitbewegt werden. Eventuell können auch beide Lageringe in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden.
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Die Axialbewegung, die das Lager aufnehmen kann, kann beispielsweise eine Ausdehnung aufweisen, die wenigstens 10%, 20% oder 30% einer axialen Ausdehnung der Spindel entspricht.
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Ergänzend oder alternativ kann das Lager einen Lagerring aufweisen, der eine Lauffläche für ein Kugellager mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Rille aufweist. Ein zweiter Lagerring kann beispielsweise eine Lauffläche für ein Zylinderrollenlager aufweisen, wobei die Lauffläche in axialer Richtung frei von Begrenzungen ist. Eine Fläche des Lagerringes, die in die radiale Richtung gerichtet ist, und den Wälzkörpern zugewandt ist, kann beispielsweise auf einer einzigen radialen Höhe angeordnet sein. Als Wälzkörper können beispielsweise Kugeln eingesetzt werden. Bei dem Lagerring der die Lauffläche für eine Kugel aufweist, kann es sich beispielsweise um den Außenring handeln. Beispielsweise kann es sich um ein sog. Floating-Displacement-Lager handeln.
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Ergänzend oder alternativ kann es sich bei dem Lager um ein Zylinderrollenlager handeln, wobei wenigstens einer der Lagerringe in axialer Richtung frei von Begrenzungen ist. Eine Fläche des Lagerringes, die in die radiale Richtung gerichtet ist, und den Wälzkörpern zugewandt ist, kann beispielsweise auf einer einzigen radialen Höhe angeordnet sein.
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Vorzugsweise sind Spulen des Linearmotors Teil des Stators.
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Mit Vorteil sind Permanentmagnete des Linearmotors an der Welle befestigt.
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Vorzugsweise ist die Welle ausschließlich durch Radiallager der Motorspindel linear beweglich relativ zu der Statoreinheit gelagert.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Motorspindel frei von Linearlagern ist, welche die Welle linear beweglich relativ zu der Statoreinheit lagern.
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Mit Vorteil weist die Motorspindeleinheit wenigstens ein Zylinderrollenlager, welches die Welle beweglich relativ zu der Statoreinheit lagert, und/oder wenigstens ein als Loslager ausgebildetes Kugellager, welches die Welle beweglich relativ zu der Statoreinheit lagert, und/oder wenigstens ein Luftlager, welches die Welle beweglich relativ zu der Statoreinheit lagert, und/oder wenigstens ein hydrostatisches Gleitlager, welches die Welle beweglich relativ zu der Statoreinheit lagert, und/oder wenigstens ein radiales Magnetlager bzw. aktives Magnetlager auf, welches die Welle beweglich relativ zu der Statoreinheit lagert.
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Vorzugsweise weist die Motorspindel wenigstens einen Motor auf, welcher dazu vorgesehen ist, die Welle relativ zu der Statoreinheit zu drehen.
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Außerdem wird eine Vorrichtung, insbesondere Schleifmaschine, mit der Motorspindel vorgeschlagen. Vorzugsweise weist die Vorrichtung wenigstens eine Steuereinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, den Linearmotor derart zu steuern, dass die Welle in Axialrichtung der Welle wenigstens eine oszillierende Bewegung durchführt. Unter einer „Steuereinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Speichereinheit, einer Recheneinheit und einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden.
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Ferner wird ein Verfahren zum Bewegen einer Welle einer Motorspindel, insbesondere einer vorstehend beschriebenen Motorspindel, relativ zu einer Statoreinheit der Motorspindel vorgeschlagen, wobei die Welle relativ zu der Statoreinheit drehbar ist und der Linearmotor die Welle relativ zu der Statoreinheit bewegt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Motorspindeleinheit und einer Schleifscheibe.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Lagers für die Motorspindeleinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt eine schematische Darstellung eine Lagers für die Motorspindeleinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Lagers für die Motorspindeleinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Motorspindel und einer Schleifscheibe 26. Die Motorspindel weist eine Statoreinheit 10 und eine Welle 12, welche relativ zu der Statoreinheit drehbar ist, auf. Ferner weist die Motorspindel ein erstes Radiallager 20, das als Zylinderrollenlager ausgebildet ist und ein Loslager ist, und ein zweites Radiallager 22, das ein als Loslager ausgebildetes Kugellager ist, auf. Nur die beiden Radiallager lagern die Welle drehbar relativ zu der Statoreinheit und linear entlang der Axialrichtung der Welle relativ zu der Statoreinheit bewegbar. Die Motorspindel ist Teil einer Schleifmaschine.
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Die Motorspindel weist einen Linearmotor 14 auf, der bei Betriebsvorgängen die Welle relativ zu der Statoreinheit oszillierend entlang der Axialrichtung bewegt. Dazu weist die Schleifmaschine eine Steuereinheit (nicht dargestellt) auf, die entsprechende Steuersignale an den Linearmotor sendet. Ferner dreht dabei ein Motor 24 der Motorspindel die Welle relativ zu Statoreinheit.
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Innenringe der Radiallager sind an der Welle befestigt. Außenringe der Radiallager sind Teil der Statoreinheit. Der Linearmotor weist Spulen 16 auf, welche Teil der Statoreinheit sind. Die Spulen sind in mehreren Reihen bezüglich der Axialrichtung hintereinander angeordnet. Außerdem weist der Linearmotor Permanentmagnete 18 auf, die bezüglich der Axialrichtung hintereinander an der Welle befestigt sind. Durch Änderung der Stromdurchflussrichtung der Spulen wird die Welle linear bewegt.
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Die 2 bis 4 zeigen schematische Darstellungen von Lagern 28, 28-a und 28-b, die als Radiallager 20 und/oder 22 eingesetzt werden können. Dabei können die Radiallager 20 und 22 jeweils als Lager 28, 28-a oder 28-b ausgebildet sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch Lager unterschiedlicher Bauform in der Motorspindel angeordnet sein.
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Bei den Lagern 28 und 28-a handelt es sich jeweils um ein Zylinderrollenlager mit einem Außenring 29. Dieser weist eine Lauffläche für eine Mehrzahl von Wälzkörpern 31 auf, die als Zylinderrolle ausgebildet ist. In axialer Richtung außerhalb der Lauffläche weist der Außenring 29 Borde auf, die als axiale Begrenzung für den Wälzkörper 31 dienen. Ein Innenring 30 des Lagers 38 ist frei von Borden oder anderen Begrenzungen in axialer Richtung. Außerhalb einer Lauffläche weist der Innenring 30 jeweils eine zu dem Wälzkörper 31 gewandte Fläche 32 auf, die auf einem kleineren Radius angeordnet ist als die Lauffläche des Innenrings 30. Die Flächen 28 sind jeweils konisch, wobei ein radial außen angeordneter Radius kleiner ist.
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Das Lager 28-b ist im Wesentlichen ähnlich zu dem Lager 28. Ein Innenring 30-a des Lager 28-a unterscheidet sich von dem Innenring 30. Der Innenring 30 ist in axialer Richtung ebenfalls frei von Begrenzungen. Eine Fläche des Innenrings 30, die in die radiale Richtung gerichtet, und dem Wälzkörper 31 zugewandt ist, ist auf einer einzigen radialen Höhe angeordnet.
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Bei dem Lager 28-b handelt es sich um ein Kugelrollenlager, wobei eine Mehrzahl von Wälzkörpern 31-b als Kugeln ausgebildet sind. Ein Außenring 29-b weist eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut oder Rille für die Wälzkörper 31-b auf. Die Nut ist in axialer Richtung mittig an dem Außenring 29-b angeordnet und weist als Querschnittsform ein Kreissegment auf. Die Nut oder Rille kann beispielsweise als axiale Begrenzung dienen. Als Innenring ist der Innenring 30-a eingesetzt.
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Natürlich können bei anderen Ausführungsbeispielen die Lagerringe, die frei von axialen Begrenzungen oder Borden sind, auch als Außenringe angeordnet sein. Bezugszeichenliste
| 10 | Statoreinheit |
| 12 | Welle |
| 14 | Linearmotor |
| 16 | Spule |
| 18 | Permanentmagnet |
| 20 | Radiallager |
| 22 | Radiallager |
| 24 | Motor |
| 26 | Schleifscheibe |
| 28 | Lager |
| 29 | Außenring |
| 30 | Innenring |
| 31 | Wälzkörper |
| 32 | Fläche |
