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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindel (z.B. eine Motorspindel), ein Verfahren zur Herstellung der Spindel und insbesondere auf eine Motorspindel mit zumindest einer Spindelwelle aus faserverstärktem Kunststoffmaterial.
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Hintergrund
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Herkömmliche Spindeln werden häufig zur Bearbeitung von Werkstoffen genutzt und sind daher hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Daher werden konventionelle Spindeln bisher weitgehend aus Stahl oder ähnlichen Materialien gefertigt, die diesen Belastungen standhalten. Die mechanischen Belastungen führen aber zu einer erheblichen thermischen Beanspruchung, die ihrerseits aufgrund der verwendeten Materialien zu hohen Spannungen führen (wegen der hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl z.B.). Die thermische Beanspruchung kommt hauptsächlich aus den Motorverlusten und aus der Reibung der Lager. Die mechanische Beanspruchung führt zu einer größeren benötigten Motorleistung und damit zwangsläufig zu mehr eingebrachter Wärme und gleichzeitig zu größeren Lagerlasten, was ebenfalls zu mehr Wärmeeintrag in die Welle führt. Das Problem dabei sind nicht die hohen Spannungen, sondern in erster Linie der Verlust von Präzision, weil die Spitze einer Spindel thermisch bedingte Verlagerungen durchführt.
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Außerdem werden Spindeln zunehmend mit einer sehr hohen Drehzahl genutzt, was zu deutlichen fliehkraftbedingten Instabilitäten führt. Solche Instabilitäten können beispielsweise an Lagern entstehen, die sich fliehkraftbedingt dehnen und sich daher von der sich drehenden Welle lösen können. Eine Spindelwelle, die nicht mehr fest durch die Lager gehalten wird, ist für die meisten Anwendungen nicht tolerierbar.
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Schließlich führt das häufig verwendete Stahlmaterial dazu, dass die gesamte Spindel sehr schwer wird, was nicht nur zu einem hohen Energieverbrauch führt, sondern auch weitere Sicherheitsrisiken bergen kann, da ein schnelles Abschalten kaum möglich ist.
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Daher besteht ein Bedarf nach alternativen Spindeln und insbesondere nach Motorspindeln, die zumindest einen Teil der genannten Probleme lösen.
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Zusammenfassung
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Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch eine Spindel nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindel mit einem Gehäuse und einer Spindelwelle, wobei die Spindelwelle Befestigungsmittel für einen Werkzeughalter umfasst und ein faserverstärktes Kunststoffmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann nahezu jedes faserverstärkte Kunststoffmaterial (insbesondere Kohlenstoff) genutzt werden, solange es eine ausreichende mechanische und thermische Stabilität für die konkrete Anwendung bietet. Insbesondere können aber kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffmaterialien (CFK) genutzt werden.
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Die Spindelwelle weist insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffmaterial auf, das einen verschwindenden oder einen vernachlässigbaren axialen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Ein verschwindender oder vernachlässigbarer thermischer Ausdehnungskoeffizient soll insbesondere bedeuten, dass der Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten so klein ist, dass er innerhalb jeweils tolerierbarer Grenzen liegt und daher zu keinen relevanten thermischen Spannungen führt.
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Optional umfasst die Spindel zumindest ein Lager, das unter einer (radialen) Vorspannung die Spindelwelle drehbar lagert. Die Spindelwelle kann außerdem ein faserverstärktes Kunststoffmaterial aufweisen, dass unabhängig von einer Drehzahl der Spindelwelle eine (radiale) Mindestvorspannung zu dem zumindest einen Lager aufrechterhält. Damit kann sichergestellt werden, dass die Spindelwelle auch bei höheren Drehzahlen zuverlässig gehalten wird.
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Beispielsweise kann das Material der Spindelwelle radial übereinanderliegende Schichten von Fasern aufweisen. Die Fasern können innerhalb der radial übereinanderliegenden Schichten schichtspezifische Winkel zu einer axialen Erstreckung (z.B. zur Drehachse) der Spindelwelle bilden, wobei die schichtspezifischen Winkel beispielsweise Vorzugsfaserrichtungen für die jeweilige Schicht sein können. Die schichtspezifischen Winkel können so gewählt werden, dass ein gewünschter axialer thermischer Ausdehnungskoeffizient (z.B. einen Wert von nahe Null) und/oder die Mindestvorspannung sich einstellt (erreicht wird).
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Optional umfassen die Befestigungsmittel eine Werkzeugschnittstelle aus eingepresstem faserverstärktem Kunststoffmaterial. Das eingepresste faserverstärkte Kunststoffmaterial hat beispielsweise keine Vorzugsrichtung für seine Fasern.
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Optional umfasst die Spindel zumindest eine der folgenden Komponenten, die ebenfalls aus einem oder verschiedenen faserverstärkten Kunststoffmaterial(ien) gebildet sein können:
- - zumindest ein Lagerschild zum Halten des zumindest einen Lagers;
- - eine Schleuderscheibe für eine Sperrluftdichtung;
- - eine Abdeckkappe zum Verschließen des Gehäuses an einer dem Werkzeughalter gegenüberliegenden Seite;
- - eine Distanzhülse, um einen Mindestabstand zwischen einem Lagerkühlring und der Spindelwelle bereitzustellen.
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Beispielsweise kann die Sperrluftdichtung zwischen der Schleuderscheibe und dem zumindest einen Lagerschild ausgebildet sein. Das Gehäuse kann zumindest einen axial verlaufenden Kanal bereitstellen, der eine Luftzufuhr z.B. von der Abdeckkappe hin zu der Schleuderscheibe bereitstellt, sodass die Sperrluftdichtung über eine Druckluftzufuhr betreibbar ist. Der Kanal oder die Kanäle kann/können sich auch spiralförmig durch das Gehäuse erstrecken.
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Optional umfasst die Spindel zumindest eine der folgenden Komponenten:
- - einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor;
- - einen Rotorträger aus faserverstärktem Kunststoffmaterial zum Fixieren des Rotors an der Spindelwelle;
- - einen Temperatursensor, der zumindest teilweise in einem der Komponenten aus faserverstärktem Kunststoffmaterial integriert ist.
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Vorteilhaft ist hier, wenn der Temperatursensor einen direkten Kontakt zum Außenring des vorderen (am höchsten belasteten) Lagers aufweist. Anhand der Temperatur lässt sich auf den Lagerzustand schließen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Spindel mit einem Gehäuse und einer Spindelwelle. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Wickeln von Fasern (z.B. Kohlenstofffasern) zusammen mit einem Bindemittel auf einem zylinderförmigen Formkörper;
- - Aushärten des Bindemittels um die Spindelwelle zu bilden;
- - Formen von Befestigungsmittel für einen Werkzeughalter an der Spindelwelle; und
- - Bilden des Gehäuses aus einem faserverstärktes Kunststoffmaterial zur Aufnahme der gewickelten Spindelwelle mit den Befestigungsmittel.
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Optional umfasst das Formen der Befestigungsmittel weiter Folgendes:
- - Entfernen des zylindrischen Formkörpers, um eine hohlförmige Spindelwelle zu erhalten;
- - Ausbilden einer Masse von faserverstärktem Kunststoffmaterial innerhalb der hohlförmigen Spindelwelle, wobei die Masse keine Vorzugsrichtung der Fasern aufweist; und
- - Aushärten der Masse von faserverstärktem Kunststoffmaterial, insbesondere unter Ausübung eines Druckes und unter Nutzung einer Form, um die Befestigungsmittel aus einem eingepressten faserverstärktem Kunststoffmaterial zu bilden.
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Optional umfasst das Bilden des Gehäuses weiter Folgendes:
- - Ausbilden von einem oder mehreren Opferelement(en) innerhalb des faserverstärkten Kunststoffmaterials (an Positionen von zu bildenden Kanälen);
- - Aushärten des faserverstärkten Kunststoffmaterials; und
- - Entfernen der Opferelemente, um axiale Kanäle in dem gebildeten Gehäuse zu bilden, die eine Luftzufuhr für eine Sperrluftdichtung bereitstellen,
wobei die Opferelemente insbesondere Wachsstreifen oder Silikonschläuche aufweisen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen zumindest einen Teil der oben genannten Probleme dadurch, dass zumindest die Spindelwelle aus einem faserverstärkten und insbesondere einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial (CFK) gebildet wird, wobei die einzelnen Fasern in dem CFK-Material beispielsweise derart gewickelt werden, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient in axialer Richtung der Spindelwelle nahezu oder gleich Null ist. Damit kommt es zu keiner thermischen Längsausdehnung während des Betriebes der Spindelwelle. Bei weiteren Ausführungsbeispielen werden weitere Komponenten, die in konventionellen Spindeln durch Stahlmaterialien gebildet werden, auch aus einem CFK-Material gefertigt. Um die gewünschten Effekte für diese weiteren Komponenten zu erreichen, weisen sie entweder eine spezielle Wicklung auf oder werden durch einen Längspressverband gefügt.
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Ausführungsbeispiele zeigen zumindest einige der folgenden weiteren Vorteile:
- - Ein hohes Maß an Präzision ist erreichbar.
- - Außerdem führt die beträchtliche Gewichtsreduktion durch das CFK-Material zu deutlichen Energieeinsparungen im Betrieb.
- - Das Gehäuse ist keinen axialen thermischen Spannungen ausgesetzt, da die thermische Expansion der Spindelwelle nicht vorhanden ist. Somit brauchen keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, um die Ausdehnung der Spindelwelle zu kompensieren.
- - Außerdem besitzt das Gehäuse einen hohen thermischen Durchgangswiderstand.
- - Es ist problemlos möglich, durch integrierte Kanäle in dem CFK-Gehäuse beispielsweise Druckluft von einem hinteren Teil der Spindel zu einer Sperrluftdichtung in einen vorderen Teil zu transportieren.
- - Ebenso können endkonturnahe Lagerschilde gefertigt werden. Hierzu kann insbesondere eine Pressmasse genutzt werden, die niedrige Herstellungskosten sicherstellt.
- - Der erweiterte Toleranzbereich bei der Nutzung von faserverstärkten Kunststoffmaterialien ermöglicht eine günstige Herstellung.
- - Optional ist es möglich, Sensoren wie beispielsweise für die Temperatur direkt bei der Herstellung der Spindel zu integrieren, was die Gesamtherstellung deutlich vereinfacht.
- - Schließlich kann eine hohe Steifigkeit durch neue Fügeverfahren für faserverstärkte Kunststoffmaterialien erreicht werden.
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Figurenliste
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
- 1 zeigt eine Spindel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 veranschaulicht weitere Details der Spindel gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
- 3. zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung der Spindel gemäß Ausführungsbeispielen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine Spindel mit einem Gehäuse 110 und einer Spindelwelle 120. Die Spindelwelle 120 umfasst Befestigungsmittel (nicht zu sehen) für einen Werkzeughalter 130.
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Die Spindelwelle 120 ist aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt, wobei radial übereinanderliegende Schichten S1, S2 von Fasern gebildet sind. Die Fasern bilden innerhalb der radial übereinanderliegenden Schichten S1, S2 schichtspezifische Winkel α, β zu einer axialen Erstreckung oder Rotationsachse der Spindelwelle 120. Auch wenn die 1 nur zwei Schichten S1, S2 zeigt, versteht es sich, dass eine Vielzahl von Schichten ausgebildet sein können, wobei alle Schichten jeweils einen anderen Winkel aufweisen können oder ein bestimmtes wiederkehrendes Muster für die Werte der Winkel (entlang der radialen Richtung) vorhanden sein kann, um die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der Spindelwelle 120 homogen zu gestalten.
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Die schichtspezifischen Winkel α, β oder deren Verteilung in der Spindelwelle 120 können beispielsweise gewählt werden, um einen gewünschten axialen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (d.h. dessen Wert) zu erreichen. Vorteilhafterweise liegt dieser bei einem Wert, der keine thermische Verlagerung der Spindelspitze oder andere Spannungen beim Betrieb der Spindel hervorruft. So kann er z.B. sehr klein sein, d.h. gleich oder nahe Null liegen. Hierfür kann beispielsweise genutzt werden, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten in faserverstärkten Kunststoffmaterialien häufig sehr anisotrop sind, d.h. sich senkrecht und parallel zur Faserrichtung sehr stark unterscheiden können. Außerdem gibt es eine Reihe von faserverstärkten Kunststoffmaterialien (z.B. CFK), die zumindest parallel zur Faserrichtung einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Durch eine gezielte Ausrichtung der Fasern kann in Abhängigkeit der gewählten Fasern der axiale thermische Ausdehnungskoeffizient somit auf einen beliebig kleinen Wert eingestellt werden. Hierzu tragen auch Kompensationseffekte der anisotropen Ausdehnungskoeffizienten in den verschiedenen Schichten S1, S2 bei.
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Im Allgemeinen werden mehrere Wicklungen möglich sein, um den axiale thermischen Ausdehnungskoeffizient der Spindelwelle 120 wie gewünscht einzustellen. Daher können die schichtspezifischen Winkel α, β oder deren Verteilung in der Spindelwelle auch unter Berücksichtigung einer mechanischen Eigenschaft gewählt werden. Die Spindelwelle 120 wird beispielsweise von einem oder mehreren Lagern (in der 1 nicht gezeigt) unter einer radialen Vorspannung drehbar gelagert. Die radiale Vorspannung soll sicherstellen, dass auch bei hohen Drehzahlen und aufgrund des Gewichtes der (metallischen) Lager ein zuverlässiger Halt der Spindelwelle sichergestellt ist. Gemäß Ausführungsbeispielen weist die Spindelwelle 120 dafür beispielsweise ein faserverstärktes Kunststoffmaterial auf (bzw. eine Wicklung der Fasern), dass - unabhängig von einer Drehzahl der Spindelwelle 120 - eine radiale Mindestvorspannung zu den Lagern 140 aufrechterhält.
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Beispielsweise wird das Laminat des beispielhaften CFK-Materials (d.h. die gewickelten Schichten von Fasern) durch ein Wickeln der Fasern, zunächst in eine Richtung, dann entgegengesetzt dazu hergestellt. Bei diesem Wickeln kann der Winkel beliebig variiert werden, d.h. in eine Richtung in einem Winkel zur axialen Achse gewickelt werden, währenddessen sie in der anderen Richtung in einem anderen Winkel gewickelt werden. In einer Folgeschicht kann der Winkel erneut geändert werden, sodass alle Fasern in allen Schichten verschiedene oder gezielt gewählte Winkel zur axialen Achse aufweisen und so das gewünschte Ziel einer minimalen thermischen Ausdehnung und/oder mechanischen Stabilität erreicht wird.
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2 veranschaulicht weitere Details der Spindel gemäß weiterer Ausführungsbeispiele. Die gezeigte Spindel umfasst den Werkzeughalter 130 zusammen mit einem beispielhaften Werkzeug 200 (z.B. einen Fräser), wobei der Werkzeughalter 130 durch eine Werkzeugschnittstelle 125 an der Spindelwelle 120 fixiert ist. Optional umfasst die Spindel auch ein Spannsystem 210, welches zum Einspannen verschiedener Werkzeughalter 130 vorgesehen ist.
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Die Spindelwelle 120 ist relativ zu dem Gehäuse 110 durch vier Spindellager 140 (vorne und hinten je zwei) drehbar gelagert, wobei die Spindellager 140 über ein erstes (vorderes) Lagerschild 151 und ein zweites (hinteres) Lagerschild 152 gehalten werden, sodass die Spindelwelle 120 relativ zu dem Gehäuse 110 drehbar gelagert wird.
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Die Spindel umfasst weiter einen Lagerkühlring 190 und eine Schleuderscheibe 160. Der Lagerkühlring 190 wird von der Spindelwelle 120 durch eine Distanzhülse 180 beabstandet und dient der Kühlung der Lager 140 (begrenzt bei hohen Drehzahlen den Temperaturanstieg). Die Schleuderscheibe 160 dient einerseits dazu, die Spindelwelle 120 in Umfangsrichtung zu versteifen. Außerdem dient sie dazu, das Eindringen von Kühlschmierstoffen oder anderen Verunreinigungen in die Spindel zu verhindern. Dazu kann sie beispielsweise eine Labyrinthdichtung und/oder eine Pressluftdichtung enthalten, die zum Beispiel über Druckluft versorgt wird, wobei die Druckluft über Kanäle zugeführt wird, die in der 2 nicht gezeigt sind.
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Außerdem umfasst die Spindel eine Abdeckkappe 170 an einem rückseitigen Ende der Spindel und einen Elektromotor. Die Abdeckkappe 170 verschließt das Gehäuse 110 an einem dem Werkzeug 200 gegenüberliegenden Ende. Der Elektromotor ist in dem Gehäuse 110 integriert und treibt direkt die Spindelwelle 120 an, die sich relativ zu dem Gehäuse 110 dreht. Der Elektromotor umfasst einen Stator 310 und einen Rotor 320. Der Stator 310 ist über eine Kühlhülse 220 an dem Gehäuse 110 fixiert. Der Rotor 320 ist über einen Rotorträger 330 an der Spindelwelle 120 fixiert. Der Rotorträger 330 dient außerdem zum Verspannen der Spindellager 140 und somit der Spindelwelle 120.
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Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Werkzeugschnittstelle 125 aus einem eingepressten CFK-Material gebildet. Das eingepresste CFK-Material wird beispielsweise als eine Pressmasse in einem flüssigen Zustand in die Spindelwelle 120 eingebracht und dort unter einer Temperaturbehandlung und unter Verwendung einer angepassten Passform derart geformt, dass sie mit der Spindelwelle 120 eine Einheit bildet. Nach dem Aushärten sind somit die Spindelwelle 120 und die Werkzeugschnittstelle 125 nicht mehr relativ zueinander verdrehbar, sodass Drehungen der Spindelwelle 120 über die Werkzeugschnittstelle 125 direkt auf den Werkzeughalter 130 übertragen werden.
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Die Werkzeugschnittstelle 125 kann jedoch von der Spindelwelle 120 dadurch unterschieden werden, dass die Spindelwelle 120 aus radial übereinanderliegenden Schichten von Fasern gebildet wird (siehe 1), die in der jeweiligen Schicht S1, S2, ... eine Vorzugsausrichtung haben, sich jedoch von Schicht zu Schicht radial ändern können. Demgegenüber liegt in der Pressmasse der Werkzeugschnittstelle 125 keine Vorzugsfaserrichtung vor. Die Fasern sind vielmehr irregulär angeordnet.
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Optional kann ein Temperatursensor zum Überwachen der Temperatur von zumindest einer Komponente der Spindel vorhanden sein. Der Ort kann im Prinzip frei gewählt werden, aber besonders vorteilhaft ist eine Position nahe am vordersten Lager (oder direktem Kontakt dazu), da dieses Lager mechanisch am höchsten belastet wird. Zum Beispiel wäre eine Überwachung der Temperatur am Außenring sinnvoll. Es können auch zwei oder noch weitere Sensoren genutzt werden, um das vorderste und das hinterste Lager zu überwachen.
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Abgesehen von der Spindelwelle 120 können insbesondere zumindest einige der folgenden Teile auch aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial (z.B. CFK) gebildet sein:
- - das Gehäuse 110,
- - die Lagerschilde 151, 152,
- - die Schleuderscheibe 160,
- - die Distanzhülse 180,
- - der Rotorträger 330,
- - Abdeckkappe 170.
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3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen einer Spindel mit einem Gehäuse 110 und einer Spindelwelle 120. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Wickeln S110 von Fasern (z.B. Kohlenstofffasern) in einem Bindemittel auf einem zylinderförmigen Formkörper;
- - Aushärten S120 des Bindemittels, um die Spindelwelle 120 zu bilden;
- - Formen S130 von Befestigungsmittel für einen Werkzeughalter 130 an der Spindelwelle 120; und
- - Bilden S140 des Gehäuses 110 aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial zur Aufnahme der gewickelten Spindelwelle 120 mit den Befestigungsmittel.
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Bei konventionellen Spindeln ist das Befestigen von Funktionselementen wie dem Werkzeughalter 130 mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden. Bei der CFK-Spindelwelle 120 erfolgt dies über die Werkzeugschnittstelle 125, die gemäß weiterer Ausführungsbeispiele für das Herstellungsverfahren direkt in die gewickelte Spindelwelle 120 eingepresst werden kann. Als Werkstoff hierfür kann beispielsweise eine CFK-Pressmasse genutzt werden. Dadurch ist eine minimale Nachbearbeitung erforderlich. Insbesondere ist kein erneutes Fügen oder eine zusätzliche Nachbearbeitung erforderlich.
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In dem Gehäuse 110 können optional axial verlaufende Kanäle zur Durchführung von Druckluft für die Sperrluftdichtung an der Schleuderscheibe 160 ausgebildet sein. Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele für das Herstellungsverfahren werden diese Kanäle beispielsweise beim Fertigen (z.B. Wickeln) des CFK-Gehäuses 110 integral gefertigt. Dies ist beispielsweise über Opferelemente möglich. Hierfür können beispielsweise Wachsstreifen oder Silikonschläuche mit eingewickelt werden, die nach dem Aushärten des CFK-Materials wieder entfernt werden. Dadurch entfällt ein sonst übliches Bohren der Kanäle, wie es bei konventionellen Spindeln erforderlich ist.
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Ein weiteres Problem von konventionellen Spindelwellen bestand in der Längenänderung infolge von Temperaturschwankungen, wodurch sich die Schneide des Werkzeuges 200 bewegen kann. Beispielsweise machen die unterschiedlichen Temperaturausdehnungen in axialer Richtung es bei konventionellen Spindeln erforderlich, Federn zur Vorspannung der Spindellager einzubauen. Dies ist bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, da die CFK-Spindelwelle 120 und das CFK-Gehäuse 110 einen nahezu gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der gleich Null beziehungsweise vernachlässigbar klein gewählt werden kann, sodass die Federn zur Vorspannung entfallen können und die Schneide stets an ihrem Platz bleibt. Wie in der 1 dargelegt, kann dies beispielsweise durch besondere Wicklungen erfolgen.
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Bei konventionellen Spindelwellen weiten sich die Lager 140 unter der Fliehkraft beim Betrieb der Spindel im Durchmesser meist stärker auf als die Spindelwelle 120 selbst. Obwohl die Lager unter einer Vorspannung auf die Spindelwelle aufgebracht sind, kann die Fliehkraftaufweitung bei konventionellen Spindeln zu einem Verlust an Steifigkeit führen. Dies wirkt sich negativ auf die Eigenfrequenzen während des Betriebes der Spindelwelle 120 aus. Auch dieses Problem wird durch Ausführungsbeispiele durch ein speziell gewähltes CFK-Material (Laminat) für die Spindelwelle 120 gelöst. Beispielsweise ist es möglich, das CFK-Material der Spindelwelle 120 so auszubilden (wiederum durch eine spezielle Wicklung), dass die Spindelwelle 120 sich bei der Drehung genauso stark radial nach außen ausdehnt wie die Lager 140, sodass die Vorspannung zwischen dem Spindellager 140 und der Spindelwelle 120 unabhängig von der Drehzahl der Spindelwelle wird.
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Konventionelle Spindelwellen, die ein Stahlmaterial nutzen, sind außerdem meist sehr schwer und schwingen daher in axialer Richtung zwischen den vergleichsweise wenig steifen Lagern 140 mit einer bestimmten Eigenfrequenz. Dieses Schwingen wird ebenfalls durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung überwunden. Das geringe Gewicht der CFK-Spindelwelle 120 führt dazu, dass die Eigenfrequenz der Axialschwingungen ansteigt, was für die Werkzeugbearbeitung jedoch einen geringeren Nachteil darstellt als die geringen Axialschwingungen bei konventionellen Spindeln. Gesteigerte Eigenfrequenzen bedeuten direkt höhere dynamische Steifigkeiten und damit ein erweitertes Bearbeitungsspektrum.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Gehäuse
- 120
- Spindelwelle
- 125
- Werkzeugschnittstelle (Befestigungsmittel)
- 130
- Werkzeughalter
- 140
- Spindellager
- 151,152
- erster und zweiter Lagerschild
- 160
- Schleuderscheibe
- 170
- Abdeckkappe
- 180
- Distanzhülse
- 190
- Lagerkühlring
- 200
- Werkzeug
- 210
- Spannsystem
- 220
- Kühlhülse
- 310
- Stator von einem E-Motor
- 320
- Rotor von einem E-Motor
- 330
- Rotorträger
