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Die Erfindung betrifft eine Spindeleinheit für eine Bohr- oder dergleichen Werkzeugmaschine mit mehreren Vorschub- und drehangetriebenen Werkzeugspindeln gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bekannte Spindeleinheiten weisen eine Mehrzahl von Werkzeugspindeln auf, die in einem Spindelgehäuse aufgenommen werden. Typischerweise kommen bei der Bearbeitung eines Werkstücks nicht alle Werkzeuge der Spindeleinheit in Eingriff, sondern nur die, die für das zu erzeugende Bohrbild verwendet werden. Hierzu werden die bei der Bearbeitung genutzten Werkzeugspindeln mittels eines pneumatischen Zylinders in eine Arbeitsposition vorgelegt, die nicht genutzten sind in einer Ruheposition. Der Vorlegehub ist stets größer als die erzeugte Bearbeitungstiefe, so dass die nicht vorgelegten Werkzeuge nicht in Eingriff kommen.
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Bei bekannten Spindeleinheiten dieser Art (
DE 196 48 249 C2 ) zeigt sich jedoch, dass z. B. bei höheren axialen Arbeitsvorschüben eine axiale Bearbeitungskraft erzeugt wird, die die mittels Druckluft erzeugte Vorlegekraft übersteigt. Die Werkzeugspindel wird in das Spindelgehäuse gedrückt und das Werkzeug erzeugt nicht die eingestellte Bearbeitungstiefe.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Spindeleinheit zur Verfügung zu stellen, die prozesssicher eine höhere axiale Belastbarkeit der vorgelegten Werkzeugspindeln ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer gattungsgemäßen Spindeleinheit dadurch gelöst, dass eine Bohr- oder dergleichen Werkzeugmaschine mit mindestens einer Werkzeugspindel, die drehbar und ortsfest in einem Schubrohr gelagert ist, das pneumatisch aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition und umgekehrt in einem Spindelgehäuse verlagerbar ist, wobei das Schubrohr beim Erreichen der Arbeitsposition durch Verbindungsmittel an spindelgehäusefesten Rastmitteln derart verrastet, dass einer Rückverlagerung der Werkzeugspindel in Richtung Ruheposition ein Widerstand entgegensteht.
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Die Spindeleinheit weist mindestens eine Werkzeugspindel bevorzugt mehrere Werkzeugspindeln auf, die gruppenweise oder auch einzeln rotatorisch angetrieben sind und in ihrer Axialrichtung verfahrbar zu einem Spindelgehäuse gelagert sind. Hierzu ist die Werkzeugspindel in einem Schubrohr drehbar und ortsfest gelagert und das Schubrohr durch einen pneumatischen Zylinder verfahrbar.
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Der pneumatische Zylinder weist eine Zylinderfläche auf, an der eine Kolbendichtung dichtend anliegt und der durch zwei Druckluftanschlüsse belüftet wird. Die Zylinderendflächen sind zur Umgebung abgedichtet.
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Durch Anlegen eines pneumatischen Drucks in dem pneumatischen Zylinder entweder oberhalb oder unterhalb der Kolbendichtung, die mit einem Kolbenelement verbunden ist, wird das Kolbenelement im Zylinder bewegt und diese Bewegung auf das Schubrohr übertragen, womit die Werkzeugspindel in die Arbeitsposition oder die Ruheposition verfahren wird.
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Bevorzugt kann das Kolbenelement direkt mit dem Schubrohr dichtend und kraftübertragend verbunden sein, so dass Bauraum und Herstellkosten für eine Kraftübertragung entfallen können.
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Weiter bevorzugt kann das Kolbenelement derart mit dem Schubrohr verbunden sein, dass eine dichte und kraftübertragende Verbindung und eine begrenzte axiale Beweglichkeit zwischen dem Kolbenelement und dem Schubrohr gegeben sind.
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Erreicht das Schubrohr die Arbeitsposition, kommt ein Verbindungsmittel, das direkt oder indirekt am Schubrohr gelagert sein kann, mit einem Rastmittel in Kontakt. Das am Spindelgehäuse ortsfeste Rastmittel geht mit dem Verbindungsmittel eine reibschlüssige und/oder eine formschlüssige Verbindung ein, die den axialen Bearbeitungskräften entgegenwirkt und somit die axiale Belastbarkeit der vorgelegten Werkzeugspindel erhöht.
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Bevorzugter Weise werden durch das Verfahren in die Ruheposition, also durch das Anlegen des Rücklegedrucks in dem pneumatischen Zylinder, die Verbindungen zwischen dem Verbindungsmittel und dem Rastmittel gelöst. Zusätzliche Vorrichtungen zum Lösen der Verbindung können somit entfallen.
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Bevorzugt ist das Verbindungsmittel ein Teilbereich des Kolbenelements, so dass Kosten und Bauraum für weitere Bauteile entfallen. Weiter bevorzugt verfährt das Kolbenelement, beim Verfahren in die Ruheposition zuerst relativ zum Schubrohr und löst dabei die reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindungen zwischen dem Rastmittel und den Vertiefungen des Schubrohres. Folgend verfährt das Schubrohr samt Werkzeugspindel in die Ruheposition.
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Um dies zu ermöglichen ist das Kolbenelement bevorzugt beweglich auf dem Schubrohr gelagert. Eine besonders belastbare reibschlüssige und auch eine formschlüssige Verbindung kann durch das Anlegen des Rücklegedrucks gelöst werden. Eine höhere axiale Belastbarkeit der vorgelegten Werkzeugspindel wird ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:
- 1 eine Schnittdarstellung einer Spindeleinheit.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Spindeleinheit 1 mit einem Spindelgehäuse 2 und mit zwei Werkzeugspindeln 3, von denen sich die linke Werkzeugspindel 3 in einer Ruheposition und die rechte Werkzeugspindel 3 in einer Arbeitsposition befindet. Die Werkzeugspindeln 3 sind gleich aufgebaut, so dass die nachfolgende Beschreibung für beide Werkzeugspindeln 3 gilt.
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Der Antrieb der Werkzeugspindel 3 erfolgt über einen Vierkantantrieb 5, der über ein Antriebsritzel 4 angetrieben wird. Die Werkzeugspindel 3 und das Antriebsritzel 4 sind jeweils drehfest mit dem Vierkantantrieb 5 verbunden.
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Der Vierkantantrieb 5 ist durch obere Lager 6 in dem Spindelgehäuse 2 gelagert, so dass eine rotatorische, jedoch keine axiale Bewegung des Vierkantantriebs 5 möglich ist. Der Vierkantantrieb 5 weist einen Innenvierkant auf, der mit einem Außenvierkant der Werkzeugspindel-Antriebsseite 3a eine Passung erzeugt, die ein sicheres Übertragen des Antriebsmoments und eine reibungsarme axiale Relativbewegung zwischen dem Vierkantantrieb und der Werkzeugspindel-Antriebsseite 3a ermöglicht.
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Unterhalb des Vierkantantriebs 5 ist ein Schubrohr 7 angeordnet, das die Werkzeugspindel 3 mittels einer Werkzeugaufnahme 19 und unteren Lagern 20 drehbar und axial verfahrbar lagert.
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An dem Schubrohr 7 liegt eine Kolbenringdichtung 8 an, die den Spindelgehäusebereich 2 oberhalb der Kolbenringdichtung 8 zum Spindelgehäusebereich 2 unterhalb der Kolbenringdichtung 8 abdichtet. Unterhalb der Kolbenringdichtung 8 befindet sich ein Gleitlager 23, das das Schubrohr 7 im Spindelgehäuse 2 lagert.
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Unterhalb des Gleitlagers 23 ist ein pneumatischer Zylinder 24 ausgebildet mit einem oberen Druckluftanschluss 9, um einen oberen Zylinderbereich 25 mit Druckluft zu beaufschlagen. Unterhalb des oberen Druckluftanschlusses 9 ist eine Anschlagmutter 10 angeordnet, die auf einem Außengewinde des Schubrohres 7 aufgeschraubt ist. Die Anschlagmutter 10 ist somit fest mit dem Schubrohr 7 verbunden.
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Das Schubrohr 7, das sich in der Ruheposition befindet, ist in Kontakt mit einem Kolbenelement 11, das wiederum mit der Anschlagmutter 10 in Kontakt steht. Das Kolbenelement 11 liegt mit seiner Innenseite an dem Schubrohr 7 an, zu dem es axial beweglich gelagert ist und zu dem es durch eine O-Ring-Dichtungen 12 eine dichtende Verbindung erzeugt.
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Das obere Ende des Verfahrweges des Kolbenelements auf dem Schubrohr ist durch die Anschlagmutter 10 festgelegt. Das untere Ende des Verfahrweges ist durch ein Schubrohranschlag 21, also durch einen stufenförmig ausgeprägten größeren Außendurchmesser des Schubrohres 7 realisiert. Unterhalb des Schubrohranschlags 21 weist das Schubrohr 7 Vertiefungen 22 auf.
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An seinem unteren Ende weist das Kolbenelement 11 ein Verbindungsmittel 27 auf. Das Verbindungsmittel 27 besteht aus einem vorstehenden Bereich, das eine sich nach oben verjüngende, kegelförmige, axiale Aussparung auf der Innenseite hat.
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Auf der Außenseite nimmt das Kolbenelement 11 eine Kolbendichtung 13 auf, die eine dichte, jedoch axial verschiebbare Verbindung zwischen dem Kolbenelement 11 und einer Zylindermantelfläche 14 erzeugt.
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Unterhalb der Kolbendichtung 13 weist das Spindelgehäuse 2 einen unteren Druckluftanschluss 15 auf, der mit Druckluft beaufschlagt werden kann um einen unteren Zylinderbereich 26 mit Druckluft zu befüllen.
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Unterhalb des unteren Druckluftanschlusses 15 ist ein Rastmittel 16 vorgesehen, das mittels eines Außengewindes am Spindelgehäuse 2 befestigt sein kann und eine in axialer Richtung geschlitzte Zylinderform aufweist. Alternativ kann das Rastmittel 16 durch zum Beispiel zwei Rastarme realisiert sein, wobei die Rastarme derart formschlüssig in einem Kolbendeckel 17 gelagert sind, das die Rastarme eine Drehbewegung ausführen können. Die Rastmittel 16 weisen Vorsprünge 28 auf die sich in radialer Richtung des Schubrohres 7 bewegen können.
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Die Rastmittel 16 liegen mit den Vorsprüngen 28 an dem Schubrohr 7 an, wobei die Rastmittel 16 aus einem elastischen Material wie einem Kunststoff oder einem unelastischem Material wie zum Beispiel einem Stahl oder Gusseisen bestehen können.
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Eine axiale Bewegung des Schubrohres 7 zum Rastmittel 16 ist möglich. Unterhalb des Rastmittels 16 ist der Kolbendeckel 17 angeordnet, der an seinem Außenumfang zum Spindelgehäuse 2 abdichtet und eine untere Dichtung 18 aufnimmt, die den Kolbendeckel 17 zum Schubrohr 7 abdichtet. Der Kolbendeckel 17 kann des Weiteren Aussparungen zur Aufnahme der Rastmittel 16 aufweisen.
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Das Schubrohr 7 befindet sich in der Ruheposition, wenn der untere Druckluftanschlusses 15 mit Druckluft beaufschlagt wird und der oberen Druckluftanschusses 9 entlüftet wird. Ein Entlüften des unteren Druckluftanschlusses 15 und ein Beaufschlagen mit Druckluft des oberen Druckluftanschlusses 9 bewirkt eine axiale Bewegung des Kolbenelements 11, zu dem Schubrohranschlag 21, so dass sich folgend das Schubrohr 7 mit der Werkzeugspindel 3 nach unten in die Arbeitsposition bewegen kann. In einer alternativen Ausführungsform führt die axiale Bewegung des Kolbenelements 11 zu einer Bewegung zusammen mit dem Schubrohr 7 relativ zum Spindelgehäuse 2. Ist in dieser alternativen Ausführungsform das Schubrohr 7 an seinem unteren Anschlag angeschlagen, verfährt das Kolbenelement 11 relativ zum Schubrohr 7.
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Beim Erreichen der Arbeitsposition gerät das Rastmittel 16 mit den Verbindungsmitteln 27 des Kolbenelements 11 in Kontakt. Durch den Kontakt der dargestellten sich nach oben verjüngenden Außengeometrie der Rastmittel 16 und der nach unten sich aufweitenden Innengeometrie der Verbindungsmittel 27 wird das Rastmittel 16 in die Vertiefung 22 des Schubrohres 7 gedrückt.
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Durch diese Geometrien wird eine stark belastbare kraft- und formschlüssige Verbindung erzeugt. Übersteigen axiale Prozesskräfte die Vorlegekraft, wird eine axiale Bewegung des Schubrohrs 7 durch reibschlüssige Verbindungen zwischen den Verbindungsmitteln 27 des Kolbenelements 11 und dem Rastmittel 16 sowie zwischen dem Rastmittel 16 und dem Schubrohr 7 als auch durch die formschlüssige Verbindung zwischen dem Rastmittel 16 und dem Schubrohr 7 verhindert.
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Zum Verfahren des Schubrohres 7 in die Ruheposition wird der obere Druckluftanschluss 9 entlüftet und der untere Druckluftanschluss 15 mit Druckluft beaufschlagt. Das Kolbenelement 11 fährt nach oben und löst die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Kolbenelement 11 und dem Rastmittel 16 und entlastet die Verbindung zwischen dem Rastmittel 16 und dem Schubrohr 7. Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Rastmittel 16 und dem Schubrohr 7 wird durch eine elastische Rückstellkraft oder durch eine Drehbewegung der Rastarme des Rastmittels 16 gelöst. Soweit findet keine Bewegung des Schubrohrs 7 statt. Folgend schlägt das Kolbenelement 11 an der Anschlagmutter 10 an und das Schubrohr 7 mitsamt Werkzeugspindel 3 fährt in die Ruheposition.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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