DE102019203078A1 - Motor spindle with differently adjusted fiber-reinforced plastic materials and method for controlling a motor spindle - Google Patents

Motor spindle with differently adjusted fiber-reinforced plastic materials and method for controlling a motor spindle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motorspindel (11) zum Antreiben eines direkt geklemmten oder in einem Werkzeughalter (13) gehaltenen Werkzeugs (15), mit:- einer mittels einer Antriebseinheit (17) angetriebenen Spindelwelle (19),- einer Werkzeugschnittstelle (21) zum lösbaren drehfesten Koppeln des Werkzeughalters (13) mit der Spindelwelle (19),- einer Lagervorrichtung (23) zum drehbaren Lagern der Spindelwelle (19),- einem Gehäuse (25), indem die Spindelwelle (19), die Lagervorrichtung (23) und die Antriebseinheit (17) aufgenommen sind. Um eine verbesserte Motorspindel (11) bereitzustellen, weist diese zumindest zwei hinsichtlich einer Steifigkeit, einer Wärmeleiteigenschaft und/oder eines thermischen Ausdehnungskoeffizients unterschiedlich eingestellte faserverstärkte Kunststoffmaterialien auf.The invention relates to a motor spindle (11) for driving a tool (15) clamped directly or held in a tool holder (13), with: - a spindle shaft (19) driven by means of a drive unit (17), - a tool interface (21) for releasable rotationally fixed coupling of the tool holder (13) to the spindle shaft (19), - a bearing device (23) for rotatably mounting the spindle shaft (19), - a housing (25) by the spindle shaft (19), the bearing device (23) and the Drive unit (17) are added. In order to provide an improved motor spindle (11), it has at least two fiber-reinforced plastic materials that are set differently in terms of stiffness, thermal conductivity and / or thermal expansion coefficient.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die Erfindung betrifft eine Motorspindel zum Antreiben eines Werkzeugs oder in einem Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs, mit einer mittels einer Antriebseinheit angetriebenen Spindelwelle, einer Werkzeugschnittstelle zum lösbaren drehfesten Koppeln des Werkzeughalters mit der Spindelwelle, einer Lagervorrichtung zum drehbaren Lagern der Spindelwelle und einem Gehäuse, in dem die Spindelwelle, die Lagervorrichtung und die Antriebseinheit aufgenommen sind und ein Verfahren zum Regeln einer solchen Motorspindel.The invention relates to a motor spindle for driving a tool or a tool held in a tool holder, with a spindle shaft driven by means of a drive unit, a tool interface for the detachable non-rotatable coupling of the tool holder to the spindle shaft, a bearing device for the rotatable bearing of the spindle shaft and a housing in which the Spindle shaft, the bearing device and the drive unit are included and a method for regulating such a motor spindle.

Stand der TechnikState of the art

Motorspindeln zum Antreiben eines in einem Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs sind bekannt. Diese werden üblicherweise zum Bearbeiten, insbesondere zerspanenden Bearbeiten von Werkstoffen verwendet. Für eine solche Bearbeitung sind vergleichsweise hohe Drehzahlen sowie häufige Beschleunigungs- und Bremsvorgänge erforderlich. Außerdem muss während der Bearbeitung eines Werkstücks auch das angetriebene Werkzeug gegebenenfalls mehrfach gewechselt werden. Dadurch treten an gattungsgemäßen Motorspindeln im Lauf eines Bearbeitungsvorgangs wechselnde thermische Belastungen und Schwingungsanregungen auf. Als Wärmequellen treten eine Abwärme der Antriebseinheit sowie Reibungsverluste der Lagervorrichtung zum Lagern der Spindelwelle als auch gegebenenfalls Prozesswärme am Werkzeug auf. Diese Wärme kann beispielsweise mittels Pressluft und/oder einer Wasserkühlung abgeführt werden. Aufgrund der hohen Drehzahlen treten dynamische Lasten wie beispielsweise Fliehkräfte, insbesondere an der Lagervorrichtung auf, die neben der thermischen Belastung ebenfalls zu Änderungen von Betriebsparametern der Motorspindel führen können. Es ist bekannt, für Motorspindeln ein faserverstärktes Kunststoffmaterial zu verwenden, das als solches im Grundsatz ebenfalls bekannt ist. Die EP 3 069 848 A1 zeigt beispielsweise aus einem sehr entfernt liegenden technischen Gebiet der Herstellung von Sportartikeln ein Verfahren zum Formen einer faserverstärkten Verbundmaterialstruktur mit den Schritten: Bereitstellen einer Vorform, die zumindest eine Lage und eine sich daran anschließende zweite Lage aufweist, wobei jede der Lagen eine Harzmatrix und Fasern aufweist und wobei eine Richtung der Fasern der ersten Lage sich von einer Richtung der Fasern der sich anschließenden Lage unterscheidet; ein schraubenförmiges Wickeln der Vorform um einen Kern von einem ersten Endbereich des Kerns zu einem zweiten Endbereich des Kerns und/oder von dem zweiten Endbereich zu dem ersten Endbereich, sodass die Richtung der Fasern in der ersten Schicht relativ zu einer axialen Richtung des Kerns verlaufen zum Erhöhen einer Leistungsfähigkeit. Das Bereitstellen und Wickeln der Lagen wird so lange wiederholt, bis eine dreidimensionale spezifische Struktur definiert ist. Diese wird gegebenenfalls mit einem Druck beaufschlagt und durch einen Wärmebehandlungszyklus verfestigt. Durch ein Entnehmen des Kerns kann eine Hohlwelle erhalten werden. Die DE 197 26 341 A1 betrifft eine Welle einer motorisch angetriebenen Spindel mit einem damit verbundenen Rotor, wobei die Welle aus verstärktem Kunststoff (Kompositmaterial) besteht und der Rotor in das Wellenmaterial eingebunden ist. Der Rotor ist mit verstärktem Kunststoffmaterial umwickelt. Der Rotor kann Nuten aufweisen in die die Umwicklung eingreift. Vorzugsweise ist der verstärkte Kunststoff ein CFK-Werkstoff. Aus der DE 40 09 461 A1 ist eine Spindel für eine Werkzeugmaschine bekannt. Diese umfasst ein zylindrisches Element zur Aufnahme des Schafts eines Werkzeugs. Hergestellt ist es durch Wickeln von Kohlenstoff- oder Glasfasern, wobei die gewickelte Faser mit einem hitzeaushärtbaren Harz imprägniert ist. Nach dem Aushärten des Harzes wird auf die Außenfläche des zylindrischen Elements eine Schutzüberzugsschicht aufgebracht. Durch diesen Aufbau ist es möglich, das Gewicht und den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Spindel herabzusetzten und dadurch die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.Motor spindles for driving a tool held in a tool holder are known. These are usually used for machining, in particular machining, of materials. For such processing, comparatively high speeds and frequent acceleration and braking processes are required. In addition, the driven tool may also have to be changed several times during the machining of a workpiece. As a result, alternating thermal loads and vibration excitations occur on generic motor spindles in the course of a machining process. Waste heat from the drive unit and frictional losses of the bearing device for mounting the spindle shaft and possibly process heat on the tool occur as heat sources. This heat can be dissipated, for example, by means of compressed air and / or water cooling. Due to the high speeds, dynamic loads such as centrifugal forces occur, in particular on the bearing device, which, in addition to the thermal load, can also lead to changes in operating parameters of the motor spindle. It is known to use a fiber-reinforced plastic material for motor spindles, which is also known as such in principle. The EP 3 069 848 A1 shows, for example, from a very distant technical field of the production of sporting goods, a method for molding a fiber-reinforced composite material structure with the following steps: providing a preform which has at least one layer and an adjoining second layer, each of the layers having a resin matrix and fibers and wherein a direction of the fibers of the first layer differs from a direction of the fibers of the subsequent layer; a helical winding of the preform around a core from a first end region of the core to a second end region of the core and / or from the second end region to the first end region so that the direction of the fibers in the first layer are relative to an axial direction of the core Increase an efficiency. The preparation and winding of the layers is repeated until a three-dimensional specific structure is defined. This is optionally pressurized and solidified by a heat treatment cycle. A hollow shaft can be obtained by removing the core. The DE 197 26 341 A1 relates to a shaft of a motor-driven spindle with a rotor connected to it, the shaft being made of reinforced plastic (composite material) and the rotor being integrated into the shaft material. The rotor is wrapped in reinforced plastic material. The rotor can have grooves in which the winding engages. The reinforced plastic is preferably a CFRP material. From the DE 40 09 461 A1 a spindle for a machine tool is known. This comprises a cylindrical element for receiving the shank of a tool. It is made by winding carbon or glass fibers, whereby the wound fiber is impregnated with a thermosetting resin. After the resin has hardened, a protective coating layer is applied to the outer surface of the cylindrical member. With this structure, it is possible to reduce the weight and the linear thermal expansion coefficient of the spindle and thereby improve the machining accuracy.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Motorspindel zum Antreiben eines in einem Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs bereitzustellen, insbesondere eine Standzeit der Motorspindel zu verbessern, einen Werkzeugwechsel zu erleichtern, eine Baugröße der Motorspindel zu verringern, eine Kühlung der Motorspindel zu verbessern und/oder höhere Drehzahlen zu ermöglichen.The object of the invention is to provide an improved motor spindle for driving a tool held in a tool holder, in particular to improve the service life of the motor spindle, to facilitate a tool change, to reduce the size of the motor spindle, to improve cooling of the motor spindle and / or higher speeds to enable.

Die Aufgabe ist bei einer Motorspindel zum Antreiben eines in einem Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Motorspindel zumindest zwei hinsichtlich einer Steifigkeit, einer Wärmeleiteigenschaft und/oder eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlich eingestellte faserverstärkte Kunststoffmaterialien aufweist. Es wurde herausgefunden, dass faserverstärkte Kunststoffmaterialen aufgrund der Zusammensetzung aus dem Kunststoffmaterial und den Fasern hinsichtlich der Eigenschaften Elastizität und/oder Steifigkeit, Wärmeleiteigenschaften und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten in einem vergleichsweise großen Bereich eingestellt werden kann. Insbesondere im Vergleich zu Stahl lassen sich so für die Motorspindel vorteilhafte Materialeigenschaften genau dort vorsehen, wo sie eine Leistungsfähigkeit der Motorspindel, insbesondere eine Standzeit, ein Beschleunigungs- und Bremsverhalten, ein Schwingungsverhalten und/oder eine Drehzahl positiv beeinflussen. Außerdem wurde herausgefunden, dass das unterschiedliche Einstellen der Kunststoffmaterialien auch in einem integral zusammenhängenden Bauteil möglich ist. Es ist also denkbar, ein integral zusammenhängendes Bauteil, wie beispielsweise die Spindelwelle der Motorspindel bereichsweise an technische Anforderungen anzupassen, insbesondere Elastizitäten, um so ein Schwingungsverhalten positiv zu beeinflussen. Das unterschiedliche Einstellen der faserverstärkten Kunststoffmaterialien kann auch durch eine Kombination von zwei Bauteilen erfolgen, beispielsweise in Form eines mit der Spindelwelle kombinierten Distanzringes und/oder ähnliches. Das Einstellen des faserverstärkten Kunststoffmaterials kann insbesondere durch eine Kombination von unterschiedlichen Lagen, eine Ausrichtung von Fasern und/oder die Wahl von Fasern erfolgen. Insbesondere ist es dadurch möglich einen Wärmeausdehnungskoeffizient von Null oder gegebenenfalls sogar kleiner Null einzustellen. Ferner wurde herausgefunden, dass diese spezifischen Eigenschaften auch zum Realisieren von auf Wärme reagierender Regelkreise verwendet werden kann. Unter einem faserverstärkten Kunststoffmaterial kann grundsätzlich ein Harz und/oder Substrat, insbesondere wärmeaushärtend, verstanden werden, mittels dem unterschiedliche Lagen von Fasern imprägniert und gehärtet sind. Insbesondere kann es sich bei den Fasern um Kohlenstofffasern handeln, also um ein sogenanntes CFK-Material. Durch diese vorteilhafte Kombination unterschiedlich eingestellter faserverstärkter Kunststoffmaterialien können Drehzahlen von über 30.000, vorzugsweise bis zu 60.000 Umdrehungen pro Minute erzielt werden, wobei im Sekundentakt Beschleunigungen und Abbremsungen möglich sind. Außerdem ergibt sich eine vergleichsweise kleinbauende Motorspindel, wobei etwaige bei der Bearbeitung des Werkstücks störende Konturen der Motorspindel selbst auf ein Minimum reduziert werden können. Die Reduzierung der Störkontur ergibt sich daraus, dass aufgrund des oder der vorteilhaften faserverstärkten Kunststoffmaterialien, insbesondere CFK-Materialien, insbesondere mit einem thermischen Wärmeausdehnungskoeffizient von Null, die Motorspindel, insbesondere ein Gehäuse der Motorspindel, an beliebiger Stelle festgehalten werden kann, ohne die Präzision der Maschine zu verschlechtern. Aus dem Stand der Technik bekannte Stahl-Motorspindeln werden möglichst nah am Werkzeug mit einer Manipulationseinrichtung verbunden, um thermisch bedingte Versätze, insbesondere axiale Versätze, am Werkzeug und damit Bearbeitungsfehler zu minimieren. Diese Manipulationsvorrichtung stellt zwangsläufig eine Störkontur für den Bearbeitungsprozess dar. Die erfindungsgemäße Motorspindel minimiert diese Störkontur, da Sie an einer beliebigen Stelle, gegebenenfalls auch an einem, dem Werkzeug gegenüberliegenden Ende mit der Manipulationsvorrichtung verbunden werden kann, ohne thermisch bedingte Bearbeitungsfehler zu erzeugen. Dies wird möglich, weil insbesondere durch den Einsatz eines faserverstärkten Kunststoffmaterials mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Null oder nahe Null, der Zusammenhang zwischen Temperatur- und Geometrieänderungen zumindest weitgehend aufgehoben wird. Eine erfindungsgemäße, neuartige Motorspindel kann also an der vom Werkzeug abgewandten Seite festgehalten werden, so dass eine Haltestruktur der Manipulationsvorrichtung erheblich weniger in einen Bearbeitungsraum hineinragt und daher bei der Bearbeitung weniger stört. Die neuartige Motorspindel kann demnach ohne Präzisionsverlust in einem beliebigen axialen Abstand zum Werkzeug an einer Manipulationsvorrichtung befestigt werden. Im Betrieb ergibt sich eine axiale Distanz zwischen der Bearbeitungsstelle beziehungsweise dem Werkzeug und der besagten Befestigungsstelle mit minimaler Störkontur von mehr als 20 %, insbesondere mehr als 50 %, insbesondere mehr als 80%, insbesondere einer Gesamtlänge des Gehäuses, der neuartigen Motorspindel. Außerdem ergibt sich ein vergleichsweise geringes Gewicht der Motorspindel selbst, sodass diese auch mittels einer automatisierten Manipulationsvorrichtung einfacher und präziser relativ zu dem Werkstück positioniert werden kann.In the case of a motor spindle for driving a tool held in a tool holder according to the preamble of claim 1, the object is achieved in that the motor spindle has at least two fiber-reinforced plastic materials that are set differently in terms of rigidity, heat conductivity and / or a coefficient of thermal expansion. It has been found that fiber-reinforced plastic materials can be adjusted in a comparatively large range in terms of the properties of elasticity and / or stiffness, thermal conductivity properties and the coefficient of thermal expansion due to the composition of the plastic material and the fibers. Particularly in comparison to steel, advantageous material properties can be provided for the motor spindle exactly where they affect the performance of the motor spindle, in particular a service life, an acceleration and braking behavior, a vibration behavior and / or a speed positively influence. In addition, it was found that the different setting of the plastic materials is also possible in an integrally connected component. It is therefore conceivable to adapt an integrally connected component, such as the spindle shaft of the motor spindle, to technical requirements in certain areas, in particular elasticities, in order to have a positive influence on the vibration behavior. The different setting of the fiber-reinforced plastic materials can also be done by a combination of two components, for example in the form of a spacer ring combined with the spindle shaft and / or the like. The setting of the fiber-reinforced plastic material can in particular take place through a combination of different layers, an alignment of fibers and / or the choice of fibers. In particular, it is thereby possible to set a coefficient of thermal expansion of zero or possibly even less than zero. It was also found that these specific properties can also be used to implement control loops that respond to heat. A fiber-reinforced plastic material can in principle be understood to mean a resin and / or substrate, in particular thermosetting, by means of which different layers of fibers are impregnated and cured. In particular, the fibers can be carbon fibers, that is to say a so-called CFRP material. This advantageous combination of differently adjusted fiber-reinforced plastic materials enables speeds of over 30,000, preferably up to 60,000 revolutions per minute to be achieved, with accelerations and decelerations being possible every second. In addition, the result is a comparatively small motor spindle, and any contours of the motor spindle which interfere with the machining of the workpiece can be reduced to a minimum. The reduction of the interfering contour results from the fact that, due to the advantageous fiber-reinforced plastic material (s), in particular CFRP materials, in particular with a thermal coefficient of thermal expansion of zero, the motor spindle, in particular a housing of the motor spindle, can be held at any point without the precision of the Machine to deteriorate. Steel motor spindles known from the prior art are connected to a manipulation device as close as possible to the tool in order to minimize thermally induced offsets, in particular axial offsets, on the tool and thus machining errors. This manipulation device inevitably represents an interfering contour for the machining process. The motor spindle according to the invention minimizes this interfering contour, since it can be connected to the manipulation device at any point, possibly also at an end opposite the tool, without producing thermal machining errors. This is possible because, in particular, by using a fiber-reinforced plastic material with a thermal expansion coefficient of zero or close to zero, the connection between temperature and geometry changes is at least largely eliminated. A novel motor spindle according to the invention can therefore be held on the side facing away from the tool, so that a holding structure of the manipulation device protrudes considerably less into a machining area and therefore interferes less during machining. The new motor spindle can therefore be attached to a manipulation device at any axial distance from the tool without loss of precision. During operation, there is an axial distance between the processing point or the tool and the said fastening point with a minimal interference contour of more than 20%, in particular more than 50%, in particular more than 80%, in particular a total length of the housing, of the novel motor spindle. In addition, the motor spindle itself has a comparatively low weight, so that it can also be positioned more easily and more precisely relative to the workpiece by means of an automated manipulation device.

Es können also sehr gut Prozesskräfte aufgenommen werden wobei eine hohe Bearbeitungsgüte hinsichtlich Lage, Formtoleranzen, Rundlaufgenauigkeit und einer geringen Verlagerung des Werkzeugs relativ zu einer gewünschten Position sowie eine hohe Steifigkeit bei einem großen Drehzahlbereich erzielt werden, die ein hohes Zeitspanvolumen bzw. eine hohe Produktivität ermöglichen.Process forces can therefore be absorbed very well, with a high machining quality in terms of position, shape tolerances, concentricity and low displacement of the tool relative to a desired position, as well as high rigidity with a large speed range, which enable a high metal removal rate and high productivity .

Die Präzision, als eines der wichtigsten Kriterien bei Motorspindeln kann deutlich verbessert werden. Vor allem ist die Wiederholgenauigkeit deutlich verbessert, sodass die erfindungsgemäße Motorspindel, insbesondere bei wechselnden Temperaturen, auf konstant gutem Niveau reproduzierbare Fräsergebnisse liefert. Im Vergleich zu Motorspindeln aus Stahl, die sich unter dem Einfluss von Wärme sehr stark ausdehnen, ist die Wiederholgenauigkeit enorm verbessert. Außerdem kann ein aus dem Stand der Technik bei Stahlmotorspindeln bekannter und betriebener Aufwand zum Erzeugen der Wiederholgenauigkeit durch das Vorsehen der unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien auf null, zumindest auf ein Minimum reduziert werden. Die vorteilhafte Ausgestaltung ist bereits strukturell in den unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien vorgegeben, insbesondere eventuell erforderliche Softwaretechnische Regelkreise sind nicht erforderlich oder können auf ein Minimum reduziert werden. Vielmehr ist es sogar möglich mittels der strukturell vorgegebenen Hardware in Form der faserverstärkten Kunststoffmaterialien Regelkreise direkt in die Motorspindel zu integrieren. Das bedeutet, dass beispielsweise ein Laminataufbau der Motorspindel so ausgelegt ist, dass diese sich nicht mehr in axialer Richtung ausdehnt. Es kann insbesondere ein thermischer Ausdehnungskoeffizient von Null in den faserverstärkten Kunststoffmaterialien vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, quasi auf alle Kompensationssysteme zu verzichten, sodass die Motorspindel nicht nur kostengünstiger herstellbar, sondern auch gleichzeitig präziser ist. Durch das schnelle Beschleunigen der Motorspindel als Ganzes sowie das Hochfahren und Herunterfahren ergeben sich besonders kurze Taktzeiten. Zusammen mit den gegebenenfalls erreichbaren höheren Drehzahlen bei gleicher Präzision ist also ein höherer Materialabtrag pro Zeit, also ein höheres Zeitspanvolumen möglich. Dies wird durch eine höhere Steifigkeit der Motorspindel bei einem gleichzeitig verringerten Gewicht erreicht. Insbesondere weisen die faserverstärkten Kunststoffmaterialien, insbesondere CFK-Materialien, im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Stahl eine bis zu 100-fach bessere Dämpfungseigenschaft auf, wodurch sich deutlich höhere dynamische Steifigkeiten ergeben. Insbesondere können kritische Frequenzen in einen nicht störenden Bereich verschoben werden. Dies ermöglicht auch eine starre Lagerung der aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial fertigbaren bzw. gefertigten Motorspindel. Auf ein gegebenenfalls sonst erforderliches Loslager, das zum Ausgleich von thermischen Dehnungen im Stand der Technik bekannt ist, kann verzichtet werden. Auf einen gegebenenfalls erforderlichen Schiebesitz innerhalb der Motorspindel kann also verzichtet werden. Die Motorspindel ist also Schiebesitzfrei bzw. Loslagerfrei mittels einer Lagervorrichtung gelagert. Darüber hinaus ist es bekannt, durch die unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien zumindest bereichsweise die Motorspindel so anzupassen, dass diese sich aufgrund von Fliehkräften und/oder Temperatureinflüssen an Anforderungen der Lagervorrichtungen anpasst. Insbesondere kann eine durch Fliehkraft bedingte Aufweitung so angepasst werden, dass dadurch ein Presssitz von auf die Spindelwelle aufgepressten Wälzlagern, insbesondere Kugellagern, auch bei hohen Drehzahlen eine ausreichende Haltekraft aufweist. Ein Durchrutschen von Lagerinnenringen aufgrund einer Fliehkraft bedingten Aufweitung kann so sicher verhindert werden. Es wird also ein nicht erwünschtes Abheben der Lagerung von der Spindelwelle bei hohen Drehzahlen verhindert. Es ist also in allen Betriebszuständen, ob Stillstand oder maximale Drehzahl eine ausreichende Flächenpressung zwischen den Lagern bzw. Lagerinnenringen und der Spindelwelle gegeben. Im Vergleich zu einer Lagerung auf Stahlwellen kann also ein Verlorengehen der Flächenpressung durch eine Fliehkraftaufweitung verhindert werden. Dies ermöglicht ein direktes Aufsetzen von Lagern auf die Spindelwelle, wobei auf eine radial zwischen der Lagerung und der Spindelwelle angeordnete Hülse aus Stahl verzichtet werden kann. Die Lagervorrichtung ist also radial zwischenhülsenlos ausgebildet. Außerdem kann durch die unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien eine insgesamt sehr leicht bauende und hochfeste Motorspindel bereitgestellt werden. Dadurch können Drehzahlen von bis zu 30.000 vorzugsweise bis zu 60.000 Umdrehungen pro Minute erzielt werden, wobei ein Beschleunigen und Abbremsen im Sekundentakt möglich ist. Diese Drehzahlen sind beispielsweise mit lebensdauerfettgeschmierten Lagern und einem Lagerbohrungsdurchmesser von 40 mm in starrer Anstellung realisierbar. Für andere Lagerauslegungen ergeben sich andere Drehzahlbereiche, die jeweils im Vergleich zu bekannten Konzepten ohne Qualitätsverluste deutlich höhere Drehzahlen ermöglichen. Für eine Dynamik und Energieeffizienz einer die Motorspindel aufweisenden Zerspanungsmaschine bringt dies entscheidende Vorteile.The precision, as one of the most important criteria for motor spindles, can be significantly improved. Above all, the repeatability is significantly improved, so that the motor spindle according to the invention, in particular with changing temperatures, delivers reproducible milling results at a consistently good level. In comparison to motor spindles made of steel, which expand very strongly under the influence of heat, the repeatability is enormously improved. In addition, an effort known and carried out from the prior art in steel motor spindles for generating the repeat accuracy can be reduced to zero, at least to a minimum, by providing the differently adjusted fiber-reinforced plastic materials. The advantageous embodiment is already structurally specified in the differently adjusted fiber-reinforced plastic materials, in particular any software control circuits that may be required are not required or can be reduced to a minimum. Rather, it is even possible using the structurally specified hardware in the form of fiber-reinforced Plastic materials to integrate control loops directly into the motor spindle. This means that, for example, a laminate structure of the motor spindle is designed in such a way that it no longer expands in the axial direction. In particular, a coefficient of thermal expansion of zero can be provided in the fiber-reinforced plastic materials. This makes it possible to dispense with virtually all compensation systems, so that the motor spindle can not only be manufactured more cheaply, but is also more precise at the same time. The rapid acceleration of the motor spindle as a whole, as well as the start-up and shut-down, result in particularly short cycle times. Together with the possibly achievable higher speeds with the same precision, a higher material removal per time, that is a higher metal removal rate, is possible. This is achieved by a higher rigidity of the motor spindle with a reduced weight at the same time. In particular, the fiber-reinforced plastic materials, in particular CFRP materials, have up to 100 times better damping properties compared to conventional materials such as steel, which results in significantly higher dynamic stiffnesses. In particular, critical frequencies can be shifted into a non-disruptive area. This also enables a rigid mounting of the motor spindle which can be manufactured or manufactured from the fiber-reinforced plastic material. A floating bearing, which may otherwise be required and which is known in the prior art to compensate for thermal expansions, can be dispensed with. A possibly required sliding fit inside the motor spindle can therefore be dispensed with. The motor spindle is therefore mounted without a sliding seat or loose bearing by means of a bearing device. In addition, it is known to use the differently adjusted fiber-reinforced plastic materials to adapt the motor spindle at least in certain areas so that it adapts to the requirements of the bearing devices due to centrifugal forces and / or temperature influences. In particular, an expansion caused by centrifugal force can be adapted in such a way that a press fit of roller bearings pressed onto the spindle shaft, in particular ball bearings, has a sufficient holding force even at high speeds. Slipping through of the inner bearing rings due to an expansion caused by centrifugal force can thus be reliably prevented. An undesired lifting of the bearing from the spindle shaft at high speeds is thus prevented. In all operating conditions, whether standstill or maximum speed, there is sufficient surface pressure between the bearings or bearing inner rings and the spindle shaft. In comparison to a bearing on steel shafts, a loss of surface pressure can be prevented by an expansion of the centrifugal force. This enables bearings to be placed directly on the spindle shaft, it being possible to dispense with a steel sleeve arranged radially between the bearing and the spindle shaft. The bearing device is thus formed radially without an intermediate sleeve. In addition, the differently adjusted fiber-reinforced plastic materials can provide a very lightweight and high-strength motor spindle. As a result, speeds of up to 30,000, preferably up to 60,000 revolutions per minute can be achieved, with acceleration and deceleration being possible every second. These speeds can be achieved, for example, with bearings that are lubricated for life and a bearing bore diameter of 40 mm in a rigid position. For other bearing designs, there are other speed ranges which, compared to known concepts, enable significantly higher speeds without any loss of quality. This has decisive advantages for the dynamics and energy efficiency of a cutting machine having the motor spindle.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein erstes der faserverstärkten Kunststoffmaterialien zwischen der Lagervorrichtung und einer Kühlvorrichtung angeordnet ist. Dieses erste der faserverstärkten Kunststoffmaterialien weist eine richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit auf, die in einer Richtung zwischen der Lagervorrichtung und der Kühlvorrichtung erhöht ist. Unter der Richtung zwischen der Lagervorrichtung und der Kühlvorrichtung kann insbesondere eine gedachte direkte Verbindung zwischen der Lagervorrichtung und der Kühlvorrichtung verstanden werden. Es kann jedoch auch ein gekrümmter oder anderweitig gestalteter Wärmeleitpfad zwischen der Lagervorrichtung und der Kühlvorrichtung darunter verstanden werden. In einer in einem Winkel zu der Richtung verlaufenden weiteren Richtung weist das erste faserverstärkten Kunststoffmaterial eine vergleichsweise geringere Wärmeleitfähigkeit auf. Dadurch kann ein Wärmefluss von der Lagervorrichtung hin zur Kühlvorrichtung verbessert und damit eine gewünschte Temperierung der Lagervorrichtung erzielt werden.In a preferred embodiment it is provided that a first of the fiber-reinforced plastic materials is arranged between the storage device and a cooling device. This first of the fiber-reinforced plastic materials has a direction-dependent thermal conductivity that is increased in one direction between the storage device and the cooling device. The direction between the storage device and the cooling device can in particular be understood as an imaginary direct connection between the storage device and the cooling device. However, it can also be understood to mean a curved or otherwise configured heat conduction path between the bearing device and the cooling device. In a further direction running at an angle to the direction, the first fiber-reinforced plastic material has a comparatively lower thermal conductivity. As a result, a heat flow from the storage device to the cooling device can be improved and a desired temperature control of the storage device can thus be achieved.

Alternativ oder zusätzlich ist es in diesem Zusammenhang möglich, dass das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial ausgerichtete Wärmeleitfasern aufweist. Es wurde herausgefunden, dass mittels der ohnehin bei faserverstärkten Kunststoffmaterialien erforderlichen Fasern eine richtungsgebundene Wärmleitfähigkeit eingestellt werden kann. Dies kann zu Werten von einem Vielfachen von herkömmlichen Werkstoffen wie Stahl, insbesondere bis zu einem 30-fachen ausgebaut werden. Insbesondere Karbonfasern auf einer Pechbasis mit hoher Wärmeleitfähigkeit von 100-600 W/mK, insbesondere 300 bis 600 W/mK, wurden als besonders geeignet aufgefunden. Das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial weist also insbesondere Pechfasern auf.Alternatively or additionally, it is possible in this context for the first fiber-reinforced plastic material to have aligned heat-conducting fibers. It has been found that a directional thermal conductivity can be set by means of the fibers, which are required in any case for fiber-reinforced plastic materials. This can be expanded to values a multiple of conventional materials such as steel, in particular up to a factor of 30. In particular, carbon fibers based on pitch with a high thermal conductivity of 100-600 W / mK, in particular 300 to 600 W / mK, have been found to be particularly suitable. The first fiber-reinforced plastic material therefore has, in particular, pitch fibers.

Alternativ oder zusätzlich ist es ferner denkbar, dass die Wärmeleitfasern im Wesentlichen zwischen der Lagervorrichtung und der Kühlvorrichtung verlaufen. Dadurch ist es möglich, dass jede einzelne der Wärmeleitfasern einen Teilwärmeleitpfad bildet, die sich zu einem Wärmeleitpfad aufsummieren, der von der Lagervorrichtung hin zu der Kühlvorrichtung verläuft. Alternatively or additionally, it is also conceivable that the heat conducting fibers run essentially between the bearing device and the cooling device. This makes it possible for each individual one of the heat-conducting fibers to form a partial heat-conducting path, which add up to form a heat-conducting path that runs from the bearing device to the cooling device.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein Lagerschild der Lagervorrichtung das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial aufweist. Vorzugsweise weist also das Lagerschild der Lagervorrichtung die ausgerichteten Wärmleitfasern und damit den vorteilhaften Wärmeleitpfad auf. Das Lagerschild kann in einem direkten wärmeübertragenden Anlagekontakt zu Lageraußenringen von Lagern der Lagervorrichtung angeordnet sein. Damit kann also in den Lagern entstehende Wärme, insbesondere Reibungswärme, direkt von dem jeweiligen Lageraußenring auf das Lagerschild und von dort über die ausgerichteten Wärmeleitfasern auf die Kühlvorrichtung übertragen werden. Die Kühlvorrichtung kann dazu ebenfalls in einem wärmeübertragenden Anlagekontakt mit einer den Lageraußenringen gegenüber liegenden Seite des Lagerschilds stehen. Insbesondere ist es denkbar, dass die radial außen liegende Seite des Lagerschildes benachbart zu einem ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, führenden Fluidpfad der Kühlvorrichtung angeordnet ist. Dadurch kann in die dem Außenring des jeweiligen Lagers entstehende Wärme direkt über das Lagerschild, also insbesondere die ausgerichteten Wärmeleitfasern, auf das wärmeführende Fluid, insbesondere das Wasser, übertragen werden. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Kühlung der Lagervorrichtung.It is preferably provided that a bearing plate of the bearing device has the first fiber-reinforced plastic material. The end shield of the bearing device therefore preferably has the aligned heat-conducting fibers and thus the advantageous heat-conducting path. The end shield can be arranged in direct, heat-transferring contact with bearing outer rings of bearings of the bearing device. In this way, heat generated in the bearings, in particular frictional heat, can be transferred directly from the respective bearing outer ring to the end shield and from there to the cooling device via the aligned heat-conducting fibers. For this purpose, the cooling device can likewise be in heat-transferring contact contact with a side of the end shield opposite the outer bearing rings. In particular, it is conceivable that the radially outer side of the end shield is arranged adjacent to a fluid path of the cooling device that carries a cooling medium, for example water. As a result, the heat generated in the outer ring of the respective bearing can be transferred to the heat-carrying fluid, in particular the water, directly via the end shield, ie in particular the aligned heat-conducting fibers. This results in particularly good cooling of the storage device.

Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung, weist eine Distanzhülse der Lagervorrichtung das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial auf. Die Distanzhülse kann zur Beabstandung in einem wärmeübertragenden Anlagekontakt mit Lagerinnenringen von zwei Lagern der Lagervorrichtung stehen. Vorzugsweise sind die Lagerinnenringe loslagerfrei und/oder radial zwischenhülsenlos direkt auf der Motorspindel, insbesondere dort mittels eines Presssitzes fixiert. Durch den wärmeübertragenden Anlagekontakt kann entstehende Reibungswärme auf die Distanzhülse übertragen und von dieser weitergeleitet werden. Insbesondere kann dazu die Distanzhülse mit einem Wärmeübertragungsmedium, insbesondere Pressluft beaufschlagt werden. Mittels der Pressluft kann also die mittels der Distanzhülse aufgenommene Wärme weitergeleitet und schließlich abtransportiert werden. Insbesondere weist eine Oberfläche der Distanzhülse eine Begrenzung eines das Wärmeleitmedium, bzw. die Pressluftführenden Fluidpfads auf. Durch die direkte Benetzung kann also die Wärme noch besser abgeleitet werden. Dadurch können auch die Lagerinnenringe der Lagervorrichtung sehr gut temperiert bzw. gekühlt werden.In a further possible embodiment, a spacer sleeve of the bearing device has the first fiber-reinforced plastic material. For spacing purposes, the spacer sleeve can be in heat-transferring contact contact with bearing inner rings of two bearings of the bearing device. The inner bearing rings are preferably fixed directly on the motor spindle, without loose bearings and / or radially without intermediate sleeves, in particular there by means of a press fit. Due to the heat-transferring contact contact, the frictional heat that occurs can be transferred to and from the spacer sleeve. In particular, a heat transfer medium, in particular compressed air, can be applied to the spacer sleeve for this purpose. The heat absorbed by means of the spacer sleeve can therefore be passed on by means of the compressed air and finally transported away. In particular, a surface of the spacer sleeve has a delimitation of a fluid path guiding the heat-conducting medium or the compressed air. The direct wetting means that the heat can be dissipated even better. As a result, the inner bearing rings of the bearing device can also be temperature-controlled or cooled very well.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wärmeleitfasern an einer Oberfläche des ersten faserverstärkten Kunststoffmaterials angeschnitten sind oder zumindest zu dieser Oberfläche hin verlaufen. Unter zu der Oberfläche hin verlaufenden, kann verstanden werden, dass die Fasern kurz unter der Oberfläche enden. Im Falle des direkten Anschneidens, kann es jedoch auch sein, dass diese aus der Oberfläche herausragen bzw. an dieser direkt frei liegen. Dadurch kann ein besonders guter Wärmetransport bzw. Übergang von der Oberfläche in das Wärmeleitmedium und/oder mittels des vorab beschriebenen Wärmeübertragenden Anlagekontakts stattfinden.It is particularly preferably provided that the heat conducting fibers are cut on a surface of the first fiber-reinforced plastic material or at least run towards this surface. By running towards the surface, it can be understood that the fibers end just below the surface. In the case of direct incision, however, it can also be that these protrude from the surface or are directly exposed on it. As a result, particularly good heat transport or transition from the surface to the heat-conducting medium and / or by means of the heat-transferring contact contact described above can take place.

Gemäß einer weiteren zusätzlichen oder alternativen Ausführung kann die Distanzhülse eine Einbuchtung aufweisen, in der die Wärmeleitfasern enden, wobei die Einbuchtung zum Abtransport von Wärme mit einem Wärmeleitmedium beaufschlagbar ist. Es ist denkbar, die Distanzhülse so zu fertigen, dass die Wärmeleitfasern in einer Längsrichtung der Motorspindel, insbesondere in einer Längsrichtung der Spindelwelle verlaufen. Dadurch verlaufen diese im Grundsatz von einem ersten inneren Lagerring zu einem zweiten inneren Lagerring, wobei die Distanzhülse an beiden Enden in einem wärmeübertragenden Anlagekontakt mit den Innenringen steht und gleichzeitig diese beabstandet, insbesondere dabei eine axiale Lagervorspannkraft überträgt. Mittels der Einbuchtung, die beispielsweise durch einen Materialabtrag herstellbar ist, können die Wärmeleitfasern auf einfache Art und Weise freigelegt werden. Dadurch kann also in der Distanzhülse beidseitig ein Wärmetransport von dem jeweiligen Lagerinnenring hin zu einem mittleren Bereich der Distanzhülse erfolgen. Der Wärmetransport erfolgt also von den beiden Enden der Distanzhülse hin zu einer Mitte der Distanzhülse, die die Einbuchtung aufweist. Um die Wärme endgültig abzutransportieren, kann die Einbuchtung mit dem Wärmeleitmedium, insbesondere Presslust, beaufschlagt werden. Vorteilhaft kann diese Konstruktion auch bei bereits üblichen Kühlvorrichtungen eingesetzt werden, bei denen ebenfalls zwischen zwei Lagern Pressluft eingebracht wird. Zusammenfassend müssen die vorteilhaften Wärmeleitfasern bzw. das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial mit der richtungsabhängig eingestellten Wärmeleitfähigkeit nicht an der gesamten Motorspindel vorgesehen werden. Vielmehr können die Vorteile bereits dadurch erzielt werden, dass das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial gezielt an dem Lagerschild und/oder der Lagerhülse vorgesehen ist, wobei an der übrigen Motorspindel ein als solches bekanntes übliches faserverstärktes Kunststoffmaterial verwendet wird, insbesondere ein CFK-Material.According to a further additional or alternative embodiment, the spacer sleeve can have an indentation in which the heat-conducting fibers end, the indentation being able to be acted upon with a heat-conducting medium in order to carry away heat. It is conceivable to manufacture the spacer sleeve in such a way that the heat conducting fibers run in a longitudinal direction of the motor spindle, in particular in a longitudinal direction of the spindle shaft. As a result, they basically run from a first inner bearing ring to a second inner bearing ring, the spacer sleeve being in heat-transferring contact with the inner rings at both ends and at the same time spacing them apart, in particular transmitting an axial bearing preload force. By means of the indentation, which can be produced, for example, by removing material, the heat-conducting fibers can be exposed in a simple manner. As a result, heat can be transported on both sides in the spacer sleeve from the respective inner bearing ring to a central region of the spacer sleeve. The heat is transported from the two ends of the spacer sleeve to a center of the spacer sleeve which has the indentation. In order to finally transport the heat away, the indentation can be acted upon by the heat-conducting medium, in particular pressure. This construction can also advantageously be used in the case of cooling devices that are already customary, in which compressed air is also introduced between two bearings. In summary, the advantageous heat-conducting fibers or the first fiber-reinforced plastic material with the thermal conductivity set depending on the direction do not have to be provided on the entire motor spindle. Rather, the advantages can already be achieved in that the first fiber-reinforced plastic material is specifically provided on the end shield and / or the bearing sleeve, with a conventional fiber-reinforced plastic material known as such being used on the rest of the motor spindle, in particular a CFRP material.

Bei einem ebenfalls möglichen Ausführungsbeispiel ist ein zweites der faserverstärkten Kunststoffmaterialien an der Werkzeugschnittstelle und/oder ein fünftes der faserverstärkten Kunststoffmaterialien an der Lagervorrichtung angeordnet, die jeweils, insbesondere individuell angepasst, in einer Längsrichtung der Motorspindel eine vergleichsweise höhere Steifigkeit aufweisen als in einer Umfangsrichtung der Motorspindel. Die Werkzeugschnittstelle ist üblicherweise so ausgelegt, dass die Motorspindel den Werkzeughalter im zusammengefügten Zustand umfänglich umgreift. Dadurch entsteht eine Selbsthemmung, die beim Werkzeugwechsel, also beim Herausnehmen des Werkzeughalters aus der Spindelwelle überwunden werden muss. Durch die in Umfangsrichtung herabgesetzte Steifigkeit kann eine bei der Selbsthemmung auftretende Flächenpressung und damit die Auswerfkraft, die zum Auswerfen des Werkzeughalters erforderlich ist, verringert werden. Eine gewünschte Zentrierung des Werkzeughalters während der Kopplung, also während des Betriebs der Motorspindel ist dadurch nicht beeinträchtigt. Im umgekehrten Fall, also bei den Lagern, die radial außerhalb der Spindelwelle sitzen, kann eine Fliehkraft bedingte Aufweitung der Spindelwelle vergrößert werden, insbesondere genauso gewählt werden, dass eine Flächenpressung zwischen auf die Spindelwelle aufgesetzten Lagern der Lagervorrichtung und der Spindelwelle trotz Fliehkraft bedingter Aufweitung der Lager bzw. Innenringen der Lager möglichst konstant bleibt, zumindest drehzahlbedingt so korrigiert wird, dass ein Abheben der Lager von der Spindelwelle sicher vermieden werden kann. In diesem Fall ist es also möglich, das zweite faserverstärkte Kunststoffmaterial mit dem fünften faserverstärkten Kunststoffmaterial in nur einem Bauteil zu kombinieren. Mit nur einem integralen Bauteil, das zwei unterschiedlich eingestellte faserverstärkte Kunststoffmaterialien aufweist, können also die vorab beschriebenen zwei Vorteile, also das erleichterte Auswerfen des Werkzeughalters und das Verhindern des Abhebens der Innenringe der Lager der Lagervorrichtung erzielt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die gesamte Spindelwelle so auszulegen, dass diese im Übrigen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Null oder zumindest nahezu Null hat, sodass ein dritter Vorteil, nämlich eine temperaturunabhängige Präzision bzw. relative Lage des Werkzeugs zu dem Werkstück erzielt werden kann. In diesem Fall können also durch die unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien der vorzugsweise integral ausgeführten Spindelwelle gleich drei Vorteile erzielt werden. Alternativ kann dazu auch zumindest eines der faserverstärkten Kunststoffmaterial für die beschriebenen unterschiedlichen Aufgaben an zwei Stellen des integralen Bauteils vorgesehen sein. In a likewise possible embodiment, a second of the fiber-reinforced plastic materials is arranged at the tool interface and / or a fifth of the fiber-reinforced plastic materials is arranged on the bearing device, each of which, in particular individually adapted, has a comparatively higher rigidity in a longitudinal direction of the motor spindle than in a circumferential direction of the motor spindle . The tool interface is usually designed so that the motor spindle encompasses the circumference of the tool holder in the assembled state. This creates a self-locking that must be overcome when changing tools, i.e. when removing the tool holder from the spindle shaft. As a result of the rigidity being reduced in the circumferential direction, a surface pressure that occurs during self-locking and thus the ejection force that is required to eject the tool holder can be reduced. A desired centering of the tool holder during coupling, that is, during operation of the motor spindle, is not impaired. In the opposite case, i.e. in the case of the bearings that are located radially outside the spindle shaft, a centrifugal force-related expansion of the spindle shaft can be increased, in particular it can be selected so that a surface pressure between the bearings of the bearing device placed on the spindle shaft and the spindle shaft despite centrifugal force-related expansion of the Bearing or inner rings of the bearing remains as constant as possible, is corrected at least as a result of the speed in such a way that lifting of the bearing from the spindle shaft can be reliably avoided. In this case it is therefore possible to combine the second fiber-reinforced plastic material with the fifth fiber-reinforced plastic material in just one component. With only one integral component, which has two differently adjusted fiber-reinforced plastic materials, the two advantages described above, i.e. easier ejection of the tool holder and preventing the inner rings of the bearing of the bearing device from lifting off, can be achieved. In addition, it is possible to design the entire spindle shaft so that it also has a thermal expansion coefficient of zero or at least almost zero, so that a third advantage, namely a temperature-independent precision or relative position of the tool to the workpiece, can be achieved. In this case, the differently adjusted fiber-reinforced plastic materials of the preferably integral spindle shaft can achieve three advantages. Alternatively, at least one of the fiber-reinforced plastic material can also be provided for the different tasks described at two points of the integral component.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein mit dem Werkzeughalter zusammenwirkender Wellenkonus der Spindelwelle das zweite faserverstärkte Kunststoffmaterial 45 aufweist. Der Wellenkonus dient üblicherweise zum Aufnehmen und Zentrieren eines Kegel-Hohlschafts des Werkzeughalters 13 in einem selbstgehemmten flächigen Anlagekontakt. Wie vorab beschrieben, kann eine dabei auftretende Flächenpressung durch die vorab beschriebene Einstellung des zweiten faserverstärkten Kunststoffmaterials 45 reduziert werden, was ein erleichtertes Auswerfen des Werkzeughalters und damit des Werkzeugs aus der Motorspindel ermöglicht.It is preferably provided that a shaft cone of the spindle shaft that interacts with the tool holder is the second fiber-reinforced plastic material 45 having. The shaft cone is usually used to receive and center a hollow tapered shank of the tool holder 13 in a self-inhibited, surface contact. As described above, a surface pressure that occurs can be avoided by the above-described setting of the second fiber-reinforced plastic material 45 can be reduced, which enables easier ejection of the tool holder and thus the tool from the motor spindle.

Bei einer darüber hinaus möglichen Alternative ist es denkbar, dass die Spindelwelle eine mit dem Werkzeughalter zusammenwirkende Plananlage aufweist, wobei die Plananlage und der Wellenkonus als Doppelpassung für den Werkzeughalter wirken, wobei eine Spannkraft zum Einspannen des Werkzeughalters sich im Verhältnis 90 bis 70 zu 10 bis 30, vorzugsweise ca. 80 zu 20 auf die Plananlage zu dem Wellenkonus verteilt. Es ist möglich, dass die Werkzeugschnittstelle als Normteil ausgeführt ist, wobei üblicherweise der Wellenkonus und die Plananlage anschlagen. Bei einem Einführen des Werkzeughalters in die Spindelwelle wird dadurch die Flächenpressung zum Zentrieren innerhalb des Wellenkonus aufgebaut, die wiederum mittels der Plananlage limitiert werden kann. Beim Einbringen des Werkzeughalters in die Motorspindel wirken Kräfte in einer Längsrichtung der Spindelwelle bzw. Motorspindel. Bei einer normgerechten (DIN 69063) Stahlspindel beträgt die Kraft-Verteilung von Plananlage zu Konus je nach Lage der Fertigungstoleranzen von lediglich 60 bis 35 zu 40 bis 65. Der am Wellenkonus anfallende Anteil bedingt die in entgegengesetzter Richtung erforderliche Auswerfkraft. Es ist zu erkennen, dass durch die Herabsetzung des Anteils von 65 bis 40auf 10 bis 30, vorzugsweise 20 eine deutliche Verringerung der Auswerfkraft möglich ist. Dadurch kann sowohl eine zum Auswerfen des Werkzeughalters vorgesehene Auswerfvorrichtung als auch eine zum Spannen des Werkzeugs vorgesehene Spannvorrichtung deutlich schwächer und damit kleiner ausgelegt werden. Die Auswerfvorrichtung kann also vergleichsweise kleinere Mittel zum Auswerfen und/oder Einspannen des Werkzeughalters aufweisen. Insbesondere kann es sich um einen Linearantrieb, beispielsweise um einen magnetbetätigten, pneumatisch betätigten und/oder hydraulisch betätigten Linearantrieb zum Aufbringen der auf den Werkzeughalter beim Auswerfen und/oder Einspannen erforderlichen Kraft handeln.In an alternative that is also possible, it is conceivable that the spindle shaft has a flat contact that interacts with the tool holder, the flat contact and the shaft cone acting as a double fit for the tool holder, with a clamping force for clamping the tool holder being proportionate 90 to 70 to 10 to 30th , preferably about 80 to 20 distributed on the plane contact with the wave cone. It is possible for the tool interface to be designed as a standard part, with the shaft cone and the plane contact usually striking. When the tool holder is inserted into the spindle shaft, the surface pressure for centering is built up within the shaft cone, which in turn can be limited by means of the plane contact. When the tool holder is introduced into the motor spindle, forces act in a longitudinal direction of the spindle shaft or motor spindle. With a standard-compliant (DIN 69063) steel spindle, the force distribution from the face to the cone is, depending on the location of the manufacturing tolerances, from only 60 to 35 to 40 to 65. The portion that occurs on the shaft cone causes the ejection force required in the opposite direction. It can be seen that by reducing the proportion from 65 to 40 to 10 to 30, preferably 20, a significant reduction in the ejection force is possible. As a result, both an ejection device provided for ejecting the tool holder and a clamping device provided for clamping the tool can be designed to be significantly weaker and therefore smaller. The ejection device can therefore have comparatively smaller means for ejecting and / or clamping the tool holder. In particular, it can be a linear drive, for example a magnetically actuated, pneumatically actuated and / or hydraulically actuated linear drive for applying the force required to the tool holder during ejection and / or clamping.

Eine zusätzliche Ausführungsmöglichkeit sieht vor, dass ein Spannrohr der Werkzeugschnittstelle ein drittes der faserverstärkten Kunststoffmaterialien aufweist, wobei das dritte faserverstärkte Kunststoffmaterial eine vergleichsweise hohe innere Dämpfung aufweist. Beim Betrieb der Motorspindel werden von dem Werkzeug ausgehend Schwingung anregende Vibrationen bzw. pulsierende Kräfte übertragen. Diese wirken im gespannten Zustand der Werkzeugschnittstelle auch auf das Spannrohr. Durch die vergleichsweise hohe innere Dämpfung können longitudinale und/oder radiale Schwingungen des Spannrohrs auf ein Minimum reduziert werden. Insbesondere können entsprechende Resonanzfrequenzen erhöht werden, vorzugsweise in einen unkritischen Bereich verschoben werden. Dieser Effekt tritt durch die Kombination der unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien auf, wobei die vergleichsweise hohe innere Dämpfung lediglich an den besonders schwingungsanfälligen Bauteilen vorgesehen werden muss. Die vergleichsweise hohe innere Dämpfung kann jedoch auch bereichsweise an anderen Stellen der Motorspindel vorgesehen sein, die besonders schwingungsanfällig sind.An additional embodiment provides that a clamping tube of the tool interface has a third of the fiber-reinforced plastic materials, the third fiber-reinforced plastic material having a comparatively high internal damping. When operating the motor spindle are based on the tool Vibration stimulating vibrations or pulsating forces. When the tool interface is clamped, these also act on the clamping tube. Due to the comparatively high internal damping, the longitudinal and / or radial vibrations of the clamping tube can be reduced to a minimum. In particular, corresponding resonance frequencies can be increased, preferably shifted into a non-critical range. This effect occurs through the combination of the differently adjusted fiber-reinforced plastic materials, with the comparatively high internal damping only having to be provided on the components that are particularly susceptible to vibration. The comparatively high internal damping can, however, also be provided in areas at other points on the motor spindle that are particularly susceptible to vibration.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist so ausgelegt, dass ein viertes der faserverstärkten Kunststoffmaterialien einen von einem weiteren Bauteil der Motorspindel abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder ein Zwischenring der Lagervorrichtung das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial aufweist. Insbesondere weist der Zwischenring einen Ausdehnungskoeffizienten, insbesondere mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Null oder zumindest nahe Null. Dadurch ergibt sich eine unterschiedliche thermische Ausdehnung der Spindelwelle und des darauf aufgesetzten Zwischenrings. Dies ermöglicht eine temperaturabhängige Beabstandung von zwei Wälzlagern, insbesondere Kugellagern, insbesondere von zwei Lagerinnenringen der zwei Kugellager der Antriebseinheit 17. Der Zwischenring steht bevorzugt dazu in einem kraftübertragenden Anlagekontakt mit den Innenringen der Kugellager der Lagervorrichtung. Es wurde herausgefunden, dass eine bei hohen Drehzahlen auftretende kinematische Verlagerung von Wälzkörpern und/oder Lagerringen der Lager der Lagervorrichtungen eine Vorspannkraft der Lager in einen nicht gewünschten Bereich verschieben bzw. erhöhen kann. Dadurch entstehen eine erhöhte Reibung und folglich eine erhöhte Erwärmung der Lager. Diese Erwärmung wird auf die Distanzhülse übertragen, sodass diese sich im Vergleich zu der Spindelwelle verkleinert. Dadurch wird automatisch die Lagervorspannung und damit die entstehende Wärmemenge verringert. Das speziell eingestellte vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial in Kombination mit dem faserverstärkten Kunststoffmaterial der Spindelwelle bildet also einen Regelkreis zum Einstellen der axialen Vorspannung der Lager der Lagervorrichtung. Dadurch ergibt sich eine drehzahlunabhängige bzw. drehzahlunabhängigere Lagerung der Spindelwelle, was durch die damit erzielbare verringerte Reibung zu einer längeren Standzeit der Lagervorrichtung führt. Grundsätzlich kann das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial an zumindest einem beliebigen in dem Kraftfluss der axialen Vorspannkraft liegenden Bauteil der Lagervorrichtung vorgesehen sein, insbesondere an einem zwischen den Lagerpaaren angeordneten Rotorträger, an den Lagerschilden, an der Spindelwelle und/oder an dem inneren und/oder äußeren Zwischenring.A preferred embodiment is designed such that a fourth of the fiber-reinforced plastic materials has a coefficient of thermal expansion that differs from that of a further component of the motor spindle and / or an intermediate ring of the bearing device has the fourth fiber-reinforced plastic material. In particular, the intermediate ring has a coefficient of expansion, in particular with a coefficient of thermal expansion of zero or at least close to zero. This results in a different thermal expansion of the spindle shaft and the intermediate ring placed on it. This enables a temperature-dependent spacing of two roller bearings, in particular ball bearings, in particular two bearing inner rings of the two ball bearings of the drive unit 17th . For this purpose, the intermediate ring is preferably in force-transmitting contact contact with the inner rings of the ball bearings of the bearing device. It has been found that a kinematic displacement of rolling elements and / or bearing rings of the bearings of the bearing devices occurring at high speeds can shift or increase a preload force of the bearings into an undesired range. This results in increased friction and consequently increased heating of the bearings. This heating is transferred to the spacer sleeve, so that it is smaller than the spindle shaft. This automatically reduces the bearing preload and thus the amount of heat generated. The specially adjusted fourth fiber-reinforced plastic material in combination with the fiber-reinforced plastic material of the spindle shaft thus forms a control loop for adjusting the axial preload of the bearings of the bearing device. This results in a speed-independent or speed-independent mounting of the spindle shaft, which leads to a longer service life of the bearing device due to the reduced friction that can be achieved therewith. In principle, the fourth fiber-reinforced plastic material can be provided on at least any component of the bearing device located in the force flow of the axial preload force, in particular on a rotor carrier arranged between the bearing pairs, on the end shields, on the spindle shaft and / or on the inner and / or outer intermediate ring .

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial und/oder der Zwischenring zwischen zwei Lagern der Lagervorrichtung angeordnet ist, wobei über diese eine axiale Vorspannkraft auf die Lager übertragbar ist und von den Lagern ein Wärmestrom in den Zwischenring einleitbar ist, wobei eine Temperaturerhöhung des Zwischenrings eine Reduktion der axialen Vorspannkraft bewirkt. Dadurch ist ein Regelkreis gebildet, wobei die axiale Vorspannkraft die Regelgröße des Regelkreises darstellt. Als Messglied dienen die Lager selbst, die indirekt über die erhöhte Reibung und den dadurch erhöhten Wärmestrom die axiale Vorspannkraft aufnehmen bzw. messen. Als Regler und gleichzeitig als Stellglied dient der Zwischenring. Durch den negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verringert dieser bei einer Temperaturerhöhung die axiale Vorspannkraft. Als Störgröße wirkt in diesem Regelkreis insbesondere die Drehzahl und damit die kinematische Verlagerung, die die axiale Vorspannkraft erhöht. Weitere Störgrößen können auch Längenänderung von Distanzhülsen, Welle oder anderen Teilen sein, die im Kraftfluss der Lager sind. Den Störgrößen wird also durch die Verwendung der verstärkten Kunststoffmaterialien entgegengewirkt, was gleichzeitig zu einer gewünschten Temperaturreduzierung an den Lagern führt.Alternatively or additionally, it is possible that the fourth fiber-reinforced plastic material and / or the intermediate ring is arranged between two bearings of the bearing device, whereby an axial preload force can be transmitted to the bearings via these and a heat flow can be introduced into the intermediate ring from the bearings, whereby a An increase in temperature of the intermediate ring causes a reduction in the axial preload force. As a result, a control loop is formed, the axial preload force representing the control variable of the control loop. The bearings themselves serve as measuring elements, which indirectly absorb or measure the axial preload force via the increased friction and the resulting increased heat flow. The intermediate ring serves as a controller and as an actuator at the same time. Due to the negative thermal expansion coefficient, this reduces the axial preload force when the temperature rises. The speed and thus the kinematic displacement, which increases the axial pre-tensioning force, acts as a disturbance variable in this control loop. Other disturbance variables can also be changes in the length of spacer sleeves, shafts or other parts that are in the force flow of the bearings. The disturbance variables are counteracted by the use of reinforced plastic materials, which at the same time leads to a desired temperature reduction at the bearings.

Es ist also alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Motorspindel einen Regelkreis zum Regeln der axialen Vorspannkraft aufweist, wobei das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial mit der axialen Vorspannkraft beaufschlagt ist und in Kombination mit dem weiteren Bauteil ein Messglied und/oder Stellglied des Regelkreises bildet. Der Regelkreis ist integraler Bestandteil der Bauteile der Motorspindel, was eine insgesamt einfacher aufgebaute und betreibbare Motorspindel ermöglicht.It is therefore alternatively or additionally possible that the motor spindle has a control circuit for regulating the axial preload force, the fourth fiber-reinforced plastic material being acted upon by the axial preload force and, in combination with the further component, forms a measuring element and / or actuator of the control circuit. The control loop is an integral part of the components of the motor spindle, which enables a motor spindle that is more simply constructed and operable.

Die Aufgabe ist außerdem durch ein Verfahren zum Regeln einer Lagervorrichtung gelöst, insbesondere einer Lagervorrichtung einer vorab beschriebenen Motorspindel zum Antreiben eines direkt geklemmten oder in einem Werkzeughalter gehaltenen Werkzeugs. Zunächst erfolgt ein Erzeugen eines bei einem Betrieb anfallenden Wärmestroms in einer Lagervorrichtung der Motorspindel. Dann wird der Wärmestrom in einen Zwischenring der Lagervorrichtung eingeleitet. Mittels einer durch den eingeleiteten Wärmestrom erzeugten Temperaturerhöhung erfolgt eine Verkürzung des Zwischenrings. Außerdem erfolgt ein Reduzieren einer axialen Vorspannkraft der Lagervorrichtung mittels des Verkürzens des Zwischenrings. Durch das Verfahren kann eine negative Rückkopplung und damit ein Regelkreis zum Einstellen der axialen Vorspannkraft dargestellt werden. Dies kann wie vorab beschrieben durch die Kombination von zwei unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien erfolgen. Eine kinematische Verlagerung von Wälzkörpern und/oder Lagerringen von Lagern der Lagervorrichtung bewirkt eine Erhöhung der axialen Vorspannkraft. Dadurch erhöht sich der Wärmestrom und es erfolgt eine Temperaturerhöhung des Zwischenrings. Dieser reagiert auf die Temperaturerhöhung durch eine Verkleinerung seiner axialen Länge, insbesondere relativ zu einer entsprechenden axialen Länge der Spindelwelle, auf der dieser aufgebracht ist. Dadurch verkürzt sich ein Abstand zwischen den Innenringen der Lager der Lagervorrichtung, wodurch sich die axiale Vorspannkraft erniedrigt. Die Erniedrigung der axialen Vorspannkraft durch das Zusammenziehen des Zwischenrings kann die kinematische Verlagerung zwar nicht verhindern, schafft jedoch einen Freiraum, den das entsprechende Lager beziehungsweise die Wälzkörper dabei einnehmen kann/können, wobei dadurch vorteilhaft einer sonst erzwungenen Verspannung und damit einhergehenden Erhöhung der Lagerreibung entgegengewirkt werden kann. Der so realisierte Regelkreis kann als Proportionalregler aufgefasst werden, wobei zwar eine Regelabweichung verbleibt, jedoch im Vergleich zum nicht geregelten Zustand deutlich geringere Temperaturen und/oder eine deutlich geringere Erhöhung der axialen Vorspannkraft trotz sehr hoher Drehzahlen bis zu 30.000, insbesondere 30.000 bis 60.000, insbesondere ungefähr 60.000 Umdrehungen pro Minute möglich sind. Durch die Regelung kann auf einen Schiebesitz verzichtet und alle Lager starr angestellt werden. Mit einem Lagerbohrungsdurchmesser von 40mm und lebensdauerfettgeschmierten Lagern in starrer Anstellung können beispielsweise Drehzahlen von 40.000 U/min und mehr erreicht werden. Außerdem kann ein Zeitverhalten des so realisierten Reglers beeinflusst werden durch ein Beaufschlagen des Zwischenrings mit einem Kühlmedium. Es erfolgt also optional ein Kühlen des Zwischenrings. Umso besser die Kühlung des Zwischenrings erfolgt, umso kürzer ist ein Zeitverhalten des als Messstrecke auffassbaren Wärmestroms von den Lagern in den Zwischenringen. Besonders vorteilhaft kann die Lagervorrichtung dadurch loslagerfrei und radial zwischenhülsenlos ausgelegt werden.The object is also achieved by a method for regulating a storage device, in particular a storage device of a motor spindle described above for driving a tool that is directly clamped or held in a tool holder. First, a heat flow that occurs during operation is generated in a bearing device of the motor spindle. The heat flow is then introduced into an intermediate ring of the bearing device. The intermediate ring is shortened by means of a temperature increase generated by the introduced heat flow. In addition, an axial preload force of the bearing device is reduced by shortening the Intermediate ring. A negative feedback and thus a control loop for setting the axial preload force can be represented by the method. As previously described, this can be done by combining two differently adjusted fiber-reinforced plastic materials. A kinematic displacement of rolling elements and / or bearing rings of bearings of the bearing device causes an increase in the axial preload force. This increases the heat flow and the temperature of the intermediate ring increases. This reacts to the temperature increase by reducing its axial length, in particular relative to a corresponding axial length of the spindle shaft on which it is applied. This shortens a distance between the inner rings of the bearings of the bearing device, as a result of which the axial preload force is reduced. The lowering of the axial preload force caused by the contraction of the intermediate ring cannot prevent the kinematic displacement, but creates a free space that the corresponding bearing or the rolling elements can occupy, whereby this advantageously counteracts an otherwise forced tension and the associated increase in bearing friction can be. The control loop implemented in this way can be viewed as a proportional controller, with a control deviation remaining, however, compared to the non-controlled state, significantly lower temperatures and / or a significantly lower increase in the axial preload force despite very high speeds of up to 30,000, in particular 30,000 to 60,000, in particular about 60,000 revolutions per minute are possible. The regulation means that a sliding seat can be dispensed with and all bearings can be adjusted rigidly. With a bearing bore diameter of 40mm and bearings that are grease-lubricated for life in a rigid position, speeds of 40,000 rpm and more can be achieved, for example. In addition, the time behavior of the controller implemented in this way can be influenced by applying a cooling medium to the intermediate ring. The intermediate ring is therefore optionally cooled. The better the cooling of the intermediate ring, the shorter the time behavior of the heat flow from the bearings in the intermediate rings, which can be understood as a measuring section. As a result, the bearing device can be designed particularly advantageously without loose bearings and radially without intermediate sleeves.

Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.The features listed individually in the patent claims can be combined with one another in a technologically sensible manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and by details from the figures, further embodiment variants of the invention being shown. Further advantages emerge from the subclaims and the following description of a preferred exemplary embodiment.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine Längsschnittansicht einer teilweise dargestellten Motorspindel;
  • 2 eine Detailansicht einer teilweise dargestellten Motorspindel analog der in 1 dargestellten, im Unterschied mit in eine Spindelwelle integrierten Anbauteilen;
  • 3 eine Detailansicht einer Lagervorrichtung und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen der Lagervorrichtung der in 1 gezeigten Motorspindel;
  • 4 unterschiedliche Detailansichten einer teilweise dargestellten Werkzeugschnittstelle der in 1 gezeigten Motorspindel;
  • 5 eine Prinzipdarstellung einer Lagervorrichtung einer Motorspindel analog der vorab gezeigten Motorspindeln zur Verdeutlichung einer drehzahlabhängigen Regelung einer axialen Vorspannung der Lagervorrichtung; und
  • 6 eine Längsschnittansicht einer teilweise dargestellten Motorspindel gemäß Stand der Technik.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the figures. Show it:
  • 1 a longitudinal sectional view of a partially shown motor spindle;
  • 2 a detailed view of a partially shown motor spindle analogous to that in 1 shown, in contrast with attachments integrated into a spindle shaft;
  • 3 a detailed view of a storage device and a cooling device for cooling the storage device of FIG 1 shown motor spindle;
  • 4th different detailed views of a partially shown tool interface of the in 1 shown motor spindle;
  • 5 a schematic representation of a bearing device of a motor spindle analogous to the previously shown motor spindles to illustrate a speed-dependent control of an axial preload of the bearing device; and
  • 6th a longitudinal sectional view of a partially shown motor spindle according to the prior art.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred exemplary embodiments

Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.Before the invention is described in detail, it should be pointed out that it is not restricted to the respective components of the device and the respective method steps, since these components and methods can vary. The terms used here are only intended to describe particular embodiments and are not used in a restrictive manner. If the singular or indefinite article is used in the description or in the claims, this also refers to the majority of these elements, unless the overall context clearly indicates otherwise.

6 zeigt eine teilweise dargestellte Motorspindel 11 in einer Längsschnittansicht. Zunächst wird anhand der 6 die Funktionsweise einer als solches bekannten Motorspindel 11 näher erläutert. Die bekannte Motorspindel 11 weist eine Spindelwelle 19 aus einem metallischen Werkstoff auf. Spindelwelle 19 ist mittels Lagern 61 bis 67 einer Lagervorrichtung 23 drehbar in einem Gehäuse 25 gelagert. Das Gehäuse 25 weist ebenfalls einen metallischen Werkstoff auf. An einem dritten Lager 65 und einem vierten Lager 67 ist ein Schiebesitz 107 vorgesehen, der mittels einer Feder 105 an einem metallischen Lagerschild 33 abgestützt ist. Dadurch kann eine thermische Längenausdehnung des metallischen Werkstoffes der Spindelwelle 19 ausgeglichen werden. Der Schiebesitz 107 gleitet also je nach Längenänderung der Spindelwelle 19 relativ zu dem Gehäuse 25 an dem Lagerschild 33 entlang. Dazu sind O-Ringe 109 zur Abdichtung zwischen dem Schiebesitz 107 und dem Lagerschild 33 vorgesehen. 6th shows a partially shown motor spindle 11 in a longitudinal sectional view. First, the 6th the functionality of a motor spindle known as such 11 explained in more detail. The well-known motor spindle 11 has a spindle shaft 19th made of a metallic material. Spindle shaft 19th is by means of bearings 61 to 67 a storage device 23 rotatable in a housing 25th stored. The case 25th also has a metallic material. At a third camp 65 and a fourth camp 67 is a sliding seat 107 provided by means of a spring 105 on a metallic bearing plate 33 is supported. This can cause thermal expansion of the metallic Material of the spindle shaft 19th be balanced. The sliding seat 107 So slides depending on the change in length of the spindle shaft 19th relative to the housing 25th on the end shield 33 along. There are also O-rings 109 for sealing between the sliding seat 107 and the end shield 33 intended.

Der Hauptunterschied zu den im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Motorspindeln 11 besteht darin, dass diese im Vergleich zu den in 6 verwendeten metallischen Werkstoffen zumindest ein speziell eingestelltes faserverstärktes Kunststoffmaterial aufweisen, beispielsweise karbonfaserverstärktes Kunststofffasermaterial (CFK-Werkstoff). Besonders vorteilhaft können zumindest zwei solche Materialein vorgesehen sein. Neben weiteren anhand der 1 bis 5 näher erläuterten Vorteilen, kann insbesondere die im Stand der Technik mittels des Schiebesitzes 107 realisierte Loslagerung entfallen. Stattdessen kann an einem vorderen Ende und einem hinteren Ende der Spindelwelle 19 jeweils eine Festlagerung vorgesehen sein. Aufgrund der vorteilhaft und/oder unterschiedlich eingestellten faserverstärkten Kunststoffmaterialien ist dennoch eine präzise und verschleißarme Lagerung der Spindelwelle 19 relativ zu dem Gehäuse 25 möglich.The main difference to the motor spindles according to the invention described below 11 is that compared to the in 6th metallic materials used have at least one specially adjusted fiber-reinforced plastic material, for example carbon fiber-reinforced plastic fiber material (CFRP material). At least two such materials can be provided particularly advantageously. In addition to others based on the 1 to 5 Advantages explained in more detail, can in particular those in the prior art by means of the sliding seat 107 Realized floating bearings are not required. Instead, at a front end and a rear end of the spindle shaft 19th a fixed bearing can be provided in each case. Due to the advantageous and / or differently adjusted fiber-reinforced plastic materials, there is nevertheless a precise and low-wear bearing of the spindle shaft 19th relative to the housing 25th possible.

1 zeigt eine teilweise dargestellte erfindungsgemäße Motorspindel 11 in einer Längsschnittansicht. Die Motorspindel 11 weist eine Spindelwelle 19 auf. Die Spindelwelle 19 ist mittels einer Lagervorrichtung drehbar in einem Gehäuse 25 gelagert. Dazu weist die Lagervorrichtung 23 zwischen einem vorderen Ende und einem hinteren Ende der Spindelwelle 19 zwei Lagerpaare mit einem ersten Lager 61, einem zweiten Lager 63, einem dritten Lager 65 und einem vierten Lager 67 auf. Die Lagerpaare der Lagervorrichtung 23 sind jeweils mittels einer auf der Spindelwelle 19 sitzenden Distanzhülse 35 und einer radial außerhalb der Distanzhülse 35 angeordneten äußeren Zwischenring 81 voneinander beabstandet und vorgespannt. 1 shows a partially shown motor spindle according to the invention 11 in a longitudinal sectional view. The motor spindle 11 has a spindle shaft 19th on. The spindle shaft 19th is rotatable in a housing by means of a bearing device 25th stored. To this end, the storage device 23 between a front end and a rear end of the spindle shaft 19th two bearing pairs with a first bearing 61 , a second warehouse 63 , a third camp 65 and a fourth camp 67 on. The bearing pairs of the storage device 23 are each by means of one on the spindle shaft 19th seated spacer sleeve 35 and one radially outside of the spacer sleeve 35 arranged outer intermediate ring 81 spaced apart and biased.

Die Spindelwelle 19 ist mittels einer Antriebseinheit 17 antreibbar. Bei der Antriebseinheit 17 handelt es sich um eine Elektromaschine mit einem Stator 113, Magneten 91 und einer Eisenblechung 93. Die Magnete 91 und die Eisenblechung 93 sind radial außerhalb auf einem Rotorträger 97 aufgenommen. Der Rotorträger 97 wiederum sitzt direkt auf der Spindelwelle 19. Außerdem ist radial außerhalb der Magnete 91 eine Abdeckung in Form einer Hülse 95 vorgesehen. Die Lagervorrichtung 23 weist radial oberhalb der Lager 61 bis 67 zwei Lagerschilde 33 auf. Radial oberhalb der Lagerschilde 33 ist eine Kühlhülse 79 angeordnet, die zusammen mit dem Gehäuse 25 einen Fluidpfad zum Führen eines zweiten Wärmeleitmediums 43 bereitstellt. Bei dem zweiten Wärmeleitmedium 43 kann es sich um eine Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser handeln. Das zweite Wärmeleitmedium 43 zirkuliert durch den Fluidpfad und dient zur Kühlung der Motorspindel 11, insbesondere über die Lagerschilde 33 zur Kühlung der Lager 61 bis 67 der Lagervorrichtung 23. Außerdem kann über den Fluidpfad, der auch radial oberhalb der Antriebseinheit 17 verläuft, eine von dieser erzeugten Abwärme abgeführt werden.The spindle shaft 19th is by means of a drive unit 17th drivable. At the drive unit 17th it is an electric machine with a stator 113 , Magnets 91 and an iron sheet 93 . The magnets 91 and the iron sheeting 93 are radially outside on a rotor-arm 97 recorded. The rotor arm 97 again sits directly on the spindle shaft 19th . In addition, the magnets are radially outside 91 a cover in the form of a sleeve 95 intended. The storage device 23 points radially above the bearing 61 to 67 two end shields 33 on. Radially above the end shields 33 is a cooling sleeve 79 arranged together with the housing 25th a fluid path for guiding a second heat conducting medium 43 provides. In the case of the second heat transfer medium 43 it can be a liquid such as water. The second heat transfer medium 43 circulates through the fluid path and is used to cool the motor spindle 11 , especially about the end shields 33 to cool the bearings 61 to 67 the storage device 23 . In addition, via the fluid path, which is also radially above the drive unit 17th runs, a waste heat generated by this can be dissipated.

Der Wasserfluidpfad, die Kühlhülse 79 und das Gehäuse 25 sind Teil einer Kühlvorrichtung 29 der Motorspindel 11.The water fluid path, the cooling sleeve 79 and the case 25th are part of a cooling device 29 the motor spindle 11 .

Zur Vorspannung der Lagervorrichtung 23 und zum Verschließen des Gehäuses 25 weist die Motorspindel 11 an einem vorderen Ende eine Schleuderscheibe 101 sowie einen vorderen Deckel 103 auf. Die Schleuderscheibe 101 ist radial außerhalb mit der Spindelwelle 19 montiert, beispielsweise mittels eines Presssitzes, einer Verschraubung mit der Spindelwelle und/oder einer anderen Verbindungstechnik wie Kleben, Bonden und/oder ähnliches. Der vordere Deckel 103 ist mit einem vorderen der Lagerschilde 33 montiert. An einem hinteren Ende der Motorspindel ist analog eine hintere Spannkappe 85 auf der Spindelwelle 19 montiert. Außerdem ist ein an einem hinteren der Lagerschilde 33 vorgesehener hinterer Deckel 83 montiert. An dem hinteren Deckel 83 und der hinteren Spannkappe 85 ist das vierte Lager 67 abgestützt. An der Schleuderscheibe 101 und dem vorderen Deckel 103 ist das erste Lager 61 der Lagervorrichtung 23 abgestützt.For preloading the storage device 23 and to close the housing 25th indicates the motor spindle 11 at a front end a slinger 101 and a front cover 103 on. The slinger 101 is radially outward with the spindle shaft 19th mounted, for example by means of a press fit, a screw connection to the spindle shaft and / or another connection technology such as gluing, bonding and / or the like. The front lid 103 is with a front of the end shields 33 assembled. Analogously, there is a rear clamping cap at a rear end of the motor spindle 85 on the spindle shaft 19th assembled. There is also one at a rear of the end shields 33 provided rear lid 83 assembled. On the back cover 83 and the rear clamping cap 85 is the fourth camp 67 supported. On the slinger 101 and the front cover 103 is the first camp 61 the storage device 23 supported.

Die Motorspindel 11 weist außerdem einen lediglich in den 4a und b dargestellten Werkzeughalter 13 zum Verbinden eines lediglich mittels des Bezugszeichens 15 angedeuteten Werkzeugs mit der Spindelwelle 19 der Motorspindel 11 auf. Der Werkzeughalter 13 kann in einen Wellenkonus 47 in die Spindelwelle 19 eingebracht und dort mit diesem gekoppelt werden. Dazu ist eine in den 4a und b teilweise dargestellte und lediglich angedeutete Werkzeugspannvorrichtung 115 innerhalb der Spindelwelle 19 angeordnet. Die Motorspindel 11 weist also mit der Werkzeugspannvorrichtung 115 und dem Wellenkonus 47 eine Werkzeugschnittstelle 21 zum lösbaren drehfesten Koppeln des Werkzeughalters 13 mit der Spindelwelle 19 auf.The motor spindle 11 also has one only in the 4a and b shown tool holder 13 for connecting one only by means of the reference number 15th indicated tool with the spindle shaft 19th the motor spindle 11 on. The tool holder 13 can in a shaft cone 47 in the spindle shaft 19th introduced and coupled there with this. There is also one in the 4a and b tool clamping device partially shown and only indicated 115 inside the spindle shaft 19th arranged. The motor spindle 11 So has with the tool clamping device 115 and the shaft cone 47 a tool interface 21st for detachable, non-rotatable coupling of the tool holder 13 with the spindle shaft 19th on.

Wie in 1 ebenfalls zu erkennen, ist in die Spindelwelle 19 radial unterhalb des ersten Lagers 61 ein Temperatursensor 99 integriert. Durch die integrierte Anordnung des Temperatursensors 99 kann eine Temperatur der Lagervorrichtung 23, insbesondere eines Lagerinnenrings 87 des ersten Lagers 61 besonders genau und schnell gemessen werden. Außerdem ist in dem vorderen Deckel 103 ein weiterer Temperatursensor 99 angeordnet. Dieser dient zum Messen einer Temperatur eines ersten wärmeleitenden Mediums, insbesondere Luft, das zum Kühlen der Lagervorrichtung 23 in die Motorspindel 11 einpressbar ist.As in 1 can also be seen in the spindle shaft 19th radially below the first bearing 61 a temperature sensor 99 integrated. Due to the integrated arrangement of the temperature sensor 99 can be a temperature of the storage device 23 , in particular a bearing inner ring 87 of the first camp 61 can be measured particularly precisely and quickly. Also in the front cover 103 another temperature sensor 99 arranged. This is used to measure a temperature of a first heat-conducting medium, in particular air, which is used for cooling the storage device 23 in the motor spindle 11 is press-fit.

Die in 1 gezeigte Motorspindel 11 weist zumindest zwei hinsichtlich einer Wärmeleiteigenschaft und/oder eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder einer Steifigkeit unterschiedlich eingestellte faserverstärkte Kunststoffmaterialien auf, insbesondere CFK. Insbesondere sind die Spindelwelle 19, das Gehäuse 25, die Lagerschilde 33, die Distanzhülse 35, der Wellenkonus 47, ein Spannrohr 53 der Werkzeugschnittstelle 21, ein in 1 nicht dargestellter weiterer Zwischenring 57 einer weiteren Lagervorrichtung 23, der äußere Zwischenring 81 der Lagervorrichtung 23, die Hülse 95 der Antriebseinheit 17, der Rotorträger 97 der Antriebseinheit 17 aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt. Zumindest zwei davon sind unterschiedlich eingestellt.In the 1 shown motor spindle 11 has at least two fiber-reinforced plastic materials, in particular CFRP, which are set differently with regard to a thermal conductivity property and / or a thermal expansion coefficient and / or a rigidity. In particular, the spindle shaft 19th , the housing 25th , the end shields 33 , the spacer sleeve 35 , the shaft cone 47 , a clamping tube 53 the tool interface 21st , an in 1 Another intermediate ring, not shown 57 another storage device 23 , the outer intermediate ring 81 the storage device 23 who have favourited the sleeve 95 the drive unit 17th , the rotor arm 97 the drive unit 17th made of a fiber reinforced plastic material. At least two of them are set differently.

2 zeigt eine weitere teilweise dargestellte Motorspindel 11 in einer Schnittansicht analog der 1. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Als wesentlicher Unterschied sind in 1 auf der Spindelwelle aufmontierte Bauteile wie der Rotorträger 97 und ein radial innerhalb der Spindelwelle 19 angeordneter Halter 77 als integrale Bestandteile der Spindelwelle 19 ausgeführt. Der Halter 77 dient zum Abstützen und Montieren der nicht näher dargestellten Werkzeugspannvorrichtung 115. Es ist zu erkennen, dass als weiterer Unterschied das erste Lager 61 und das zweite Lager 63 von vorne und das dritte Lager 65 und das vierte Lager 67 von hinten auf die Spindelwelle 19, also beidseitig des integrierten Rotorträgers 97 montierbar sind. Im Gegensatz dazu werden alle vier Lager 61 bis 67 bei der Motorspindel 11 gemäß 1 von der Rückseite auf die Spindelwelle 19 aufgebracht. 2 shows another partially shown motor spindle 11 in a sectional view analogous to that 1 . Only the differences are discussed below. The main difference in 1 Components mounted on the spindle shaft such as the rotor arm 97 and one radially inward of the spindle shaft 19th arranged holder 77 as an integral part of the spindle shaft 19th executed. The holder 77 serves to support and assemble the tool clamping device, not shown in detail 115 . It can be seen that the first bearing is another difference 61 and the second camp 63 from the front and the third camp 65 and the fourth camp 67 from behind onto the spindle shaft 19th , i.e. on both sides of the integrated rotor arm 97 are mountable. In contrast, all four camps 61 to 67 at the motor spindle 11 according to 1 from the rear onto the spindle shaft 19th upset.

3 zeigt eine Detailansicht der Lagervorrichtung 23 auf das erste Lager 61 und das zweite Lager 63. Die Lagervorrichtung 23 ist mittels einer Kühlvorrichtung 29 kühlbar. Die Kühlvorrichtung 29 weist ein erstes faserverstärktes Kunststoffmaterial 27 auf. Dieses weist richtungsabhängige Wärmeleiteigenschaften auf. Genauer weisen die Distanzhülse 35 und das Lagerschild 33 das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial 27 auf. Die übrigen vorab beschriebenen Komponenten weisen ein anderes faserverstärktes Kunststoffmaterial auf. Die Kühlvorrichtung 29 weist zwei Kühlkreisläufe auf, in denen ein erstes Wärmeleitmedium 41, hier Luft und das zweite Wärmeleitmedium, 43, hier Wasser, zirkulieren. Die Strömung des ersten Wärmeleitmediums 41 und entsprechende Luftfluidpfade sind mittels ersten Pfeilen 117 symbolisiert. Der Wasserfluidpfad und damit die Strömung des zweiten Wärmeleitmediums 43 ist mittels zweiten Pfeilen 119 symbolisiert. 3 shows a detailed view of the storage device 23 to the first camp 61 and the second camp 63 . The storage device 23 is by means of a cooling device 29 coolable. The cooler 29 comprises a first fiber-reinforced plastic material 27 on. This has direction-dependent thermal conductivity properties. More precisely point the spacer sleeve 35 and the bearing shield 33 the first fiber-reinforced plastic material 27 on. The other components described above have a different fiber-reinforced plastic material. The cooler 29 has two cooling circuits in which a first heat conducting medium 41 , here air and the second heat transfer medium, 43, here water, circulate. The flow of the first heat transfer medium 41 and corresponding air fluid paths are indicated by first arrows 117 symbolizes. The water fluid path and thus the flow of the second heat transfer medium 43 is by means of second arrows 119 symbolizes.

Wie in 3 dargestellt, sind sowohl in das Lagerschild 33 als auch in dem äußeren Zwischenring 81 der Lagervorrichtung 23 Luftfluidpfade eingebracht. Das erste Wärmeleitmedium 41 strömt durch einen mittleren Fluidpfad ein und wird dadurch in einen radial oberhalb der Distanzhülse 35 und entsprechend radial unterhalb des äußeren Zwischenrings 81 verbleibenden Hohlraum eingeblasen. Dadurch benetzt das erste Wärmeleitmedium 41 eine Oberfläche 37 der Distanzhülse 35. Wie in 3 weiter zu erkennen, weist die Oberfläche 37 der Distanzhülse 35 in der Längsschnittansicht eine Einbuchtung 39 auf. Die Einbuchtung 39 ist dementsprechend mit dem ersten Wärmeleitmedium 41 beaufschlagt.As in 3 shown are both in the end shield 33 as well as in the outer intermediate ring 81 the storage device 23 Introduced air fluid paths. The first heat transfer medium 41 flows in through a central fluid path and is thereby radially above the spacer sleeve 35 and correspondingly radially below the outer intermediate ring 81 remaining cavity blown. This wets the first heat-conducting medium 41 a surface 37 the spacer sleeve 35 . As in 3 further to recognize shows the surface 37 the spacer sleeve 35 an indentation in the longitudinal sectional view 39 on. The indentation 39 is accordingly with the first heat transfer medium 41 applied.

Die Distanzhülse 35 steht beidseitig mit den Lagerinnenringen 87 des ersten Lagers 61 und des zweiten Lagers 63 in einem wärmeübertragenden und kraftübertragenden Anlagekontakt. Wie mittels dritten Pfeilen 121 in 3 symbolisiert, findet ein Wärmestrom bzw. Wärmeübergang von den Lagerinnenringen 87 auf die Distanzhülse 35 statt. Die Leitung des Wärmestroms erfolgt mittels in einer Längsrichtung der Motorspindel 11 bzw. der Distanzhülse 35 in diese eingebrachten Wärmeleitfasern 31. Die Wärmeleitfasern 31 können auf Pechbasis hergestellt sein und dadurch eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.The spacer sleeve 35 stands on both sides with the bearing inner rings 87 of the first camp 61 and the second camp 63 in a heat-transferring and force-transferring contact. As with third arrows 121 in 3 symbolizes, there is a heat flow or heat transfer from the bearing inner rings 87 on the spacer sleeve 35 instead of. The heat flow is conducted by means of the motor spindle in a longitudinal direction 11 or the spacer sleeve 35 in these introduced thermal conductive fibers 31 . The thermal fibers 31 can be made on a pitch basis and thus have particularly good thermal conductivity.

Durch die optional vorgesehene Einbuchtung 39 sind die Wärmeleitfasern 31 an einer Oberfläche 37 angeschnitten bzw. führen zu dieser hin, enden insbesondere kurz unterhalb der Oberfläche 37. Dadurch kann der mittels der dritten Pfeile 121 symbolisierte Wärmetransport von den Lagerinnenringen 87 über die Wärmeleitfasern 31 zu der Oberfläche 37 der Distanzhülse 35 erfolgen. An der Oberfläche 37 wird die in den Lagern 61 und 63 anfallende und dort hingeleitete Reibungswärme von dem ersten Wärmeleitmedium 41 aufgenommen und über zwei Abluftkanäle aus der Motorspindel 11 herausgeführt.With the optional indentation 39 are the heat conducting fibers 31 on a surface 37 cut or lead to this, in particular end just below the surface 37 . This can be done using the third arrows 121 symbolized heat transport from the bearing inner rings 87 via the thermal fibers 31 to the surface 37 the spacer sleeve 35 respectively. On the surface 37 will be in the camps 61 and 63 accruing and there transferred frictional heat from the first heat conducting medium 41 recorded and via two exhaust air ducts from the motor spindle 11 led out.

Wie außerdem in 3 zu erkennen ist, weist auch das Lagerschild 33 die Wärmeleitfasern 31 auf. Diese ermöglichen einen Wärmestrom, der ebenfalls mittels dritten Pfeilen 121 symbolisiert ist, ausgehend von radial unterhalb des Lagerschilds 33 angeordneten Lageraußenringen 89 des ersten Lagers 61 und des zweiten Lagers 63 über die vorzugsweise metallische Kühlhülse 79 hinweg hin zu dem Wasserfluidpfad, also in das zweite Wärmeleitmedium 43.As also in 3 can be seen, also has the bearing plate 33 the thermal fibers 31 on. These enable a flow of heat, which is also indicated by the third arrows 121 is symbolized, starting from radially below the end shield 33 arranged bearing outer rings 89 of the first camp 61 and the second camp 63 via the preferably metallic cooling sleeve 79 away towards the water fluid path, that is, into the second heat-conducting medium 43 .

Als weitere optionale Besonderheit weist das Lagerschild 33 selbst zwei unterschiedlich eingestellte faserverstärkte Kunststoffmaterialien auf. Die Wärmeleitfasern 31 sind zwischen dem Wasserfluidpfad und dem Lageraußenring 89 des ersten Lagers 61 schräg radial nach oben angeordnet. Zwischen dem Lageraußenring 89 des zweiten Lagers 63 und dem Wasserfluidpfad sind diese radial senkrecht nach oben ausgerichtet. Dadurch kann ein gleichmäßigeres Einbringen und gezieltes Lenken bzw. Führen des Wärmestroms über das zweite Wärmeleitmedium 43 erfolgen. Die vorab beschriebenen Vorteile lassen sich dadurch erzielen, dass zumindest zwei unterschiedlich eingestellte faserverstärkte Kunststoffmaterialien, also das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial 27 des Lagerschildes 33 und/oder der Distanzhülse 35 sowie zumindest ein weiteres faserverstärktes Kunststoffmaterial vorgesehen sind.Another optional feature is the bearing shield 33 even two differently adjusted fiber-reinforced plastic materials. The thermal fibers 31 are between the water fluid path and the bearing outer ring 89 of the first camp 61 arranged obliquely radially upwards. Between the bearing outer ring 89 of the second camp 63 and the water fluid path, these are radially perpendicular aligned above. As a result, the heat flow can be introduced more uniformly and directed or guided via the second heat-conducting medium 43 respectively. The advantages described above can be achieved in that at least two differently adjusted fiber-reinforced plastic materials, that is to say the first fiber-reinforced plastic material 27 of the end shield 33 and / or the spacer sleeve 35 and at least one further fiber-reinforced plastic material are provided.

4 zeigt in vier Ansichten A bis D jeweils ein stark schematisiertes Detail der Werkzeugspannvorrichtung 115 sowie eine Kraftverteilung beim Einspannen und Ausspannen des Werkzeugs 15. 4th shows in four views A to D each a highly schematic detail of the tool clamping device 115 as well as a force distribution when clamping and unclamping the tool 15th .

Die Werkzeugspannvorrichtung 115 weist neben nicht näher dargestellten Komponenten eine Auswerfvorrichtung 75 zum Auswerfen des Werkzeughalters in Form des Spannrohrs 53 auf.The tool clamping device 115 has an ejection device in addition to components not shown in detail 75 for ejecting the tool holder in the form of the clamping tube 53 on.

In 4A ist der Werkzeughalter 13 in einem eingespannten Zustand gezeigt. Dabei sitzt ein Kegel-Hohlschaft des Werkzeughalters 13 in dem Wellenkonus 47. Der Wellenkonus 47 weist ein zweites faserverstärktes Kunststoffmaterial 45 auf. Dieses weist in einer Längsrichtung der Motorspindel eine vergleichsweise höhere Steifigkeit auf als in einer Umfangsrichtung des Wellenkonus 47 bzw. der Spindelwelle 19. Dies führt dazu, dass eine Flächenpressung des Kegel-Hohlschafts des Werkzeughalters 13 in dem Wellenkonus 47, wie in 4A dargestellt, vergleichsweise kleiner ist.In 4A is the tool holder 13 shown in a clamped state. A hollow tapered shank of the tool holder sits here 13 in the shaft cone 47 . The wave cone 47 has a second fiber-reinforced plastic material 45 on. This has a comparatively higher rigidity in a longitudinal direction of the motor spindle than in a circumferential direction of the shaft cone 47 or the spindle shaft 19th . This leads to a surface pressure of the hollow conical shank of the tool holder 13 in the shaft cone 47 , as in 4A shown is comparatively smaller.

4B zeigt einen Zustand der Werkzeugschnittstelle 21, bei der das Spannrohr 53 in Richtung des Werkzeughalters 13 verlagert ist und innerhalb des Kegel-Hohlschafts anschlägt. Dadurch wird eine Auswerfkraft 123 in den Werkzeughalter 13 eingeleitet, die eine Gegenkraft 125 an dem Wellenkonus 47 induziert. Vorteilhaft ist auf Grund des zweiten faserverstärkten Kunststoffmaterials 47 die induzierte Gegenkraft vergleichsweise gering, sodass die Auswerfvorrichtung 75 vergleichsweise schwächer ausgelegt werden kann. Dadurch kann diese mit geringeren Kräften arbeiten, insbesondere vergleichsweise kleinere Linearantriebe wie einen Hydraulikstempel aufweisen. Dadurch kann eine vergleichsweise kleiner bauende Motorspindel 11 bereitgestellt werden. Die Auswerfkraft 123 und die Gegenkraft 125 sind in 4B dargestellt. 4B shows a state of the tool interface 21st , where the clamping tube 53 towards the tool holder 13 is displaced and strikes within the hollow cone shaft. This creates an ejection force 123 in the tool holder 13 initiated a counterforce 125 on the shaft cone 47 induced. It is advantageous because of the second fiber-reinforced plastic material 47 the induced counterforce comparatively low, so that the ejector 75 can be interpreted comparatively weaker. As a result, it can work with lower forces, in particular have comparatively smaller linear drives such as a hydraulic ram. This allows a comparatively smaller motor spindle 11 to be provided. The ejection force 123 and the counterforce 125 are in 4B shown.

Im entgegengesetzten Fall, also beim Einspannen des Werkzeughalters 13 in den Wellenkonus 47 der Spindelwelle 19 wird mittels der Werkzeugspannvorrichtung 115 eine Spannkraft 127 von dem Spannrohr 53 auf den Kegel-Hohlschaft des Werkzeughalters 13 übertragen. Diese teilt sich auf in eine Konuskraft 129, des Wellenkonus 47 und in eine Anschlagkraft 131, die an einer Plananlage 49 an einem vorderen Ende der Spindelwelle 19 auftritt. Die Plananlage 49 und der Wellenkonus 47 der Spindelwelle 19 bilden eine Doppelpassung für den Werkzeughalter 13, wobei an der Doppelpassung 51 die Konuskraft 129 und die Anschlagkraft 131 induziert werden beziehungsweise von dieser als Gegenkraft zur Spannkraft 127 in den Werkzeughalter 13 eingeleitet werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Anschlagkraft 131 zur Konuskraft 129 70 bis 90 zu 10 bis 30, vorzugsweise circa 80 zu 20. Es ist zu erkennen, dass die Konuskraft durch das zweite faserverstärkte Kunststoffmaterial 45 des Wellenkonus 47 vergleichsweise gering ist, da dieses in Umfangsrichtung eine vergleichsweise geringe Steifigkeit aufweist. Dadurch ist auch die Auswerfkraft 123 geringer, wobei aufgrund der vergleichsweisen höheren Steifigkeit in Längsrichtung dennoch gute longitudinale Schwingungseigenschaften erzielt werden können. Eine gleichzeitige Optimierung beider Eigenschaften wäre bei herkömmlichen metallischen Werkstoffen nicht möglich.In the opposite case, i.e. when clamping the tool holder 13 in the shaft cone 47 the spindle shaft 19th is made using the tool clamping device 115 a resilience 127 from the clamping tube 53 on the hollow taper shank of the tool holder 13 transfer. This is divided into a conical force 129 , the shaft cone 47 and in a stop force 131 that are attached to a plan system 49 at a front end of the spindle shaft 19th occurs. The plan system 49 and the wave cone 47 the spindle shaft 19th form a double fit for the tool holder 13 , taking on the double fit 51 the cone force 129 and the impact force 131 are induced or by this as a counterforce to the clamping force 127 in the tool holder 13 be initiated. The ratio of the impact force is preferably 131 to the cone force 129 70 to 90 to 10 to 30th , preferably about 80 to 20. It can be seen that the conical force is due to the second fiber-reinforced plastic material 45 of the shaft cone 47 is comparatively low, since this has a comparatively low rigidity in the circumferential direction. This also increases the ejection force 123 lower, but due to the comparatively higher rigidity in the longitudinal direction, good longitudinal vibration properties can still be achieved. Simultaneous optimization of both properties would not be possible with conventional metallic materials.

Das Spannrohr 53 weist ein drittes faserverstärktes Kunststoffmaterial 55 mit einer vergleichsweise hohen inneren Dämpfung auf. Wie in 4A schematisch zu erkennen, können von dem Werkzeug 15 über den Werkzeughalter 13 Schwingungen auf das Spannrohr 53 übertragen werden. Diese können durch das dritte faserverstärkte Kunststoffmaterial 55, insbesondere durch die vergleichsweise hohe innere Dämpfung und das gute Dichte zu Steifigkeitsverhältnis reduziert werden und/oder in einer Eigenfrequenz in einen weniger störenden höheren Frequenzbereich verschoben werden.The clamping tube 53 has a third fiber reinforced plastic material 55 with a comparatively high internal damping. As in 4A can be seen schematically from the tool 15th via the tool holder 13 Vibrations on the clamping tube 53 be transmitted. These can be achieved through the third fiber-reinforced plastic material 55 , in particular due to the comparatively high internal damping and the good density to stiffness ratio and / or shifted in a natural frequency to a less disruptive higher frequency range.

5 zeigt eine in Längsrichtung stark überhöhte Darstellung der Lagervorrichtung 23 mit den Lagern 61 bis 67 zum Verdeutlichen einer Vorrichtung zum Regeln einer Vorspankraft 69 zum Vorspannen der Lager 61 bis 67. Die Vorspannkraft ist in 5 mittels Pfeilen und deren Wirkung mittels strichpunktierten Linien symbolisiert. Die Lageraußenringe 89 des zweiten Lagers 63 und des dritten Lagers 65 schlagen an Stufen 71 der jeweiligen Lagerschilde 33 an. Dadurch wird in diese die Vorspannkraft 69 eingeleitet. Die Lageraußenringe 89 der Lager 61 und 63 und der Lager 65 und 67 werden jeweils durch einen äußeren Zwischenring 81 voneinander beabstandet. Die äußeren Zwischenringe 81 sind jeweils radial innerhalb der Lagerschilde 33 zwischen den jeweiligen Lagerpaaren angeordnet. Die Lagerinnenringe 87 der jeweiligen Lagerpaare werden jeweils durch einen auf der Spindelwelle 19 sitzenden Zwischenring 57 voneinander beabstandet. Außerdem schlagen die Lagerinnenringe 87 des zweiten Lagers 63 und des dritten Lagers 65 jeweils an einer Seite des Rotorträgers 97 an. 5 shows a greatly exaggerated representation of the storage device in the longitudinal direction 23 with the bearings 61 to 67 to illustrate a device for regulating a pretensioning force 69 for preloading the bearings 61 to 67 . The preload force is in 5 symbolized by means of arrows and their effect by means of dash-dotted lines. The bearing outer rings 89 of the second camp 63 and the third camp 65 hit on steps 71 the respective end shields 33 on. As a result, the preload force is applied to this 69 initiated. The bearing outer rings 89 the storage 61 and 63 and the camp 65 and 67 are each through an outer intermediate ring 81 spaced from each other. The outer intermediate rings 81 are each radially inside the end shields 33 arranged between the respective pairs of bearings. The bearing inner rings 87 of the respective bearing pairs are each supported by one on the spindle shaft 19th seated intermediate ring 57 spaced from each other. In addition, the bearing inner rings hit 87 of the second camp 63 and the third camp 65 each on one side of the rotor arm 97 on.

Um die axiale Vorspannkraft 69 einzustellen, ist ein Abstand zwischen den Stufen 71 geringer als eine Länge des Rotorträgers 97. Der Unterschied kann beispielsweise 30 µm betragen, optional zwischen 25 und 35 µm. Außerdem sind die Zwischenringe 57 jeweils kürzer als die äußeren Zwischenringe 81. Die Differenz kann circa 10 µm betragen, insbesondere zwischen 8 und 12 µm. In einem Betrieb der Motorspindel 11, also bei schnell rotierender Spindelwelle 19 tendieren Wälzkörper 111 der Lager 61 bis 67 radial nach außen, was zu einer Erhöhung der Vorspannkraft 69. Dieser Effekt, der als kinematische Verlagerung bekannt ist, bewirkt bei hohen Drehzahlen eine vergleichsweise höhere Lagerreibung und damit einen vergleichsweise hohen Wärmestrom, der in 3 mittels den dritten Pfeilen 121 symbolisiert ist. Dadurch erwärmt sich der Zwischenring 57 vergleichsweise stark.About the axial preload 69 is a distance between the steps 71 less than a length of the rotor arm 97 . The difference can be, for example, 30 µm, optionally between 25 and 35 µm. Also are the intermediate rings 57 each shorter than the outer intermediate rings 81 . The difference can be approximately 10 µm, in particular between 8 and 12 µm. In one operation of the motor spindle 11 , i.e. when the spindle shaft is rotating rapidly 19th tend rolling elements 111 the storage 61 to 67 radially outwards, resulting in an increase in the preload force 69 . This effect, known as kinematic displacement, causes a comparatively higher bearing friction at high speeds and thus a comparatively high heat flow, which in 3 using the third arrows 121 is symbolized. This causes the intermediate ring to heat up 57 comparatively strong.

Vorteilhaft weist der jeweilige Zwischenring 57 ein viertes faserverstärktes Kunststoffmaterial 59 auf. Dieses weist einen von den übrigen Bauteilen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der beispielsweise kleiner als Null ist. Das bedeutet, dass sich eine Länge der Zwischenringe 57 bei einer Temperaturerhöhung relativ zu den anderen Bauteilen verändert, insbesondere verkürzt. Die anderen Bauteile, insbesondere die jeweiligen äußeren Zwischenringe 81, die Spindelwelle 19 und/oder der Rotorträger 97 weisen ein davon abweichendes Material auf, insbesondere faserverstärktes Kunststoffmaterial, insbesondere mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizient von Null, beziehungsweise ungefähr Null. Dadurch kann also der Längenunterschied zwischen dem jeweiligen äußeren Zwischenring 81 und dem Zwischenring 57 vergrößert werden. Dies führt zu einer Reduktion der Vorspannkraft 69. Den Rotorträger 97 kann man auch als Distanzhülse zwischen den Lagern 61 und 63 und der Lager 65 und 67 verstehen. Dieser kann optional zusätzlich oder allein das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial 59 aufweisen, insbesondere CFK. Dadurch kann man diesen auch durch eine abweichende Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten nutzen, um die Vorspannung beziehungsweise die axiale Vorspannkraft 69 einzustellen, zu steuern und/oder zu regeln.The respective intermediate ring advantageously has 57 a fourth fiber-reinforced plastic material 59 on. This has a coefficient of thermal expansion that differs from the other components and is, for example, less than zero. This means that there is a length of the intermediate rings 57 changed with a temperature increase relative to the other components, in particular shortened. The other components, in particular the respective outer intermediate rings 81 , the spindle shaft 19th and / or the rotor arm 97 have a different material, in particular fiber-reinforced plastic material, in particular with a thermal expansion coefficient of zero or approximately zero. As a result, the difference in length between the respective outer intermediate ring 81 and the intermediate ring 57 be enlarged. This leads to a reduction in the preload force 69 . The rotor arm 97 can also be used as a spacer sleeve between the bearings 61 and 63 and the camp 65 and 67 understand. This can optionally additionally or alone the fourth fiber-reinforced plastic material 59 have, in particular CFRP. This means that it can also be used by setting the coefficient of thermal expansion differently to adjust the preload or the axial preload force 69 adjust, control and / or regulate.

Die in 5 gezeigte Anordnung der Lagervorrichtung 23 stellt also einen Regler zum drehzahlabhängigen Einstellen der Vorspannkraft 69 der Lager 61 bis 67 bereit.In the 5 Arrangement of the storage device shown 23 thus provides a controller for speed-dependent adjustment of the preload force 69 the storage 61 to 67 ready.

Konkret wird zunächst durch den Betrieb der Motorspindel 11 ein drehzahlabhängiger Wärmestrom in den Lagern 61 bis 67 erzeugt. Der Wärmestrom ist nicht nur von der Drehzahl, sondern auch von der durch die kinematische Verlagerung der Wälzkörper 111 bewirkten Erhöhung der Vorspannkraft 69 abhängig. Als Regelgröße des Regelkreises kann also die Vorspannkraft 69 angesehen werden. Diese wird indirekt durch den mittels der dritten Pfeile 121 symbolisierten Wärmestrom von dem Zwischenring als Messglied gemessen. Dieser stellt neben dem Messglied auch gleichzeitig das Stellglied des Regelkreises dar. Der Zwischenring 57 verkürzt sich auf Grund der Eigenschaften des vierten faserverstärkte Kunststoffmaterials 59 mittels der durch den eingeleiteten Wärmestrom erzeugten Temperaturerhöhung relativ zu den übrigen Teilen im Kraftfluss. Das Verkürzen des Zwischenrings 57 bewirkt eine Reduzierung der axialen Vorspannkraft 69 der Lagervorrichtung 23. Die in 5 gezeigte Lagervorrichtung 23 ist loslagerfrei und direkt auf der Spindelwelle 19 aufgesetzt. Insbesondere die Lagerinnenringe 87 sind also direkt auf der Spindelwelle 19 gehalten, insbesondere mittels eines Presssitzes. Dies wird durch die vorteilhaften unterschiedlichen faserverstärkten Kunststoffmaterialen, insbesondere durch die in 5 näher erläuterte Regelung der Vorspannkraft 69 ermöglicht.First, the operation of the motor spindle becomes concrete 11 a speed-dependent heat flow in the bearings 61 to 67 generated. The heat flow is not only dependent on the speed, but also from the kinematic displacement of the rolling elements 111 caused an increase in the preload force 69 dependent. The preload force can therefore be used as the control variable of the control loop 69 be considered. This is indicated indirectly by means of the third arrows 121 symbolized heat flow measured by the intermediate ring as a measuring element. In addition to the measuring element, this also represents the final control element of the control loop. The intermediate ring 57 shortens due to the properties of the fourth fiber-reinforced plastic material 59 by means of the temperature increase generated by the introduced heat flow relative to the other parts in the power flow. Shortening the intermediate ring 57 causes a reduction in the axial preload force 69 the storage device 23 . In the 5 Storage device shown 23 is free of loose bearings and directly on the spindle shaft 19th put on. In particular the bearing inner rings 87 are therefore directly on the spindle shaft 19th held, in particular by means of a press fit. This is made possible by the advantageous different fiber-reinforced plastic materials, in particular by the in 5 more detailed regulation of the pre-tensioning force 69 enables.

Wie in 3 dargestellt ist es möglich, die Zwischenringe 57 zu kühlen, wodurch sich ein Zeitverhalten des Regelkreises verbessert. Insbesondere wird die Messstrecke des Regelkreises dadurch schneller.As in 3 shown it is possible to use the intermediate rings 57 to cool, which improves the timing of the control loop. In particular, this makes the measuring section of the control loop faster.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Spindelwelle 19 radial unterhalb der Lager 61 bis 67, genauer radial unterhalb der Lagerinnenringe 87 ein fünftes faserverstärktes Kunststoffmaterial 73 auf. Dieses weist in Umfangsrichtung der Spindelwelle 19 eine verringerte Steifigkeit auf als in Längsrichtung der Spindelwelle 19. Dies führt dazu, dass bei hohen Drehzahlen eine stärkere Aufweitung der Spindelwelle 19 erfolgt. Diese ist vorzugsweise so stark erhöht, dass dadurch ein Abheben der Lagerinnenringe 87 der Lager 61 bis 67 von der Spindelwelle 19 verhindert werden kann. Außerdem kann dieser Effekt auch dazu ausgenutzt werden, die Vorspannkraft 69 zusätzlich zu der Beeinflussung durch den vorab beschrieben Regelkreis direkt fliehkraftabhängig und damit drehzahlabhängig zu beeinflussen. Die Einstellung des fünften faserverstärkten Kunststoffmaterials 73 spannt also von radial unten die Lager 61 bis 67 optional zusätzlich abhängig von der Drehzahl. Dadurch kann eine über den ganzen Drehzahlbereich der Motorspindel quasi konstante Vorspannkraft 69 bewirkt werden.According to a further aspect of the invention, the spindle shaft 19th radially below the bearings 61 to 67 , more precisely radially below the bearing inner rings 87 a fifth fiber reinforced plastic material 73 on. This points in the circumferential direction of the spindle shaft 19th a reduced rigidity than in the longitudinal direction of the spindle shaft 19th . This leads to a greater expansion of the spindle shaft at high speeds 19th he follows. This is preferably increased so much that it causes the bearing inner rings to lift off 87 the storage 61 to 67 from the spindle shaft 19th can be prevented. In addition, this effect can also be used to increase the pre-tensioning force 69 In addition to influencing the control loop described above, it can be influenced directly as a function of centrifugal force and thus as a function of the speed. The setting of the fifth fiber-reinforced plastic material 73 so clamps the bearings from radially below 61 to 67 optionally also dependent on the speed. This enables a pretensioning force that is virtually constant over the entire speed range of the motor spindle 69 be effected.

Die Erfindung ist nicht auf die einzelnen Ausführungsbeispiele begrenzt. Vielmehr können die einzelnen Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungen kombiniert werden. Insbesondere können beispielsweise in einem Bauteil die Vorteile der vorab beschriebenen Kühlung und Regelung miteinander kombiniert werden.The invention is not limited to the individual exemplary embodiments. Rather, the individual exemplary embodiments can be combined to form new designs. In particular, the advantages of the cooling and regulation described above can be combined with one another in one component, for example.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

1111
MotorspindelMotor spindle
1313
WerkzeughalterTool holder
1515th
WerkzeugTool
1717th
AntriebseinheitDrive unit
1919th
SpindelwelleSpindle shaft
2121st
WerkzeugschnittstelleTool interface
2323
LagervorrichtungStorage device
2525th
Gehäusecasing
2727
erstes faserverstärktes Kunststoffmaterialfirst fiber-reinforced plastic material
2929
KühlvorrichtungCooling device
3131
WärmeleitfaserThermal fiber
3333
LagerschildBearing shield
3535
DistanzhülseSpacer sleeve
3737
Oberflächesurface
3939
Einbuchtungindentation
4141
erstes Wärmeleitmediumfirst heat transfer medium
4343
zweites Wärmeleitmediumsecond heat transfer medium
4545
zweites faserverstärktes Kunststoffmaterialsecond fiber-reinforced plastic material
4747
WellenkonusShaft cone
4949
PlananlagePlan system
5151
DoppelpassungDouble fit
5353
SpannrohrClamping tube
5555
drittes faserverstärktes Kunststoffmaterialthird fiber reinforced plastic material
5757
ZwischenringIntermediate ring
5959
viertes faserverstärktes Kunststoffmaterialfourth fiber-reinforced plastic material
6161
erstes Lagerfirst camp
6363
zweites Lagersecond camp
6565
drittes Lagerthird camp
6767
viertes Lagerfourth camp
6969
VorspannkraftPreload
7171
Stufestep
7373
fünftes faserverstärktes Kunststoffmaterialfifth fiber-reinforced plastic material
7575
AuswerfvorrichtungEjector
7777
Halterholder
7979
KühlhülseCooling sleeve
8181
äußerer Zwischenringouter intermediate ring
8383
hinterer Deckelrear lid
8585
hintere Spannkapperear clamping cap
8787
LagerinnenringBearing inner ring
8989
LageraußenringBearing outer ring
9191
MagneteMagnets
9393
EisenblechungIron sheeting
9595
HülseSleeve
9797
RotorträgerRotor arm
9999
TemperatursensorTemperature sensor
101101
SchleuderscheibeSling disc
103103
vorderer Deckelfront lid
105105
Federfeather
107107
SchiebesitzSliding seat
109109
O-RingO-ring
111111
WälzkörperRolling elements
113113
Statorstator
115115
WerkzeugspannvorrichtungTool clamping device
117117
erster Pfeilfirst arrow
119119
zweiter Pfeilsecond arrow
121121
dritter Pfeilthird arrow
123123
AuswerfkraftEjection force
125125
GegenkraftCounterforce
127127
SpannkraftResilience
129129
KonuskraftConical force
131131
AnschlagkraftImpact force

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 3069848 A1 [0002]EP 3069848 A1 [0002]
  • DE 19726341 A1 [0002]DE 19726341 A1 [0002]
  • DE 4009461 A1 [0002]DE 4009461 A1 [0002]

Claims (16)

Motorspindel (11) zum Antreiben eines direkt geklemmten oder in einem Werkzeughalter (13) gehaltenen Werkzeugs (15), mit: - einer mittels einer Antriebseinheit (17) angetriebenen Spindelwelle (19), - einer Werkzeugschnittstelle (21) zum lösbaren drehfesten Koppeln des Werkzeughalters (13) mit der Spindelwelle (19), - einer Lagervorrichtung (23) zum drehbaren Lagern der Spindelwelle (19), - einem Gehäuse (25), in dem die Spindelwelle (19), die Lagervorrichtung (23) und die Antriebseinheit (17) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspindel (11) zumindest zwei hinsichtlich einer Steifigkeit, einer Wärmeleiteigenschaft und/oder eines thermischen Ausdehnungskoeffizients unterschiedlich eingestellte faserverstärkte Kunststoffmaterialien aufweist.Motor spindle (11) for driving a tool (15) clamped directly or held in a tool holder (13), with: - a spindle shaft (19) driven by means of a drive unit (17), - a tool interface (21) for the detachable, rotationally fixed coupling of the tool holder (13) with the spindle shaft (19), - a bearing device (23) for rotatably supporting the spindle shaft (19), - a housing (25) in which the spindle shaft (19), the bearing device (23) and the drive unit (17 ), characterized in that the motor spindle (11) has at least two fiber-reinforced plastic materials which are set differently in terms of rigidity, heat conductivity and / or a coefficient of thermal expansion. Motorspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes (27) der faserverstärkten Kunststoffmaterialien zwischen der Lagervorrichtung (23) und einer Kühlvorrichtung (29) angeordnet ist, das eine richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit aufweist, die in einer Richtung, die zwischen der Lagervorrichtung (23) und der Kühlvorrichtung (29) verläuft, erhöht ist.Motor spindle after Claim 1 , characterized in that a first (27) of the fiber-reinforced plastic materials is arranged between the storage device (23) and a cooling device (29) which has a direction-dependent thermal conductivity which occurs in a direction between the storage device (23) and the cooling device ( 29) is increased. Motorspindel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial (27) ausgerichtete Wärmeleitfasern (31) aufweist.Motor spindle after Claim 2 , characterized in that the first fiber-reinforced plastic material (27) has aligned heat-conducting fibers (31). Motorspindel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfasern (31) im Wesentlichen zwischen der Lagervorrichtung (23) und der Kühlvorrichtung (29) verlaufen.Motor spindle after Claim 3 , characterized in that the heat conducting fibers (31) run essentially between the bearing device (23) and the cooling device (29). Motorspindel nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerschild (33) und/oder eine Distanzhülse (35) der Lagervorrichtung (23) das erste faserverstärkte Kunststoffmaterial (27) aufweist/en.Motor spindle according to one of the Claims 3 or 4th , characterized in that a bearing plate (33) and / or a spacer sleeve (35) of the bearing device (23) has the first fiber-reinforced plastic material (27). Motorspindel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfasern (31) an einer Oberfläche (37) angeschnitten sind oder zumindest zu der Oberfläche (37) hin verlaufen.Motor spindle according to one of the Claims 3 to 5 , characterized in that the heat conducting fibers (31) are cut on a surface (37) or at least run towards the surface (37). Motorspindel nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhülse (35) eine Einbuchtung (39) aufweist, in der die Wärmeleitfasern enden, wobei die Einbuchtung (39) zum Abtransport von Wärme mit einem Wärmeleitmedium (41) beaufschlagbar ist.Motor spindle according to one of the Claims 5 or 6th , characterized in that the spacer sleeve (35) has an indentation (39) in which the heat-conducting fibers end, the indentation (39) being able to be acted upon by a heat-conducting medium (41) to transport heat away. Motorspindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites (45) und/oder fünftes (73) der faserverstärkten Kunststoffmaterialen an der Werkzeugschnittstelle (21) und/oder radial unterhalb der Lagervorrichtung (23) angeordnet ist/sind, die in einer Längsrichtung der Spindelwelle (19) der Motorspindel (11) eine vergleichsweise höhere Steifigkeit aufweisen als in einer Umfangsrichtung der Spindelwelle (19).Motor spindle according to one of the preceding claims, characterized in that a second (45) and / or fifth (73) of the fiber-reinforced plastic materials is / are arranged at the tool interface (21) and / or radially below the bearing device (23), which are in a Longitudinal direction of the spindle shaft (19) of the motor spindle (11) have a comparatively higher rigidity than in a circumferential direction of the spindle shaft (19). Motorspindel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Werkzeughalter (13) zusammenwirkender Wellenkonus (47) der Spindelwelle (19) das zweite faserverstärkte Kunststoffmaterial (45) aufweist.Motor spindle after Claim 8 , characterized in that a shaft cone (47) of the spindle shaft (19) which cooperates with the tool holder (13) has the second fiber-reinforced plastic material (45). Motorspindel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelwelle (19) eine mit dem Werkzeughalter (13) zusammenwirkende Plananlage (49) aufweist, wobei die Plananlage (49) und der Wellenkonus (47) als Doppelpassung (51) für den Werkzeughalter (13) wirken, wobei eine Spannkraft (127) zum Einspannen des Werkzeughalters (13) sich im Verhältnis 90 bis 70 zu 10 bis 30, vorzugsweise circa 80 zu 20 auf die Plananlage (49) zu dem Wellenkonus (47) verteilt.Motor spindle after Claim 9 , characterized in that the spindle shaft (19) has a flat contact (49) cooperating with the tool holder (13), the flat contact (49) and the shaft cone (47) acting as a double fit (51) for the tool holder (13), wherein a clamping force (127) for clamping the tool holder (13) is distributed in a ratio of 90 to 70 to 10 to 30, preferably approximately 80 to 20, on the plane system (49) to the shaft cone (47). Motorspindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannrohr (53) der Werkzeugschnittstelle (21) ein drittes (55) der faserverstärkten Kunststoffmaterialen aufweist, wobei das dritte faserverstärkte Kunststoffmaterial (55) eine vergleichsweise hohe innere Dämpfung aufweist.Motor spindle according to one of the preceding claims, characterized in that a clamping tube (53) of the tool interface (21) has a third (55) of the fiber-reinforced plastic materials, the third fiber-reinforced plastic material (55) having a comparatively high internal damping. Motorspindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein viertes (59) der faserverstärkten Kunststoffmaterialien einen von einem weiteren Bauteil der Motorspindel (11) abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder ein Zwischenring (57) der Lagervorrichtung (23) das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial (59) aufweist.Motor spindle according to one of the preceding claims, characterized in that a fourth (59) of the fiber-reinforced plastic materials has a coefficient of thermal expansion that differs from a further component of the motor spindle (11) and / or an intermediate ring (57) of the bearing device (23) the fourth fiber-reinforced plastic material ( 59). Motorspindel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial (59) und/oder der Zwischenring (57) zwischen zwei Lagern (61,63;65,67) der Lagervorrichtung (23) angeordnet ist, wobei über dieses/diesen eine axiale Vorspannkraft (69) auf die Lager (61,63;65,67) übertragbar ist und von den Lagern (61,63;65,67) ein Wärmestrom in das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial (59) und/oder in den Zwischenring (57) einleitbar ist, wobei eine Temperaturerhöhung des vierten faserverstärkten Kunststoffmaterials (59) und/oder des Zwischenrings (57) eine Reduktion der axialen Vorspannkraft (69) bewirkt.Motor spindle after Claim 12 , characterized in that the fourth fiber-reinforced plastic material (59) and / or the intermediate ring (57) is arranged between two bearings (61, 63; 65, 67) of the bearing device (23), an axial pretensioning force (69 ) can be transferred to the bearings (61, 63; 65, 67) and a heat flow can be introduced from the bearings (61, 63; 65, 67) into the fourth fiber-reinforced plastic material (59) and / or into the intermediate ring (57), wherein a temperature increase of the fourth fiber-reinforced plastic material (59) and / or of the intermediate ring (57) causes a reduction in the axial pretensioning force (69). Motorspindel nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspindel einen Regelkreis zum Regeln der axialen Vorspannkraft (69) aufweist, wobei das vierte faserverstärkte Kunststoffmaterial (59) mit der axialen Vorspannkraft (69) beaufschlagt ist und in Kombination mit dem weiteren Bauteil ein Messglied und/oder Stellglied des Regelkreises bildet.Motor spindle after Claim 12 or 13 , characterized in that the motor spindle has a control loop for regulating the axial pretensioning force (69), the fourth being fiber-reinforced The axial pretensioning force (69) is applied to plastic material (59) and, in combination with the further component, forms a measuring element and / or actuator of the control circuit. Verfahren zum Regeln einer Lagervorrichtung (23), insbesondere einer Lagervorrichtung einer Motorspindel (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: - Erzeugen eines bei einem Betrieb anfallenden Wärmestroms (121) einer Lagervorrichtung (23) der Motorspindel (11), - Einleiten des Wärmestroms (121) in ein mit einer axialen Vorspannkraft beaufschlagtes erstes Bauteil der Lagervorrichtung (23), - Verändern einer Länge des ersten Bauteils mittels einer durch den eingeleiteten Wärmestrom (121) erzeugten Temperaturerhöhung relativ zu einem weiteren Bauteil der Lagervorrichtung (23), - Steuern der axialen Vorspannkraft (69) mittels des Veränderns der Länge des ersten Bauteils relativ zu dem weiteren Bauteil.Method for regulating a bearing device (23), in particular a bearing device of a motor spindle (11) according to one of the preceding claims, characterized by : - generating a heat flow (121) of a bearing device (23) of the motor spindle (11) occurring during operation, - introducing it of the heat flow (121) in a first component of the bearing device (23) which is subjected to an axial preload force, - changing a length of the first component by means of a temperature increase generated by the heat flow (121) generated relative to another component of the bearing device (23), - Controlling the axial pretensioning force (69) by changing the length of the first component relative to the further component. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch: - Einleiten des Wärmestroms in einen Zwischenring (57) der Lagervorrichtung (23) als das erste Bauteil, - Verkürzen des Zwischenrings (57) relativ zu einer diesen lagernden Spindelwelle (19) als das zweite Bauteil mittels der durch den eingeleiteten Wärmestrom (121) erzeugten Temperaturerhöhung, - Reduzieren einer axialen Vorspannkraft (69) der Lagervorrichtung (23) mittels des Verkürzens des Zwischenrings (57) relativ zu der Spindelwelle (19).Procedure according to Claim 15 , characterized by : - introducing the heat flow into an intermediate ring (57) of the bearing device (23) as the first component, - shortening the intermediate ring (57) relative to a spindle shaft (19) which supports it as the second component by means of the heat flow introduced through it (121) generated temperature increase, - reducing an axial preloading force (69) of the bearing device (23) by means of shortening the intermediate ring (57) relative to the spindle shaft (19).
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