DE102021106197A1

DE102021106197A1 - Spindelaggregat

Info

Publication number: DE102021106197A1
Application number: DE102021106197.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Zeller; Verena Hauser
Original assignee: Benz GmbH Werkzeugsysteme
Current assignee: Benz GmbH Werkzeugsysteme
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022194766A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spindelaggregat, das aufweist: ein Gehäuse, mindestens eine im Gehäuse drehbar gelagerte Spindel, wobei die Spindel zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition axial bewegbar ist, und eine Verriegelungseinrichtung zum axialen Festsetzen der Spindel im Gehäuse in der Arbeitsposition.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Spindelaggregat, insbesondere ein Mehrspindel-(Bohr-)aggregat, das zum Erstellen einer oder mehrerer Bohrungen in einem Werkstück eingesetzt werden kann. Ferner betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsmaschine mit einem solchen Spindelaggregat sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks.
Stand der Technik
Mehrspindel-Bohraggregate weisen eine Vielzahl von achsparallel angeordneten Spindeln auf, deren Anzahl und Zuordnung zueinander entsprechend einem bestimmten Lochbild entspricht. Im Zuge der Bearbeitung können dabei einzelne, mehrere oder auch alle Spindeln aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition bewegt werden, um an einem Werkstück ein entsprechendes Lochbild zu erzeugen.
Ein solches Mehrspindel-Bohraggregat ist aus der DE 101 07 861 A1 bekannt. Das in dieser Schrift gezeigte Mehrspindel-Bohraggregat umfasst ein Gehäuse, mehrere darin achsparallel angeordnete Spindeln, wobei die Spindeln axialfest und drehfrei in Spindelpatronen gelagert sind. Ferner ist jeweils ein auf eine Spindelpatrone wirkender Zustellantrieb zum wahlweisen Verlagern der Spindel aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition sowie eine Einrichtung zum Festsetzen der Spindel mit der Spindelpatrone zumindest in der Arbeitsposition vorgesehen. Jeder Spindelpatrone ist ein Vorschub- und einem Drehantrieb zugeordnet, die auf sämtliche oder auf Gruppen von Spindeln wirken. Die Einrichtung zum Festsetzen der Spindelpatrone in der Arbeitsposition weist ein zwischen der Spindelpatrone und dem Gehäuse angeordnetes Klemmstück auf, das mittels Fluiddruck in eine selbsthemmende Klemmlage bringbar und mittels einer Rückstellkraft lösbar ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spindelaggregat mit höherer Haltekraft zum axialen Halten der Spindel in einer Arbeitsposition bereitzustellen.
Anspruch 1 stellt ein entsprechendes Spindelaggregat bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind nachfolgend sowie in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Ferner betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsmaschine mit einem Spindelaggregat und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere zum Herstellen einer oder mehrerer Bohrungen in einem Werkstück.
Erfindungsgemäß wird ein Spindelaggregat bereitgestellt, das aufweist: ein Gehäuse, mindestens eine im Gehäuse drehbar gelagerte Spindel, wobei die Spindel zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition axial bewegbar ist, und eine Verriegelungseinrichtung zum axialen Festsetzen der Spindel im Gehäuse in der Arbeitsposition.
Das erfindungsgemäße Spindelaggregat hat den Vorteil, dass durch die Verriegelungseinrichtung eine erhöhte Haltekraft zum axialen Festsetzen der Spindel in der Arbeitsposition bereitgestellt werden kann. Durch die erhöhte Haltekraft können bei der Bearbeitung von Werkstücken höhere Vorschubgeschwindigkeiten realisiert werden, sodass eine verkürzte Bearbeitungszeit pro Werkstück erreicht werden kann. Dabei wird das Spindelaggregat in kompakter Bauweise realisiert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spindel in einer (beispielsweise als zylinderförmiger Hohlkörper oder als Rohr ausgebildeten) Aufnahme des Gehäuses aufgenommen, wobei die Verriegelungseinrichtung einen Verriegelungskörper oder ein mehrteiliges Verriegelungssystem in der Aufnahme festsetzt.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Verriegelungskörper oder das mehrteilige Verriegelungssystem an mindestens einem Abschnitt der Spindel und/oder einem Lager der Spindel in axialer Richtung anliegt.
Diese Ausführungsformen ermöglichen verschiedene Haltemechanismen, die je nach dem Einsatzzwecks des Spindelaggregats erforderlichen Haltekraft einzeln oder gemeinsam zur Verstärkung der Haltekraft ausgewählt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung an einem an einem Endabschnitt der Spindel vorgesehen Kolbenabschnitt angeordnet ist. Somit kann beispielsweise eine zum Bewegen der Spindel vorgesehene (pneumatische) Druckkraft auch zum Betätigen der Verriegelungseinrichtung eingesetzt werden.
Dies hat den Vorteil, dass durch die am Kolbenabschnitt vorgesehene Verriegelungseinrichtung eine erhöhte Haltekraft zum axialen Festsetzen der Spindel in der Arbeitsposition bereitgestellt werden kann. Durch die erhöhte Haltekraft können bei der Bearbeitung von Werkstücken höhere Vorschubgeschwindigkeiten realisiert werden, sodass eine verkürzte Bearbeitungszeit pro Werkstück erreicht werden kann. Dabei wird das Spindelaggregat in kompakter Bauweise realisiert.
Auch wenn die Verriegelungseinrichtung an der Spindel vorgesehen sein kann, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung eingerichtet ist, auf die bewegbare Spindel zu wirken. Insbesondere kann die Verriegelungseinrichtung im Gehäuse, insbesondere an einer im Gehäuse vorgesehenen Aufnahme (Rohr), ausgebildet oder angebracht sein. Die Verriegelungseinrichtung kann einen oder mehrere Verriegelungselemente, insbesondere Verriegelungsstifte, umfassen, die mit der Spindel oder einem an der Spindel vorgesehenen Element in Eingriff gelangt/gelangen.
Die Bewegung der Spindel von der Ruheposition zur Arbeitsposition ist insbesondere pneumatisch durchführbar. Bevorzugt kann Druckluft am Kolbenabschnitt eingesetzt werden, um eine Druckkraft am Kolbenabschnitt aufzubringen.
Das Spindelaggregat kann derart ausgelegt sein, dass der in der Arbeitsposition aus dem Gehäuse austretende Abschnitt der Spindel einen zumindest größtenteils freiliegenden Bereich der Spindel zeigt. Durch den Verzicht auf die Spindelpatronen, die zu einem solchen freiliegenden Bereich der Spindeln führen, reduzieren sich die Komplexität und die Kosten eines solchen Spindelaggregats.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein erstes Lager zum Lagern der Spindel bei einer axialen Bewegung der Spindel zusammen mit der Spindel in Richtung eines zweiten Lagers bewegbar ist. Somit kann eine durchgängige Abstützung erfolgen.
Dabei ist es bevorzugt, dass das erste Lager an einem Endabschnitt der Spindel, insbesondere am Kolbenabschnitt, aufgenommen ist. Somit ist das erste Lager an einem in axialer Richtung äußeren Abschnitt vorgesehen, sodass eine hervorragende Steifigkeit gewährleistet wird.
Es ist bevorzugt, dass die Spindel elastisch von der Arbeitsposition zur Ruheposition bewegbar ist, insbesondere mittels eines ersten Federelements. Somit kann eine ausfallsichere und dauerhafte Bewegbarkeit der Spindel von der Arbeitsposition zur Ruheposition bereitgestellt werden.
Es ist bevorzugt, dass der Kolbenabschnitt ein Kolbenelement aufweist, das in einer im Gehäuse angeordneten Aufnahme, insbesondere einem Rohr, gleitfähig aufgenommen ist. Somit kann insbesondere ein pneumatischer Antrieb zum Bewegen der Spindel von einer Ruheposition zu einer Arbeitsposition bereitgestellt werden.
Dabei ist es bevorzugt, dass das Kolbenelement einen Eingriffsabschnitt mit einer Wendelnut aufweist. Dieser Aufbau kann eine integrierte Endlagendämpfung für den Einsatz von Schnellwechselfutter und zur Schonung der Bauelemente bereitstellen.
Ferner kann das Kolbenelement einen Anlageabschnitt zum Bereitstellen eines Anschlags in der Arbeitsposition der Spindel aufweisen, sodass eine definierte Positionierung sichergestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Kolbenelement exzentrisch zur Spindel angeordnet ist. Somit können die Platzverhältnisse im Gehäuse insbesondere bei mehreren Spindeln besser genutzt und Spindeln mit einem größeren Durchmesser verwendet werden. Dies trägt dazu bei, ein Spindelaggregat mit einer erhöhten Haltekraft bereitzustellen.
In einer Ausführungsform umfasst das Spindelaggregat einen Zentrierring zum Zentrieren des Kolbenabschnitts. Durch die zusätzliche Zentrierung wird die Stützweite der Lagerung und somit die Systemsteifigkeit erhöht und die Bearbeitungsqualität kann folglich ebenfalls erhöht werden. Insbesondere wird ein Ausreißen von Bohrungen signifikant reduziert.
Der Zentrierring kann als zylinderförmiger Hohlkörper ausgebildet sein, sodass eine äußerst präzise und störungsfreie Zentrierung gewährleistet werden kann.
Es ist bevorzugt, dass die Verriegelungseinrichtung ein Trägerelement und einen relativ zum Trägerelement bewegbaren Verriegelungskörper zum axialen Festsetzen der Spindel in der Arbeitsposition aufweist. Durch die mehrteilige Ausführung kann ein zusätzlicher Hub ausgeführt werden.
Kommt beispielsweise das Trägerelement am Zentrierring zum Anschlag, bewegt sich der nachgeschaltete Verriegelungskörper noch linear weiter. Während dieses zusätzlichen Linearhubs kann ein Verriegelungselement, wie zum Beispiel ein Federring, gespreizt werden. In Arbeitsstellung wird das Verriegelungselement derart aufgeweitet, dass es in einer Aussparung verriegelt. Die Spindel ist somit linear fixiert. Weiterhin kann eine weitere Linearbewegung in den Zentrierring erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Verriegelungskörper einen sich verjüngenden Außenumfangsabschnitt aufweist, wobei in einem Freiraum zwischen dem sich verjüngenden Außenumfangsabschnitt des Verriegelungskörpers und dem Trägerelement ein Verriegelungselement (Verriegelungsring), insbesondere ein Federring, angeordnet ist. Somit kann eine hohe Haltekraft gewährleitstet werden.
Es ist bevorzugt, dass der Verriegelungskörper zumindest in der Arbeitsposition der Spindel elastisch gegen das Trägerelement verspannt ist, bevorzugt mittels einem Federelement. Beim Lösen des Verriegelungskörpers kann die Spindel somit reversibel gelöst und in die Ruheposition zurückgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein Übertragungselement mit einem Zahnradabschnitt zum Übertragen einer Drehbewegung auf die Spindel vorgesehen ist, wobei bevorzugt ist, dass die Spindel abschnittsweise im Übertragungselement aufgenommen ist. Somit kann die Spindel beispielsweise für eine Bohrbearbeitung drehend betrieben werden.
Das Spindelaggregat kann einen Abstreifer aufweisen, durch den sich die Spindel in eine äußere Umgebung des Gehäuses erstreckt. Somit wird gewährleistet, dass keine Verschmutzung während der axialen Bewegung oder der Drehbewegung der Spindel in ein Inneres des Gehäuses eindringt. Somit ist auch eine Überkopfbearbeitung möglich.
Dabei ist es bevorzugt, dass der Abstreifer bei einer Drehbewegung der Spindel mitdrehend vorgesehen ist. Der mitdrehende Abstreifer kann mit Klickverschluss befestigt werden. Der Abstreifer kann ferner ein zusätzliches Schutzlabyrinth zur besseren Abdichtung bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Spindelaggregat mehrere im Gehäuse drehbar gelagerte Spindeln aufweisen. Dabei kann eine oder es können mehrere der Spindeln wie zuvor beschrieben angeordnet oder ausgebildet sein. Ferner können die Spindeln jeweils zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition axial bewegbar sein. Damit wird es möglich, mit dem Spindelaggregat gleichzeitig mehrere Bohrungen herzustellen, die in definierter geometrischer Zuordnung in ein Werkstück einzubringen sind.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung wird eine Bearbeitungsmaschine mit einem Spindelaggregat gemäß einem der zuvor genannten Aspekte bereitgestellt, wobei das Spindelaggregat oder ein mit dem Spindelaggregat zu bearbeitendes Werkstück an einer bewegbaren Einheit aufgenommen ist. Eine solche Bearbeitungsmaschine kann insbesondere als Holzbearbeitungsmaschine ausgebildet sein.
Die Bearbeitungsmaschine hat den Vorteil, dass durch das Spindelaggregat eine erhöhte Haltekraft zum axialen Festsetzen der Spindel in der Arbeitsposition bereitgestellt werden kann. Durch die erhöhte Haltekraft können bei der Bearbeitung von Werkstücken höhere Vorschubgeschwindigkeiten realisiert werden, sodass eine verkürzte Bearbeitungszeit pro Werkstück erreicht werden kann. Dabei wird das Spindelaggregat in kompakter Bauweise realisiert.
Gemäß einer weiteren Zielrichtung wird ein Verfahren bereitgestellt. Im Rahmen des Verfahrens kann ein Spindelaggregat gemäß einem der zuvor genannten Aspekte oder eine zuvor genannte Bearbeitungsmaschine zum Einsatz kommen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bewegen einer drehbar gelagerten Spindel von einer Ruheposition zu einer Arbeitsposition, und Betätigen einer Verriegelungseinrichtung zum axialen Festsetzen der Spindel in einem Gehäuse des Spindelaggregats in der Arbeitsposition.
Insbesondere kann zum Bewegen der Spindel eine (insbesondere pneumatische) Druckkraft an einem Kolbenabschnitt angreifen, wobei der an einem Endabschnitt der Spindel vorgesehenen ist.
Es ist bevorzugt, dass die Verriegelungseinrichtung betätigt wird, wenn die Spindel die Arbeitsposition erreicht hat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung mittels eines Druckfluids, insbesondere Druckluft, bestätigt wird. Dabei ist es bevorzugt, dass das Druckfluid ferner zum Bewegen der Spindel wirkt.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

1 zeigt eine Ansicht eines Mehrspindel-Bohraggregats gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei Spindeln des Mehrspindel-Bohraggregats in einer Ruheposition angeordnet sind.
2 zeigt eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Mehrspindel-Bohraggregats in der Ruheposition.
3 zeigt eine Ansicht des Mehrspindel-Bohraggregats gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Spindeln in einer Arbeitsposition angeordnet sind.
4 zeigt eine Schnittansicht des in 3 dargestellten Mehrspindel-Bohraggregats in der Arbeitsposition.
5a zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Mehrspindel-Bohraggregats gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Ruheposition.
5b zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung einen Abschnitt des Mehrspindel-Bohraggregats gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Arbeitsposition.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsformen
Ein Spindelaggregat 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das auch als „Bohrbalken“ bezeichnet wird, kann zur Bearbeitung von, insbesondere plattenförmigen, Werkstücken eingesetzt werden. Im Rahmen eines Bearbeitungsvorgangs können ein oder mehrere Bohrungen in einem Werkstück eingebracht werden. Bei solchen Werkstücken kann es sich um Werkstücke aus Holz, Holzwerkstoff oder Verbindungsstoff handeln.
Das Spindelaggregat 10 umfasst ein Gehäuse 11, das eine Vielzahl von Spindeln 20 aufnimmt. Die Spindeln 20 weisen jeweils ein Spannfutter 21 auf, das zur Aufnahme eines Werkzeugs, insbesondere eines Bohrwerkzeugs, vorgesehen ist. Das Spindelaggregat 10 umfasst ferner einen Deckel 12, um das Gehäuse 11 abzudecken, wobei der Deckel 12 für jede der Spindeln 20 eine Öffnung aufweist, durch die sich die jeweilige Spindel 20 zu einem Äußeren des Gehäuses 11 erstreckt.
Die Spindel 20 wird bevorzugt durch ein erstes Lager 22a, ein zweites Lager 22b sowie ein drittes Lager 22c gelagert (siehe 2). Das erste Lager 22a ist zusammen mit der Spindel 20 bewegbar, wohingegen das an einem Abschnitt des Gehäuses 11 aufgenommene zweite Lager 22b und das durch den Deckel 12 aufgenommene dritte Lager 22c fixiert sind. Durch eine Bewegung des ersten Lagers 22a wird das erste Lager 22a in Richtung des zweiten Lagers 22b bewegt. In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Spindel von weiteren Lagern gelagert sein.
Die Spindel 20 weist in axialer Richtung verlaufende Nuten 23 auf, die zum Führen der Spindel 20 bei einer Bewegung von der Ruheposition in die Arbeitsposition (oder umgekehrt) vorgesehen sind. An einem vom Spannfutter 21 entgegengesetzten Ende der Spindel 20 ist eine Scheibe 25 mittels eines Befestigungsmittels 24 (beispielsweise einer Schraube) derart an der Spindel 20 angebracht, dass die Scheibe 25 einen inneren Lagerring des ersten Lagers 22a mit der Spindel 20 verspannt.
An der Spindel 20 ist ein Übertragungselement 26 befestigt, das einen Zahnradabschnitt 26a aufweist. Mittels des Übertragungselements 26 wird eine Drehbewegung von einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung an der Spindel 20 aufgebracht, um ein im Spannfutter 21 der Spindel 20 aufgenommenes Werkzeug drehend zu bewegen.
Am Übertragungselement 26 ist ein Abstreifer 30 angebracht, wobei der Abstreifer 30 mit dem Dichtungsring 31 ein zusätzliches Dichtlabyrinth ausbildet. Durch den Abstreifer 30 erstreckt sich die Spindel 20. Der Abstreifer 30 ist eingerichtet, bei Bewegung der Spindel 20 in axialer Richtung Verunreinigungen von der Spindel 20 abzustreifen, sodass diese Verunreinigungen nicht zum dritten Lager 22c gelangen können. Bei einer Drehbewegung der Spindel 20 wird der Abstreifer 30 mitgedreht.
Ein äußerer Lagerring des zweiten Lagers 22b liegt an einem Abschnitt des Gehäuses 11 an. Ein innerer Lagerring des zweiten Lagers 22b wird an einer Außenumfangsseite eines Mitnehmerelements 35 abgestützt. Das Mitnehmerelement 35 erstreckt sich abschnittsweise in die Nuten 23 der Spindel 20 und dient damit der Führung der Spindel 20 bei einer axialen Bewegung, im Zuge derer die Spindel von einer Ruheposition zu einer Arbeitsposition geführt wird (oder umgekehrt).
Im Gehäuse 11 des Spindelaggregats 10 wird ferner ein Zentrierring 40 aufgenommen, durch den sich die Spindel 20 erstreckt. Der Zentrierring 40 ist als zylindrischer Hohlkörper aus einem gehärteten Metall ausgebildet und weist eine Innenumfangsseite 41 auf, die beabstandet zur Spindel 20 (insbesondere dem Bereich der Spindel 20, in dem die Nuten 23 verlaufen) angeordnet ist.
Ein Abschnitt an einer zum Spannfutter 21 entgegengesetzten Seite der Spindel 20 verläuft innerhalb eines im Gehäuse 11 aufgenommenen Rohrs (auch als Aufnahme bezeichnet) 80, wobei das Rohr 80 abschnittsweise an einem Außenumfang des Zentrierrings 40 angeordnet ist.
An einem Endabschnitt der Spindel 20 ist ein mehrteiliger Kolbenabschnitt 100 vorgesehen, an dem eine in das Rohr 80 eingeführte Druckluft angreift. Der mehrteilige Kolbenabschnitt 100 umfasst ein Kolbenelement 50 sowie eine Verriegelungseinrichtung 60, wobei die Verriegelungseinrichtung 60 ein Trägerelement 61 sowie einen Verriegelungskörper 65 aufweist.
In einer Ruheposition des Spindelaggregats 10 ist das Kolbenelement 50 beabstandet zum Zentrierring 40 vorgesehen. Zwischen dem Kolbenelement 50 und einem zum Mitnehmerelement 35 benachbart gelegenen Bereich ist ein erstes Federelement 45 vorgesehen, das sich durch den Zentrierring 40 hindurch erstreckt und das Kolbenelement 50 in einer Richtung weg vom Zentrierring 40 bewegt.
Das Kolbenelement 50 weist einen Eingriffsabschnitt 51 auf, der eingerichtet ist, in den Zentrierring 40 einzudringen und das Kolbenelement 50 an der Innenumfangsseite 41 des Zentrierrings 40 zu zentrieren. Der Eingriffsabschnitt 51 weist an einer Außenumfangsseite eine Wendelnut auf, durch die Luft beim Eindringen des Kolbenelements 50 in den Zentrierring 40 entweichen kann. Auf diese Weise wird die Annährungsgeschwindigkeit reduziert.
Ferner umfasst das Kolbenelement 50 einen Anlageabschnitt 52, der in einer Arbeitsposition des Spindelaggregats 10 am Zentrierring 40 anliegen kann. Durch die genannte Wendelnut am Eingriffsabschnitt 51 wird die Annährungsgeschwindigkeit des Kolbenelements 50 vor einem Kontakt des Anlageabschnitts 52 am Zentrierring 40 reduziert und somit gedämpft.
Ein Außenring des ersten Lagers 22a ist am Kolbenelement 50 angebracht, indem das Befestigungsmittel 24 die Scheibe 25 gegen einen Innenring des ersten Lagers 22a anlegt und somit eine Verspannung des Außenrings des ersten Lagers 22a bewirkt.
Zum Verriegeln der Spindel 20 in einer Arbeitsposition umfasst das Spindelaggregat 10 die genannte Verriegelungseinrichtung 60. Die Verriegelungseinrichtung 60 weist das Trägerelement 61 auf, das an einem Innenumfangsabschnitt des Kolbenelements 50 angebracht ist und an einem Außenring des ersten Lagers 22a anliegt.
Ferner umfasst die Verriegelungseinrichtung 60 den Verriegelungskörper 65, der an einer Außenumfangsseite des Trägerelements 61 angeordnet ist, wobei ein Dichtring 62 eine Abdichtung zwischen dem Trägerelement 61 und dem relativ hierzu bewegbaren Verriegelungskörper 65 bewirkt. Am Trägerelement 61 ist ferner ein Haltering 63 vorgesehen, um eine axiale Beweglichkeit des Verriegelungskörpers 65 relativ zum Trägerelement 61 zu begrenzen.
Der Verriegelungskörper 65 hat eine Außenumfangsseite, die sich in Richtung des Kolbenelements 50 verjüngt. In dem zwischen dem verjüngenden Außenumfang des Verriegelungskörpers 65 und dem Rohr 80 ausgebildeten Freiraum ist ein Verriegelungsring 66 (Federring) aufgenommen, der, wenn der Verriegelungskörper 65 in Richtung des Kolbens 50 bewegt wird, eine axiale Fixierung des Trägerelements 61, und somit des damit verbundenen Kolbenelements 50 sowie der Spindel 20 bewirkt.
Zwischen dem Trägerelement 61 und dem Verriegelungskörper 65 ist ferner ein zweites Federelement 64 aufgenommen, das eine Rückstellbewegung des Verriegelungskörpers 65 bewirken kann. Bei der Rückstellbewegung wird der Verriegelungskörper 65 in einer Richtung weg vom Kolbenelement 50 bewegt.
Ferner umfasst das Spindelaggregat 10 ein Deckelelement 70, das einen Dichtring 71 zur Abdichtung des Rohrs 80 aufweist. Im Deckelelement 70 ist eine Zuleitung 72 vorgesehen, an der ein Pneumatikanschluss 90 angebracht ist. Über den Pneumatikanschluss 90 kann ein Fluid in die Zuleitung 72 eingeführt werden, um eine Bewegung der Spindel 20 herbeizuführen.
Nachfolgend wird ein Betrieb des Spindelaggregats 10 beschrieben.
Zunächst wird das Spindelaggregat 10 bevorzugt mit einer (nicht dargestellten) bewegbaren Einheit derart relativ zu einem Werkstück positioniert, dass eine Bearbeitung am Werkstück durchgeführt werden kann. Alternativ kann auch das Werkstück zum Spindelaggregat 10 mittels einer bewegbaren Einheit bewegt werden.
Im Zuge der Bearbeitung können eine oder mehrere Spindeln 20 des Spindelaggregats 10 jeweils einzeln oder in Kombination von einer Ruheposition zu einer Arbeitsposition bewegt werden. Nachfolgend soll zur Veranschaulichung die Bewegung einer der Spindeln 20 beschrieben werden.
In der Ruheposition (siehe auch 1-2) befindet sich der Verriegelungskörper 65 in Anlage mit dem am Deckelelement 70 vorgesehenen Dichtring 71. Zur Bewegung der Spindel 20 von der Ruheposition in die Arbeitsposition wird in die Zuleitung 72 Druckluft eingeführt, sodass das Kolbenelement 50 zusammen mit der Verriegelungseinrichtung 60 und der Spindel 20 in axialer Richtung bewegt wird. Bei Bewegung der Spindel 20 wird das am Kolbenelement 50 abgestützte erste Federelement 45 komprimiert.
Das Kolbenelement 50 wird bei der Bewegung von der Ruheposition in die Arbeitsposition in den Bereich des Zentrierrings 40 bewegt, sodass ein Eingriffsabschnitt 51 des Kolbenelements 50 in den Zentrierring 40 eindringt und entlang der Innenumfangsseite 41 des Zentrierrings 40 gleitet.
Da der Eingriffsabschnitt 51 des Kolbenelements 50 mit der Innenumfangsseite 41 des Zentrierrings 40 abgestimmt ist, wird das Kolbenelement 50, und somit auch die mit dem Kolbenelement 50 in Verbindung stehende Spindel 20, durch den Zentrierring 40 zentriert. Beim weiteren Einschieben des Kolbenelements 50 in den Zentrierring 40 berührt der Anlageabschnitt 52 den Zentrierring 40, sodass die Bewegung des Kolbenelements 50 endet.
Daraufhin wird der Verriegelungskörper 65 relativ zum Trägerelement 61 bewegt, wodurch das zweite Federelement 64 komprimiert wird. Durch die Bewegung des Verriegelungskörpers 65 relativ zum Trägerelement 61 wird der Verriegelungsring 66 am sich verjüngenden Außenumfangsabschnitt des Verriegelungskörpers 65 verschoben, sodass eine Verriegelung des Verriegelungskörpers 65 relativ zum Rohr 80 erreicht wird.
Bei der Bewegung der Spindel 20 wird das am Kolbenelement 50 aufgenommene erste Lager 22a in axialer Richtung mit bewegt, sodass der Abstand zwischen dem ersten Lager 22a und dem zweiten Lager 22b verkürzt wird. Da das Kolbenelement 50 durch den Zentrierring 40 zentriert wird, wird auch das erste Lager 22a durch die Zentrierung abgestützt, sodass eine äußert präzise und stabile Lagerung der Spindel 20 in der Arbeitsposition der Spindel 20 gewährleistet wird.
Wenn sich die Spindel 20 in der Arbeitsposition befindet, kann die Spindel 20 durch eine Drehbewegung des Übertragungselements 26 in eine Drehbewegung versetzt werden, um eine Bearbeitung, insbesondere eine Bohrbearbeitung, durchzuführen.
Nach Abschluss der Bearbeitung wird die Spindel 20 wieder von der Arbeitsposition in die Ruheposition bewegt. Hierzu entweicht der im Rohr 80 zwischen dem Deckelelement 70 und der Verriegelungseinrichtung 60 vorliegende Druck durch die Zuleitung 72, sodass zunächst der Verriegelungskörper 65 relativ zum Trägerelement 61 bewegt wird. Dabei wird die mit dem Verriegelungsring (Verriegelungselement) 66 bewirkte Verriegelung gelöst. Nachdem die Verriegelung gelöst wurde oder im Zuge des Lösens der Verriegelung wird das Kolbenelement 50 durch die Federkraft des ersten Federelements 45, und damit die Verriegelungseinrichtung 60 sowie die Spindel 20, in axialer Richtung in Richtung des Deckelelements 70 bewegt, bis der Verriegelungskörper 65 am Dichtring 71 oder am Deckelelement 70 zur Anlage kommt.
Gemäß einer Modifikation der beschriebenen Ausführungsform sind das Trägerelement 61 und das Kolbenelement 50 einteilig ausgeführt.
Anhand der 5a, 5b wird eine zweite Ausführungsform eines Spindelaggregats 10' beschrieben. Die 5a, 5b zeigen jeweils einen Abschnitt des Spindelaggregats 10' in einer Ruheposition (5a) und in einer Arbeitsposition (5b). Weitere Elemente und Komponenten des Spindelaggregats 10' wurden zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen, um lediglich die Unterschiede zur ersten Ausführungsform hervorzuheben. Demnach wird bezüglich weiterer Aspekte auf die Erläuterungen zur ersten Ausführungsform oder weiteren bereits beschriebenen Modifikationen verwiesen.
Das Spindelaggregat 10' umfasst ein Gehäuse 11', das, ähnlich wie das Gehäuse 11 des Spindelaggregats 10 der ersten Ausführungsform, eine oder mehrere Spindeln aufnehmen kann, wobei in den 5a, 5b lediglich eine Spindel 20' dargestellt ist. Die Spindel 20' kann drehend angetrieben werden, um beispielsweise ein Bohrwerkzeug oder ähnliches zu betreiben.
Die Spindel 20' ist in einem Rohr 80' (auch als Aufnahme bezeichnet) abschnittsweise aufgenommen. Das Spindelaggregat 10' umfasst eine Verriegelungseinrichtung 60', die innen am Gehäuse 11' bevorzugt in einem zusätzlichen Hohlraum des Rohres 80' angeordnet ist, sodass die Verriegelungseinrichtung 60', wie nachfolgend erläutert, die Spindel 20' in einer Arbeitsposition axial festsetzen kann.
Hierzu umfasst die Spindel 20' einen Ring 27', der bevorzugt in einer Aussparung der Spindel 20' aufgenommen ist und in dem die Spindel 20' bevorzugt rotierend gelagert ist. Hierzu ist in den 5a bzw. 5b ein Lager zwischen dem Ring 27` und der Spindel 20' zeichnerisch angedeutet.
Die Verriegelungseinrichtung 60' umfasst zwei Verriegelungsstifte (Verriegelungselemente) 67a', 67b', die durch eine bevorzugt lineare Bewegung mittels nicht konkret dargestellter pneumatische oder elektrischer Antriebe derart in den Bereich der Spindel 20' geführt werden können, dass zumindest einer, bevorzugt beide, der Verriegelungsstifte 67a', 67b' in der Arbeitsposition der Spindel 20' den Ring 27' erfasst oder erfassen. Somit wird der Ring 27' in axialer Richtung gehalten und damit die Spindel 20' festgesetzt.
In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen, umfasst die Verriegelungseinrichtung 60' nur den in den 5a und 5b links dargestellten Verriegelungsstift 67a', oder zwei Verriegelungsstiftpaare die sich in Bezug auf die Spindel 20' gegenüberliegen, oder auch drei bzw. vier Verriegelungsstiftpaare die um 120° bzw. 90° versetzt um den Querschnitt der Spindel 20' angeordnet sind.
Um zu vermeiden, dass der oder die Verriegelungsstifte 67a', 67b' an den äußeren Kanten des Rings 27' verkantet bzw. verkanten, ist der oder sind die Verriegelungsstifte 67a', 67b' bevorzugt am freien Ende konisch zulaufend. Aus dem gleichen Grund zeigt der Ring 27' im Querschnitt bevorzugt zwei Kreise oder die äußeren Kanten haben bevorzugt eine konische Gestaltung, so dass das freie Ende des bzw. der Verriegelungsstifte 67a', 67b' am äußeren Umfang des Ring 27' ohne Widerstand entlang gleiten kann bzw. können.
Werden die Verriegelungsstifte 67a', 67b' wieder in ihre Ausgangsposition bewegt, so kann die Spindel 20' zurück in die Ruheposition bewegt werden.
Auch wenn die zuvor beschriebenen Ausführungsformen Spindelaggregate beschreiben, die bevorzugt für eine Bohrbearbeitung verwendet werden, können gemäß weiteren Ausführungsformen auch andere spanende, beispielweise eine Fräsbearbeitung, oder auch nicht-spanende Bearbeitungen durchgeführt werden.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass einzelne, jeweils in verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale auch in einer einzigen Ausführungsform umgesetzt werden können, sofern sie nicht strukturell inkompatibel sind. Gleichermaßen können verschiedene Merkmale, die im Rahmen einer einzelnen Ausführungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungsformen einzeln oder in jeder geeigneten Unterkombination vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

10, 10': Spindelaggregat
11, 11': Gehäuse
12: Deckel
20, 20': Spindel
21: Spannfutter
22a: erstes Lager
22b: zweites Lager
22c: drittes Lager
23: Nut
24: Befestigungsmittel
25: Scheibe
26: Übertragungselement
26a: Zahnradabschnitt
27': Ring
30: Abstreifer
31: Dichtungsring
35: Mitnehmerelement
40: Zentrierring
41: Innenumfangsseite
45: erstes Federelement
50: Kolbenelement
51: Eingriffsabschnitt
52: Anlageabschnitt
60, 60': Verriegelungseinrichtung
61: Trägerelement
62: Dichtring
63: Haltering
64: zweites Federelement
65: Verriegelungskörper
66: Verriegelungselement (Verriegelungsring)
67a', 67b': Verriegelungselement (Verriegelungsstift)
70: Deckelelement
71: Dichtring
72: Zuleitung
80: Rohr (Aufnahme)
90: Pneumatikanschluss
100: Kolbenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10107861 A1 [0003]

Claims

Spindelaggregat (10, 10'), umfassend: ein Gehäuse (11, 11'), mindestens eine im Gehäuse (11, 11') drehbar gelagerte Spindel (20, 20'), wobei die Spindel (20, 20') zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition axial bewegbar ist, und eine Verriegelungseinrichtung (60, 60') zum axialen Festsetzen der Spindel (20, 20') im Gehäuse (11) in der Arbeitsposition.
Spindelaggregat (10, 10') gemäß Anspruch 1, wobei die Spindel (20, 20') in einer Aufnahme (80, 80') des Gehäuses (11, 11') aufgenommen ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (60, 60') einen Verriegelungskörper (65) oder ein mehrteiliges Verriegelungssystem (61, 65) in der Aufnahme (80) festsetzt, und wobei bevorzugt ist, dass der Verriegelungskörper (65) oder das mehrteilige Verriegelungssystem (61, 65) an mindestens einem Abschnitt (22a) der Spindel (20) und/oder einem Lager (22a) der Spindel (20) in axialer Richtung anliegt.
Spindelaggregat (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Verriegelungseinrichtung (60) an einem an einem Endabschnitt der Spindel (20) vorgesehen Kolbenabschnitt (100) angeordnet ist.
Spindelaggregat (10, 10') gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Spindelaggragat (10, 10') derart ausgelegt ist, dass der in der Arbeitsposition aus dem Gehäuse (11, 11') austretende Abschnitt der Spindel (20, 20') einen zumindest größtenteils freiliegenden Bereich der Spindel (20) zeigt.
Spindelaggregat (10, 10') gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein erstes Lager (22a) zum Lagern der Spindel (20, 20') bei einer axialen Bewegung der Spindel (20) zusammen mit der Spindel (20, 20') in Richtung eines zweiten Lagers (22b) bewegbar ist, wobei das erste Lager (22a) bevorzugt an einem Endabschnitt der Spindel (20, 20') aufgenommen ist.
Spindelaggregat (10, 10') gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Spindel (20, 20') elastisch von der Arbeitsposition zur Ruheposition bewegbar ist, insbesondere mittels eines ersten Federelements (45).
Spindelaggregat (10) gemäß Anspruch 3, wobei der Kolbenabschnitt (100) ein Kolbenelement (50) aufweist, das in einer im Gehäuse (11) angeordneten Aufnahme (80), insbesondere einem Rohr, gleitfähig aufgenommen ist.
Spindelaggregat (10) gemäß Anspruch 7, wobei das Kolbenelement (50) einen Eingriffsabschnitt (51) mit einer Wendelnut aufweist, wobei das Kolbenelement (50) ferner bevorzugt einen Anlageabschnitt (52) zum Bereitstellen eines Anschlags in der Arbeitsposition der Spindel (20) aufweist.
Spindelaggregat (10, 10') gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Kolbenelement (50) exzentrisch zur Spindel (20) angeordnet ist.
Spindelaggregat (10, 10') gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend einen Zentrierring (40) zum Zentrieren des Kolbenabschnitts (100), wobei der Zentrierring (40) insbesondere als zylinderförmiger Hohlkörper ausgebildet ist.
Spindelaggregat (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Verriegelungseinrichtung (60) ein Trägerelement (61) und einen relativ zum Trägerelement (61) bewegbaren Verriegelungskörper (65) zum axialen Festsetzen der Spindel (20) in der Arbeitsposition aufweist.
Spindelaggregat (10) gemäß Anspruch 11, wobei der Verriegelungskörper (65) einen sich verjüngenden Außenumfangsabschnitt aufweist, wobei in einem Freiraum zwischen dem sich verjüngenden Außenumfangsabschnitt des Verriegelungskörper (65) und dem Trägerelement (61) ein Verriegelungselement (66) angeordnet ist.
Spindelaggregat (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei der Verriegelungskörper (65) zumindest in der Arbeitsposition der Spindel (20) elastisch gegen das Trägerelement (61) verspannt ist, bevorzugt mittels einem Federelement (64).
Spindelaggregat (10, 10') gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein Übertragungselement (26) mit einem Zahnradabschnitt (26a) zum Übertragen einer Drehbewegung auf die Spindel (20), wobei bevorzugt ist, dass die Spindel (20) abschnittsweise im Übertragungselement aufgenommen ist.
Spindelaggregat (10, 10') gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend einen Abstreifer (30), durch den sich die Spindel (20) zu einer äußeren Umgebung des Gehäuses (11) erstreckt, wobei bevorzugt ist, dass der Abstreifer (30) bei einer Drehbewegung der Spindel (20) mitdrehend vorgesehen ist.
Bearbeitungsmaschine mit einem Spindelaggregat gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Spindelaggregat (10, 10') oder ein mit dem Spindelaggregat (10, 10') zu bearbeitendes Werkstück an einer bewegbaren Einheit aufgenommen ist.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks unter Einsatz eines Spindelaggregats (10, 10'), bevorzugt eines Spindelaggregats (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 1-15, umfassend die Schritte: Bewegen einer drehbar gelagerten Spindel (20, 20') von einer Ruheposition zu einer Arbeitsposition, Betätigen einer Verriegelungseinrichtung (60, 60') zum axialen Festsetzen der Spindel (20, 20') in einem Gehäuse (11, 11') des Spindelaggregats (10, 10') in der Arbeitsposition.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei zum Bewegen der Spindel (20, 20') eine Druckkraft an einem Kolbenabschnitt (100) angreift, der an einem Endabschnitt der Spindel (20, 20') vorgesehen ist.