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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schnellfrequenzspindel der dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
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Unter
Schnellfrequenzspindel sind solche Werkzeugmaschinen zu verstehen,
die für
die üblichen
Bearbeitungsaufgaben wie Fräsen,
Bohren, Schleifen und dergleichen dienen, meist jedoch kein eigenes
Maschinengestell besitzen. Sie werden dann vielmehr an ihrem meist
zumindest in axialen Abschnitten zylindrischen Gehäuse in eine
externe Aufspannvorrichtung eingespannt. Der direkt auf die Spindelwelle
wirkende – meist
elektrisch betriebene – Antriebsmotor
erzeugt hohe Drehzahlen im Bereich von 30.000 bis weit über 100.000
U/min.
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Eine
Schnellfrequenzspindel kann jedoch auch integrierter Bestandteil
einer Bearbeitungsmaschine sein.
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Die
Spindelwelle ist an ihrem der Ankopplung eines Werkzeugs dienenden
Ende üblicherweise
mit einem Werkzeughalter versehen, der – je nach Ausführungsform – einen
manuellen oder einen vollautomatischen Werkzeugwechsel gestattet.
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Insbesondere
an die Werkzeughalter von Schnellfrequenzspindeln für Drehzahlen über 100.000
U/min müssen
sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, da bereits
geringe Unwuchten zu erheblichen Belastungen der Radiallager der
Spindel führen
und deren Standzeit erheblich reduzieren können.
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Die
Werkzeughalter sind im Falle der besonders hoch drehenden Schnellfrequenzspindeln üblicherweise
einstückig
hergestellt. Sie weisen eine zentrale Bohrung auf, deren Innendurchmesser
an den Außendurchmesser
des aufzunehmenden Werkzeugs angepasst ist. Um das Werkzeug kraftschlüssig in
dem Werkzeughalter fixieren zu können,
ist dieser im Bereich der Werkzeugaufnahme durch parallel zur Spindelachse
verlaufende radiale Schlitze mehrfach unterteilt und weist in diesem
Bereich eine sich vom freien Ende her sich konisch verjüngende äußere Umfangsfläche auf,
die mit einer im vorderen Endbereich der Spindelwelle ausgebildeten
komplementären
Innenumfangsfläche
zusammenwirkt. Zwischen den Schlitzen sind somit einzelne Spannelemente
ausgebildet, die zur Erzeugung des Kraftschlusses mit dem Werkzeug
elastisch verformt werden, wenn der Werkzeughalter durch eine axial
wirkende Kraft in den konischen Sitz gezogen wird. Hierzu dient
meist ein in einer zentralen Ausnehmung der Spindelwelle in Längsrichtung
verlagerbarer Zuganker, der in Einzugsrichtung des Werkzeughalters kraftbeaufschlagt,
beispielsweise federkraftbeaufschlagt ist, wozu beispielsweise eine
zwischen der Spindelwelle und dem Zugbolzen wirkende Tellerfederanordnung
dient.
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Der
Werkzeughalter weist bei den bekannten Ausführungsformen in seinem der
Werkzeugaufnahme gegenüberliegenden
Endbereich eine axiale Gewin debohrung auf, mit der er zwecks Befestigung
an dem Zugbolzen auf ein komplementäres Aussengewinde aufgeschraubt
ist.
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Zur
Einleitung des Drehmoments, das zum Auf- bzw. Abschrauben des Werkzeughalters
erforderlich ist, ist es bekannt, den freien Endbereich des Werkzeughalters – d.h. die
Spannelemente – mit
einem Aussen-Sechskant zu versehen, auf den dann zwecks Drehbetätigung ein
passendes Drehwerkzeug – beispielsweise
ein Steckschlüssel – aufgesteckt
werden kann.
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Um
den mit der Herstellung der Aussen-Sechskantfläche verbundenen Fertigungsaufwand
zu vermeiden und aufgrund der Tatsache, dass von der Kreisform abweichende
Querschnitte ein Auswuchten des Werkzeughalters erschweren, ist eine
weitere Ausführungsform
bekannt, bei der auf den Aussen-Sechskant verzichtet wurde und stattdessen
ein Werkzeug Verwendung findet, das in die Werkzeugaufnahme einführbar ist
und dabei in einen der Schlitze zwischen zwei Spannelementen eingreift,
um so das Drehmoment zum Anziehen oder Lösen des Werkzeughalters übertragen
zu können.
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Nachteilig
ist bei beiden der vorstehenden Ausführungsformen, dass die zum
Aufschrauben bzw. Abschrauben des Werkzeughalters von dem Zugbolzen übertragenen
Drehmomente zumindest eines der Spannelemente belasten, was in der
Praxis zu plastischen Verformungen führen kann, die eine Unwucht
des Werkzeughalters und Spannungenauigkeiten bewirken können.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schnellfrequenzspindel
zu schaffen, bei der die Gefahr der Verformung der Spannelemente des
Werkzeughalters bei einer Montage bzw. Demontage nicht besteht.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
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Der
Werkzeughalter umfasst nun Mittel, die ein Ansetzen einer Einrichtung
zum Montieren oder Demontieren des Werkzeughalters durch Drehung um
die Rotationsachse der Spindelwelle erlauben, ohne dass hierbei
Kräfte
auf die Spannelemente ausgeübt
werden.
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Diese
Mittel sind derart ausgebildet, dass sie ein formschlüssiges Ansetzen
der Einrichtung zum Montieren oder Demontieren des Werkzeughalters erlauben.
Er umfasst hierzu von seinem freien Ende her gesehen hinter den
Spannelementen eine zentrale Längsausnehmung,
die einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist. In
diese Längsausnehmung
ist dann eine Einrichtung – beispielsweise
eine Handhabe – mit
einer komplementären
Außenfläche einführbar.
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Die
Längsausnehmung
weist vorzugsweise einen sechseckigen Querschnitt auf. Zum Lösen oder
Festziehen kann dann ein handelsüblicher
Innensechskant-Schlüssel dienen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Schnellfrequenzspindel, bei
der der Werkzeughalter an seinem dem freien gegenüberliegenden Ende
ein Außengewinde
umfasst. Diese, auch unabhängig
von der oben beschriebenen Erfindung vorteilhafte Weiterbildung
einer Schnellfrequenzspindel ermöglicht
eine Bauweise des Werkzeughalters mit einem möglichst geringen Außendurchmesser,
was die auf ihn aufgrund der hohen Drehzahl wirkenden Kräfte reduziert
und ein Auswuchten erleichtert. Mit seinem Außengewinde ist der Werkzeughalter
dann üblicherweise
mit dem Zugbolzen verschraubt, der hierzu in seinem dem Werkzeughalter
zugewandten Endbereich ein zentrales, komplementäres Innengewinde aufweist.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemässen
Schnellfrequenzspindel dargestellt. Es zeigen:
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1 – schematisch – eine perspektivische Ansicht
der Schnellfrequenzspindel schräg
von seiten der Werkzeugaufnahme, teilgeschnitten;
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2 den
Detailausschnitt II in 1 in einer vergrößerten Darstellung;
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3 den
vorderen Teil der Schnellfrequenzspindel in einer etwa 1 entsprechenden Ansicht
vor Angriff eines Innensechskant-Schlüssels an der Werkzeugaufnahme;
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4 dieselbe
Darstellung wie in 3 mit nahezu vollständig eingeschobenem
Innensechskant-Schlüssel
sowie
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5 den
Ausschnitt V in 4 in einer vergrösserten
Darstellung.
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Die
in 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Schnellfrequenzspindel
umfasst ein Gehäuse 1,
welches einen vorderen, d.h. einer Werkzeugaufnahme 2 zugewandten
Gehäuseteil 3 mit
zylindrischer Aussenumfangsfläche
aufweist. Im Bereich des der Werkzeugaufnahme 2 abgewandten
Endes springt der zylindrische Aussenumfang des Gehäuses 1 in einem
zylindrischen Umfangsbund 4 auf einen ersten größeren und
in einem weiteren Umfangsbund 5 in einen abermals größeren Durchmesser
vor.
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Innerhalb
des Gehäuses
ist eine Spindelwelle 6 um die Spindelachse A drehbar mittels
aerostatischer Lageranordnungen 7, 8, deren Aufbau
hier nicht näher
beschrieben werden soll, gelagert, wobei die hintere Lageranordnung 8 derart
ausgebildet ist, dass sie die Spindelwelle auch in axialer Richtung
lagert.
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Zwischen
den Lageranordnungen 7, 8 ist drehfest in dem
Gehäuse 1 ein
Stator 9 angeordnet, der zusammen mit einem von der Spindelwelle 6 gebildeten
Rotor 10 einen elektrischen Hochfrequenz-Antriebsmotor
bildet.
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In
dem vorderen, freien Endbereich weist die Spindelwelle 6,
wie insbesondere 2 entnehmbar ist, eine sich
zu ihrer vorderen Stirnseite 11 hin vergrößernden
Kegelsitz 12 auf, der an der Stelle 13 in eine
zentrale Längsbohrung 14 mündet.
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Der
Kegelsitz 12 und der an ihn anschliessende erste Bereich
der Längsbohrung 14 dient
der Aufnahme der Werkzeugaufnahme, deren hinterer Bereich 15 einen
zylindrischen Aussenumfang eines an die Längsbohrung 14 angepassten
Umfanges aufweist, so dass dieser auch Führungsfunktion übernehmen
kann, wohingegen der vordere Bereich 16 eine zum Kegelsitz 12 komplementäre, konische Aussenfläche besitzt.
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Die
Werkzeugaufnahme 2 ist mit einem Zuganker 17 verschraubt,
der durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Einrichtung – beispielsweise
durch ein Tellerfederpaket – mit
einer in Richtung der Spindelachse wirkenden, die Werkzeugaufnahme 2 in
den Kegelsitz 12 ziehenden Kraft beaufschlagt ist. Wie
insbesondere 5 entnehmbar ist, die die Werkzeugaufnahme 2 in
einem von dem Zuganker 17 getrennten Zustand zeigt, dient
der Verschraubung der Werkzeugaufnahme ein axialer Gewindefortsatz 18,
der in eine im vorderen Endbereich des Zugankers 17 eingearbeitete,
komplementäre Gewindebohrung 19 einschraubbar
ist.
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In
dem konischen Bereich 16 weist die Werkzeugaufnahme radiale
Längsschlitze 20 auf,
die der elastischen Verformbarkeit des konischen Bereichs des Werkzeughalters
zwecks Einspannung eines in den 1 und 2 nicht
näher dargestellten
Werkzeugs 21 dienen. Zum Wechsel des Werkzeugs wird der
Zuganker 17 manuell oder mit in der Zeichnung nicht dargestellten
technischen Mitteln nach vorn verlagert, so dass sich der konische
Bereich 16 der Werkzeugaufnahme 2 aus dem Kegelsitz 12 schiebt und
somit der Kraftschluss der zwischen den Schlitzen 20 ausgebildeten
Spannelemente 22 und dem Werkzeug 21 gelöst wird.
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Um
die Werkzeugaufnahme 2 von dem Zuganker 17 lösen bzw.
befestigen zu können,
ist die Einleitung eines Drehmoments um die Spindelachse A in die
Werkzeugaufnahme 2 erforderlich. Hierzu weist diese von
der Stirnseite 11 aus betrachtet hinter dem konischen Bereich 16 eine
zentrale Längsausnehmung 23 mit
einem Sechskantquerschnitt auf, in die ein Innensechskant-Schlüssel 24 eingeführt werden
kann. Mit diesem Innensechskant-Schlüssel ist es möglich, ein
Drehmoment auf die Werkzeugaufnahme 2 zu übertragen,
um diese von dem Zuganker 17 zu lösen oder sie an letzterem zu
befestigen, ohne dass Kräfte,
insbesondere Torsionskräfte
auf die empfindlichen Spannelemente 22 der Werkzeugaufnahme 2 wirken.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Werkzeugaufnahme
- 3
- Gehäuseteil
- 4
- Umfangsbund
- 5
- Umfangsbund
- 6
- Spindelwelle
- 7
- Lageranordnung
- 8
- Lageranordnung
- 9
- Stator
- 10
- Rotor
- 11
- Stirnseite
- 12
- Kegelsitz
- 13
- Stelle
- 14
- Längsbohrung
- 15
- Bereich
- 16
- Bereich
- 17
- Zuganker
- 18
- Gewindefortsatz
- 19
- Gewindebohrung
- 20
- Längsschlitze
- 21
- Werkzeug
- 22
- Spannelemente
- 23
- Längsausnehmung
- 24
- Innensechskant-Schlüssel
- 100
- Schnellfrequenzspindel
- A
- Spindelachse