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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehgelenk, das eine in einem feststehenden Element ausgebildete Rohrleitungsstruktur mit einer in einem Drehelement ausgebildeten Rohrleitungsstruktur verbindet, um eine Fluidzufuhr zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung betrifft beispielsweise eine Drehgelenkverbindung, in der eine Staudruckdichtungsvorrichtung zum Zuführen einer Hochdruck-Kühlflüssigkeit oder eines ähnlichen Mediums in eine sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Spindelhauptwelle einer Werkzeugmaschine verwendet wird.
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Gegenwärtig besteht hinsichtlich einer Spindelvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, z.B. eine Schleifmaschine, um ein Werkstück mit hoher Präzision und hoher Effizienz zu bearbeiten, ein Bedarf für eine Vorrichtung, die kleinformatig ist und eine hohe Hauptwellendrehzahl aufweist. Wenn die Hauptwellendrehzahl hoch ist, entsteht jedoch an dem Bearbeitungspunkt, wo das Werkzeug und das Werkstück miteinander in Kontakt stehen, eine große- Bearbeitungswärme, und durch diese Bearbeitungswärme nimmt die Schärfe des Werkzeugs ab, wodurch eine Präzisionsbearbeitung beeinträchtigt wird. Daher ist es notwendig, diesem Bearbeitungspunkt zuverlässig Kühlflüssigkeit zuzuführen, um die durch die Bearbeitung erzeugte Wärme im Werkstück und im Werkzeug zu vermindern. Wenn dem sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Werkzeug Kühlflüssigkeit von außen zugeführt wird, wird die Kühlflüssigkeit jedoch aufgrund der Zentrifugalkraft gestreut, wodurch es für die Kühlflüssigkeit schwierig ist, den Bearbeitungspunkt zu erreichen. Auch wenn die Zufuhrmenge der Kühlflüssigkeit erhöht wird, wird die Kühlung des Werkzeugs und des Werkstücks nicht verbessert.
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Um diese Probleme zu lösen, wird heutzutage im Inneren der das Werkzeug haltenden Spindelhauptwelle ein Kühlflüssigkeitszufuhrkanal ausgebildet, und es wird veranlaßt, daß eine Hochdruck-Kühlflüssigkeit den Bearbeitungspunkt vom Inneren des Werkzeugs erreicht. Dieses System ist zum Kühlen des Bearbeitungspunkts vorteilhafter und in der Lage, die Anforderung für eine Präzisionsbearbeitung zu erfüllen. Um dem Inneren einer sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Spindelhauptwelle Hochdruck-Kühlflüssigkeit zuzuführen, ist jedoch eine Hochleistungs-Drehgelenkvorrichtung erforderlich, die in der Lage ist, Kühlflüssigkeit zwischen der Spindelhauptwelle und dem ihre Drehbewegung unterstützenden feststehenden Gehäuse leckverlustfrei zuzuführen.
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Eine herkömmliche Drehgelenkvorrichtung dieses Typs weist auf: ein an der Seite des feststehenden Gehäuses angeordnetes feststehendes Element, ein Drehelement, das bezüglich dem feststehenden Element über ein Lager drehbar gehalten wird und an einem axialen Ende eines rotierenden Bauteils, z.B. einer Spindelhauptwelle, angeordnet ist, und eine mechanische Dichtung, die den Zwischenraum oder Spalt zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement hermetisch abdichtet, wobei im Drehelement entlang der Drehachse eine Aufnahmeöffnung ausgebildet ist, und wobei im feststehenden Element eine Zufuhröffnung so angeordnet ist, daß sie der Aufnahmeöffnung gegenüberliegt, wobei der Aufnahmeöffnung ein Fluid von der Zufuhröffnung zugeführt wird.
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In dieser herkömmlichen Drehgelenkvorrichtung wird ein Fluidverlust zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement durch eine mechanische Kontaktdichtung verhindert, so daß in einem Zustand, in dem das Drehelement sich mit einer hohen Drehzahl dreht, ein starker Abrieb entsteht, wodurch die Haltbarkeit oder Lebensdauer der Drehgelenkvorrichtung eher gering ist. Außerdem muß, wenn ein Hochdruckfluid zugeführt werden soll, der Gleitkontaktabschnitt der mechanischen Dichtung mit einem entsprechenden hohen Druck in Gleitkontakt gebracht werden, so daß die Umfangsgeschwindigkeit im Betrieb niedrig sein muß und es unmöglich ist, das Drehelement mit einer Spindelhauptwelle oder einem ähnlichen Bauteil zu verbinden, das sich mit hoher Drehzahl dreht.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehgelenkvorrichtung bereitzustellen, in dem eine Staudruckdichtungsvorrichtung eingesetzt werden kann, die für einen Drehkörper verwendbar ist, der dazu vorgesehen ist, sich mit einer hohen Drehzahl zu drehen, und in der Lage ist, ein Fluid zwischen dem Drehelement und dem feststehenden Element für eine lange Zeitdauer leckverlustfrei zuzuführen, auch wenn sie für die Zufuhr eines Hochdruckfluids verwendet wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
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In der erfindungsgemäßen Drehgelenkvorrichtung sind das feststehende Element und das Drehelement über einen dazwischenliegenden vorgegebenen Zwischenraum oder Spalt einander gegenüberliegend angeordnet, um ein Staudrucklager zu bilden, und die Zufuhr eines Zielfluids vom feststehenden Element zum Drehelement erfolgt über den Lagerspalt des Staudrucklagers. D.h., im feststehenden Element ist eine Zufuhröffnung am Lagerspalt des Staudrucklagers ausgebildet, während im Drehelement eine der Zufuhröffnung gegenüberliegende Aufnahmeöffnung am Lagerspalt des Staudrucklagers ausgebildet ist, und ein Zielfluid wird der Aufnahmeöffnung von der Zufuhröffnung zugeführt.
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Der Lagerspalt zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement, die das Staudrucklager bilden, beträgt nur einige um. Außerdem bildet sich während der Drehbewegung des Drehelements ein Hochdruck-Schmiermittelfluidfilm im Lagerspalt, so daß weitestgehend verhindert werden kann, daß das von der Fluidöffnung ausgegebene Antriebsfluid in den Zwischenraum zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement austritt, d.h. in den Lagerspalt des Staudrucklagers, so daß der Aufnahmeöffnung des Drehelements die gesamte Zielfluidmenge von der Zufuhröffnung zugeführt werden kann. D.h., das Staudrucklager dient als Dichtung zum Verhindern eines Leckverlusts des Zielfluids. Daher wird in der erfindungsgemäßen Drehgelenkvorrichtung der Zwischenraum oder Spalt zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement durch eine kontaktfreie Dichtung hermetisch gedichtet, so daß, auch wenn das Drehelement sich mit einer hohen Drehzahl dreht, die Dichtungsfunktion nicht durch Abrieb beeinträchtigt wird und das Zielfluid für eine lange Zeitdauer leckverlustfrei zugeführt werden kann.
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Außerdem nimmt der Druck des im Lagerspalt des Staudrucklagers gebildeten Schmiermittelfluidfilms zu, wenn die Drehzahl des Drehelements zunimmt, so daß die Dichtungsfunktion zwischen dem feststehenden Element und dem Drehelement um so besser wird, je höher die Drehzahl des Drehelements ist, und dem Drehelement ein Hochdruckfluid vom feststehenden Element leckverlustfrei zugeführt werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben, wird das Zielfluid in der Staudruckdichtungsvorrichtung und in der Drehgelenkverbindung, in der die Dichtungsvorrichtung verwendet wird, dem Drehelement vom feststehenden Element über den Lagerspalt des Staudrucklagers zugeführt, das durch das feststehende Element und das Drehelement gebildet wird, und dieses Staudrucklager dient als kontaktfreie Dichtung zum Verhindern eines Leckverlusts des Zielfluids, so daß, auch wenn das Drehelement sich mit einer hohen Drehzahl dreht, die Dichtungsfunktion nicht durch Abrieb beeinträchtigt wird und die Dichtungsvorrichtung für ein rotierendes Bauteil verwendbar ist, das dafür vorgesehen ist, sich mit einer hohen Drehzahl zu drehen. Außerdem kann, auch wenn die Dichtungsvorrichtung zum Zuführen eines Hochdruckfluids verwendet wird, das Zielfluid zwischen dem Drehelement und dem feststehenden Element für eine lange Zeitdauer leckverlustfrei zugeführt werden.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehgelenkvorrichtung;
- 2 eine Querschnittansicht zum Darstellen der in der Ausführungsform vorgesehenen Positionsbeziehung zwischen Zufuhröffnungen, die in einer feststehenden Buchse ausgebildet sind, und Aufnahmeöffnungen, die in einer Drehbuchse ausgebildet sind;
- 3 einen Graphen zum Darstellen der Beziehung zwischen der Drehzahl einer Drehbuchse und einem Dichtungsdruck für die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehgelenkvorrichtung und eine herkömmliche Drehgelenkvorrichtung;
- 4 eine Querschnittansicht zum Darstellen eines ersten Anwendungsbeispiels, in dem die erfindungsgemäße Drehgelenkvorrichtung für eine Spindelvorrichtung verwendet wird;
- 5 eine Querschnittansicht zum Darstellen eines zweiten Anwendungsbeispiels, in dem die erfindungsgemäße Drehgelenkvorrichtung für eine Spindelvorrichtung verwendet wird; und
- 6 eine Querschnittansicht entlang einer Richtung, die senkrecht zur Achsenrichtung der Spindelhauptwelle verläuft, im zweiten Anwendungsbeispiel.
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Nachstehend werden eine Staudruckdichtungsvorrichtung und eine Drehgelenkvorrichtung unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt schematisch eine Drehgelenkvorrichtung mit einer Ausführungsform einer Staudruckdichtungsvorrichtung. Die Drehgelenkvorrichutng wird verwendet, um ein Zielfluid, z.B. Wasser oder ein Kühlfluid, zwischen einem feststehenden Gehäuse (nicht dargestellt) und einer Drehwelle S effektiv zuzuführen, und weist eine am feststehenden Gehäuse befestigte und als feststehendes Element dienende feststehende Buchse 1, eine Drehbuchse 2, die an der Drehwelle S befestigt und in einen hohlen Abschnitt der feststehenden Buchse 1 mit Spiel eingepaßt ist und als Drehelement dient, und ein Paar Druckscheiben 3 auf, die an der Drehwelle S so befestigt sind, daß die Drehbuchse 2 sich axial dazwischen erstreckt.
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Die Innenumfangsfläche der feststehenden Buchse 1 und die Außenumfangsfläche der Drehbuchse 2 stehen sich über einen vorgegebenen Lagerspalt einander gegenüber, und diese Buchsen 1 und 2 wirken so zusammen, daß ein Staudruck-Radiallager gebildet wird. In der Außenumfangsfläche der Drehbuchse 2 sind vier Reihen von Staudruckerzeugungsnuten 21a und 21b ausgebildet, die bezüglich der Drehwelle S in eine vorgegebene Richtung geneigt sind; wenn die Drehbuchse 2 sich mit der Drehwelle S dreht, wird im Zwischenraum zwischen der Drehbuchse 2 und der feststehenden Buchse 1, d.h. im Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers, ein Hochdruck-Schmiermittelfluidfilm gebildet, wodurch die Drehbewegung der Drehbuchse 2 in einem kontaktfreien Zustand bezüglich der feststehenden Buchse 1 unterstützt wird. Von den vier Reihen der Staudruckerzeugungsnuten setzen die an den axialen Enden angeordneten beiden Reihen der Staudruckerzeugungsnuten 21a, wenn die Drehbuchse 2 sich dreht, das im Lagerspalt vorhandene Schmiermittelfluid zu den axialen Enden hin unter Druck, d.h. zum Paar Druckscheiben 3 hin. Die an der axialen Mitte angeordneten beiden Reihen von Staudruckerzeugungsnuten 21b setzen, wenn die Drehbuchse 2 sich dreht, das im Lagerspalt vorhandene Schmiermittelfluid zur axialen Mitte hin unter Druck, d.h. zur Mitte des Abschnitts zwischen dem Paar Druckscheiben 3 hin.
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Die an der Drehwelle S fixierten Druckscheiben 3 wirken mit der feststehenden Buchse 1 zusammen, um ein Staudruck-Axiallager zu bilden, wobei sich die feststehende Buchse 1 axial dazwischen erstreckt. Zwischen den Druckscheiben 3 und der feststehenden Buchse 1 sind jeweils vorgegebene Lagerspalte (z.B. von 9 um) ausgebildet, und diese Lagerspalte kommunizieren mit dem Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers. In den den Druckscheiben 3 zugewandten axialen Endflächen der feststehenden Buchse sind jeweils spiralförmige Staudruckerzeugungsnuten (nicht dargestellt) ausgebildet. Diese spiralförmigen Staudruckerzeugungsnuten sind als sogenannte Auspumpnuten ausgebildet, die, wenn die Druckscheiben 3 sich drehen, das Schmiermittelfluid in den Lagerspalten radial nach außen ableiten. Daher bildet sich im Lagerspalt jedes Staudruck-Axiallagers, wenn die Druckscheiben 3 sich mit der Drehwelle S drehen, ein Hochdruck-Schmiermittelfluidfilm, wodurch die axiale Bewegung der Drehwelle S bezüglich der feststehenden Buchse 1 geregelt wird.
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In dieser Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung kann das den Lagerspalten des Staudruck-Radiallagers und des Staudruck-Axiallagers zugeführte Schmiermittelfluid eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Das Schmiermittelfluid wird über in der feststehenden Buchse 1 ausgebildete Ansaugeinlaßöffnungen 11 in den Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers gesaugt. Mehrere Ansaugeinlaßöffnungen 11 sind bezüglich der feststehenden Buchse 1 radial ausgebildet, wobei jede Ansaugeinlaßöffnung 11 mit in der Außenumfangsfläche der feststehenden Buchse ausgebildeten ringförmigen Nuten 12 kommuniziert. Außerdem öffnen sich die Ansaugeinlaßöffnungen 11 im Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers in den Abschnitten zwischen den in der Drehbuchse 2 ausgebildeten Staudruckerzeugungsnuten 21a und 21b. Dadurch wird, wenn die Drehwelle S beginnt sich zu drehen, Schmiermittelfluid über die ringförmigen Nuten 12 und die Ansaugeinlaßöffnungen 11 in den Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers gesaugt, um einen Hochdruck-Schmiermittelfluidfilm zu erzeugen. Ein Teil des in den Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers gesaugten Schmiermittelfluids wird durch die Wirkung der Staudruckerzeugungsnuten 21a zu den Druckscheiben 3 hin unter Druck gesetzt, und der restliche Teil des Schmiermittelfluids wird durch die Wirkung der Staudruckerzeugungsnuten 21b in einer den Druckscheiben 3 entgegengesetzten Richtung unter Druck gesetzt.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, weist die Drehwelle S einen Kanal 4 zum axialen Zuführen eines sich von dem vorstehend erwähnten Schmiermittelfluid verschiedenen Zielfluids auf. In der an der Drehwelle S befestigten Drehbuchse 2 sind radial mehrere mit dem Kanal 4 kommunizierende Aufnahmeöffnungen 22 ausgebildet. Diese Aufnahmeöffnungen 22 sind an einer axialen Position angeordnet, die in Längsrichtung betrachtet der Mitte der Drehbuchse 2 entspricht, d.h. an einer Position, wo sie das Staudruck-Radiallager axial in zwei Abschnitte teilen. Außerdem sind an einer axialen Position, die in Längsrichtung betrachtet der Mitte der feststehenden Buchse 1 entspricht, radial mehrere Zufuhröffnungen 13 ausgebildet, die den Aufnahmeöffnungen 22 der Drehbuchse 2 gegenüberliegen, und eine mit diesen Zufuhröffnungen 13 kommunizierende ringförmige Nut 14 ist in der Außenumfangsfläche der feststehenden Buchse 1 ausgebildet. Dadurch wird, wenn das Zielfluid der ringförmigen Nut 14 zugeführt wird, das Zielfluid dem Kanal 4 der Drehwelle S über die Zufuhröffnungen 13 und die Aufnahmeöffnungen 22 der Drehbuchse 2 zugeführt.
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Die gemäß der vorstehenden Beschreibung konstruierte Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung wird verwendet, wenn ein Zielfluid von der feststehenden Buchse 1 dem Kanal 4 der sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Drehwelle S zugeführt wird. Hierbei existiert immer ein Zwischenraum zwischen der feststehenden Buchse 1 und der sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Drehbuchse 2, so daß, wenn zwischen den Buchsen 1 und 2 kein Dichtungsmechanismus bereitgestellt wird, die Gefahr besteht, daß ein Teil des Zielfluids in den Zwischenraum austritt, wenn das Zielfluid von den Zufuhröffnungen 13 der feststehenden Buchse 1 in die Aufnahmeöffnungen 22 der Drehbuchse 2 eintritt.
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In dieser Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung ist jedoch der Zufuhrkanal für das Zielfluid so ausgebildet, daß er sich durch das durch die feststehende Buchse 1 und die Drehbuchse 2 gebildete Staudruck-Radiallager erstreckt, so daß, wenn das Zielfluid den Aufnahmeöffnungen 22 der Drehbuchse 2 von den Zufuhröffnungen 13 der feststehenden Buchse 1 zugeführt wird, der Leckverlust des Zielfluids im wesentlichen auf null reduziert werden kann. D.h., die feststehende Buchse 1 und die Drehbuchse 2 bilden ein Staudruck-Radiallager, und zwischen der feststehenden Buchse 1 und der Drehbuchse 2 existiert nur ein kleiner Lagerspalt; außerdem bildet sich während der Drehbewegung der Drehwelle S ein Hochdruck-Schmiermittelfluidfilm in diesem Lagerspalt. Daher tritt das von der Zufuhröffnung 13 der feststehenden Buchse 1 austretende Zielfluid kaum in den Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers ein, so daß den Aufnahmeöffnungen 22 der Drehbuchse 2, die an Positionen ausgebildet sind, an denen sie den Zufuhröffnungen 13 gegenüberliegen, im wesentlichen die gesamte Menge des Zielfluids zugeführt wird.
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In dieser Ausführungsform sind insbesondere ein Paar Staudruckerzeugungsnuten 21b an jeder Seite der in der Drehbuchse ausgebildeten Aufnahmeöffnungen 22 vorgesehen, und diese Staudruckerzeugungsnuten 21b setzen das von der Ansaugeinlaßöffnung 11 in den Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers angesaugte Schmiermittelfluid zu den Aufnahmeöffnungen 22 hin unter Druck. Dadurch wird das Zielfluid durch das unter Druck gesetzte Schmiermittelfluid blockiert und kann nicht in den Lagerspalt des Staudruck-Radiallagers eintreten sondern strömt zusammen mit einem Teil des Schmierfluids in die Aufnahmeöffnungen. D.h., das durch die Staudruckerzeugungsnuten 21b unter Druck gesetzte Schmierfluid dient als Dichtung zum hermetischen Abdichten des Zielfluids, und die Staudruckerzeugungsnuten 21b, die das Schmiermittelfluid in dieser Richtung unter Druck setzen, bilden einen Dichtungsmechanismus.
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Daher wird in dieser Ausführungsform der Drehgelenkvorrichtung der im Lagerspalt des durch die Drehbuchse und die feststehende Buchse gebildeten Staudrucklagers erzeugte Schmiermittelfluiddruck ausgenutzt, um einen Leckverlust des Zielfluids zu verhindern, und das Zielfluid wird durch eine kontaktfreie Dichtung, in der kein mechanischer Gleitkontakt vorhanden ist, hermetisch abgedichtet. Dadurch wird die Dichtungsfunktion bei Langzeitgebrauch nicht beeinträchtigt, und die Vorrichtung hat eine lange Lebensdauer. Außerdem werden, weil das Zielfluid durch das Staudrucklager hermetisch abgedichtet ist, das die Drehbuchse bezüglich der feststehenden Buchse drehbar hält, der Lagermechanismus und der Dichtungsmechanismus in integrierter Form realisiert, so daß eine kompaktere Drehgelenkvorrichtung bereitgestellt werden kann.
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3 zeigt einen Graphen zum Darstellen der Ergebnisse einer Untersuchung des zulässigen Zufuhrdrucks für das Zielfluid bezüglich der Drehzahl der Drehwelle für die vorliegende Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehgelenkvorrichtung und für eine herkömmliche Drehgelenkvorrichtung. Der zulässige Zufuhrdruck ist der Maximaldruck, durch den eine hermetische Abdichtung des Zielfluids zwischen der feststehenden Buchse und der Drehbuche gewährleistet wird; wenn das Zielfluid mit einem Druck zugeführt wird, der größer ist als der zulässige Zufuhrdruck, wird ein Leckverlust des Zielfluids zwischen der feststehenden Buchse und der Drehbuchse auftreten. Wie gemäß der durchgezogenen Linie in dem Graphen ersichtlich ist, nimmt in dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehgelenkvorrichtung, wenn die Drehzahl der Drehwelle zunimmt, der zulässige Zufuhrdruck für das Zielfluid, d.h. der Dichtungsdruck, zu, wodurch angezeigt wird, daß, je höher die Drehzahl ist, desto geeigneter kann dem Kanal der Drehwelle ein Hochdruck-Zielfluid zugeführt werden.
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Andererseits ist, wie gemäß der gestrichelten Linie im Graphen dargestellt ist, in der herkömmlichen Drehgelenkvorrichtung der zulässige Zufuhrdruck für das Zielfluid um so niedriger, je höher die Drehzahl der Spindelhauptwelle ist. Es wird vermutet, daß dieses Verhalten aufgrund der Tatsache auftritt, daß, wenn die Drehzahl zunimmt, der Gleitkontakt zwischen dem feststehenden Abschnitt und dem Drehabschnitt der mechanischen Dichtung instabil wird, wodurch größere Leckverluste des Zielfluids auftreten.
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Dadurch wird deutlich, daß diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehgelenkvorrichtung für eine Anwendung geeignet ist, gemäß der einer sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Drehwelle ein Hochdruck-Zielfluid zugeführt wird; bei einer solchen Anwendung ist die Vorrichtung, anders als die herkömmliche Vorrichtung, in der Lage, das Zielfluid leckverlustfrei zuzuführen.
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4 zeigt ein Beispiel, in dem diese Ausführungsform der Drehgelenkvorrichtung für eine Spindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine verwendet wird. In diesem Anwendungsbeispiel ist die Drehgelenkvorrichtung in einem Gehäuse 5 angeordnet, und diese Vorrichtung dient außerdem als Lager zum drehbaren Halten der Spindelhauptwelle S bezüglich des Gehäuses 5. Am vorderen Ende der Spindelhauptwelle S ist eine Schleifscheibe 7 zum Schleifen eines Werkstücks 6 befestigt, und ein Motor M ist über eine Wellenkupplung 8 mit dem hinteren Ende der Spindelhauptwelle S verbunden; durch Drehen der Spindelhauptwelle S durch den Motor M schleift die Schleifscheibe 7 die Oberfläche des Werkstücks 6. Weil die Konstruktion der Drehgelenkvorrichtung die gleiche ist wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, sind ihre Komponenten in 4 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet die vorstehend verwendet wurden, und eine detaillierte Beschreibung wird hierin weggelassen.
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Die Schleifscheibe 7 weist Ausgabeöffnungen 70 zum Ausgeben einer Kühlflüssigkeit auf, und eine Kühlflüssigkeit, die über den sich durch die Spindelhauptwelle S erstreckenden Kanal 4 zugeführt wird, wird von den Ausgabeöffnungen 70 ausgegeben, wodurch die Kühlflüssigkeit dem Bearbeitungspunkt, an dem der Schleifstein 7 und das Werkstück 6 miteinander in Kontakt stehen, direkt zugeführt werden kann. Die Drehgelenkvorrichtung wird verwendet, um dem Kanal 4 der sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Spindelhauptwelle S eine Kühlflüssigkeit von der Gehäuseseite zuzuführen. D.h., in diesem Anwendungsbeispiel ist die Kühlflüssigkeit das Zielfluid. In diesem Anwendungsbeispiel wird als Schmiermittelfluid Wasser verwendet.
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Außerdem kann in diesem Anwendungsbeispiel der sich mit einer hohen Drehzahl drehenden Spindelhauptwelle S die Kühlflüssigkeit von der Gehäuseseite leckverlustfrei zugeführt werden. Außerdem kann die Spindelhauptwelle S bezüglich des Gehäuses 5 gehalten werden, so daß eine Spindelvorrichtung, in der Kühlflüssigkeit von innen ausgegeben wird, in einer sehr kompakten Form ausgebildet werden kann.
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5 zeigt ein Beispiel, in dem die vorstehend beschriebene Ausführungsform einer Drehgelenkvorrichtung für eine Spindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine verwendet wird. Auch in diesem zweiten Anwendungsbeispiel wird die Drehbewegung der Spindelhauptwelle S bezüglich eines Gehäuse 50 über die erfindungsgemäße Drehgelenkvorrichtung unterstützt. In diesem Anwendungsbeispiel ist der Motor M, der die Spindelhauptwelle S antreibt, jedoch im Gehäuse 50 angeordnet, und ein Motorrotor MR ist direkt an der Spindelhauptwelle S fixiert. Daher sind die Handhabung, die Montage, usw. im Vergleich zum ersten Anwendungsbeispiel vereinfacht. Andererseits fließt die im Motor M erzeugte Wärme jedoch wahrscheinlich in die Spindelhauptwelle S; wenn die Spindelhauptwelle S sich mit einer hohen Drehzahl dreht, wird die Spindelhauptwelle S wahrscheinlich eine thermische Volumenausdehnung erfahren, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit abnimmt.
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Hinsichtlich dieses Sachverhalts wird im zweiten Anwendungsbeispiel eine Kühlflüssigkeit vom Gehäuse 50 über die Drehgelenkvorrichtung in die Spindelhauptwelle s eingeleitet, und nachdem es in der Spindelhauptwelle S zirkuliert ist, wird die Kühlflüssigkeit über die Drehgelenkvorrichtung wieder zur Seite des Gehäuses 50 zurückgeführt. Insbesondere sind Vorlaufkanäle 51 und Rücklaufkanäle 52 für die Kühlflüssigkeit so ausgebildet, daß sie sich von der Befestigungsposition der Drehgelenkvorrichtung (Drehbuchse 2) auf der Spindelhauptwelle S zur Befestigungsposition des Motorrotors MR erstrecken, und die Kühlflüssigkeitszufuhr erfolgt zwischen den Vorlauf- und Rücklaufkanälen 51 und 52 über die Drehgelenkvorrichtung. 6 zeigt eine Querschnittansicht der in der Spindelhauptwelle S ausgebildeten Vorlauf- und Rücklaufkühlkanäle 51 und 52. Die den Vorlaufkanälen 51 der Spindelhauptwelle S über die feststehende Buchse 1 und die Drehbuchse 2 zugeführte Kühlflüssigkeit bewegt sich im Inneren der Spindelhauptwelle S zur Befestigungsposition des Motorrotors MR und führt die vom Motorrotor MR auf die Spindelhauptwelle S übertragene Wärme ab. Die Kühlflüssigkeit, die die Wärme abgeführt hat, durchläuft den an der Mitte der Spindelhauptwelle S angeordneten Rücklaufkanal 52 und wird über die Drehgelenkvorrichtung zur Seite des Gehäuses 50 abgegeben. Die Vorlaufkanäle 51 sind so ausgebildet, daß sie den Rücklaufkanal 52 umgeben, so daß es wesentlich einfacher ist, die vom Motorrotor MR in die Spindelhauptwelle S fließende Wärme abzuführen.
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Außerdem ist es in diesem Beispiel notwendig, die Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Werkzeugs und zum Kühlen der Spindelhauptwelle zwischen der feststehenden Buchse 1 und der Drehbuchse 2 zuzuführen, so daß auf der Oberfläche der Drehbuchse 2 Staudruckerzeugungsnuten 21a und 21b mit einer optimalen Konfiguration bezüglich der dazwischen angeordneten Aufnahmeöffnungen ausgebildet sind. Von diesen Nuten sind die an den axialen Enden der Drehbuchse 2 ausgebildeten Staudruckerzeugungsnuten 21a hauptsächlich zum Bereitstellen der Staudrucklagerfunktion vorgesehen, und die anderen Staudruckerzeugungsnuten 21b sind hauptsächlich dazu vorgesehen, zu verhindern, daß die Hochdruck-Kühlflüssigkeit in den (für die Dichtfunktion vorgesehenen) Lagerspalt diffundiert.
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In diesem zweiten Anwendungsbeispiel kann außerdem die Hochdruck-Kühlflüssigkeit vom Gehäuse in die sich mit einer hohen Drehzahl drehende Spindelhauptwelle eingeleitet werden, und die Kühlflüssigkeit kann zum Kühlen des Werkzeugs und der Spindelhauptwelle selbst verwendet werden. Außerdem kann, weil die Drehgelenkvorrichtung, die selbst die Kühlflüssigkeit zwischen dem Gehäuse und der Spindelhauptwelle zuführt, auch als Lager der Spindelhauptwelle dient, eine Spindelvorrichtung mit einer sehr kompakten Struktur gebildet werden.
