DE10240737A1

DE10240737A1 - Werkzeugspindel

Info

Publication number: DE10240737A1
Application number: DE2002140737
Authority: DE
Inventors: Uwe Pach; Erich Brosi; Albert Weilguni
Original assignee: FERTIGUNGSGERAETEBAU ADOLF STE; Fertigungsgeratebau Adolf Steinbach & Co KG GmbH
Current assignee: FERTIGUNGSGERAETEBAU ADOLF STE; Fertigungsgeratebau Adolf Steinbach & Co KG GmbH
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-11

Abstract

Um eine Werkzeugspindel, insbesondere eine schnell laufende Motorspindel, mit einer angetriebenen Welle, mit einem antriebsseitigen und einem werkzeugseitigen Abschnitt und einer Kupplungsanordnung, mit welcher die Abschnitte der Welle lösbar und drehfest miteinander verbunden sind, zur Verfügung zu stellen, bei der trotz der Mehrteiligkeit der Welle, die Eignung als Schnelllaufspindel besteht, wird vorgeschlagen, dass die Kupplungsanordnung als kraft- und formschlüssige Verbindung ausgebildet ist, in Umfangsrichtung verlaufende, zueinander komplementär ausgebildete und zusammenwirkende Anlageflächen am antriebsseitigen und werkzeugseitigen Wellenabschnitt umfasst, welche die beiden Wellenabschnitte bezüglich der Drehachse der Welle gegenseitig zentrieren, und eine Spannanordnung umfasst, mittels welcher die beiden Wellenabschnitte mit einem oder mehreren Spannelementen im zusammengebauten Zustand in ihrer relativen Axialposition gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspindel, insbesondere eine schnell laufende Motorspindel, mit einer angetriebenen Welle, mit einem antriebseitigen und einem werkzeugseitigen Abschnitt, und einer Kupplungsanordnung, mit welcher die Abschnitte der Welle lösbar und drehfest miteinander verbunden sind.
Im Stand der Technik wird bei schnell laufenden Motorspindeln die Einteiligkeit der Welle in der Regel bevorzugt, um insbesondere die Rundlaufgenauigkeit zu gewährleisten.
Daneben sind auch Motorspindeln mit zweiteiliger Welle bekannt geworden, beispielsweise aus der DE 33 34 001 sowie der DE 38 07 102 .
Bei der DE 33 34 001 wird ein Bajonettverschluss für die Verbindung der zwei Abschnitte der Welle vorgeschlagen, was für die dort beschriebenen Schleifspindeln und die dort auftretenden Kräfte ausreichend sein mag. Die dort beschriebene Lösung ist jedoch nicht geeignet, hohe Schnittkräfte zu übertragen, wie sie bei der spanenden Bearbeitung von metallischen Werkstoffen auftreten. Außerdem fehlt der dort vorgeschlagenen konstruktiven Lösung die notwendige Steifigkeit. Darüber hinaus ist dort die Welle nicht als Hohlwelle ausführbar, so dass durch die Welle keine Kühlflüssigkeit zugeführt werden kann, wie dies häufig bei schnell laufenden Motorspindeln, die bei der spanenden Bearbeitung eingesetzt werden, von Bedeutung ist. Darüber hinaus erlaubt diese Konstruktion damit auch nicht Betätigung einer Spannvorrichtung für die von der Spindel zu tragenden Werkzeuge durch die Welle hindurch.
Nachteilig ist bei der in der DE 33 34 001 vorgeschlagenen Konstruktion, dass die Welle selbst nicht so stabil ist, dass eine Zweipunkt-Lagerung ausreichend wäre. Vielmehr muss dort die Welle beidseits der Kupplungsanordnung und darüber hinaus auch noch werkzeugseitig gelagert werden. Die Lager und deren Anordnung sind hier maßgebend für den Rundlauf der Welle, weshalb ein aufwändig gestaltetes Spindelgehäuse verwendet werden muss, welches die Genauigkeit der Lagerung sicherstellt. Dies erschwert wiederum den Austausch eines vom Verschleiß betroffenen Wellenabschnittes.
Bei der DE 38 07 102 ist ebenfalls problematisch, dass der Wechsel des werkzeugseitigen Teils der Motorspindel kompliziert ist. Darüber hinaus bietet die Welle keine durchgehende Bohrung und die vorgeschlagenen Verbindung kann keine großen Querkräfte aufnehmen. Außerdem ist die dort beschriebene Technik mit einer mangelhaften Wiederholgenauigkeit behaftet, d.h. der Einsatz bei schnell laufenden Spindeln, bei denen erhebliche Fliehkräfte auftreten, die sich insbesondere bei einer Unwucht negativ bemerkbar machen, ist ausgeschlossen. Dies insbesondere deshalb, weil die dort vorgeschlagene Verbindung der Wellenteile keine wuchtneutrale Schnittstelle bietet und insbesondere keine Verdrehsicherung.
Die dadurch gegebene Spielfreiheit in Axial- und Radialrichtung wirkt sich negativ auf das Arbeitsergebnis aus und erlaubt insbesondere nicht den Einsatz solcher Werkzeugspindeln als schnell laufende Motorspindeln.
Auch deshalb wurden bislang noch die einteiligen Wellen bei schnell laufenden Motorspindeln bevorzugt.
Die Teilung der Welle in mehrere Abschnitte erlaubt allerdings den Austausch des verschleißanfälligeren werkzeugseitigen Abschnitts der Welle, auf den bei der Bearbeitung von Werkstücken hauptsächlich die Kräfte einwirken.
Problematisch ist allerdings, wie zuvor beschrieben, dass dadurch die Genauigkeit der Spindel bzw. die Toleranzen bei den Bearbeitungsvorgängen nicht leiden dürfen.
Darüber hinaus ist insbesondere für die spanende Bearbeitung eine sichere Drehmomentübertragung notwendig. Weiterhin sollte eine Schnelllaufspindel es vorzugsweise erlauben, dass die Welle als Hohlwelle ausgebildet wird und somit axial eine Versorgungsleitung für Kühlflüssigkeiten sowie vorzugsweise zusätzlich noch ein Werkzeug-Spannsystem (bzw. Betätigungselemente hierfür) durchführbar ist, mit dem die Werkzeuge für die spanende Bearbeitung gehalten werden können. Die Bedienung des Spannsystems ist dann von der Motorrückseite möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeugspindel der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, bei der trotz der Mehrteiligkeit der Welle, die Eignung als Schnelllaufspindel besteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kupplungsanordnung als kraft- und formschlüssige Verbindung ausgebildet ist, in Umfangsrichtung verlaufende, zueinander komplementär ausgebildete und zusammen wirkende Anlageflächen am antriebsseitigen und werkzeugseitigen Wellenabschnitt umfasst, welche die beiden Wellenabschnitte bezüglich der Drehachse der Welle gegenseitig zentrieren, und eine Spannanordnung umfasst, mittels welcher die beiden Wellenabschnitte mit einem oder mehreren Spannelementen im zusammengebauten Zustand in ihrer relativen Axialposition gehalten sind.
Mit der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel wird über die Hohlwelle zum einen sichergestellt, dass wie herkömmlich Schmier- und Kühlflüssigkeit von der Motorrückseite her durch die Spindel zum Werkzeug geliefert werden kann und andererseits, dass von der Motorrückseite her eine Spannvorrichtung für die Werkzeuge, die die Motorspindel antreibt, bedienbar ist.
Gleichzeitig wird aufgrund der in Umfangsrichtung verlaufenden Anlagefläche eine große Rundlaufgenauigkeit erzielt ebenso wie eine große Systemsteifigkeit. Damit sind hohe Umfangsgeschwindigkeiten möglich, ebenso wie eine höchste Wiederholgenauigkeit für das Zusammenbauen bzw. das Auswechseln des werkzeugseitigen Abschnitts der Welle. Die Anlageflächen bilden dabei vorzugsweise gleichzeitig den Kraftschluss der Kupplungsanordnung und können bei Bedarf Formschlusselemente beinhalten. Eine besonders genaue Verbindung der beiden Enden der werkzeugseitigen und abtriebseitigen Wellenabschnitte wird dann erreicht, wenn die Anlageflächen im Presssitz aneinander gehalten werden unter minimaler elastischer Verformung derselben.
Bevorzugt weist die Kupplungsanordnung der erfindungsgemäßen Spindel plane, in Radialrichtung verlaufende, komplementär und zusammenwirkende Stützflächen oder Planflächen auf beiden Seiten der jeweiligen Wellenab schnitte auf. Diese Stützflächen können mittig angeordnet oder am Außenumfang der Wellenabschnitte vorgesehen sein und ringförmig ausgebildet sein.
Die Stützflächen bieten beim Zusammenbau der Wellenabschnitte Anschlagsflächen, welche die Verformung der Enden der Wellenabschnitte bei der Bildung des Presssitzes limitieren. Gleichzeitig übernehmen sie die Funktion der fluchtenden Ausrichtung der Wellenabschnitte.
Während für die Wahl der konkreten Ausgestaltung der Anlageflächen dem Fachmann eine Vielzahl von Möglichkeiten vor Augen stehen, besteht eine bevorzugte Variante darin, die Anlageflächen in Kegelmantelflächen eines Steilkegels auszubilden. Hier kann neben einer kraftschlüssigen Verbindung gleichzeitig eine Zentrierung der Wellenabschnitte bezüglich der Drehachse erzielt werden.
Weiterhin bevorzugt weist die Werkzeugspindel eine Kupplungsanordnung mit zwei Elementen auf, welche getrennt voneinander zum einen die Genauigkeit der Verbindung der Wellenabschnitte und zum anderen eine Maximierung der Drehmomentübertragung gewährleisten.
Bei einer solchen bevorzugten Werkzeugspindel wird die Kupplungsanordnung zwischen den Wellenabschnitten vorzugsweise durch ein kegelförmiges Element mit zwei Abschnitten gebildet, wobei ein Abschnitt eine zentrierende Kegelmantelfläche und eine plane, radial nach außen gerichtete Ringfläche umfasst und das zweite Element einen in Radialrichtung unrunden Querschnitt zur Realisierung eines Formschlusses aufweist.
Bevorzugt wird, um höchste Rundlaufgenauigkeit zu erhalten, der Kegelteil und die hierzu komplementäre Ausnehmung der Kupplungsanordnung mit einer Toleranz im Bereich von 2 bis 5 μm gefertigt.
Die Wellenabschnitte werden miteinander über eine Spannanordnung verbunden, welche bevorzugt Spannbolzen umfasst, welche mit geringer Neigung gegen die Axialrichtung geführt werden.
Alternativ zu den Spannbolzen kann die Spannanordnung eine Spannzange umfassen, mit der eine Schnellwechselmöglichkeit für den werkzeugseitigen Wellenabschnitt realisiert werden kann.
Bevorzugt wird der Steilkegel auf seiner dem Motor abgewandten Seite einen polygonalen Abschnitt umfassen, der für die Drehmomentübertragung fungiert.
Bei einer weiter bevorzugten Werkzeugspindel wird die Kupplungsanordnung der Wellenabschnitte ein Element umfassen, das die Wellenabschnitte beim axialen Zusammenführen führt und zentriert.
Die erfindungsgemäße Spindel erlaubt bei einem kleinen Gesamtbauraum für die Verbindung der Wellenteile, d.h. an deren Übergang bzw. Schnittstelle, gleichzeitig eine maximale Bohrung, d.h. einen maximalen Innendurchmesser der Hohlwelle zum Durchführen von Medien und Bedienungselemente, beispielsweise für das Werkzeug-Spannsystem der Spindel.
Gleichzeitig gewährleistet die erfindungsgemäße Spindel eine große Systemsteifigkeit, was in der Konsequenz eine große Rundlaufgenauigkeit, eine große Drehmomentübertragung und eine Minimierung der Durchbiegung auch bei hohen einwirkenden Schnittkräften ermöglicht.
Damit lassen sich hohe Umfangsgeschwindigkeiten realisieren, wie sie für Schnelllaufspindeln nötig sind. Darüber hinaus erlaubt die erfindungsgemäße Spindel eine sehr hohe Wiederholgenauigkeit beim Zusammenbau der Wellenabschnitte, so dass ein Auswechseln von dem Verschleiß am meisten unterliegenden werkzeugseitigen Wellenteilen problemlos und wiederholt möglich ist.
Außerdem erlaubt es eine Herstellung einer wuchtneutralen Schnittstelle, d.h. nach einem Wechsel des werkzeugseitigen Wellenabschnitts ist keine Auswuchtung des Gesamtsystems notwendig. Darüber hinaus lässt sich sicher stellen, dass eine definierte Positionierung der unterschiedlichen Teile, d.h. Wellenabschnitte stattfindet verknüpft mit einer Verdrehsicherung der Teileposition.
Darüber hinaus erlaubt die Erfindung eine axial und radial spielfreie Verbindung und schließlich auch noch eine schnelle Wechselmöglichkeit der verschleißanfälligen Wellenabschnitte.
Die Erfindung schafft schließlich eine Spindel mit mehrteiliger Welle, welche eine Schnittstelle beinhaltet, die den vorgenannten Anforderungen in sehr hohem Maße gerecht wird. Diese Schnittstelle wird über eine Kupplungsanordnung realisiert, welche eine Außenkontur und eine Innenkontur aufweist, die komplementär zueinander ausgebildet sind.
Die Kupplungsanordnung umfasst eine senkrecht zur Drehachse laufende Planlage, insbesondere eine Ringfläche, an welche sich ein kurzer Kegel anschließt. Dieser geht an seinem verjüngten Ende in eine weitere formschlüssige Kontur über, insbesondere eine symmetrische Unrunde, wie z.B. ein Polygon. Die Mittelachse des Kegels sowie der formschlüssigen Kontur sind mit der Drehachse der schnell laufenden Spindel identisch. Die Innenkontur des anderen Wellenabschnitts wird durch eine symmetrische Bohrung oder eine symmetrische Unrunde bestimmt.
Die Planflächen beider Teile werden durch eine axial einzubringende Kraft durch die Spannanordnung unter Vorspannung zur Anlage gebracht. In dieser axialen Endposition hat der Kegel durch elastische Verformung seinen Sitz eingenommen. Die formschlüssige Kontur ist hierbei ohne zusätzlichen Kraftaufwand spielarm in eine komplementär gestaltete Ausnehmung eingefügt.
In dieser Stellung garantieren die Planlage sowie der Kegel die große Systemsteifigkeit, hohe Umfangsgeschwindigkeiten, erhöhte Rundlaufgenauigkeit, die Übertragung großer Drehmomente, höchste Wiederholgenauigkeit sowie eine axial und radial spielfreie Verbindung.
Die formschlüssige Kontur erfüllt die Forderung nach einer definierten Positionierung der Teile sowie eine Verdrehsicherung der Teileposition. Insgesamt wird eine wuchtneutrale Schnittstelle bei schneller Wechselmöglichkeit der verschleißbelasteten Wellenteile geschaffen.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:
1: eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Werkzeugspindel;
2: eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäße Werkzeugspindel;
3 und 4: Detailansichten einer erfindungsgemäße Werkzeugspindel der 1;
5 und 6: Schnittansichten längs Linie B-B bzw. A-A der 3 und 4;
7: schematische Darstellung einer Kupplungsanordnung einer erfindungsgemäße Werkzeugspindel;
8: schematische Darstellung einer Kupplungsanordnung einer erfindungsgemäße Werkzeugspindel; und
9A bis 9C: Alternativlösungen bei Kupplungsanordnungen von erfindungsgemäßen Werkzeugspindeln.
1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene Werkzeugspindel in ihren wesentlichen Teilen. Hierbei handelt es sich im Einzelnen um eine sogenannte Motorspindel mit einem Elektromotor 12, welcher direkt auf einer Welle 14 angeordnet ist.
Die Welle 14 setzt sich aus zwei Wellenabschnitten 16, 17 zusammen, welche über eine Kupplungsanordnung 18 miteinander kraft- und formschlüssig drehfest und dennoch lösbar verbunden sind.
Der Wellenabschnitt 17 ist der motorseitige Wellenabschnitt und bildet gleichzeitig die Motorwelle. Der Wellenabschnitt 16 ist der werkzeugseitige Wellenabschnitt und weist an seinem dem Motor 12 entgegengesetzt liegenden Ende eine Aufnahme für eine Spannvorrichtung für von der Spindel zu haltendes und anzutreibendes Werkzeug auf.
Die Welle 14 ist bei der vorliegend beschriebenen und gezeigten Ausführungsform als Hohlwelle ausgebildet und führt in ihrer Axialbohrung 22 eine Rohrleitung 24 mit Hilfe derer die Zufuhr von Kühlflüssigkeit von der Rückseite des Motors 12 (nicht gezeigt) zum Werkzeug bzw. zum Bereich der Aufnahme 20 möglich ist.
Die erfindungsgemäße Werkzeugspindel 10 ist zum einen im Bereich der Kupplungsanordnung 18 sowie am freien Ende des Wellenabschnitts 16 über Lager 26, 27 drehbar gelagert. Im Gegensatz zu der aus der DE 33 34 001 bekannten Lösung der mehrteiligen Welle sorgen hier die Drehlager im Wesentlichen nur für die Abstützung bei einer Krafteinwirkung auf die Welle bei der Bearbeitung eines Werkstückes, während die Steifigkeit der Welle und deren Ausrichtung, insbesondere ihre Rundlaufeigenschaften, durch die Welle bzw. durch die Kupplungsanordnung selbst, mit der die beiden Wellenabschnitte 16 und 17 miteinander verbunden sind, gewährleistet wird.
In der 1 ist eine der möglichen Variante einer solchen Kupplungsanordnung 18 gezeigt, die hier nur kurz angesprochen, im Folgenden aber anhand der 3 bis 8 noch näher erläutert werden soll.
Zunächst beinhaltet die Kupplungsanordnung 18 auf Seiten des motorseitigen Wellenabschnitts 17 einen koaxial zur Drehachse der Spindel angeordneten Steilkegel 28, welcher vom Außenumfang des Wellenabschnitts 17 stufig zurückspringt und hierbei eine in Radialrichtung ausgerichtete Planfläche 30 bildet. An den Steilkegel 28 schließt sich in Richtung des werkzeugseitigen Wellenabschnitts 16 weisend ein rotationssymmetrisches Unrundelement 32 an, welches über einen weiteren Rücksprung mit einem Zentrierzapfen 34 verbunden ist. Das zum Motor hinweisende Ende des Wellenabschnitts 16 ist im Wesentlichen komplementär zu der eben beschriebenen Struktur des Endes des Wellenabschnitts 17 ausgebildet, so dass diese beiden Enden der Wellenabschnitte 16 und 17 beim Verbinden derselben zusammengefügt werden können.
Darüber hinaus endet der Wellenabschnitt 16 mit einer Planfläche 31, die komplementär zur Planfläche 30 ausgebildet ist und über welche eine exakte Ausrichtung der Wellenabschnitte bezüglich der gemeinsamen Drehachse möglich ist.
Hierbei ist die dem Steilkegel 28 entsprechende Ausnehmung 36 mit etwas geringem Durchmesser ausgebildet wie der Steilkegel 28, so dass sich beim Zusammenfügen der beiden Wellenabschnitte 16 und 17 durch elastische Verformung seinen endgültigen Sitz einnimmt.
Dadurch wird zum einen das Wellenstück 16 gegenüber dem Wellenstück 17 zentriert und außerdem kraftschlüssig verbunden.
In dem sich an dem Steilkegel 28 anschließenden Unrundelement 32 und der hier zugehörigen komplementär ausgebildeten Ausnehmung 38 einen Formschluss und sorgt somit für eine optimale Kraftübertragung und auch drehfeste Verbindung zwischen den beiden Wellenabschnitten 16 und 17.
Um die beiden Wellenabschnitte mit elastisch verformtem Kegelabschnitt in definiertem montiertem Zustand zu halten, sind schließlich Spannbolzen 40, 41 als Spannanordnung vorgesehen, welche das kupplungsanordnungsseitige Ende des Wellenabschnitts 16 in leicht zur Axialrichtung geneigter Richtung durchsetzen und bis zu dem Unrundelement 32 des motorseitigen Wellenabschnitts 17 reichen und dort mit einer Schraubverbindung festgelegt sind.
Alternativ zu der in 1 vorgestellten Lösung einer Kupplungsanordnung zur Verbindung der Wellenabschnitte 16 und 17 ist in 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeugspindel im Ausschnitt dargestellt, wobei dort die Darstellung des Motors 12 der Einfachheit halber weggelassen und auch sonst der Übersichtlichkeit halber die Zeichnung vereinfacht ist.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel, in der insbesondere eine alternative Art der Spannanordnung der Kupplungsanordnung realisiert wurde.
Anstelle der Spannbolzen 40, 41, wie in 1 gezeigt, tritt hier eine etwas aufwändigere automatische Spannvorrichtung (nicht zu verwechseln mit der Spannvorrichtung für die Werkzeuge) auf.
Im oberen Teil der Figur ist die Spannanordnung in gelöstem Zustand und im unteren Teil der Zeichnung in fixiertem Zustand gezeigt. Aufgrund der Realisierung der Welle 14 als Hohlwelle lässt sich der Betätigungsmechanismus 44 von der Rückseite des Motors (hier nicht gezeigt) bedienen.
Einzelheiten der Funktionsweise dieser automatischen Spannvorrichtung ersieht der Fachmann aus der Zeichnung und den darin angegebenen beiden Spannzuständen.
Alternativ kann die automatische Spannvorrichtung selbstverständlich auch hydraulisch betätigt werden.
In den 3 und 4 sind die beiden einander zugewandten Enden der Wellenabschnitte 16 und 17 in der konstruktiven Lösung der 1 nochmals im Detail gezeigt.
Der Teil der Kupplungsanordnung 18, der auf Seiten des Wellenabschnitts 16 realisiert ist, besteht aus einer Folge von abgestuft in das Wellenende des Wellenabschnitts 16 eingebrachten Hohlräume, beginnend mit einem Hohlraum 36, der komplementär zu dem Steilkegel 28 des Endes des Wellenabschnitts 17 ausgebildet ist und der diesen im elastisch verpressten Zustand aufnehmen kann. Daran schließt sich die Ausnehmung 38 an, in der sich das Unrundelement 32 formschlüssig einsetzen lässt. Über die Formschlusspas sung zwischen dem Unrundelement 32 und der Ausnehmung 38 lässt sich auch die Winkelposition der beiden Wellenabschnitte 16 und 17 bezüglich der Drehachse festlegen und damit bei Bedarf sicher stellen, dass nur eine einzige vorgegebene Einbaulage (in Radialrichtung) möglich ist. Dies führt gleichzeitig zum Ausrichten von in dem Endabschnitt des Wellenabschnitts 16 vorhandenen Bohrungen 46, 47 mit Gewindebohrungen 48, 49 am Ende des Wellenabschnitts 17. Durch die Bohrungen 46, 47 greifen dann die Spannbolzen 40, 41 hindurch und werden in den Gewindebohrungen 48, 49 verschraubt, um die beiden Enden der Wellenabschnitte 16 und 17 im Presssitz zu halten.
Die weiteren 5 und 6 veranschaulichen nochmals den konstruktiven Aufbau der Kupplungsanordnungsteile, wie sie im Zusammenhang mit den 3 und 4 im Einzelnen näher beschrieben sind.
Die 7 und 8 veranschaulichen das Prinzip der Zentrierung und kraftschlüssigen Verbindung der beiden Enden der Wellenabschnitte 16 und 17 in schematischer Weise. Diese beiden Figuren gelten in gleicher Weise für die konstruktive Lösung der 1 als auch für die konstruktive Lösung der 2, weshalb die Spannanordnung bei den 7 und 8 jeweils zeichnerisch weggelassen sind.
8 zeigt in der oberen Hälfte die beiden Wellenabschnitte 16 und 17 im fertig montierten Zustand, in dem die Planflächen 30, 31, die erst nach Einsatz der Spannelemente, d.h. die Spannbolzen 40, 41 oder die Spannvorrichtung wie in 2 gezeigt, zum Einsatz kommt.
Aufgrund des gewählten Presssitzes mit einer gewissen elastischen Verformung des Steilkegels 28 bzw. der hier zugehörigen Ausnehmung auf Seiten des Wellenabschnitts 16 kommt eine kraftschlüssige zentrierte Verbindung zwischen diesen beiden Wellenabschnitten zustande.
Durch die axiale Anlagekraft wird zusätzlich die Rundlaufeigenschaft gestützt und stabilisiert. Insofern ist es von Bedeutung, dass die Planflächen 30, 31 benachbart zum Außenumfang der Welle 14 angeordnet sind, da hier größere Hebelkräfte zur Verfügung stehen, um das Ziel des Rundlaufs und des Genauigkeit der Verbindung zu erzielen.
Alternativ wäre selbstverständlich vorstellbar, Planflächen im Bereich des oberen Endes des Steilkegels 28 vorzusehen, wobei dies jedoch mit dem Nachteil verbunden ist, dass hier geringe Hebelkräfte eingesetzt werden können, um die Rundlaufgenauigkeit zu erzielen.
Die in den 1 bis 8 gezeigten Kupplungsanordnungen sind selbstverständlich auch in spiegelverkehrtem Aufbau vorstellbar, d.h. dass seitens des Wellenabschnitts 16 der Steilkegel 28 vorgesehen ist ebenso wie das Unrundelement 32 und die Zentriernase 34, während der Wellenabschnitt 17 dann die komplementären Ausnehmungen aufweisen würde.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein einfacheres Auswechseln der Wellenabschnitte dann gegeben ist, wenn wie in den Figuren gezeigt, der Steilkegel auf Seiten des Endes des Wellenabschnitts 17 angeordnet ist und die entsprechenden Ausnehmungen auf Seiten des korrespondierenden Endes des Wellenabschnitts 16.
Die 9A bis 9C zeigen schließlich eine alternative Möglichkeit der formschlüssigen Verbindung der beiden Wellenenden, wobei hier die Mitnehmen in ihren Funktionen nur schematisch gezeichnet sind.
9A zeigt zwei Mitnehmen 56, 57, die diametral gegenüberliegend auf einem Kegelstumpf, beispielsweise dem Steilkegel 28, angeordnet sind, welche mit korrespondierenden Vorsprüngen in den entsprechenden Ausnehmungen des anderen Wellenabschnitts zusammenwirken.
Alternativ können Mitnehmen, wie in 9B gezeigt (58, 59), benachbart zum Umfang eines Wellenabschnitts angeordnet werden und dort die Mitnehmerfunktion ausüben. Diese Mitnehmen 58, 59 können beispielsweise im Bereich der Planfläche 30 bzw. 31 vorgesehen sein.
Dies ist in diesem Sinne in 9C etwas besser veranschaulicht anhand des Mitnehmers 60, wobei hier hinzuzufügen ist, dass selbstverständlich, sinnvollerweise über den Umfang der Welle 14 verteilt, rotationssymmetrisch nicht nur ein Mitnehmen 60, sondern mehrere hiervon anzuordnen sind.

Claims

1) Werkzeugspindel, insbesondere schnell laufende Werkzeugspindel, mit einer angetriebenen Welle mit einem antriebsseitigen und einem werkzeugseitigen Abschnitt, und einer Kupplungsanordnung, mit welcher die Abschnitte der Welle lösbar und drehfest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung als kraft- und formschlüssige Verbindung ausgebildet ist, in Umfangsrichtung verlaufende, zueinander komplementär ausgebildete und zusammenwirkende Anlageflächen am antriebsseitigen und werkzeugseitigen Wellenabschnitt umfasst, welche die beiden Wellenabschnitte bezüglich der Drehachse der Welle gegenseitig zentrieren, und eine Spannanordnung umfasst, mittels welcher die beiden Wellenabschnitte mit einem oder mehreren Spannelementen im zusammengebauten Zustand in ihrer relativen Axialposition gehalten sind.

Werkzeugspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung plane, in Radialrichtung verlaufende, komplementäre und zusammenwirkende Stützflächen auf Seiten beider Wellenabschnitte umfasst.

Werkzeugspindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung einen Steilkegel und eine hierzu komplementäre Ausnehmung an den miteinander verbundenen Enden der Wellenabschnitte umfasst, mittels welchen eine kraftschlüssige Verbindung und Zentrierung der Wellenabschnitte erzielbar ist.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung an einem der miteinander verbundenen Enden von einem der Wellenabschnitte einen Mitnehmen und an dem Ende des anderen Wellenabschnitts eine hierzu komplementäre Ausnehmung umfasst.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung auf Seiten eines der miteinander verbundenen Enden der Wellenabschnitte einen unrunden, bezüglich der Drehachse symmetrischen Abschnitt umfasst, während das Ende des anderen Wellenabschnitts eine Ausnehmung aufweist, in die der unrunde Abschnitt eingreift und eine formschlüssige drehfeste Verbindung bildet.

Werkzeugspindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der unrunde Abschnitt einen Abschnitt des Steilkegels bildet.

Werkzeugspindel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelteil der Kupplungsanordnung sowie die komplementäre Ausnehmung mit einer Toleranz im Bereich von 2 bis 5 μm gefertigt ist.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannanordnung Schraubbolzen umfasst, welche das Ende des werkzeugseitigen Wellenabschnitts durchsetzen und mit dem antriebsseitigen Wellenabschnitt verschraubt sind.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannanordnung eine Spannzange umfasst.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine Hohlwelle ist.

Werkzeugspindel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel im Hohlraum der Welle angeordnete Kühlmittelzuführleitung umfasst.

Werkzeugspindel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel in dem Hohlraum der Welle eine Spannvorrichtung für ein Werkzeug und hier zugehörende Betätigungselemente umfasst.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel im Bereich der Kupplungsanordnung und am werkzeugseitigen Ende des werkzeugseitigen Abschnitts drehbar gelagert ist.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel eine direkt von einem Elektromotor angetriebene Spindel ist, wobei der antriebsseitige Abschnitt der Welle die Motorwelle bildet.

Werkzeugspindel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung benachbart zum Elektromotor angeordnet ist.

Werkzeugspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung einen Führungsteil umfasst, welcher beim Zusammenführen der Wellenabschnitte die miteinander zu verbindenden Enden der Wellen zentriert.