DE1935019B2 - Vorrichtung zum festklemmen der werkzeugspindel einer werkzeugmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum festklemmen der werkzeugspindel einer werkzeugmaschineInfo
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Description
Ordnung im Bereich desjenigen Endes der Spindelhulse
angeordnet ist, das der dem Werkzeug zugekehrten Seite der Spindelhulse entgegengesetzt ist
Die Erfindung ist nachstehend anhand des in den
Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher
erläutert
In den Zeichnungen stellen dar
Fig 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine
nach der Erfindung,
Fi g 2 eine vereinfachte und teilweise schematisch
angegebene Schnittansicht entsprechend der in Fig I
angedeuteten Schnittlinie 2-2, worin die Arbeitsspindel in ihrer zurückgezogenen Stellung durch ausgezogene
Linien und in der vorgeschobenen Stellung durch unterbrochene Linien angegeben ist.
Fig 3 eine in vergrößertem Maßstab wiedergegebene
Schnittdarstellung, welche dem mittleren Teil von F ι g 2 entspricht und die Bauteile der Konstruktion im
einzelnen zeigt, welche zur Einspannung und drehbaren Lagerung der Arbeitsspindel in einer vorher eingestell- ;
ten Arbeitsstellung dient,
F ι g 4 eine dem linken Teil von F ι g 3 entsprechende,
in noch größerem Maßstab gezeichnete Schnitt-Teilan
sieht, welche die Konstruktion desjenigen Teiles der
Maschine verdeutlicht, welcher zur drehbaren Lagerung ; der Arbeitsspindel in der jeweils eingestellten genauen
Axialstellung vorgesehen ist,
Fi g 5 eine aussthnittsweise Querschnittsdarstellung
entsprechend der in Fi g 4 angedeuteten Schnittlinie
5-5,
Fig 6 einen Teil eines Querschnittes entsprechend
der in F ι g 3 angedeuteten Schnittlinie 6-6,
F ig 7 einen Teil eines Querschnittes entsprechend
der in F ι g 3 angedeuteten Schnittlinie 7 7,
Fi g 8 eine in vergrößertem Maßstab gezeichnete,
ausschnittsweise Seitenansicht des Druckmittelzufuhrungs-
oder Sammelringes, welcher zur Speisung der umlaufenden Anordnung nach Fig 3 mit Druckmittel
dient und auf der rechten Seite von Fig 3 angedeutet ist,
Fig 9 einen Teil eines Querschnittes entsprechend
der in F ι g 8 angedeuteten Schnittlinie 9 9,
Fig 10 einen Teil eines Querschnittes entsprechend
der in F ι g 8 angedeuteten Schnittlinie 10-10 und
schließlich
Fi g 11 einen in bedeutend größerem Maßstab
ausschnittsweise gezeichneten Radialschnitt entsprechend der in F ι g. 10 angegebenen Schnittlinie 11-11.
Das in Fig 1 der Zeichnungen dargestellte Ausfuhrungsbeispiel
der Erfindung wird von einer Werkzeugmaschine 20 gebildet, welche, wie aus der Zeichnung
ersichtlich, einen verfahrbaren Werkstuckaufspanntisch 22 aufweist, der neben einer senkrecht aufragenden
Säule 24 hegt, die einen in senkrechter Richtung
einstellbaren Arbeitsschlitten 26 tragt
Wie im folgenden genauer beschrieben wird, dient der
Arbeitsschlitten 26 zur Abstutzung und zum Antrieb
einer in Längsrichtung einstellbaren Arbeitsspindel 28
(= Werkzeugspindel), die an ihrem vorderen Ende in
der dargestellten Weise ein abnehmbares Schneidwerkzeug 30 tragt, das zur Ausfuhrung eines Bearbeitungsvorganges an einem Werkstuck 32 verwendet wird,
welches in F ι g 2 schematisch angegeben ist und auf
dem ebenfalls in F ι g 2 schematisch gezeigten Tisch 22 festgespannt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das
Schneidwerkzeug 30 nur ein Beispiel aus einer großen Vielzahl von Bearbeitungswerkzeugen darstellt, die an
die Arbeitsspindel 28 in einer dem Werkzeugmaschinenfachmann
bekannten Art angesetzt werden können.
Der Fräser oder das Schneidwerkzeug 30, welches an dem vorstehenden Ende der umlaufenden Arbeitsspindel
28 befestigt ist, soll nun an Werkstucken, wie
beispielsweise dem Werkstuck 32, Bearbeitungsvorgan ge ausfuhren, wobei die Stelle, an welcher die
Bearbeitung vorgenommen werden soll, auf dem Werkstuck mit einer Genauigkeit festzulegen ist, an
welche außerordentlich hohe Anforderungen gestellt werden können
Um die gewünschte Einstellung des an der Spindel
befestigten Schneidwerkzeugs oder Fräsers 30 relativ zu dem Werkstuck 32 zu erhalten, ist die Arbeitsspindel
28 in Längsrichtung mit Bezug auf den ihr zugeordneten
Schlitten 26 einstellbar Nach dieser Voreinstellung der Arbeitsspindel 28 in Längsrichtung m die gewünschte
Arbeitsstellung wird die Spindel in der nachfolgend
beschriebenen Weise so festgespannt, daß sie in der eingestellten axialen Lage drehbar gehaltert ist
Oft ist es wünschenswert und vorteilhaft, Werkzeugmaschinen
der hier betrachteten Art zur Ausfuhrung von Bearbeitungsvorgangen zu verwenden, bei welchen
höchste Genauigkeit und strengste Toleranzen gefordert sind In solchen Fallen ist die erfindungsgemaße
Werkzeugmaschine mit Vorteil und unter Ausnutzung von den Fachleuten sehr geschätzter Eigenschaften
einzusetzen, wobei Abweichungen von der theoretischen Genauigkeit in der Langseinstellung der umlaufenden
Arbeitsspindel 28 und des an dieser befestigten Werkzeuges 30 bei der Ausfuhrung des betreffenden
Arbeitsganges nahezu ausgeschlossen werden können Verlagerungen oder Abbiegungen irgendwelcher Art
des Fräsers oder Schneidwerkzeuges 30 aus der genauen und gewünschten Arbeitsstellung wurden
entsprechende Ungenauigkeiten bei der auszuführenden
Werkstuckbearbeitung herbeifuhren und sind daher
zu meiden
Wie zuvor im einzelnen ausgeführt, ist die umlaufende
Arbeitsspindel 28 in einer Axialstellung drehbar gehaltert, welche mit einem Genauigkeitsgrad einge
stellt werden kann, der gegenüber dem Betrtebsverhalten
bekannter Werkzeugmaschinen der betrachteten Art bedeutend erhöht ist, woraus sich ergibt, daß die
erfindungsgemaße Maschine besser zur Ausfuhrung von Bearbeitungsvorgangen mit erhöhten Genauigkeitsanforderungen
geeignet ist und sich charaktenstischerweise
zur Prazisionsbearbeitung unter automatischer
Steuerung anbietet
Wie aus der dargestellten Anordnung zu entnehmen
ist, kann die umlaufende Arbeitsspindel 28 in Längsrichtung
zwischen einer in Fig 2 mit ausgezogenen Linien
eingezeichneten, zurückgezogenen Stellung und einer in
F ι g 2 in gestrichelten Linien angegebenen vorgeschobenen
Arbeitsstellung eingestellt werden, was mittels eines druckmittelbetatigten Zylinders 34 geschieht,
welcher an dem Gehäuse 36 des Arbeitsschhttens 26
verankert und über einen Gehausering 38 sowie Lager 40 mit der umlaufenden Arbeitsspindel 28 so verbunden
ist, daß er diese in Längsrichtung verschieben kann Die
Arbeitsspindel 28 ist in der jeweiligen axialen Stellung,
welche wahlweise hergestellt worden ist, durch eine mit
einer zentrischen Bohrung versehene Spindelhulse 42 drehbar gelagert, welche die Spindel 28 umgibt, wie den
F ι g. 2, 3 und 4 der Zeichnungen entnommen werden kann.
Aus den nachfolgenden Ausfuhrungen ergibt sich, daß
die Arbeitsspindel 28 in der jeweils hergestellten axialen Lage in solcher Weise festgespannt und gehaltert wird,
daß weder bei der Betätigung der Maschine im Sinne des Einspannens der Arbeitsspindel in der zuvor
eingestellten Axialsteliung noch beim Einwirken axialer Reaktionskräfte, welche bei der normalen Maschinentätigkeit
von dem Fräser oder dem betreffenden Schneidwerkzeug auf die Spindel übertragen werden,
irgendwelche axialen Verlagerungen der voreingestellten Spindel auftreten können.
Wenn die Werkzeugmaschine 20 in Betrieb ist, bildet das Gehäuse oder die Rahmenkonstruktion des
Schlittens 26, weiches bzw. welche allgemein mit 36 bezeichnet ist, eine starre Abstützung für die umlaufende
Arbeitsspindel 28. Die der Spindel 28 zugeordnete, umlaufende Spindelhülse 42 ist in dem Gehäuse 36 des
Arbeitsschlittens 26 drehbar gelagert und unmittelbar in demjenigen Teil des Gehäuses 36 abgestützt, von
welchem aus, wie den F i g. 1 und 3 zu entnehmen ist, die Arbeitsspindel in Richtung auf den Werkstückaufspanntisch
22 vorsteht.
Die Spindelhülse 42 wird während des Betriebes durch ein Zahnrad 44 in Umdrehung versetzt, welches
mit einem Antriebszahnrad 46 in Eingriff steht und mit der Arbeitsspindel 28 so drehfest verkeilt ist, daß sich
die Spindelhülse und die Arbeitsspindel gemeinsam drehen. Bei der dargestellten Konstruktion reichen zwei
Paßfedern oder Keile 48, von denen in F i g. 3 nur einer dargestellt ist, in zwei in Längsrichtung verlaufende
Keilnuten 50 der Arbeitsspindel 28 hinein und sind in diesen Keilnuten verschiebbar.
Die Spindelhülse 42 ist an dem Schlittengehäuse 36 durch ein radiale und axiale Belastungen aufnehmendes
Lager 52 hoher Präzision in radialer Richtung abgestützt und in der Betriebsstellung drehbar gelagert,
wie den F i g. 3 und 4 der Zeichnungen zu entnehmen ist. Das Lager 52 hat vorzugsweise die Form eines
Kegelrollenlagers, welches so angeordnet und insbesondere auf derjenigen Seite der Spindelhülse gelegen ist,
welche dem nach außen ragenden Teil der Arbeitsspindel benachbart ist, so daß das Schneidwerkzeug 30 in
seiner Axialstellung mit größter Präzision gehaltert ist.
Zu diesem Zwecke ist der äußere Laufring 54 des Präzisions-Kegelrollenlagers 52 genau in eine Gegenbohrung
oder ein Lagergehäuse 56 eingesetzt, das, wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, in der Rahmenkonstruktion
oder dem Schlittengehäuse 36 koaxial zu einer Gehäusebohrung 58 gebildet ist, durch welche hindurch
sich die Spindel 28 bis zu dem Fräser oder Schneidwerkzeug 30 erstreckt.
Die nach innen oder nach hinten weisende Stirnfläche 60 des äußeren Laufrings 54 des Lagers liegt an einem
ersten ringförmigen Anschlag-Absatz 62 an, der in dem Schlittengehäuse 36 in Form eines flachen, ringförmigen
Flansches oder Bodens der Gegenbohrung oder des Lagergehäuses 56 vorgesehen und auch mit der
Bezugszahl 62 bezeichnet ist. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß durch die Anlage des ringförmigen
Anschlages 62 an der Stirnfläche des äußeren Lagerringes 54 eine Festlegung des Lagers 52
gegenüber der Rahmenkonstruktion oder dem Schlittengehäuse 36 in einer genauen Axialstellung erzielt
wird.
Der innere Laufring 64 des Lagers 52 ist über eine zylindrische Fläche 66 der Spindelhülse 42 geschoben
und stützt die Spindelhülse 42 in radialer Richtung so ab, daß sie genau koaxial zu dem Präzisionsiager 52
ausgerichtet ist. Ein nach innen weisender, flacher, ringförmiger Absatz 68 stützt sich gegen die nach außen
oder nach vorne weisende Stirnfläche des inneren Laufringes 64 des Lagers ab und bewirkt so, wie ohne
weiteres ersichtlich ist, daß die Spindelhülse 42 und insbesondere derjenige Teil der Spindelhülse, welcher
von dem Lager 52 umfaßt wird, in einer genauen Axialstellung mil Bezug auf das Lager 52 und damit in
bezug auf das Schlittengehäuse 36 festgelegt ist.
Aus den Zeichnungen ist zu erkennen, daß der zweite, zur axialen Festlegung der Spindelhülse dienende
Anschlag oder Absatz 68 ziemlich nahe an demjenigen Ende der Spindelhülse 42 gelegen ist, von welchem aus
das den Fräser tragende Ende der Arbeitsspindel 28 wegragt, wobei dafür Sorge getragen ist, daß noch
genügend Material zwischen dem Absatz oder Anschlag 68 und dem daran angrenzenden Spindelhülsenende
vorgesehen ist, so daß sich ein hohes Maß von Steifigkeit der Abstützung der Spindelhülse durch den
Absatz 68 ergibt.
Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstand des Absatzes 68 der Spindelhülse
von dem benachbarten Ende der Spindelhülse 42 etwa gleich der axialen Breite des Präzisions-Kegelrollenlagers
52 und entspricht nur einem ziemlich kleinen Bruchteil des Durchmessers der zylindrischen Spindelhülsenfläche
66, welche von dem Lager 52 umgeben ist.
Das jeweils gegenüberliegende oder innere Ende der Spindelhülse 42, welches weiter in das Schlittengehäuse
36 hineinreicht, ist vorzugsweise durch ein Präzisions-Kegelrollenlager 70 nach Fig. 3 der Zeichnungen
gelagert, das der Spindelhülse 42 eine sehr genaue radiale Abstützung bietet und in der nachfolgend
beschriebenen Weise so ausgebildet ist, daß es der Spindelhülse 42 eine bestimmte Schub-Vorspannungsbelastung erteilt, welche sicherstellt, daß die axiale
Abstützung durch das Lager 52 in der zuvor beschriebenen Weise unter optimaler, spielfreier Berührung
der zusammenwirkenden Anschläge oder Absätze 60 und 68 des Schlittengehäuses 36 bzw. der
Spindelhülse 42 erfolgt.
Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der äußere Laufring 72 des Kegelrollenlagers 70
in ein umgebendes und das Lager radial abstützendes zylindrisches Lagerhäuse 74 der Rahmenkonstruktion
36 mit großer Genauigkeit eingesetzt und ist in diesem Lagergehäuse in axialer Richtung verschieblich. Der
innere Laufring 76 des Kegelrollenlagers 70 ist mit genauer Passung über eine zylindrische Fläche 78 am
inneren Ende der Spindelhülse 42 übergeschoben und bietet der Spindelhülse eine radiale Abstützung. Auch
der innere Laufring 76 stützt sich gemäß Fig. 3 der Zeichnungen gegen einen ringförmigen Absatz 80 ab,
welcher mit Bezug auf die axiale Richtung dem den Fräser tragenden Ende der Arbeitsspindel 28 zugekehrt
ist und von einer ringförmigen Verlängerung 82 der Spindelhülse gebildet wird, die mittels Kopfschrauben
84 in der nachfolgend beschriebenen Weise am inneren Ende der Spindelhülse 42 befestigt ist.
Eine in bestimmtem Maße eingestellte Axialkraft, welche dazu ausreicht, dem zur axialen Abstützung
dienenden Präzisionslager 52 eine optimale Vorspannung oder Belastung mitzuteilen, wird über das
Kegelrollenlager 70 auf den an die Spindelhülse 42 angesetzten Absatz 80 übertragen. Die axiale Vorspannung
des Axialdrucklagers 52 kann in einer dem Fachmann geläufigen Art und Weise durch geeignete
- Vorspannmittel erreicht werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zwecke eine hydraulische
Vorspanneinrichtung vorgesehen, welche einen ringförmigen Kolben 68 enthält, der verschieblich in
einer damit zusammenwirkenden, ringförmigen Zylinderkammer
88 angeordnet und durch ein Betätigungsdruckmittel
beaufschlagbar ist, das, wie aus F i g. 3 ersichtlich, dem Zylinder 88 über eine Leitung 90
zugeführt werden kann. Der ringförmige Kolben stutzt sich dann gegen den axial verschieblichen äußeren
Laufring 72 des Lagers 70 ab und überträgt dadurch in der beschriebenen Weise eine Schubkraft über das
Lager 70 auf den Absatz oder Anschlag 80.
Die auf den m\t umlaufendem Absatz oder Anschlag
80 einwirkende Schubkraft wird nach vorwärts oder nach auswärts über die Spindelhülse 42 auf den
Spindelhülsenabsatz 68 übertragen, welcher an dem Lager 52 anliegt, so daß auf das Lager 52 eine solche
Axialbelastung zur Wirkung gebracht wird, daß das in dieser Weise vorgespannte oder vorbelastete Lager an
dem stillstehenden, ringförmigen Absatz 62 des Schlittengehauses 36 einerseits und dem umlaufenden
Absatz 68 der Spindelhülse 42 andererseits anliegt und die gewünschte genaue Abstutzung des vorderen, von
dem Lager 52 umgebenen Endes der Spindelhülse 42 ermöglicht. Gleichzeitig ergibt die zur Vorspannung
dienende, über das Kegelrollenlager 70 übertragene Schubkraft eine optimale Wirkungsweise der Präzisionslagerung
im Sinne einer genauen radialen Abstül· zung des inneren Endes der Spindelhülse 42. Eine
Lagerbuchse 91, welche in eine Gegenbohrung 93 am hinteren oder inneren Ende der Spindelhülse 42 eingeschoben
ist, umgibt mit enger Passung die Arbeitsspindel 28 und sorgt fur deren genaue radiale Abstützung in dem
von dem Lager 70 umgebenen Bereich.
Die zuvor in Längsrichtung eingestellte Arbeitsspindel 28 wird zur Drehung in der gewünschten
Arbeitsstellung vermittels hydraulisch betätigter Einspannmittel festgespannt, die an der Spindelhülse 42 J5
angeordnet sind und sich in der nachfolgend beschriebenen Weise an die Arbeitsspindel 28 anlegen, wenn
hochgespanntes Betätigungsdruckmittel zugeführt wird. Dieses Druckmittel weist einen so hohen Arbeitsdruck
auf, daß es vermittels einer Pumpenanordnung auf den Betriebsdruck gebracht werden muß, welche zusammen
mit der Spindelhülse 42 umläuft.
Die an der Spindel 42 angeordnete, hydraulisch betätigte Spindeleinspannemrichtung und die Hochdruck-Pumpenanordnung,
welche mit der Spindelhülse 42 umläuft und zur Speisung der Spindeleinspanneinrichtung
dient, sind baulich und funktionsmäßig so aufeinander und mit Bezug auf die axiale Abstützung
der Spindelhülse 42 dienende Halterungskonstruktion abgestimmt, daß eine Betätigung der Hochdruck-Pumpenanordnung
im Sinne einer Zuführung hochgespannten Druckmittels zur hydraulisch betätigten Spindeleinspanneinrichtung
keinen nachteiligen Einfluß auf die Genauigkeit der axialen Halterung der Arbeitsspindel
hat. Bezüglich der genauen Längseinstellung der Arbeitsspindel werden auch axiale Verlagerungen
vermieden, welche an der Spindel aufgrund von Reaktionskräften auftreten könnten, die während des
Betriebes der betreffenden Maschine auf das an der Spindel befestigte Schneidwerkzeug30 einwirken.
Wie aus der Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung zu entnehmen ist, wird die
Spindel 28 nach ihrer Längseinstellung in eine genau einzuhaltende Axialstellung für einen Bearbeitungsvorgang
an der Spindelhülse 42 vermittels einer hydraulisch betätigten Kupplung oder Einspanneinrichtung festgespannt,
welche, wie aus den F i g. 2,3 und 4 ersichtlich ist,
von einer die Spindel 28 umgebenden Spannbüchse 94 gebildet wird, die innerhalb der Spindelhülse 42 nahe
demjenigen Ende derselben angeordnet ist, welches den an dem Präzisions-Kegelrollenlager 52 anliegenden, die
genaue Axialstellung der Spindelhülse 42 festlegenden Anschlag 68 trägt.
Die hydraulisch betätigte Spannbuchse 94 ist also mit
Bezug auf die Axialrichtung nahe dem äußeren Ende der Spindelhülse 42 gelegen und bildet eine sehr feste,
lösbare Verbindung zwischen dem äußeren Spindelhülsenteil und dem mit Bezug auf die axiale Lage
benachbarten Teil der Arbeitsspindel 28, wodurch die axiale Länge desjenigen Teiles der Spindelhülse und der
Arbeitsspindel auf ein Minimum begrenzt wird, welcher sich in axialer Richtung von der lösbaren Einspannstelle
zwischen Spindelhülse und Spindel nach außen erstreckt.
Aufgrund der beschriebenen Anordnung der Spannbuchse 94 gegenüber dem äußeren Ende der Spindelhülse
42, von welchem die Arbeitsspindel 28 nach vorne ragt, wird auch die axiale Länge desjenigen Spindelhülsenteiles
möglichst klein gehalten, welcher sich zwischen dem die axiale Abstützung bewirkenden
Anschlag 68 der Spindelhülse und der die lösbare Verbindung zwischen dem umgebenden Teil der
Spindelhülse 42 und dem benachbarten Teil der Arbeitsspindel 28 bildenden, hydraulisch betätigten
Spannbüchse 94 erstreckt. Auch wird für jede beliebige axiale Einstellung der Arbeitsspindel der Längenabschnitt
dieser Arbeitsspindel 28 auf kleinstem Wert gehalten, der zwischen dem Fräser 30 am äußeren
Spindelende und der Spannbüchse 94 liegt. Die axiale Länge der Spindelhülsenkonstruktion, welche aufgrund
der Übertragung axialer Reaktionskräfte von dem Fräser 30 über die Spindelhülse 42 zu dem Anschlag 68
bei wirksamer Einspannung zwischen Spindelhülse und Arbeitsspindel axialen Belastungen ausgesetzt ist, hat
demgemäß so geringe Ausdehnung, daß diese Länge praktisch außer Betracht bleiben kann. Auch hat die für
die genaue axiale Einstellung des an der Spindel befestigten Werkzeugs 30 in Betracht zu ziehende und
einer thermischen Ausdehnung oder Zusammenziehung unterworfene axiale Länge der Spindelhülsenkonstruktion
und der Arbeitsspindel so kleinen Wert, daß Temperaturdehnungen bei Veränderungen der Betriebstemperatur
der Maschine ohne wesentlichen Einfluß bleiben.
Die hydraulisch betätigte Spannbüchse 94 hat, wie aus den Zeichnungen zu entnehmen ist, im wesentlichen
zylindrische Gesamt-Gestalt und begrenzt eine zylindrische Innenfläche 96, die gemäß Fig.4 die Arbeitsspindel
28 mit genauer Passung umgibt, wobei sich die Arbeitsspindel durch die bereits erwähnte zentrische
Bohrung 98 der Spindelhülse 42 hindurcherstreckt.
Die Spannbüchse 94 ist mit Preßsitz in eine Gegenbohrung 100 der Spindelhülsenbohrung 98
eingeschoben, wie man aus Fig.4 der Zeichnungen
erkennen kann, und ist an den einander gegenüberliegenden Enden gegen die Spindelhülse 42 abgedichtet.
Eine Anzahl am Umfang im Abstand voneinander angeordneter, in axialer Richtung verlaufender Rillen
102, die in der Innenwandung der Gegenbohrung 100 der Außenfläche 104 der Spannbüchse 94 gegenüberliegend
vorgesehen sind (F i g. 5), wirken mit der Spannbüchse 94 im Sinne der Umgrenzung einer
entsprechenden Zahl von Druckmittelkammern 106 zusammen, die miteinander durch einen ringförmigen
Verbindungskanal 108 zusammengeschlossen sind, welch letzterer in der Gegenbohrung 100 auf halbem
709 552/71
Wege zwischen den Enden der Druckmittel rau me 106
rundum laufend eingeschnitten ist
Ein die Einspanneinrichtung beaufschlagendes, hochgespanntes
hydraulisches Druckmittel, dessen Druck großenordnungsmaßig 350 at betragt, wird in der
nachfolgend beschriebenen in den ringförmigen Verbin
dungs- oder Verteilungskanal 108 eingeführt und tritt in
die Druckmittelkammern 106 ein, wodurch Druckkräfte
auf die Spannbuchse 94 ausgeübt werden, die dazu
ausreichen, die Spannbuchse 94 mit großer Kraft gegen
die von der Spannbuchse umschlossene Arbeitsspindel 28 anzupressen, so daß sich ein Kraftschluß zwischen
der Spannbuchse und der Arbeitsspindel einstellt, welcher eine Langsverlagerung der Arbeitsspindel
gegenüber dem sie umgebenden Teil der Spmdelhulse
wirksam verhindert, wobei dieser im Bereich des genannten Kraftschlusses gelegene Spindelhulsenteil in
der erwähnten Weise dem die Axialabstützung der
Spmdelhulse 42 sicherstellenden Anschlag 68, ferner dem eine genaue Fuhrung bewirkenden, an dem
Anschlag 68 anliegenden Lager 52 und schließlich dem ringförmigen Anschlag oder Ansatz 62 fur das Lager 52
benachbart ist
Dem Verbindungs- oder Verteilungskanal 108 und den Druckmittelkammern 106 wird Betatigungsdruckmittel
unter dem erforderlichen, sehr hohen Betriebs druck von einer Anzahl von Hochdruck Kolbenpumpen
110 aus zugeführt, von welchen im vorliegenden Beispiel
vier vorgesehen sind, die in der Spindelhulse 42
untergebracht sind und selbst mittels eines unter bedeutend niedrigerem Druck stehenden Betatigungsdruckmittels
so angetrieben werden, daß die hydraulische Betätigung der Hochdruck-Kolbenpumpen 110 im
Sinne einer Einspannung der Arbeitsspindel 28 dutrh die Spannbuchse 94 im Bereich des die Langsabstutzung
sicherstellenden Lagers 52 ohne eine Veränderung oder
Beeinflussung der axiaien Lage geschehen kann, in
welche die Arbeitsspindel 28 zuvor gebracht worden ist
Die zur Speisung der Spindeleinspanneinnchtung
dienenden Hochdruck-Kolbenpumpen 110 werden jeweils von vier Hochdruck-Pumpenzylindern geringen
Durchmessers 112 gebildet, die am einwärts weisenden
Ende der Spmdelhulse 42 in bestimmtem umfangsmaßigen
Abstand voneinander vorgesehen sind, wie den F ι g. 3 und 6 zu entnehmen ist Das vordere Ende oder
der Grund jedes der Hochdruck-Pumpenzylinder 112 ist
über eine kleine Langsbohrung 114 und eine kurze
Radjalbohrung 116 in der Spindelhulse 42 mit dem
Verteilungskanal 108 verbunden, wie man aus F ι g 3 der
Zeichnungen erkennt, und der ringförmige Verteilungskanal 108 bildet auf diese Weise einen Druckausgleichskanal
zwischen sämtlichen Hochdruck-Pumpenzylindern
112
Den Fi g 3 und 6 der Zeichnungen ist zu entnehmen,
daß in den Hochdruck-Pumpenzylindern 112 jeweils Pumpenkolben 118 von entsprechendem, geringen
Durchmesser gefuhrt sind. Die vier Hochdruck Pumpenkolben
118 werden im Sinne einer hydraulischen Beaufschlagung der Druckmittelraume 106 der Einspanneinrichtung
gleichzeitig mittels eines Niederdruckkolbens 120 nach vorwärts getrieben (Fig.3 und
7), wobei der Niederdruckkolben umlaufend innerhalb der zylindrischen Verlängerung 82 der ebenfalls
umlaufenden Spmdelhulse 42 untergebracht ist und vermittels eines Betatigungsdruckmittels nach vorwärts
getrieben wird, welches der umlaufenden Verlängerung
82 der Spmdelhulse unter bedeutend geringerem Speisedruck zugeleitet wird
Aus Herstellungsgrunden ist die hulsenformige
Verlängerung 82 der Spindelhulse aus drei Teilen zusammengesetzt, weiche em inneres, in axialer
Richtung langgestrecktes Hulsenteil 122 umfassen, das mittels Kopfschrauben 84 am hinteren oder inneren
Ende der Spmdelhulse 42 befestigt ist und sich in der aus
F ι g 3 ersichtlichen Weise nach rückwärts erstreckt und
nach außen eine zylindrische Flache 124 darbietet Ein
zweites Bauteil 126 der hulsenformigen Verlängerung
ίο hat ringförmige Gestalt, ist mit dem Hulsenteil 122, über
dessen zylindrische Außenflache 124 es geschoben ist, in
der aus F ι g 3 ersichtlichen Weise fest verbunden und besitzt eine zylindrische Innenflache 128, welche in
bestimmtem radialen Absland von der Flache 124 so angeordnet ist, daß zwischen den beiden Flachen ein
ringförmiger Niederdruck Zylinderraum 130 entsteht, welcher zur Aufnahme des zuvor erwähnten Nieder
druck Antnebskolbens 120 dient, der ringförmige
Gestalt hat, wie man aus den Fig 3 und 7 der
Zeichnungen sieht
Das vordere Ende des zweiten, äußeren Hulsenteiles
126 der Spindelhulsenverlangerung bildet zusammen mit dem vorderen Ende des inneren Hulsenteiles 122
und unter Zuhilfenahme der Kopfschrauben 84 an dem vorderen Ende oder dem Grunde des Zylinderraumes
130 einen druckmitteldichten Abschluß Das jeweils gegenüberliegende Ende des Niederdruck Zylinderrau
mes 130 ist mittels eines dritten, ringförmigen Teiles 132
flussigkeitsdicht abgeschlossen, das durch Schrauben
jo 134 an dem äußeren Hulsenteil 126 in der aus F ι g 3 zu
entnehmenden Weise befestigt ist und die zylindrische Außenflache 124 des inneren Hulsenteiles 122 dicht
umschließt Die Hulsenteile 122, 126 und 132 bilden zusammen den ersten Teil eines Niederdruck-Antriebs-
3> motors, welcher allgemein durch die Bezugszahl 133
bezeichnet ist und dessen zweiter Teil durch den genannten ringförmigen Kolben 120 gebildet wird
Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der ringförmige
Niederdruckkolben 120 bei Zufuhrung von Betatigungs
druckmitteln niedrigen Druckes über eine Axialbohrung
136 zu dem inneren oder Kopfende des Zylinders 130 in Richtung auf die Hochdruck Pumpenkolben 118 hin
bewegt wird, so daß eine Einspannung der Arbeitsspindel
28 erreicht wird Wird das innere Ende oder das Kopfende des Zylinderraumes 130 von dem Druck des
Betatigungsdruckmittels entlastet und wird das unter niedrigem Druck stehende Betatigungsdruckmittel dem
vorderen Ende des Zylinderraumes 130 über eine in
Fig.3 gezeigte Axialbohrung 138 des inneren Hulsenteiles
122 zugeleitet, so wird der Niederdruckkolben 120 nach innen oder nach rückwärts zurückgezogen, so daß
die nach vorwärts gerichtete Antriebskraft von den Hochdruckkolben 118 fortgenommen und die hydraul!
sehe Einspannung der Arbeitsspindel 28 gelost wird.
Das unter niedrigem Druck stehende Betatigungsdruckmittel gelangt zu den den Zylinderraum 130
speisenden Kanälen 136 und 138 des umlaufenden Hulsenteiles 122 über einen ringförmigen Druckmittelzufuhrungsnng
oder Sammlerring 140, der mit dem hinteren Teil der zylindrischen Außenflache 124 des
Hulsenteiles 122 in solcher Weise zusammenwirkend ausgebildet ist, daß sich die umlaufende Spindelhulsenanordnung
mit hohen Betnebsdrehzahlen drehen kann, ohne daß nachteilige Einflüsse auf das Druckmittelzu-
fuhrungssystem festzustellen sind, wobei eine praktisch
unbegrenzte Lebensdauer des Druckmittelspeisesystems
aufgrund der Tatsache erzielt wird, daß eine reibende Berührung zwischen den umlaufenden Kon-
struktionsteilen und den stillstehenden Konstruktionsteilen
nahezu ausgeschlossen ist Der Druckmittelzufuhrungsnng
oder Sammlernng 140 ist in der im folgenden
beschriebenen Weise gegen Drehung gesichert
Aus den Fig 3 und 8 ist zu entnehmen, daß der
Druckmittel/ufuhrungsnng 140, welcher das innere oder hintere Ende der zylindrischen Außenflache 124
des Hulsenteiles 122 umgibt, insgesamt im wesentlichen
ringförmige Gestalt hat, wobei jedoch an den Ringkörper ein Befestigungsohr 142 einstückig ange
formt ist, welches radial nach auswärts ragt Eine in dem
Befestigungsohr 142 vorgesehene Axialbohrung 144 umschließt lose einen axial ausgerichteten Befestigungs
bolzen 146, der in der dargestellten Weise in eine
feststehende Verankerungslasche 148 eingeschraubt ist
Aufgrund des losen Sitzes oder des in alle Richtungen
zwischen dem Befestigungsohr 142 und dem in dessen Bohrung 144 hineinragenden Befestigungsbolzen 146
gegebenen Totganges ist der Druckmittelzufuhrungs ring 140 zwar drehfest gehaltert, kann sich jedoch
gleichzeitig nach allen Richtungen hin gegenüber dem
nicht umlaufenden Befestigungsbolzen 146 frei bewegen,
so daß er unter den von dem Betatigungsdruckmit
tel ausgeübten Kräften eine optimale Betnebsstellung
koaxial zu der umlaufenden zylindrischen Flache 124 aufsuchen und beibehalten kann
Die Innenseite des Druckmittelzufuhrungsnnges 140
umgrenzt eine in den Fig 9 und Il allgemein mit 150
bezeichneten Zylinderflache, die mit hoher Oberfla chengute und mit genauem Durchmesser so ausgeführt
ist, daß zwischen der umlaufenden Zylinderflache 124
und der Innenflache 150 des Druckmittelzufuhrungsringes
140 em Laufspiel 152 vorhanden ist, das in Fi g 11
aus Gründen deutlicherer Darstellung stark übertrieben
eingezeichnet ist Das Spiel hegt zweckmäßig in der
Größenordnung von etwa 0,03 mm bis 0,045 mm
Wie in Fig 11 in durchgehenden Linien und in den
Fig 8 und 10 durch gestrichelte Linien angedeutet ist,
weist die Innenseite des Druckmittelzufuhrungsnnges 150 zwei gesonderte, jeweils durchgehende Druckmit
telzufuhrungs- und Druckmittelabfuhrungs-Ringnuten
154 bzw 156 auf, welche durch einen ringförmigen Bund oder Steg 158 axial voneinander getrennt sind, welcher
durch einen ringförmigen Teil der zylindrischen Flache
150 gebildet ist, die, wie erwähnt, einen sehr strengen
Laufsitz gegenüber der zylindrischen Flache 124 aufweist Der Druckmittelzufuhrungsring 140 ist in
axialer Richtung mit Bezug auf das Hulsenteil 122 so
gehaltert, daß sich die Ringnuten 154 und 156 mit Bezug
auf die Axialrichtung in der aus den F1 g 3 und 31
ersichtlichen Weise mit den Radialkanalen 160 bzw 162
in Deckungsstellung befinden, wobei die genannten Radialkanale ihrerseits mit den Axialbohrungen 138
bzw 136 Verbindung haben, die zu den einander gegenüberliegenden Enden des Niederdruck-Zylinderraumes
130 fuhren
Die beiden Ringnuten 154 und 156 zur Zufuhrung des
unter niedrigem Druck stehenden Betaügungsdruckrmt tels haben also einerseits mit den einander gegenüberliegenden
Seiten des Niederdruck-Zylinderraumes 130 Verbindung und sind andererseits über Radialbohrungen
164 bzw 166 mit Niederdruck kanälen 168 bzw 170
verbunden, welche, wie in F1 g 3 schematisch angedeutet
ist, zu einem Umsteuerventil 172 fuhren, das mit einer Entluftungsleitung 174 und einer einen niedrigen
Speisedruck erzeugenden Druckmittelquelle 176 verbunden ist, die Betatigungsdruckmitte! unter einem
Betriebsdruck von etwa 17,5 at wahlweise den beiden Ringnuten 154 oder 156 zuleitet, je nachdem, in welcher
Weise das Ventil 172 eingestellt ist, welches so wirksam ist, daß es bei Druckmittelzufuhr zu einer der beiden
Ringnuten 154 oder 156 der jeweils anderen Ringnut eine Verbindung zu der Entluftungsleitung schafft
Wahrend des Betriebes der erfindungsgemaßen
Werkzeugmaschine wird der Druckmittelzufuhrungsring oder Sammelring 140 standig außer Berührung mit
der umlaufenden Zylinderflache 124 gehalten und die zylindrische Flache 150 des Zufuhrungsringes 140 wird
standig genau zentrisch und koaxial mit Bezug auf die
Zylinderflache 124 gehalten, was durch acht hydrostatische Drucklager 180 erreicht wird, die an dem
Druckmittelzufuhrungsring 140 vorgesehen sind und die
mit der von der Flache 150 umflossenen Zylinderflache
124 zusammenwirken Auf jeder Seite der beiden Ringnuten 154 und 156 sind jeweils vier hydrostatische
Lager 80 angeordnet, die gleichmäßig am Umfang um die Zylinderflache 124 verteilt sind
Wie man aus F ι g 10 der Zeichnungen erkennt, sind
die vier hydrostatischen Lager 180, welche auf einer
Seite der nebeneinanderliegenden Ringnuten 154 und 156 gelegen sind, jeweils in Form von vier Quadranten
einer nicht durchgehenden, ringförmigen Nut oder Rille ausgebildet, welche allgemein mit 182 bezeichnet und
am Innenumfang des Druckmittelzufuhrungsringes 140 in der aus F ι g 11 ersichtlichen Weise in axialem
Abstand von der Ringnut 156 angeordnet ist, wobei ein
ringförmiger Bund 186 dazwischenliegt Die Rille oder
Nut 182 ist durch vier am Umfang verteilte Unterbrechungen
186 unterteilt, welche von stehengebliebenen, ebenfalls mit 186 bezeichneten Bereichen der Innenflache
150 des Druckmittelzufuhrungsringes 140 gebildet
sind und der umlaufenden Zylinderflache 124 unmittel
bar so gegenüberstehen, daß die rundum laufende Nut oder Rille 182 in vier bogenförmige Kammern 190
unterteilt wird, welche um die Zylinderflache 124 herum
umfangsmaßig in gleichen Abstanden verteilt sind und
jeweils die hydrostatischen Lager 180 bilden
In ähnlicher Weise werden die auf der gegenüberliegenden
Seite der Ringnuten 154 und 156 gelegenen hydrostatischen Lager 180 von einer mit Unterbrechungen
versehenen Rille oder Nut 200 gebildet, die auf der Innenseite des Druckmittelzufuhrungsringes 140 eingeschnitten
ist und von der Ringnut 154 durch einen in F ι g 11 zu erkennenden dazwischenliegenden Bund 202
getrennt ist Die unterteilte Ringnut 200 ist in jeder
Hinsicht genau so ausgebildet wie die zuvor beschriebene
Rille oder Nut 182 auf der gegenüberliegenden Seite der Ringnuten 154 und 156
Jedem der hydrostatischen Lager 180 wird Druckmit tel zugeleitet, welches unmittelbar auf die umlaufende
Zylinderflache 124 einwirkt und Reaktionskrafte in radialer Richtung nach auswärts erzeugt, die sich gegen
den Druckmittelzufuhrungsring 140 abstutzen, welcher das jeweilige Lager abschließt, so daß die jeweils
benachbarten Teile des Druckmittelzufuhrungsringes 140 von der umlaufenden Zylinderflache 124 weggedruckt
werden, wodurch erreicht wird, daß eine reibende Berührung zwischen dem Druckmittelzufuhrungsring
140 und der umlaufenden Zylinderflache 124 vermieden wird Da nun die vier hydrostatischen Lager
180 in der beschriebenen Weise auf den beiden Seiten der Ringnuten 154 und 156 am Umfang verteilt rund um
die Zylinderflache 124 angeordnet sind, gleichen sich die
radial gerichteten Reaktionskrafte auf den Druckmittelzufuhrungsring 140 aus.
Um die beruhrungsfreie Halterung des Druckmittel-
zufuhrungsringes 140 gegenüber der von ihm umschlos
senen, umlaufenden Zyhnderflache 124 in jedem Falle
sicherzustellen, wird jedoch das den jeweiligen hydrostatischen Lagern 180 zugefuhrte Druckmittel fur die
einzelnen Lager in seinem Speisedruck selbsttätig dynamisch so geändert, daß bei radialen Ausrichtungs
fehlern des schwebend gehalterten Druckmittelzufuh rungsnnges 140 gegenüber der von ihm umschlossenen
Flache 124 die hydrostatischen Lager gemeinsam im Sinne der Erzeugung einer resultierenden Ausgleichs
kraft wirksam ist, die auf den Druckmittelzufuhrungs
ring einwirkt und dazu ausreicht, diesen Ring außer reibender Berührung mit der Zyhnderflache 124 zu
halten
Aufgrund des zwischen der zylindrischen innenfläche 150 des Druckmittelzufuhrungsnnges 140 und der davon
umschlossenen Zyhnderflache 124 in der beschriebenen Weise vorgesehenen Spieles tritt ein dynamisch
veränderlicher Leckstrom von Druckmittel aus den jeweiligen hydrostatischen Lagern 180 längs der
Zylinderflache 124 aus Dieses Betriebsverhalten der erfindungsgemaßen Einrichtung wird mit Vorteil zur
Erzeugung einer selbsttätigen Korrektur irgendwelcher radialer Verschiebungen des schwebend abgestutzten
Druckmittelzufuhrungsnnges 140 gegenüber der Zy hnderflache 124 ausgenutzt Zu diesem Zwecke wird das
Betatigungsdruckmittel den jeweiligen hydrostatischen Lagern 180 über Drosselkanale zugeleitet, die dem zu
jedem einzelnen hydrostatischen Lager gelangenden Druckmittelstrom einen Druckabfall aufprägen, der im jo
wesentlichen zur Ausstromgeschwindigkeit des Druck mittels aus dem betreffenden Lager längs der
Zylinderflache 124 proportional ist
Zu diesem Zwecke sind die mit Bezug auf die
Darstellungen nach den F1 g 3, 8 und 11 auf der rechten
Seite der Ringnuten 154 und 156 gelegenen vier hydrostatischen Drucklager 180 mit Druckmittel über
vier Speiseleitungen 194 beaufschlagbar, die in Fi g 10
gezeigt sind und über vier Radialbohrungen 1% mit den
jeweiligen Kammerraumen 190 Verbindung haben, welche den vier erwähnten hydrostatischen Lagern
entsprechen Die vier Druckmittelspeiseleitungen 194
werden ständig mit Druckmittel von beispielsweise
großenordnungsmaßig 35 at gespeist, welches von einer stillstehenden Druckmittelquelle herbeigeführt wird, die
in Fig 3 der Zeichnungen schematisch dargestellt und
mit 198 bezeichnet ist
Bevor das Druckmittel in den Kammerraum 190 des jeweiligen hydrostatischen Lagers eintreten kann, muß
es in den Speiseleitungen 194 eine in den F1 g 9, 10 und
11 jeweils angedeutete Drosseloffnung 203 durchströmen
Wie in den Zeichnungen dargestellt, sind die
Drosseloffnungen 203 in dem Druckmittelzufuhrungs ring 140 gebildet und verbinden die jeweiligen
Kammerraume 190 mit den an die Druckmittelspeiseleitungen
194 angeschlossenen Radialbohrungen 1%
In gleicher Weise wird das die hydrostatischen Lager
180 in der unterteilten Nut oder Rille 200 auf der gegenüberliegenden Seite der Ringnuten 154 und 156
beaufschlagende Druckmittel über vier Radialbohrun- to
gen 204 zugeführt, die gemäß den F1 g 3 und 11 in dem
Druckmitteizufuhrungsrmg 140 gebildet und jeweils mit
vier Druckmittelspeiseleitungen 206 verbunden sind,
welche ihrerseits die Verbindung zu der Druckmittel quelle 198 herstellen
Die Radialbohrungen 204 sind mit den jeweils
zugehörigen vier hydrostatischen Lagern 180 wiederum
über einen Druckabfall erzeugende Drosseloffnungen
207 verbunden, die genau so ausgebildet sind, wie die
zuvor beschriebenen Drosseloffnungen 203
Die vier zur Druckreduzierung dienenden Drosseloff
nungen 203 und die vier Drosseloffnungen 207 sind so
bemessen, daß sie bei normaler Stromungsgeschwindig
keit durch die jeweiligen Drosseloffnungen hindurch entsprechend dem Abstrom von Druckmittel aus den
zugehörigen hydrostatischen Lagern 180 eine Druck verminderung des durch die jeweiligen öffnungen
stromenden Druckmittels von einem verhältnismäßig
hohen Eingangsdruck in der Größenordnung von etwa 35 bar als dem Speisedruck der erwähnten Druckmittel
quelle 198 auf einen herabgesetzten Ausgangsdruck bewirken, der beispielsweise großenordnungsmaßig
17,5 bar betragen kann Demgemäß ist unter normalen
Bedingungen bei dem angeführten Beispiel der Druckmitteldruck
in sämtlichen hydrostatischen Lagern 180 etwa in der Größenordnung von 17,5 bar
Tritt aber irgendeine radiale Verschiebung zwischen dem Druckmittelzufuhrungsring 140 und der davon
umschlossenen zylindrischen Flache 124 auf, welche durch das körperliche Gewicht des Druckmittelzufuh
rungsnnges 140 oder in anderer Weise verursacht wird
und welche das Bestreben hat, das betriebsmäßige Spiel zwischen dem Druckmittelzufuhrungsring 140 und der
Zylinderfldche 124 im Bereich irgendeines der hydrosta
tischen Lager 180 zu vermindern, so wird die normale
Ausstromgeschwindigkeit des Druckmittels längs der Flache 124 im Bereich gerade dieses Lagers
vermindert Die sich dann ergebende Verminderung der Stromungsgeschwindigkeit durch die zu diesem hydro
statischen Lager fuhrende Drosseloffnung 203 oder 207
bewirkt eine Herabsetzung des Druckabfalles an dieser Drosseloffnung, so daß sich ein entsprechender
erhöhter Druck in dem betreffenden hydrostatischen Lager aufbauen kann Der erhöhte Druck in diesem
Lager erzeugt dann eine erhöhte radiale Reaktionskraft
des Lagers gegen den Druckmittelzufuhrungsring 140 hin, welche entgegen der störenden Kraft gerichtet ist,
welche die Verschiebung des Druckmittelzufuhrungs ringes gegenüber der davon umschlossenen zylindrischen
Flache verursacht hat
Gleichzeitig mit der automatischen Zunahme des Druckmitteldruckes in demjenigen hydrostatischen
Lager 108, welches im Bereich einer Verengung des Radialspaltes zwischen dem Druckmittelzufuhrungsring
140 und der Flache 124 gelegen ist, tritt eine selbsttätige
Verminderung des Druckmitteldruckes in demjenigen hydrostatischen Lager auf, welches sich auf der
diametral gegenüberliegenden Seite des Druckmittelzu
fuhrungsnnges 140 befindet Diese Druckverminderung in dem diametral gegenüberliegenden hydrostatischen
Lager beruht auf einer Erhöhung des betriebsmäßigen Spiels zwischen dem Ring 140 und der Flache 124 auf
der gegenüberliegenden Seite des Ringes 140, so daß ein
erhöhter Leckstrom aus dem gegenüberliegenden hydrostatischen Lager zustande kommt, woraus sich ein
entsprechender Druckabfall des in dieses gegenüberliegende
Lager eintretenden Druckmittels aufgrund der erhöhten Druckmittelstromung durch die zu dem
betreffenden Lager fuhrende Drosseloffnung 203 oder 207 ergibt Bezuglich der genauen Langseinstellung der
Arbeitsspindel werden auch axiale Verlagerungen vermieden, welche an der Spindel aufgrund von
Reaktionskräften auftreten konnten, die wahrend des Betriebes der betreffenden Maschine auf das an der
Spindel befestigte Schneidwerkzeug 30 einwirken Wie aus der Darstellung des bevorzugten Ausfuh
rungsbeispieles der Erfindung zu entnehmen ist, wird die
Spindel 28 nach ihrer Längseinstellung in eine genau einzuhaltende Axialstellung fur einen Bearbeitungsvorgang
an der Spindelhülse 42 vermittels einer hydraulisch betätigten Kupplung oder Einspanneinrichtung festge- b
spannt, welche, wie aus den F ι g. 2, 3 und 4 ersichtlich ist,
von einer die Spindel 28 umgebenden Spannbüchse 94 gebildet wird, die innerhalb der Spindelhülse 42 nahe
demjenigen Ende derselben angeordnet ist, welches den an dem Präzisions-Kegelrollenlager 52 anliegenden, die
genaue Axialstellung der Spindelhülse 42 festlegenden Anschlag 68 trägt.
Die hydraulisch betätigte Spannbüchse 94 ist also mit
Bezug auf die Axialrichtung nahe dem äußeren Ende der Spindelhülse 42 gelegen und bildet eine sehr feste,
lösbare Verbindung zwischen dem äußeren Spindelhül· senteil und dem mit Bezug auf die axiale Lage
benachbarten Teil der Arbeitsspindel 28, wodurch die axiale Länge desjenigen Teiles der Spindelhulse und der
Arbeitsspindel auf ein Minimum begrenzt wird, welcher sich in axialer Richtung von der lösbaren Einspannstelle
zwischen Spindelhülse und Spindel nach außen erstreckt.
Aufgrund der beschriebenen Anordnung der Spannbüchse 94 gegenüber dem äußeren Ende der Spindelhülse
42, von welchem die Arbeitsspindel 28 nach vorne ragt, wird auch die axiale Länge desjenigen Spindelhülsenteiles
möglichst klein gehalten, welcher sich zwischen dem die axiale Abstützung bewirkenden Anschlag
68 der Spindelhulse und der die losbare Verbindung zwischen dem umgebenden Teil der Spindelhülse 42 und
dem benachbarten Teil der Arbeitsspindel 28 bildenden, hydraulisch betätigten Spannbuchse 94 erstreckt. Auch
wird für jede beliebige axiale Einstellung der Arbeitsspindel der Längenabschnitt dieser Arbeitsspindel 28 JS
auf kleinstem Wert gehalten, der zwischen dem Fräser 30 am äußeren Spindelende und der Spannbüchse 94
liegt. Die axiale Länge der Spmdelhulsenkonstruktion, welche aufgrund der Übertragung axialer Reaktionskrafte
von dem Fräser 30 über die Spindelhulse 42 zu dem Anschlag 68 bei wirksamer Einspannung zwischen
Spindelhülse und Arbeitsspindel axialen Belastungen ausgesetzt ist, hat demgemäß so geringe Ausdehnung,
daß diese Länge praktisch außer Betracht bleiben kann. Auch hat die für die genaue axiale Einstellung des an der
Spindel befestigten Werkzeugs 30 in Betracht zu ziehende und einer thermischen Ausdehnung unter
Zusammenziehung unterworfene axiale Länge der Spindelhülsenkonstruktion und der Arbeitsspindel so
kleinen Wert, daß Temperaturdehnungen bei Veränderung der Betriebstemperatur der Maschine ohne
wesentlichen Einfluß bleiben.
Die hydraulisch betätigte Spannbüchse 94 hat, wie aus den Zeichnungen zu entnehmen ist, im wesentlichen
zylindrische Gesamt-Gestalt und begrenzt eine zylindrisehe
Innenfläche 96, die gemäß Fig.4 die Arbeitsspindel 28 mit genauer Passung umgibt, wobei sich die
Arbeitsspindel durch die bereits erwähnte zentrische Bohrung 98 der Spindelhülse 42 hindurcherstreckt.
Die Spannbüchse 94 ist mit Preßsitz in eine Gegenbohrung 100 der Spindelhülsenbohrung 98
eingeschoben, wie man aus Fig.4 der Zeichnungen
erkennen kann und ist an den einander gegenüberliegenden Enden gegen die Spindelhulse 42 abgedichtet.
Eine Anzahl am Umfang im Abstand voneinander angeordneter, in axialer Richtung verlaufender Rillen
102, die in der Innenwandung der Gegenbohrung 100 der Außenfläche 104 der Spannbuchse 94 gegenüberliegend
vorgesehen sind (F i g. 5), wirken mit der Spannbüchse 94 im Sinne der Umgrenzung einer
entsprechenden Zahl von Druckmittelkammern 106 zusammen, die miteinander durch einen ringförmigen
Verbindungskanal 108 zusammengeschlossen sind, welch letzterer in der Gegenbohrung 100 auf halbem
Wege zwischen den Enden der Druckmittelräume 106 rundum laufend eingeschnitten ist.
Ein die Einspanneinrichtung beaufschlagendes, hochgespanntes hydraulisches Druckmittel, dessen Druck
größenordnungsgemäß 350 at beträgt, wird in der nachfolgend beschriebenen Weise in den ringförmigen
Verbindungs- oder Verteilungskanal 108 eingeführt und tritt in die Druckmittelkammer 106 ein, wodurch
Druckkräfte auf die Spannbüchse 94 ausgeübt werden, die dazu ausreichen, die Spannbüchse 94 mit großer
Kraft gegen die von der Spannbüchse umschlossene Arbeitsspindel 28 anzupressen, so daß sich ein
Kraftschluß zwischen der Spannbüchse und der Arbeitsspindel einstellt, welcher eine Längsverlagerung
der Arbeitsspindel gegenüber dem sie umgebenden Teil der Spindelhülse wirksam verhindert, wobei
dieser im Bereich des genannten Kraftschlusses gelegene Spindelhülsenteil in der erwähnten Weise dem
die Axialabstützung der Spindelhülse 42 sicherstellenden Anschlag 68, ferner dem eine genaue Führung
bewirkenden, an dem Anschlag 68 anliegenden Lager 52 und schließlich dem ringförmigen Anschlag oder Ansatz
62 fur das Lager 52 benachbart ist.
Dem Verbindungs- oder Verteilungskanal 108 und den Druckmittelkammern 106 wird Betätigungsdruckmittel
unter dem erforderlichen, sehr hohen Betriebsdruck von einer Anzahl von Hochdruck-Kolbenpumpen
110 aus zugeführt, von welchen im vorliegenden Beispiel
vier vorgesehen sind, die in der Spindelhülse 42 untergebracht sind und selbst mittels eines unter
bedeutend niedrigerem Druck stehenden Betätigungsdruckmittels so angetrieben werden, daß die hydraulische
Betätigung der Hochdruck-Kolbenpumpen 110 im Sinne einer Einspannung der Arbeitsspindel 28 durch
die Spannbüchse 94 im Bereich des die Längsabstützung sicherstellenden Lagers 52 ohne eine Veränderung oder
Beeinflussung der axialen Lage geschehen kann, in welche die Arbeitsspindel 28 zuvor gebracht worden ist.
Die zur Speisung der Spindeleinspanneinrichtung dienenden Hochdruck-Kolbenpumpen 110 werden
jeweils von vier Hochdruck-Pumpenzylindern geringen Durchmessers 112 gebildet, die am einwärts weisenden
Ende der Spindelhulse 42 in bestimmtem umfangsmäßigen Abstand voneinander vorgesehen sind, wie den
F i g. 3 und 6 zu entnehmen ist. Das vordere Ende oder der Grund jedes der Hochdruck-Pumpenzylinder 112 ist
über eine kleine Längsbohrung 114 und eine kurze Radialbohrung 116 in der Spindelhülse 42 mit dem
Verteilungskanal 108 verbunden, wie man aus F i g. 3 der Zeichnungen erkennt, und der ringförmige Verteilungskanal 108 bildet auf diese Weise einen Druckausgleichskanal
zwischen sämtlichen Hochdruck-Pumpenzylindern 112.
Den F i g. 3 und 6 der Zeichnungen ist zu entnehmen, daß in den Hochdruck-Pumpenzylindern 112 jeweils
Pumpenkolben 118 von entsprechendem, geringen Durchmesser geführt sind. Die vier Hochdruck-Pumpenkolben
118 werden im Sinne einer hydraulischen Beaufschlagung der Druckmittelräume 106 der Einspanneinrichtung
gleichzeitig mittels eines Niederdruckkolbens 120 nach vorwärts getrieben (F i g. 3 und
7), wobei der Niederdruck kolben umlaufend innerhalb
709 552/71
der zylindrischen Verlängerung 82 der ebenfalls umlaufenden Spindelhulse 42 untergebracht ist und
vermittels eines Betatigungsdruckmittels nach vorwärts getrieben wird, welches der umlaufenden Verlängerung
82 der Spindelhulse unier bedeutend geringerem Speisedruck zugeleitet wird
Aus Hersteliungsgrunden ist die hulsenformige
Verlängerung 82 der Spindelhulse aus drei Teilen zusammengesetzt, welche ein inneres, in axialer
Richtung langgestrecktes Hulsenteil 122 umfassen, das mittels Kopfschrauben 84 am hinteren oder inneren
Ende der Spindelhulse 42 befestigt ist und sich in der aus
F ι g 3 ersichtlichen Weise nach rückwärts erstreckt und
nach außen eine zylindrische Flache 124 darbietet Ein
zweites Bauteil 126 der hulsenformigen Verlängerung
hat ringförmige Gestalt, ist mit dem Hulsenteil 122, über
dessen zylindrische Außenflache 124 es geschoben ist, in
der aus Fig 3 ersichtlichen Weise fest verbunden und besitzt eine zylindrische Innenflache 128, welche in
bestimmtem Radialabstand von der Flache 124 so angeordnet ist, daß zwischen den beiden Flachen ein
ringförmiger Niederdruck-Zylinderraum 130 entsteht, welcher zur Aufnahme des zuvor erwähnten Nieder
druck Antnebskolbens 120 dient, der ringförmige Gestalt hat, wie man aus den F ig 3 und 7 der
Zeichnungen sieht
Das vordere Ende des zweiten, äußeren Hulsenteiies 126 der Spindelhulsenverlangerung bildet zusammen
mit dem vorderen Ende des inneren HuJsenteiles 122
und unter Zuhilfenahme der Kopfschrauben 84 an dem vorderen Ende oder dem Grunde des Zylinderraumes
130 einen druckmitteldichten Abschluß Das jeweils gegenüberliegende oder innere Ende des Niederdruck
Zylinderraumes 130 ist mittels eines dritten, nngformi
gen Teiles 132 flussigkeitsdicht abgeschlossen, das durch
Schrauben 134 an dem äußeren Hulsenteil 126 in der aus
Fig 3 zu entnehmenden Weise befestigt ist und die
zylindrische Außenfläche 124 des inneren Hulsenteiies 122 dicht umschließt Die Hulsenteile 122, 126 und 132
bilden zusammen den ersten Feil eines Niederdruck-Antriebsmotors,
welcher allgemein durch die Bezugszahl 133 bezeichnet ist und dessen zweiter Teil durch den
genannten ringförmigen Kolben 120 gebildet wird
Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der ringförmige
Niederdruckkolben 120 bei Zufuhrung von Betatigungs
druckmittel niedrigen Druckes über eine Axialbohrung
136 zu dem inneren oder Kopfende des Zylinders 130 in Richtung auf die Hochdruck-Pumpenkolben 118 hin
bewegt wird, so daß eine Einspannung der Arbeitsspindel
28 erreicht wird. Wird das innere Ende oder das Kopfende des Zylinderraumes 130 von dem Druck des
Betatigungsdruckmittels entlastet und wird das unter niedrigem Druck stehende BetaUgungsdruckmittel dem
vorderen Ende des Zylinderraumes 130 über eine in
Fig 3 gezeigte Axialbohrung 138 des inneren Hülsenteiles
122 zugeleitet, so wird der Niederdruckkolben 120 nach innen oder nach rückwärts zurückgezogen, so daß
die nach vorwärts gerichtete Antriebskraft von den Hochdruckkolben 118 fortgenommen und die hydraulische
Einspannung der Arbeitsspindel 28 gelost wird to
Das unter niedrigem Druck stehende Betatigungsdruckmtttel
gelangt zu den den Zylinderraum 130 speisenden Kanälen 136 und 138 des umlaufenden
Hulsenteiies 122 über einen ringförmigen Druckmittelzufuhrungsnng
oder Sammlerring 140, der mit dem hinteren Teil der zylindrischen Außenflache 124 des
Hulsenteiies 122 in solcher Weise zusammenwirkend ausgebildet ist, daß sich die umlaufende Spmdelhulsenanordnung
mit hohen Betrtebsdrehzahlen drehen kann, ohne daß nachteilige Einflüsse auf das Druckmittelzu
fuhrungssystem festzustellen sind, wobei eine praktisch
unbegrenzte Lebensdauer des Druckmittelspeisesystems
aufgrund der Tatsache erzielt wird, daß eine reibende Berührung zwischen den umlaufenden Kon
struktionsteilen und den stillstehenden Konstruktions
teilen nahezu ausgeschlossen ist Der Druckmittelzufuhrungsnng
oder Sammlerring 140 ist in der im folgenden
beschriebenen Weise gegen Drehung gesichert
Aus den Fig 3 und 8 ist zu entnehmen, daß der
Druckmittelzufuhrungsrmg 140, welcher das innere oder hintere Ende der zylindrischen Außenflache 124
des Hulsenteiies 122 umgibt, insgesamt im wesentlichen
ringförmige Gestalt hat, wobei jedoch an den Ringkörper ein Befestigungsohr 142 einstückig ange
formt ist, welches radial nach auswärts ragt Eine in dem
Befestigungsohr 142 vorgesehene Axialbohrung 144 umschließt lose einen axial ausgerichteten Befestigungs
bolzen 146, der in der dargestellten Weise in eine
feststehende Verankerungslasche 148 eingeschraubt ist
Aufgrund des losen Sitzes oder des in alle Richtungen
zwischen dem Befestigungsohr 142 und dem in dessen Bohrung 144 hineinragenden Befestigungsbolzen 146
gegebenen Totganges ist der Druckmittelzufuhrungsrmg
zwar drehfest gehaltert, kann sich jedoch gleichzeitig nach allen Richtungen hm gegenüber dem
nicht umlaufenden Befestigungsbolzen 146 frei bewe gen, so daß er unter den von dem Betatjgungsdruckmit
tel ausgeübten Kräften eine optimale Betnebsstellung
koaxial zu der umlaufenden zylindrischen Flache 124 aufsuchen und beibehalten kann
Die Innenseite des Druckmittelzufuhrungsnnges 140
umgrenzt eine in den Fig 9 und 11 allgemein mit 150
bezeichneten Zylinderflache, die mit hoher Oberfla chengute und mit genauem Durchmesser so ausgeführt
ist, daß zwischen der umlaufenden Zylinderflache 124
und der Innenflache 150 des Druckmittelzufuhrungsnnges
140 ein Laufspiel 152 vorhanden ist, das m Fig Il
aus Gründen deutlicherer Darstellung stark übertrieben
eingezeichnet ist Das Spiel liegt zweckmäßig in der
Größenordnung von etwa 0,03 mm bis 0,045 mm
Wie in Fi g 11 in durchgehenden Linien und in den
Fig 8 und 10 durch gestrichelte Linien angedeutet ist,
weist die Innenseite des Druckmittelzufuhrungsnnges 150 zwei gesonderte, jeweils durchgehende Druckmittelzufuhrungs-
und Druckmittelabfuhrungs Ringnuten 154 bzw 156 auf, welche durch einen ringförmigen Bund
oder Steg 158 axial voneinander getrennt sind, welcher durch einen ringförmigen Teil der zylindrischen Flache
150 gebildet ist, die, wie erwähnt, einen sehr strengen
Laufsitz gegenüber der zylindrischen Flache 124 aufweist
Der Druckmittelzufuhrungsrmg 140 ist in axialer
Richtung mit Bezug auf das Hulsenteil 122 so gehaltert, daß sich die Ringnuten 154 und 156 mit Bezug auf die
Axialrichtung in der aus den F 1 g. 3 und 11 ersichtlichen
Weise mit den Radialkanalen 160 bzw 162 in
Deckungsstellung befinden, wobei die genannten Radialkanale ihrerseits jeweils mit den Axialbohrungen
138 bzw 136 Verbindung haben, die zu den einander gegenüberliegenden Enden des Niederdruck-Zylinderraumes
130 fuhren
Die beiden Ringnuten 154 und 156 zur Zufuhrung des
unter niedrigem Druck stehenden Betatigungsdruckmittels haben also einerseits mit den einander gegenüberliegenden
Seiten des Niederdruck-Zylinderraumes 130 Verbindung und sind andererseits über Radialbohrun-
gen 164 bzw 166 mit Niederdruckkanalen 168 bzw. 170
verbunden, welche, wie in F ι g. 3 schematisch angedeutet ist, zu einem Umsteuerventil 172 fuhren, das mit
einer Entlüftungsleitung 174 und einer einen niedrigen Speisedruck erzeugenden Druckmittelquelle 174 verbunden
ist, die Betätigungsdruckmittel unter einem Betriebsdruck von etwa 17,5 bar wahlweise den beiden
Ringnuten 154 oder 156 zuleitet, je nachdem, in welcher
Weise das Ventil 172 eingestellt ist, welches so wirksam ist, daß es bei Druckmittelzufuhr zu einer der beiden
Ringnuten 154 oder 156 der jeweils anderen Ringnut eine Verbindung zu der Entlüftungsleitung schafft.
Während des Betriebes der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine wird der Druckmittelzuführungsring
oder Sammlerring 140 ständig außer Berührung mit
der umlaufenden Zylinderflache 124 gehalten und die zylindrische Flache 150 des Zufuhrungsringes 140 wird
ständig genau zentrisch und koaxial mit Bezug auf die
Zylinderfläche 124 gehalten, was durch acht hydrostatische Drucklager 180 erreicht wird, die an dem
Druckmittelzuführungsnng 140 vorgesehen sind, und
die mit der von der Fläche 150 umschlossenen Zylinderfläche 124 zusammenwirken. Auf jeder Seite
der beiden Ringnuten 154 und 156 sind jeweils vier hydrostatische Lager 80 angeordnet, die gleichmäßig
am Umfang um die Zylinderfläche 124 verteilt sind.
Wie man aus F i g. 10 der Zeichnungen erkennt, sind die vier hydrostatischen Lager 180, welche auf einer
Seite der nebeneinanderliegenden Ringnuten 154 und 156 gelegen sind, jeweils in Form von vier Quadranten
einer nicht durchgehenden, ringförmigen Nut oder Rille ausgebildet, welche allgemein mit 182 bezeichnet und
am Innenumfang des Druckmittelzufuhrungsringes 140
in der aus Fig. 11 ersichtlichen Weise in axialem
Abstand von der Ringnut 156 angeordnet ist, wobei ein ringförmiger Bund 186 dazwischenliegt. Die Rille oder
Nut 183 ist durch vier am Umfang verteilte Unterbrechungen 186 unterteilt, welche von stehengebliebenen,
ebenfalls mit 186 bezeichneten Bereichen der Innenfläche 150 des Druckmittelzufuhrungsringes 140 gebildet
sind und der umlaufenden Zylinderfläche 124 unmittelbar so gegenüberstehen, daß die rundum laufende Nut
oder Rille 182 in vier bogenförmige Kammern 190
unterteilt wird, welche um die Zylinderflache 124 herum umfangsmäßig in gleichen Abstanden verteilt sind und
jeweils die hydrostatischen Lager 180 bilden.
In ähnlicher Weise werden die auf der gegenüberliegenden
Seite der Ringnuten 154 und 156 gelegenen hydrostatischen Lager 180 von einer mit Unterbrechungen
versehenenen Rille oder Nut 200 gebildet, die auf der Innenseite des Druckmittelzuführungsringes 140
eingeschnitten ist und von der Ringnut 154 durch einen in Fig. 11 zu erkennenden, dazwischenliegenden Bund
202 getrennt ist. Die unterteilte Ringnut 200 ist in jeder Hinsicht genau so ausgebildet wie die zuvor beschriebene
Rille oder Nut 182 auf der gegenüberliegenden Seite der Ringnuten 154 und 156.
jedem der hydrostatischen Lager 180 wird Durckmittel
zugeleitet, welches unmittelbar auf die umlaufende Zylinderfläche 124 einwirkt und Reaktionskräfte in
radialer Richtung nach auswärts erzeugt, die sich gegen den Druckmittelzuführungsring 140 abstützen, welcher
das jeweilige Lager abschließt, so daß die jeweils benachbarten Teile des Druckmittelzufuhrungsringes
140 von der umlaufenden Zylinderfläche 124 weggedrückt werden, wodurch erreicht wird, daß eine
reibende Berührung zwischen dem Druckmittelzuführungsring 140 und der umlaufenden Zylinderfläche 124
vermieden wird. Da nun die vier hydrostatischen Lager 180 in der beschriebenen Weise auf den beiden Seiten
der Ringnuten 154 und 156 am Umfang verteilt rund um die Zylinderfläche 124 angeordnet sind, gleichen sich die
radial gerichteten Reaktionskräfte auf den Druckmittelzuführungsnng 140 aus.
Um die berührungsfreie Halterung des Druckmittelzufuhrungsringes 140 gegenüber der von ihm umschlossenen,
umlaufenden Zylinderfläche 124 in jedem Falle
ίο sicherzustellen, wird jedoch das den jeweiligen hydrostatischen
Lagern 180 zugeführte Druckmittel für die einzelnen Lager in seinem Speisedruck selbsttätig
dynamisch so geändert, daß bei radialen Ausrichtungsfehlern des schwebend gehalterten Druckmittelzufüh-
rungsringes 140 gegenüber der von ihm umschlossenen Flache 124 die hydrostatischen Lager gemeinsam im
Sinne der Erzeugung einer resultierenden Ausgleichskraft wirksam ist, die auf den Druckmittelzuführungsring
einwirkt und dazu ausreicht, diesen Ring außer reibender Berührung mit der Zylinderflache 124 zu
halten.
Aufgrund des zwischen der zylindrischen Innenfläche 150 des Druckmittelzuführungsringes 140 und der davon
umschlossenen Zylinderfläche 124 in der beschriebenen Weise vorgesehenen Spieles tritt em dynamisch
veränderlicher Leckstrom von Druckmittel aus den jeweiligen hydrostatischen Lagern 180 längs der
Zylinderfläche 124 aus. Dieses Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Einrichtung wird mit Vorteil zur
Erzeugung einer selbsttätigen Korrektur irgendwelcher radialer Verschiebungen des schwebend abgestützten
Druckmittelzuführungsringes 140 gegenüber der Zylinderfläche
124 ausgenützt- Zu diesem Zwecke wird das Betätigungsdruckmittel den jeweiligen hydrostatischen
Lagern 180 über Drosselkanäle zugeleitet, die dem zu
jedem einzelnen hydrostatischen Lager gelangenden Druckmittelstrom einen Druckabfall aufprägen, der im
wesentlichen zur Ausströmgeschwindigkeit des Druckmittels aus dem betreffenden Lager längs der
Zylinderfläche 124 proportional ist.
Zu diesem Zwecke sind die mit Bezug auf die Darstellungen nach den F i g. 3,8 und 11 auf der rechten
Seite der Ringnuten 154 und 156 gelegenen vier hydrostatischen Drucklager 180 mit Druckmittel über
vier Speiseleitungen 194 beaufschlagbar, die in Fig. 10 gezeigt sind und über vier Radialbohrungen 196 mit den
jeweiligen Kammerräumen 190 Verbindung haben, welche den vier erwähnten hydrostatischen Lagern
entsprechen. Die vier Druckmittelspeiseleitungen 194 werden ständig mit Druckmittel von beispielsweise
größenordnungsmäßig 35 at gespeist, welches von einer stillstehenden Druckmittelquelle herbeigeführt wird, die
in F i g. 3 der Zeichnungen schematisch dargestellt und mit 198 bezeichnet ist.
Bevor das Druckmittel in den Kammerraum 190 des
jeweiligen hydrostatischen Lagers eintreten kann, muß es in den Speiseleitungen 194 eine in den F i g. 9, 10 und
11 jeweils angedeutete Drosselöffnung 203 durchströmen.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, sind die Drosselöffnungen 203 in dem Druckmittelzuführungsring
140 gebildet und verbinden die jeweiligen Kammerräume 190 mit den an die Druckmittelspeiseleitungen
194 angeschlossenen Radialbohrungen 196.
In gleicher Weise wird das die hydrostatischen Lager 180 in der unterteilten Nut oder Rille 200 auf der gegenüberliegenden Seite der Ringnuten 154 und 156 beaufschlagende Druckmittel über vier Radialbohrungen 204 zugeführt, die gemäß den F i g. 3 und 11 in dem
In gleicher Weise wird das die hydrostatischen Lager 180 in der unterteilten Nut oder Rille 200 auf der gegenüberliegenden Seite der Ringnuten 154 und 156 beaufschlagende Druckmittel über vier Radialbohrungen 204 zugeführt, die gemäß den F i g. 3 und 11 in dem
21 22
Druckmittelzuführungsring 140 gebildet und jeweils mit 207 ergibt
vier Druckmittelspeiseleitungen 206 verbunden sind, Die Verminderung der nach auswärts gerichteten, auf
welche ihrerseits die Verbindung zu der Druckmittel- den Druckmittelzufuhrungsring 140 wirkenden Radialquelle
198 herstellen, kraft desjenigen hydrostatischen Lagers oder derjeni-
Die Radialbohrungen 204 sind mit den jeweils 5 gen hydrostatischen Lager, das oder die auf der Seite
zugehörigen vier hydrostatischen Lagern 180 wiederum des Ringes gelegen ist bzw. sind, an welcher eine
über einen Druckabfall erzeugende Drosselöffnungen Vergrößerung des betriebsmäßigen Spieles auftritt,
207 verbunden, die genau so ausgebildet sind wie die bewirkt in Verbindung mit der Vergrößerung der auf
zuvor beschriebenen Drosselöffnungen 203. den Druckmittelzuführungsring wirkenden Radialkraft
Die vier zur Druckreduzierung dienenden Drosselöff- io desjenigen hydrostatischen Lagers oder derjenigen
nungen 203 und die vier Drosselöffnungen 207 sind so hydrostatischen Lager auf der zuerst betrachteten Seite
bemessen, daß sie bei normaler Stromungsgeschwindig- des Ringes, an welcher eine Verengung des betriebsmä-
keit durch die jeweiligen Drosselöffnungen hindurch ßigen Spieles auftritt, daß auf den Druckmittelzufüh-
entsprechend dem Abstrom von Druckmittel aus den rungsring 140 eine durch Summation der erwähnten
zugehörigen hydrostatischen Lagern 180 eine Druck- 15 Kräfte gebildete, resultierende Radialkraft einwirkt,
verminderung des durch die jeweiligen öffnungen welche den Ring ständig und unter dynamischem
strömenden Druckmittels von einem verhältnismäßig Ausgleich praktisch koaxial zu der umlaufenden Fläche
hohen Eingangsdruck in der Größenordnung von etwa 124 und außer reibender Berührung mit dieser Fläche
35 bar als dem Speisedruck der erwähnten Druckmittel- hält.
quelle 198 auf einen herabgesetzten Ausgangsdruck 20 Wahrend des Betriebes der erfindungsgemäßen
bewirken, der beispielsweise großenordnungsmäßig Werkzeugmaschine entsteht also keine Reibung oder
17,5 bar betragen kann. Demgemäß ist unter normalen reibende Berührung zwischen dem den Druckmittelzu-
Bedingungen bei dem angeführten Beispiel der Druck- führungsring 140 bildenden Bauteil und der umlaufen-
mitteldruck in sämtlichen hydrostatischen Lagern 180 den Zylinderfläche 124, welche sonst zu Abnützungser-
etwa in der Größenordnung von 17,5 bar. 25 scheinungen und damit zu einer Vergrößerung des sehr
Tritt aber irgendeine radiale Verschiebung zwischen geringen Spieles 152 zwischen der umlaufenden
dem Druckmittelzuführungsring 140 und der davon Zylinderfläche 124 und dem Ring 140 führen würden,
umschlossenen zylindrischen Fläche 124 auf, welche Wegen seiner geringen Weite kann demgemäß der
durch das körperliche Gewicht des Druckmittelzufuhr erwähnte SpaJt oder das Spiel 152 die Leckströmung
rungsringes 140 oder in anderer Weise verursacht wird 30 längs der zylindrischen Innenfläche 150 des Druckmit
und welche das Bestreben hat, das betriebsmäßige Spiel telzuführungsringes 140 aus den verschiedenen, auf der
zwischen dem Druckmittelzuführungsring 140 und der Innenseite vorgesehenen Kammern und Rillen des
Zylinderflache 124 im Bereich irgendeines der hydrosta- Druckmittelzufuhrungsringes, welche Druckmittel ent-
tischen Lager 180 zu vermindern, so wird die normale halten, auf ein zulässiges Maß begrenzt werden.
Ausströmgeschwindigkeit des Druckmittels längs der 35 Befindet sich die erfindungsgemäße Werkzeugma-
Fläche 124 im Bereich gerade dieses Lagers vermindert. schine in Betrieb und ist die Arbeitsspindel 28 in
Die sich dann ergebende Verminderung der Strömungs- Längsrichtung so eingestellt worden, daß das an der
geschwindigkeit durch die zu diesem hydrostatischen Spindel angeordnete Schneidwerkzeug oder der Fräse
Lager führende Drosselöffnung 203 oder 207 bewirkt 30 genau in die gewünschte Arbeitsstellung gebracht ist,
eine Herabsetzung des Druckabfalles an dieser Drossel- 40 so wird eine hydraulische Steuereinrichtung, die im
öffnung, so daß sich ein entsprechender erhöhter Druck vorliegenden Falle durch das in Fig. 3 schematisch
in dem betreffenden hydrostatischen Lager aufbauen angegebene Ventil 172 gebildet wird, in solcher Weise
kann. Der erhöhte Druck in diesem Lager erzeugt dann betätigt, daß ein Betätigungsdruckmittel unter verhält-
sine erhöhte radiale Reaktionskraft des Lagers gegen nismäßig geringem Druck in der Größenordnung von
den Druckmittelzuführungsring 140 hin, welche entge- 45 beispielsweise 17,5 at über die zur Druckmittelzufuhr
gen der störenden Kraft gerichtet ist, welche die dienende Ringnut 156 des Druckmittelzuführungsringes
Verschiebung des Druckmittelzuführungsringes gegen- 140 dem innenliegenden Ende oder Kopfende des
über der davon umschlossenen zylindrischen Fläche Niederdruck-Zylinderraumes 130 zugeleitet wird, wo
verursacht hat. dieses unter geringem Druck stehende Druckmittel auf
Gleichzeitig mit der automatischen Zunahme des 50 den ringförmigen Niederdruckkolben 120 einwirkt und
Druckmitteldruckes in demjenigen hydrostatischen diesem eine nach vorwärts gerichtete Kraft mitteilt, die
Lager 180, welches im Bereich einer Verengung des sich auf die verschiedenen Hochdruck-Pumpenkolben
Radialspaltes zwischen dem Druckmittelzuführungsring 118 überträgt. Nachdem die Hochdruck-Pumpenkolben
140 und der Fläche 124 gelegen ist, tritt eine selbsttätige 118 zusammen eine Summenfläche aufweisen, welche
Verminderung des Druckmitteldruckes in demjenigen 55 nur ein geringer Bruchteil der wirksamen Fläche des
hydrostatischen Lager auf, welches sich auf der Niederdruckkolbens 120 ist, erzeugen die innerhalb der
diametral gegenüberliegenden Seite des Druckmittelzu- Hochdruck-Zylinderräume 112 geführten Hochdruckführungsringes
140 befindet. Diese Druckverminderung Pumpenkolben 118 einen sehr hohen, in der Größenordin
dem diametral gegenüberliegenden hydrostatischen nung von 350 at liegenden Druckmitteldruck, welcher
Lager beruht auf einer Erhöhung des betriebsmäßigen 60 auf die Kammerräume 106 der Einspanneinrichtung
Spiels zwischen dem Ring 140 und der Fläche 124 auf übertragen wird, so daß die Arbeitsspindel 28 mit der
der gegenüberliegenden Seite des Ringes 140, so daß ein Spindelhülse 42 in der beschriebenen Weise zusammenerhöhter
Leckstrom aus dem gegenüberliegenden gespannt wird.
hydrostatischen Lager zustande kommt, woraus sich ein Es sei an dieser Steile darauf hingewiesen, daß die vier
entsprechender Druckabfall des in dieses gegenüberlie- b5 Axialbohrungen 114 nach Fig.6 der Zeichnungen,
gende Lager eintretenden Druckmittels aufgrund der welche die Hochdruck-Zylinderräume 112 mit den
erhöhten Druckmittelströmung durch die zu dem Radialbohrungen 116 verbinden, die ihrerseits zu dem
betreffenden Lager führende Drosselöffnung 203 oder Ringkanal 108 führen, vordere Endabschnitte aufweisen,
welche nahe den Radialbohrungen 116 enden und von
welchen in F i g. 3 nur einer dargestellt ist. Die Bedeutung dieser Anordnung wird sogleich angegeben
werden. Eine einzelne Bohrung 210, welche durch eine herausnehmbare Füllkappe 212 abgeschlossen ist,
erstreckt sich von ihrem vorderen Ende durch die Spindelhülse 42 nach rückwärts bis zu einer der
Radialbohrungen 116 und ist in der aus Fig.3 zu
erkennenden Art und Weise gegenüber einer benachbarten Bohrung 114 versetzt. Die Bohrung 210 bildet
eine Möglichkeit, in den innerhalb der allgemein mit 214 bezeichneten, umlaufenden Hülsenanordnung vorgesehenen
Hochdruck-Kammerraum Druckmittel einzuführen oder nachzufüllen.
Ferner sei hier bemerkt, daß die Beaufschlagung des Niederdruck-Zylinderraumes 130 zur Speisung der
hydraulischen Einspanneinrichtung bzw. Spannbüchse 94 durch Betätigung der Hochdruck-Pumpenanordnung
110 im Sinne der Erzeugung des erforderlichen hohen
Druckmitteldruckes zur Beaufschlagung der hydraulischen Einspanneinrichtung die zuvor hergestellte genaue
Längseinstellung der Arbeitsspindel 28 in keiner Weise nachteilig beeinflußt. Dies ergibt sich aus der Tatsache,
daß die Konstruktion, welche die Arbeitsspindel 28 in Längsrichtung abstützt, praktisch frei von axialen
Beanspruchungen gehalten wird, wenn in der umlaufenden Anordnung zum Inbetriebsetzen der Einspanneinrichtung
bestimmte Vorgänge ausgelöst werden. Wie zuvor dargelegt, wird die genaue Axialstellung der
Arbeitsspindel 28 durch die Konstruktionsteile am vorderen Ende der Spindelhülse 42 gewährleistet,
weiche sich nahe dem eine genaue axiale und radiale Abstützung bietenden Präzisionslager 52 befinden.
In der umlaufenden Anordnung werden zwar bei Betätigung der Spindeleinspanneinrichtung oder der
Spannbüchse 94 Axialkräfte entwickelt, doch bleiben diese Beanspruchungen auf das axial innere Ende der
umlaufenden Anordnung 214 beschränkt, so daß diejenigen Konstruktionsteile, welche die Axialstellung
der Arbeitsspindel 28 bestimmen, frei von Axialkräften bleiben, die bei Betätigung der hydraulischen Einspanneinrichtung
auftreten.
Betrachtet man F i g. 3, so ist zu erkennen, daß das am inneren Ende oder am Kopfende des Zylinderraumes
130 eingeführte, unter verhältnismäßig niedrigem Druck stehende Primär-Druckmittel eine nach rückwärts oder
nach innen gerichtete Reaktionskraft auf den Zylinderkopf 132 des Niederdruck-Zylinderraumes 130 ausübt,
und dieser Zylinderkopf überträgt die Axialkraft über das HUlsenteil 126 und die Kopfschrauben 84 auf das
axial innere Ende der Spindelhülse 42. Die auf diese Weise am inneren Ende der umlaufenden Spindelhülse
42 angreifende Axialkraft wird im Bereich des Bodens der Hoehdruck-Zylinderräume 112 aufgrund der Reaktionskraft
des hochgespannten Druckmittels am Grunde dieser Zylinderräume sehr stark herabgesetzt.
Die von dem Bereich der Hochdruck-Zylinderräume 112 aus noch nach vorwärts übertragene, stark
verminderte Axialkraft verschwindet dann praktisch vollständig am vorderen Ende der Kanäle 114, welche
< bei den im Bereich der Mitte der hydraulischen Spannbuchse 94 gelegenen Radialbohrungen 116
münden. Hieraus ergibt sich, daß der vordere Längenabschnitt der Spindelhülse 42, der sich in axialer Richtung
zwischen dem Druckmittelverteilungskanal 108 und dem Abstutzungsabsatz 68 der Spindelhülse 42 erstreckt
und mit der Arbeitsspindel 28 verspannt ist, praktisch von Axialbeanspruchungen freigehalten wird, so daß die
Längseinstellung der Arbeitsspindel 28 durch die Betätigung der Spindeleinspanneinrichtung in der
beschriebenen Weise nicht verändert oder beeinflußt wird.
Es ist also festzuhalten, daß während des Betriebes der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine bei in der
zuvor eingestellten Lage fest eingespannter Arbeitsspindel 28 die zusammenwirkenden Teile der umlaufenden
Hülsenanordnung 214, welche zur Halterung und zur Einspannung der Arbeitsspindel dienen, mit Bezug
aufeinander stillstehen und eine gleichbleibende Stellung einnehmen. Die umlaufende Hülsenanordnung ist
als Ganzes über die beiden Präzisionslager 52 und 70 gelagert und der Hülsenanordnung wird unter niedrigem
Druck stehendes Betätigungsdruckmittel über den stillstehenden Druckmittelzuführungsring 140 zugeleitet,
der mittels hydrostatischer Lager außer mechanischer Berührung mit der umlaufenden Anordnung
gehalten wird, wie oben ausgeführt wurde.
Als Sicherheitsmaßnahme ist dafür Sorge getragen, daß die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine nicht in
Tätigkeit gesetzt werden kann, falls eine abnormale Abnahme der innerhalb der umlaufenden Hülsenanordnung
214 befindlichen FlUssigkeitsfUllung auftritt, die von der Hochdruck-Pumpenanordnung 110 unter Druck
gesetzt wird und in der beschriebenen Weise zur Einspannung der Arbeitsspindel 28 dient.
Zu diesem Zwecke ist in der äußeren Seitenwandung des Niederdruck-Zylinderraumes 130 an einer aus
F i g. 3 der Zeichnungen zu erkennenden axialen Stelle mindestens eine Entlüftungsöffnung 215 vorgesehen, die
normalerweise von dem Niederdruckkolben 120 auch dann abgedeckt wird, wenn der Niederdruckkolben zum
Zwecke des Anlegens der Einspanneinrichtung an die Arbeitsspindel 28 nach vorne geschoben ist Hat aber
die Füllung des unter hohen Druck gesetzten Druckmittels in der umlaufenden Hülsenanordnung 214 ungewöhnlich
stark abgenommen, so lassen die Kolben der Hochdruck-Pumpenanordnung 110 einen so großen
Weg des Niederdruckkolbens 120 nach vorwärts zu, daß die Entlüftungsöffnung 215 oder die Entlüftungsöffnungen
freigegeben wird bzw. freigegeben werden, so daß das unter niedrigem Druck stehende Betätigungsdruckmittel,
welches dem Kopfende des Niederdruckzylinders 130 zugeführt wird, nicht den normalen Betriebsdruck
aufbauen kann.
Der folglich entstehende Zustand eines ungewöhnlich tiefen Betätigungsdruckes am Kopfende des Niederdruck-Zylinderraumes
130 wird, wie beispielsweise in F i g. 3 angegeben ist, durch einen druckempfindlichen
Schalter 217 festgestellt, welcher mit dem zu dem Kopfende des Niederdruck-Zylinderraumes 130 führenden
Druckmittelzuführungskanal 170 verbunden ist. Der
druckempfindliche Schalter 217 wird über eine in Fi g. 3
durch die Leistungsanschlüsse 219 versinnbildlichte elektrische Schaltung in dem Sinne wirksam, daß die
Betätigung der Werkzeugmaschine gesperrt wird, bis das im Hochdrucksystem befindliche Druckmittel über
die Bohrung 210, welche nach Entfernen der Füllungskappe 212 zugänglich ist, ergänzt wurde.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1 2
D . druck-Zylmder Kolben-Anordnung mitdrehend an der
ι atentansprucne ,-, »n, ι ι ι * ■ ■ ι ■ r-» ■ ■
Spindelhulse angeordnet und die Niederdruck Zyhnder-
1 Vorrichtung zum Festklemmen der Werkzeug- Kolben-Anordnung stationär am Werkzeugmaschinenspindel
einer Werkzeugmaschine gegenüber einer gehäuse befestigt ist Die mechanische Kopplung
sie umfassenden, drehantreibbar gelagerten Spindel 5 zwischen den beiden Zylinder Kolben-Anordnungen
hülse, mit einer zwischen der Werkzeugspindel und erfolgt über einen stationären ersten Ring, ein
der Spindelhulse angeordneten, mit der Spindelhulse Druckkugellager und einen mit der Spindelhulse
fest verbundenen Spannbuchse, die durch Druckmit umlaufenden zweiten Ring
tel aus einer Hochdruck-Zylinder-Kolben-Anord- Abgesehen von dem kostenintensiven hohen Bearbei
nung an die Werkzeugspindel anpre^bar ist, wobei io tungsaufwand fur die bekannte Vorrichtung, den eine
die Hochdruck-Zylinder-Kolben-Anordnung mit der mechanische Kopplung zwischen einem stationären und
Spindelhulse drehfest verbunden und über eine einem rotierenden Hydrdulikkreis nun einmal mn sich
mechanische Verbindung durch eine Niederdruck- bringt, hat die bekannte Vorrichtung den grundsatzli-
Zyhnder-Kolben-Anordnung betatigbar ist, die chen Nachteil, daß eine Betätigung der Niederdruck Zy
durch eine ortsfeste Druckmittelquelle beaufschlag- 15 linder Kolben Anordnung zwangsläufig immer zu einer
bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch Reaktionskraft auf das Hauptdrucklager fuhrt, welches
die Niederdruck-Zylinder-Kolben-Anordnung (120, im Betneb der Werkzeugmaschine die Axialkrafte auf
122 ..) drehfest mit der Spindelhulse (42) verbunden die Werkzeugspindel aufnimmt Wie der Fachmann
ist, und sie über einen die Spindelhulse (42) dichtend weiß, sind derartige Reaktionskrafte unerwünscht, weil
umgebenden, ortsfesten Zufuhrungsringkorper (140) 20 sie die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen
mit der Druckmittelquelle (170,176) verbunden ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubil
zeichnet, daß der ortsfeste Zufuhrungsringkorper den, daß die Reaktionskrafte vermieden werden, wobei
(140) aus einem Zufuhrungsring mit einer Bohrung sichergestellt sein soll, daß durch die Weiterbildung
(150) besteht, in die ein Teil (82) der Spindelhulse (42) 25 keine neuen Nachteile in Kauf genommen werden
hineinragt und die an ihrer Innenflache mit müssen
umlaufenden Ringkanalen (154, 156) versehen ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost,
welche einerseits an die ortsfeste Druckmittelquelle daß auch die Niederdruck Zylinder Kolben-Anordnung
angeschlossen sind und zum anderen mit Druckmit drehfest mit der Spindelhulse verbunden ist, und sie über
telkanalen (160, 162, 146, 138) in dem Teil (82) der jo einen die Spindelhulse dichtend umgebenden, ortsfesten
Spindelhulse (42) in Verbindung stehen, daß die Zufuhrungsringkorper mit der Druckmittelquelle ver
Innenflache der Bohrung (150) der Außenflache des bunden ist
Teils (82) der Spindelhulse (42) gegenüberstehende Auf diese Weise stutzen sich beide Zylinder Kolben
Kammerraume (182) aufweist, die über Kanäle (194, Anordnungen an der entsprechend dimensionierten
196) mit der ortsfesten Druckmittelquelle verbunden J5 Spindelhulse ab, Reaktionskrafte sind ausgeschlossen
sind und hydrostatische Lager (180) bilden, und daß Ferner kann die mechanische Kopplung zwischen
der Zufuhrungsring drehfest mit Spiel gegenüber der beiden Zylinder-Kolben-Anordnungen auf direktem
Spindelhulse (42) gehaltert ist Weg und ohne Zwischenelemente, wie Drucklager
3 Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch u dgl, erfolgen Und schließlich laßt sich auch eine
gekennzeichnet, daß die Niederdruck-Zylmder-Kol ·ο rotierende Welle ohne verschleißanfallige Dichtmittel
ben Anordnung aus einem koaxial zur Spindelhulse mit fner oder mehreren Druckmmelquellen verbinden,
(42) angeordneten Ringzylinder (122, 126) mit dann wenn man die Leckstrome richtig dimensioniert und zur
angeordnetem Ringkolben (120) besteht Selbstzentrierung heranzieht, wie dies beim Gegenstand
4 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der Erfindung leicht möglich ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruck-Zy 45 In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung
linder Kolben-Anordnung im Bereich desjenigen ist vorgesehen, daß der ortsfeste Zufuhrungsringkorper
Endes der Spindelhulse (42) angeordnet ist, das der aus einem Zufuhrungsring mit einer Bohrung besteht, in
dem Werkzeug zugekehrten Seite der Spindelhulse die ein Teil der Spindelhulse hineinragt und die an ihrer
entgegengesetzt ist. Innenflache mit umlaufenden Ringkanalen versehen ist,
5o welche einerseits an die ortsfeste Druckmittelquelle
angeschlossen sind und zum anderen mit Druckmittel-
kanalen in dem Teil der Spindelhulse in Verbindung
stehen, daß die Innenflache der Bohrung der Außenfla-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fest- ehe des Teils der Spindelhulse gegenüberstehende
klemmen der Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschi- 55 Kammerraume aufweist, die über Kanäle mit der
ne gegenüber einer sie umfassenden, drehantreibbar ortsfesten Druckmittelquelle verbunden sind und
gelagerten Spindelhulse, mit einer zwischen der hydrostatische Lager bilden, und daß der Zufuhrungs
Werkzeugspindel und der Spindelhulse angeordneten, ring drehfest mit Spiel gegenüber der Spindelhulse
mit der Spindelhulse fest verbundenen Spannbuchse, die gehaltert ist.
durch Druckmittel aus einer Hochdruck-Zylinder-Kol- to Eine besonders fertigungsgunstige Losung ergibt sich,
ben-Anordnung an die Werkzeugspindel anpreßbar ist, wenn man die NiederdruckZyhnder-Kolben-Anord-
wobei die Hochdruck-Zylinder-Kolben-Anordnung mit nung als Ringzylinder mit Ringkolben ausbildet. Dieser
der Spindelhulse drehfest verbunden und über eine hat ohnehin die gewünschte größere Wirkoberflache als
mechanische Verbindung durch eine Niederdruck-Zy- die Einzelkolben der Hochdruck-Zylmder-Kolben-An-
Iinder-Kolben-Anordnung betatigbar ist, die durch eine b5 Ordnung, und man kann die einzelnen Hochdruckkolben
ortsfeste Druckmittelquelle beaufschiagbar ist. leicht am Niederdruck-Ringkolben abstutzen
Die Erfindung geht aus von der aus der US-PS In der bevorzugten Ausfuhrungsform ist im übrigen
57 393 bekannten Vorrichtung, bei der die Hoch- vorgesehen, daß die Niederdruck-Zyhnder-Kolben-An-
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