DE19541526C2 - Druckluftangetriebene Metallbearbeitungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallbearbeitungsmaschine nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Es sind Metallbearbeitungsmaschinen der voranstehenden Art bekannt, bei denen der Werkzeugträger druckluftangetrieben ist und im wesentlichen aus einer ölgeschmierten Antriebsspindel mit daran angeordnetem Turbinenrad besteht. Dabei wird die mit Öl versetzte Antriebsluft nach der Beaufschlagung des Turbinenrades den im Bereich der Antriebsspindel angeordneten Kugel lagern zugeleitet. Die immer noch mit Restöl versehene Luft bahnt sich anschließend über einen Spalt nach außen in Richtung zum zu bearbeiteten Werkstück einen Weg.

Grundsätzlich besteht der Vorteil der ölenthaltenden Antriebsluft-Schmierung darin, daß man Turbinen mit relativ hoher Drehzahl von über 100 000 Umdrehungen pro Minute (U/min) betreiben kann. Die ölenthaltende Antriebsluft- Schmierung hat aber andererseits den Nachteil, daß sie bei der Bearbeitung von Hartmetall sowie auch unter Laborbedingungen nicht einsetzbar ist, weil die über den Luftstrom aus der Metallbearbeitungsmaschine austretenden Schmiermittel-Emissionen zu groß sind.

Des weiteren ist beim Stand der Technik die Schmiermittel-Zugabemenge an den Druckluft-Volumenstrom gekoppelt, was bei zunehmender Arbeitsleistung der Metallbearbeitungsmaschine zu einem Schmiermittelüberschuß führt.

Darüber hinaus sind aber bei der bekannten Metallbearbeitungsmaschine nicht nur die Schmiermittel- Emissionen, sondern auch die Geräusch-Emissionen so hoch, daß dies auch aus Arbeitsschutzgründen in Zukunft nicht mehr tolerierbar ist.

Im deutschen Gebrauchsmuster DE 92 11 971 U ist vorgeschlagen worden, die vorstehend genannten Nachteile dadurch zu umgehen, daß die entsprechende Metallbearbeitungsmaschine einen Druckluftkanal aufweist, der ausschließlich für ölfreie Antriebsluft bestimmt ist und daß die Schmierung der Lager des Werkzeugträgers über mit Ölnebel gefüllte separate Kanäle erfolgt. Darüber hinaus ist bei der bekannten Metallbearbeitungsmaschine ein Schalldämpfer in dem Druckluftkanal vorgesehen, durch den die Geräuschemission während des Betriebs der Metallbearbeitungsmaschine erheblich vermindert worden ist.

Bei der praktischen Erprobung der aus dem vorgenannten Gebrauchsmuster bekannten Metallbearbeitungsmaschine hat sich herausgestellt, daß es zu einer Gefährdung des Bedienungspersonals aufgrund des Nachlaufens des Werkzeugträgers bei schon abgeschalteter Antriebsdruckluft kommen kann. Dieses lange Nachlaufen bedingt darüber hinaus, daß nach Abschalten der bekannten Metallbearbeitungsmaschine eine gewisse Zeit vergehen muß, bis das zuvor verwendete Werkzeug gegen ein neues Werkzeug ausgetauscht werden kann.

Aus der JP 5-154735A und der JP 5-154736 A ist ein "air­ stopping" System bekannt, welches mittels Bremsluft, die auf ein Bremsrad geleitet wird und eine Kraft entgegen­ gesetzt zum Turbinenrad auf die Arbeitsspindel hervor­ ruft, das Turbinenrad bremst.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Metall­ bearbeitungsmaschine der voranstehend genannten Art unter Einsparung von Bauelementen derart weiterzubilden, daß die Verletzungsgefahr vermindert und die Werkzeugwechsel­ zeiten verkürzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Metall­ bearbeitungsmaschine, insbesondere schleif- oder Fräsma­ schine, mit einem Maschinenkopf gelöst, in dem ein Werk­ zeugträger angeordnet ist, der im wesentlichen aus einer drehbaren Arbeitsspindel mit daran angeordneten Turbinen­ rad besteht, welches mit ölfreier Antriebsdruckluft beaufschlagbar ist, die über einen ersten Druckluftkanal zu dem Turbinenrad strömt, wobei abströmseitig in dem ersten Druckluftkanal ein Schalldämpfer angeordnet ist, über den die Druckluft direkt in die Umgebung austritt, wobei ein zweiter Druckluftkanal vorgesehen ist, über den das Turbinenrad mit ölfreier Bremsdruckluft beaufschlag­ bar ist, die auf das Turbinenrad einen entgegen der Wirkrichtung der Antriebsdruckluft gerichteten Impuls ausübt, wobei das Turbinenrad scheibenförmig ausgebildet ist und auf seiner Umfangsfläche, welche die Angriffs­ fläche für die Bremsluft bildet, eingeformte Taschen aufweist und wobei mindestens ein weiterer, von dem ersten und zweiten Kanal getrennt verlegter Kanal vor­ gesehen ist, durch den ein Ölnebel strömt, der die An­ triebsspindel des Werkzeugträgers schmiert.

Die erfindungsgemäße Metallbearbeitungsmaschine ist gegenüber den bekannten Metallverarbeitungsmaschinen mit einem weiteren Druckluftkanal ausgestattet über den Bremsdruckluft nach dem Abschalten der Antriebsdruckluft auf das Turbinenrad geleitet wird. Das Turbinenrad ist dabei scheibenförmig ausgebildet und auf seiner Umfangs­ fläche mit eingeformten Taschen versehen, welche die Angriffsfläche für die Bremsluft bilden. So wird auf einfache Weise die Anzahl der für den Antrieb und das Abbremsen des Werkzeugträgers erforderlichen Bauelemente vermindert und eine kompakte Bauart gewahrt. Durch die entstehende Bremskraft wird die Nachlauf zeit des Werk­ zeugträgers nach Abschalten der Antriebsdruckluft auf ein Minimum reduziert. Ebenso kann nahezu unmittelbar nach Abschalten der Antriebsdruckluft ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden. Auf diese Weise ist es möglich, druckluftbetriebene Metallverarbeitungsmaschinen der erfindungsgemäßen Art in automatischen Bearbeitungszen­ tren zu verwenden, bei denen die einzelnen Arbeitsschrit­ te innerhalb sehr kurzer Bearbeitungszyklen aufeinand­ erfolgen. Gleichzeitig ist bei handbedienten entsprechen­ den Metallverarbeitungsmaschinen die Gefahr einer Ver­ letzung durch einen nachlaufenden Werkzeugträger nahezu ausgeschlossen.

Der zur Schmierung der Lager des Werkzeugträgers benötigte Ölnebel kann auf einfache Weise dadurch erzeugt werden, daß eingangsseitig des von dem Ölnebel durchströmten Kanals ein Zerstäuber angeordnet ist, der den Ölnebel erzeugt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist darüber hinaus der Werkzeugträger eine Aufnahmeöffnung für ein Arbeitswerkzeug auf. Gleichzeitig ist im Bereich der Aufnahmeöffnung für das Arbeitswerkzeug mindestens eine Vakuumleitung angeordnet, die im Beteich eines Ringspaltes den Schmierölfilm absaugt.

Diese Vakuumabsaugung führt dazu, daß der Ölaustritt zusätzlich deutlich verringert wird, so daß die Metallbearbeitungsmaschine auch in Bereichen eingesetzt werden kann, in denen an die Reinheit z. B. der Umgebungsluft sehr hohe Anforderungen gestellt werden. Zur weiteren Minimierung des Schmieraustrittes kann nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch die den Ölnebel transportierende geringe Luftmenge nach dem Durchströmen der Kugellager wieder gesammelt und vor dem Austritt ins Freie durch ein Filterelement von etwaigem Restöl befreit werden.

Die Verschleißsicherheit der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsmaschine kann zusätzlich dadurch gesteigert werden, daß innerhalb des Maschinenkopfes im Bereich der Austrittsöffnung, an der die Antriebsspindel aus dem Maschinenkopf geführt ist, eine Kammer ausgebildet ist, welche an eine das Innere des Maschinenkopfes gegenüber der Umgebung abdichtende Wellendichtung angegrenzt und mit Sperrluft druckbeaufschlagbar ist, die eine Sperre für im Bereich der Wellendichtung in den Maschinenkopf eindringende Verschmutzungen bildet. Bei einer derartigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsmaschine wirkt die in der Kammer angestaute Druckluft sowohl während des Betriebs als auch bei Stillstand der Maschine feinsten Staubpartikeln entgegen, die anderenfalls durch die Wellendichtung in das Innere des Maschinenkopfes dringen könnten.

Die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsmaschine kann dadurch gesteigert werden, daß an den Maschinenkopf eine Adapterplatte anschließbar ist, über die der Maschinenkopf an beliebige Maschinengestelle anschließbar ist. Eine derartige vielseitige Einsetzbarkeit ist insbesondere dann wichtig, wenn eine solche Metallbearbeitungsmaschine in Verbindung mit bestehenden numerisch gesteuerten Metallbearbeitungszentren eingesetzt werden soll.

Vorteilhaft für die Montage der erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsmaschine ist es auch, wenn die Druckluftkanäle gemeinsam an einer Außenwand des Maschinenkopfes enden und daß an dieser Außenwand ein Anschlußstück befestigbar ist, über das die Zuleitungen für die Antriebsdruckluft und/oder die Bremsdruckluft und/oder den Ölnebel an den Maschinenkopf anschließbar sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Längsschnitt des Maschinenkopfes einer erfindungsgemäßen Metallbearbeitungsmaschine.

Die Metallbearbeitungsmaschine weist einen Maschinenkopf 10 auf, der an seiner oberen Seite eine Adapterplatte 12 trägt. An die Adapterplatte 12 kann beispielsweise ein nicht gezeigter Aufnahmeschaft angeschlossen werden, über die der Maschinenkopf 10 an einem Maschinengestell befestigt werden kann. In dem Maschinenkopf 10 ist ein Werkzeugträger 13 angeordnet. Im Werkzeugträger 13 ist eine Antriebsspindel 14 drehbar gelagert, welche über ein mit ihr verbundenes Turbinenrad 15 angetrieben wird. Die Antriebsspindel 14 weist an ihrem freien Ende eine Aufnahmeöffnung 16 für ein nicht dargestelltes Arbeitswerkzeug auf. Außenseitig umgibt ein relativ zum Werkzeugträger 13 beweglicher Drehkörper 17 den Werkzeugträger 13. An den Drehkörper 17 ist ein Anschlußstück 18 angeschlossen, das einen nicht gezeigten Drucklufteinlaß aufweist, über den ein Antriebsdruckluftstrom D in die Metallbearbeitungsmaschine 10 eingeleitet wird.

Die Antriebsdruckluft D strömt vom Drucklufteinlaß des Anschlußstücks 18 aus in den Druckluftkanal 19 und wird dann von einer Leitscheibe 20 in gewünschter Weise zum Turbinenrad 15 geleitet. Mit der Strömungsenergie des Druckluftstroms D wird die Antriebsspindel 14 und somit auch das daran befestigte Arbeitswerkzeug angetrieben.

Nach der Beaufschlagung des Turbinenrades 15 wird der Antriebsdruckluftstrom D über einen Zwischenkanal 21 einem Schalldämpfer 22 zugeleitet. Der ringförmige Schalldämpfer 22 kann z. B. aus einer Filzplatte oder aus Schaumstoff bestehen und muß einerseits eine dem Druckluftstrom D angemessene Fläche aufweisen sowie andererseits eine genügend große Porosität, damit der Gegendruck innerhalb des Maschinenkopfes 10 nicht zu groß wird. Nach Durchtritt durch den Schalldämpfer 22 strömt die Antriebsdruckluft D in einen Austrittskanal, der ins Freie mündet.

Zwischen der Antriebsspindel 14 und dem Werkzeugträger 13 sind Kugellager 24 angeordnet, die durch einen Ölnebel geschmiert werden. Zu diesem Zweck weist das Anschlußstück 18 einen zweiten Einlaß 25 auf, in den eine definierte Menge Öl eingeleitet wird, die zuvor in einem relativ geringen Luftstrom fein verteilt wird. Das dabei entstehende Luft- Ölgemisch, im folgenden Ölnebel N genannt, tritt über den Einlaß 25 in Kanäle 26 ein, und wird über dieselben zu den jeweils zwischen den Kugellagern 24 angeordneten Distanzhülsen 27 geführt. Über in den Distanzhülsen 27 angeordnete feine Bohrungen 33 wird der Ölnebel N an die Kugellager 24 abgegeben. Aufgrund des geringen Luftvolumens, mit welchem das Schmieröl transportiert wird, schlägt sich daßelbe im Bereich der Kugellager 24 nieder, wobei es letztlich einen Flüssigkeitsfilm bildet. Von dort aus bewegt sich der Flüssigkeitsfilm in Schwerkraftrichtung zur Aufnahmeöffnung 16 für das Arbeitswerkzeug und wird über nicht dargestellte Vakuumleitungen abgesaugt.

Der geringe Luftstrom, mit dem das Öl zu den Kugellagern 24 transportiert worden ist, wird zuletzt in einem nicht gezeigten Kanal gesammelt und über ein Filterelement, welches einerseits als Schalldämpfer dient und andererseits den Restölgehalt der Luft auffängt, ins Freie geleitet.

Zusätzlich zu dem Einlaß für die Antriebsdruckluft D und den Einlaß 25 für den Ölnebel N ist der Maschinenkopf 10 mit einem Einlaß 40 für ölfreie Bremsluft B ausgestattet. Über den Einlaß 40 gelangt die Bremsluft B über unabhängig von den Kanälen 26 für den Ölnebel N und den Kanälen 19 für die Antriebsdruckluft D angeordnete Kanäle 41 in einen Ringraum 43, der das Turbinenrad 15 ringförmig umgibt und gegenüber diesem durch die Wandung eines Einsatzrings 43 abgetrennt ist. Dabei weist die Wandung des Einsatzrings 43 düsenartige Durchgangsöffnungen 44 auf, über die die Bremsluft B auf die Seitenflächen des Turbinenrades 15 geleitet wird. Das Turbinenrad 15 weist auf seinen Seitenflächen taschenförmige, nicht gezeigte Einformungen auf, die die Angriffsfläche für die das Turbinenrad 15 anströmende Bremsluft B bilden.

Am Gehäuse 11 in der Nähe der Aufnahmeöffnung 16 ist ein Drehzahlmesser 30 angeordnet, der einen Fühler 31 aufweist. Dieser Fühler 31 wirkt mit einem an der Antriebsspindel 14 angeordneten Vorsprung 32 so zusammen, daß der Drehzahlmesser 30 ständig über die Ist-Drehzahl verfügt. Der Drehzahlmesser 30 ist mit einer nicht dargestellten speicher­ programmierbaren Steuerung verbunden, in der die vom Drehzahlmesser 30 gemessene Ist-Drehzahl ständig mit der vom Bediener eingegebenen Soll-Drehzahl verglichen wird. Bei Abweichungen der Drehzahlen voneinander wird über die speicherprogrammierbare Steuerung der Druck bzw. das Volumen der Arbeitsluft vergrößert bzw. verringert.

Der Vorsprung 32 rotiert in einer im unteren Bereich des Maschinenkopfes ausgebildeten Kammer 50, die über einen letzten Einlaß 51 mit druckbeaufschlagter Sperrluft füllbar ist. Diese Sperrluft verhindert, daß im Betrieb der Maschine oder bei deren Stillstand Staub über die die Durchgangsöffnung für die Antriebsspindel abdichtende Wellendichtung 60 in das Innere des Maschinenkopfes 10 gelangt.

Claims (8)

1. Metallbearbeitungsmaschine, insbesondere Schleif- oder Fräsmaschine, mit einem Maschinenkopf, in dem ein Werkzeug­ träger (13) angeordnet ist, der im wesentlichen aus einer drehbaren Arbeitsspindel (14) mit daran angeordnetem Tur­ binenrad (15) besteht, welches mit ölfreier Antriebsdruck­ luft (D) beaufschlagbar ist, die über einen ersten Druck­ luftkanal (19) zu dem Turbinenrad (15) strömt, wobei ab­ strömseitig in dem ersten Druckluftkanal (19) ein Schall­ dämpfer angeordnet ist, über den die Druckluft (D) direkt in die Umgebung austritt, wobei ein zweiter Druckluftkanal (41) vorgesehen ist, über den das Turbinenrad (15) mit ölfreier Bremsdruckluft (B) beaufschlagbar ist, die auf das Turbinenrad (15) einen entgegen der Wirkrichtung der An­ triebsdruckluft (D) gerichteten Impuls ausübt, wobei das Turbinenrad (15) scheibenförmig ausgebildet ist und auf seiner Umfangsfläche, die die Angriffsfläche für die Bremsluft (B) bildet, eingeformte Taschen aufweist und wobei mindestens ein weiterer, von dem ersten und zweiten Kanal (19, 41) getrennt verlegter Kanal (25) vorgesehen ist, durch den ein Ölnebel (N) strömt, der die Antriebs­ spindel des Werkzeugträgers (13) schmiert.

2. Metallbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig des von dem Ölnebel (N) durchströmten Kanals (26) ein Zerstäuber angeordnet ist, der den Ölnebel (N) erzeugt.

3. Metallbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (13) eine Aufnahmeöffnung (16) für ein Arbeitswerkzeug aufweist und im Bereich der Aufnahmeöffnung (16) für das Arbeitswerkzeug mindestens eine Unterdruckleitung angeordnet ist, über die der Schmierölfilm absaugbar ist.

4. Metallbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ölnebel (N) transportierende Luft vor dem Austritt in die Umgebungsluft in einem Filterelement von Restöl befreit wird.

5. Metallbearbeitungsmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Maschinenkopfes (10) im Bereich der Austrittsöffnung, an der die Antriebsspindel (14) aus dem Maschinenkopf (10) geführt ist, eine Kammer (50) ausgebildet ist, welche an eine das Innere des Maschinenkopfes (10) gegenüber der Umgebung abdichtende Wellendichtung (60) angegrenzt und mit Sperrluft druckbeaufschlagbar ist, die eine Sperre für im Bereich der Wellendichtung (60) in den Maschinenkopf (10) eindringende Verschmutzungen bildet.

6. Metallbearbeitungsmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß an den Maschinenkopf (10) eine Adapterplatte (12) anschließbar ist, über die der Maschinenkopf (10) an beliebige Maschinengestelle anschließbar ist.

7. Metailbearbeitungsmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftkanäle (19, 26, 41) gemeinsam an einer Außenwand des Maschinenkopfes (10) enden und daß an dieser Außenwand ein Anschlußstück (18) befestigbar ist, über das die Zuleitungen für die Antriebsdruckluft (D) und/oder die Bremsdruckluft (B) und/oder den Ölnebel (N) an den Maschinenkopf (10) anschließbar sind.

8. Metallbearbeitungsmaschine nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad (15) scheibenförmig ausgebildet ist und auf seiner Umfangsfläche eingeformte Taschen aufweist, die die Angriffsfläche für die Bremsluft (B) bildet.