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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühl-lSchmiervorrichtung für eine Werkzeugmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
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Bei
einer Werkstückbearbeitung
mittels einer Werkzeugmaschine wird oftmals Kühlmittel zu der Bearbeitungsstelle
eines Werkstücks
gespeist, um hierdurch das Werkstück und das Werkzeug zu kühlen und
zu schmieren, oder um Schneidspäne
zu beseitigen. Hierbei treten vielfältige Probleme wie etwa eine
Verschmutzung der Umgebung durch das Kühlmittel, ein nachteiliger
Einfluß auf
die menschliche Gesundheit, eine Erhöhung der Kosten in Verbindung
mit der Behandlung des benutzten Kühlmittels, eine Verringerung
der Lebensdauer der Werkzeuge aufgrund einer übermäßigen Kühlung der Werkzeuge, eine Reibungsabnutzung
bei einer feinen Vorschub-Bearbeitung mittels des Werkzeugs aufgrund von überschüssigem Kühlmittel
und so weiter auf. Darüber
hinaus sind noch weitere Probleme wie etwa eine starke Erhöhung der
Kosten vorhanden, wenn das Kühlmittel
von den Schneidspänen
getrennt werden muß,
um die Schneidspäne
wiederverwenden zu können.
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Zur
Lösung
dieser Probleme wurde vor kurzem ein Verfahren vorgeschlagen, bei
dem eine relativ kleine Menge von Kühlmittel in Nebelform, d.h.
feine Tropfenform gebracht wird und das nebelförmige Kühlmittel zu der Bearbeitungsstelle
des Werkstücks geleitet
wird.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt ist, kann z.B. Kühlmittelnebel
m durch ein Nebelzufuhrrohr 3, das in der Nähe des an
dem vorderen Rand einer Spindel 1 befestigten Werkzeugs 2 befestigt
ist, strahlförmig
auf eine Bearbeitungsstelle des Werkstücks ausgestoßen werden.
Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 4 eine Nebelerzeugungseinrichtung, die
von der Spindel 1 beabstandet ist, während das Bezugszeichen 5 ein
Kopfelement bezeichnet, das die Spindel 1 drehbar umgibt.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Riemen- oder Rillenscheibe
für die Übertragung
einer Drehbewegung auf die Spindel 1, während das Bezugszeichen 7 eine
Antriebseinheit bzw. Betätigungseinheit
bezeichnet, die eine Zugstange 9 zum Festlegen und Freigeben
eines Werkzeughalters 8 drückt, zieht und versetzt. Mit
w ist ein Werkstück
bezeichnet.
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Bei
der herkömmlichen,
vorstehend beschriebenen Vorrichtung, wie sie in den 1 und 2 gezeigt
ist, ist es zum Beispiel dann, wenn eine Bearbeitungsstelle an einer
verhältnismäßig tiefen Position
des Werkstücks
angeordnet ist, wie es zum Beispiel beim Bohren der Fall ist, nicht
möglich,
daß der
Nebel m zu der Bearbeitungsstelle geleitet wird, da der Nebel durch
das Werkstück
w selbst, das Werkzeug 2, die Schneidspäne usw. behindert und abgeblockt
wird. Daher wird die Bearbeitungsstelle nicht in ausreichendem Maße gekühlt oder
geschmiert. Demzufolge kann nicht nur keine effiziente Bearbeitung
durchgeführt
werden, sondern es wird auch die Bearbeitung selbst unmöglich.
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Als
eine Methode zur Lösung
dieser Probleme wurde gemäß der Darstellung
in 3 überlegt, den
Nebel m bzw. das feinverteilte Kühlmittel
durch einen Einlaß 10a einer
Einrichtung zur Bildung eines Nebelzufuhrpfads zuzuführen, die
um den Werkzeughalter 8 herum befestigt ist, und den Nebel
m zu der Bearbeitungsstelle über
einen Pfad 2a zu leiten, der in dem axialen Kern des Werkzeugs 2 gebildet
ist.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Methode erfährt jedoch der Nebel m, der
durch den Einlaß 10a strömt, eine
Zentrifugalkraft, wenn der Nebel von der Außenseite zu dem Drehzentrum
entlang eines Pfads 8a in der radialen Richtung des Halters 8 strömt, da der
Werkzeughalter 8 und das Werkzeug 2 während der
Bearbeitung gemeinsam mit der Spindel 1 gedreht werden.
Die Strömung
des Nebels m wird durch diese Zentrifugalkraft beeinflußt, so daß der Nebel
m nicht gleichförmig
mit stabilisierter Dichte zu der Bearbeitungsstelle geleitet wird.
Genauer gesagt bedeutet dies, daß die Luft und die Flüssig keit voneinander
getrennt werden, auch wenn sich der Nebel m, der das Innere des
Werkzeughalters 8 erreicht, in einem solchen Zustand befindet,
daß Luft und
Kühlmittel
gleichförmig
gemischt werden. Dies liegt daran, daß das Kühlmittel, dessen spezifisches Gewicht
groß ist,
in der radialen Richtung nach außen kraftbeaufschlagt wird,
und die Luft, deren spezifisches Gewicht klein ist, in der radialen
Richtung nach innen kraftbeaufschlagt wird, während diese durch den Pfad 8a hindurchgeht
oder hindurchgehen. Daher wird zu dem Werkstück Nebel, der wenig Kühlmittel
enthält
und Nebel, der viel Kühlmittel
aufweist, unregelmäßig zugeführt.
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Bei
einem weiteren Ansatz, der in 4 veranschaulicht
ist, wird überlegt,
ein Drehgelenk 11 für einen
Fluidpfad an dem rückseitigen
Teil der Spindel 1 vorzusehen, und den Nebel (nebelförmiges Kühlmittel)
m durch einen Einlaß 11a des
Drehgelenks 11 einzuleiten und diesen weiter zu der Bearbeitungsstelle über Pfade 1a, 8b und 2a zu
leiten, die in der Spindel 1, dem Werkzeughalter 8 und
dem Werkzeug 2 ausgebildet sind.
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Jedoch
wird der Nebel m, der im Inneren der Spindel 1 geleitet
wird, auch bei der vorstehend erläuterten Methode aufgrund der
Drehung der Spindel 1, des Werkzeughalters 8 und
des Werkzeugs 2 während
der Bearbeitung durch die Zentrifugalkraft beeinflußt, während der
Nebel entlang des langen Pfads von dem rückseitigen Teil der Spindel 1 zu
dem vorderseitigen Rand des Werkzeugs 2 strömt und wird,
wie bereits zuvor beschrieben, in Luft und Kühlmittel aufgeteilt, wodurch
gleichartige Probleme hervorgerufen werden können.
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Es
ist nicht möglich,
zu erreichen, daß der Nebel
m wirksam zu einem verhältnismäßig tief
liegenden Punkt eines Werkstücks
w gemäß der vorstehenden
Beschreibung geleitet wird, indem lediglich Nebel durch herkömmlich vorhandene
Vorrichtungen gespeist wird. Es besteht daher Bedarf nach einer Vorrichtung,
die dies erreichen kann.
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Es
ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Spindelvorrichtung für Werkzeugmaschinen
bereitzustellen, die dieses Bedürfnis
erfüllen
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach der Patentanspruch 1 oder
2 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen.
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1 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt einer
herkömmlichen
Werkzeugmaschine dargestellt ist.
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2 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt eines
weiteren herkömmlichen
Beispiels dargestellt ist.
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3 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt eines
anderen herkömmlichen
Beispiels dargestellt ist.
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4 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt eines
weiteren herkömmlichen
Beispiels veranschaulicht ist.
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5 zeigt
eine Schnittansicht in Längsrichtung,
in der der Spindelkopfabschnitt gemäß einem ersten Beispiel, das
zur Erläuterung
dient, dargestellt ist.
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6 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht in
Längsrichtung,
in der der obere Teil des Spindelkopfabschnitt des ersten Beispiels
dargestellt ist.
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7 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht in
Längsrichtung,
in der der untere Teil des Spindelkopfabschnitt des ersten Beispiels
dargestellt ist.
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8 zeigt
den mittleren Teil der Spindel, die in 7 dargestellt
ist, wobei (a) eine Querschnittsansicht zeigt, die entlang der Linie
x-x geschnitten ist, (b) eine Querschnittsansicht zeigt, die entlang
der Linie 1x-1x geschnitten ist, und (c) eine Querschnittsansicht
zeigt, die entlang der Linie 2x-2x geschnitten ist.
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9 zeigt
eine Schnittansicht in Längsrichtung,
in der die Umgebung einer Nebelerzeugungseinrichtung des ersten
Beispiels dargestellt ist.
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10 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt gemäß einem
abgeänderten
zweiten Beispiel dargestellt ist.
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11 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt gemäß einem
abgeänderten
dritten Beispiel dargestellt ist.
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12 zeigt
eine Schnittansicht in Längsrichtung,
in der die hauptsächlichen
Teile einer Ausführungsform
der Erfindung dargestellt sind.
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13 zeigt
eine Schnittansicht in Längsrichtung,
in der die Arbeitsvorgänge
bzw. Wirkungen der Ausführungsform
aus 12 erläutert
sind.
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14 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt ist, und
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15 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht, in der der Spindelkopfabschnitt gemäß einer
abgeänderten
zweiten Ausführungsform
dargestellt ist.
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In
allen Zeichnungen sind Teile, die in den jeweiligen Zeichnungen
im wesentlichen identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
damit die Beschreibung der Erfindung vereinfacht ist.
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Es
wird nun ein erstes Beispiel eines Spindelkopfs, das zur Erläuterung
der Erfindung dient, beschrieben. 5 zeigt
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht eines Spindelkopfs einer Werkzeugmaschine.
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Wie
aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist ein inneres Rohr 12 konzentrisch
in einer inneren Öffnung 1a der
Spindel 1 vorgesehen. Die Innenseite der inneren Öffnung 1a ist
in zwei Systeme bzw. Räume
unterteilt, von denen der eine einen außenseitigen Pfad s1 und der
andere einen innenseitigen Pfad s2 bildet, wobei die Wandfläche des
inneren Rohrs 12 eine Grenze zwischen diesen Pfaden bildet,
wie es in 6 gezeigt ist. Der äußere bzw.
außenseitige Pfad
s1 bildet einen Luftzufuhrpfad, während der innere bzw. innenseitige
Pfad s2 einen Kühlmittelzufuhrpfad
darstellt.
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Ein
Drehgelenk 11a eines Fluidpfads ist an dem rückseitigen
Teil der Spindel 1 befestigt.
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Genauer
gesagt ist das Drehgelenk 11a in der nachstehend beschriebenen
Weise aufgebaut.
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Ein
stufiges bzw. mit Stufe oder Schulter versehenes axiales zylindrisches
Element 13 ist in die rückseitige
Endfläche
der Spindel 1 derart eingeschraubt, daß es sich nach außen bzw.
in Verlängerungrichtung
erstreckt. Ein äußeres zylindrisches Element 15 ist
an den oberen, verringerten Durchmesser aufweisenden Teil 13a des
Elements 13 über Lager 14a, 14b angepaßt, während gleichzeitig
ein zwischenliegendes, zylindrisches Element bzw. zylindrisches
Zwischenelement 16 und ein Abdeckelement 17 an
dem äußeren zylindrischen
Element 15 befestigt sind. Ein inneres rohrförmiges Element 18 ist
durch einen Bolzen oder eine Schraube in der inneren Öffnung 13b des
axialen, zylindrischen Elements 13 konzentrisch mit diesem
befestigt, während ein äußerer Pfad
s3 an der Wandfläche
des inneren rohrförmigen
Elements 18 mit dem Zufuhrpfad s1 über einen mit Kerbe versehenen
Abschnitt 18c in Verbindung gebracht ist, und ein innerer
Pfad s4 mit dem Zufuhrpfad s2 durch Verbindung des oberen Ende des
inneren Rohrs 12 mit dem unteren Ende des inneren rohrförmigen Elements 18 in
Verbindung gebracht ist. Ein zylindrisches, gleitverschiebliches Element
bzw. Gleitelement 19 ist flüssigkeitsdicht in die innere Öffnung 16a des
Zwischenelements 16 mit Hilfe eines O-Rings 20 eingeführt. Das
zylindrische, gleitverschiebliche Element 19 weist einen
mit Flansch versehenen bzw. als Flansch ausgebildeten Abschnitt 19a auf.
Ein gleitverschieblicher Ringkörper 21 ist
an dessen vorderem Ende befestigt und kann sich über eine Führungsstange 22, die
an dem Zwischenelement 16 befestigt ist, nach vorne und nach
hinten in der Richtung der Spindel 1 bewegen. Der Ringkörper 21 wird
durch eine Feder 23 zur Seite der Spindel 1 gedrückt. Ein
gleitverschieblicher Ringkörper
bzw. Gleitringkörper 24,
in den bzw. an den der gleitverschiebliche Ringkörper 21 gedrückt ist und
der mit der oberen Endfläche
des verringerten Durchmesser aufweisenden Teils 13a des
axialen zylindrischen Elements 13 in Berührung gebracht
ist, ist an diesem befestigt. Weiterhin ist ein verhältnismäßig kleines,
gleitverschiebliches, zylindrisches Element 28 in das innere
Loch 17a des Abdeckelements 17 mit Hilfe eines
O-Rings 25, einer Führungsstange 26 und
einer Feder 27 eingeführt
und in dieses eingepaßt,
derart, daß Arbeitsvorgänge entsprechend
dem gleitverschieblichen, zylindrischen Element 19 erhalten
werden können.
Ein gleitverschieblicher Ringkörper 29 ist
an der vorderen Seite des als Flansch ausgebildeten Abschnitts 28a befestigt.
Ebenso ist ein gleitverschieblicher Ringkörper 30 hieran befestigt,
in den der gleitverschiebliche Ringkörper 29 gepreßt ist und
der mit der oberen Endfläche
des inneren rohrförmigen
Elements 18 in Berührung
gebracht ist. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet eine Schlitzöffnung bzw.
einen Anschluß oder
eine Zufuhröffnung
für die Einspeisung
von Luft in das innere Loch 16a des Zwischenelements 16,
während
das Bezugszeichen 32 einen Zufuhranschluß bzw. eine
Anschlußöffnung für die Einspeisung
von Kühlmittel
in das innere Loch 17a des Abdeckelements 17 bezeichnet.
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In
diesem Drehgelenk 11A sind das äußere zylindrische Element 15,
das Zwischenelement 16 und das Abdeckelement 17 in
nicht drehendem Zustand abgestützt,
und es sind das mit Stufe versehende axiale zylindrische Element 13 und
das innere rohrförmige
Element 18 derart aufgebaut, daß sie integral mit der Spindel 1 drehen.
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Wenn
sich der gleitverschiebliche Ringkörper 21 und der gleitverschiebliche
Ringkörper 24 in Betrieb
befinden, werden sie dazu veranlaßt, sich in einem kontaktierten
Zustand unter Druck sowie in flüssigkeitsdichtem
Zustand relativ zu drehen. Gleichzeitig werden der gleitverschiebliche
Ringkörper 29 und
der gleitverschiebliche Ringkörper 30 dazu
veranlaßt,
sich in einem Zustand, der gleichartig ist wie der vorstehend beschriebene
Zustand, relativ zu drehen. Selbst wenn sich die Spindel 1 dreht,
erreicht daher Luft, die über
den Zufuhranschluß 31 zugeführt wird,
die Innenseite des Zufuhrpfads s1 und läuft durch das innere Loch bzw.
den inneren Kanal des gleitverschieblichen zylindrischen Elements 19 und
das innere Loch bzw. den inneren Kanal 13b des axial zylindrischen
Elements 13 hindurch. Das Kühlmittel, das über den
Zufuhranschluß 32 zugeführt wird,
erreicht die Innenseite des anderen Zufuhrpfads s2, läuft durch
das innere Loch bzw. den inneren Kanal des gleitverschieblichen
zylindrischen Elements 28 und durch das innere rohrförmige Element 18 hindurch.
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Eine
Nebelerzeugungsvorrichtung 33 ist an dem zentralen vorderen
Randteil der Spindel 1 vorgesehen und wird nachfolgend
in größeren Einzelheiten
beschrieben.
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Wie
in 7 gezeigt ist, ist in dem inneren Loch bzw. Kanal 1a der
Spindel 1 eine Führungsöffnung 1b vorgesehen,
deren Durchmesser in gewissem Umfang in Richtung zu ihrem vorderen
Rand zunehmend anschwillt bzw. anwächst. Ein gleitverschiebliches
zylindrisches Element 34 ist in deren Innenseite eingeführt und
passend eingebracht, derart, daß es
in der Richtung der Spindel 1 verlagerbar ist. Eine Druckfeder 35 ist
an der Außenseite
des verringerten Durchmesser aufweisenden Teils an der äußeren Umfangfläche des
gleitverschieblichen zylindrischen Elements 34 passend
angebracht. Das gleitende zylindrische Element 34, dessen
eines Ende an der oberen Endfläche
des Werkzeughalters 8 abgestützt ist, wird durch die Federkraft
der Feder 35 nach oben gedrückt. Auf der anderen Seite
ist ein Düsen-Vorderelement 36 in
das vordere Ende des inneren Kanals 1a eingeführt und
dort passend eingebracht. Gleichzeitig ist ein rückseitiges Düsenelement 37 an
dem vorderen Ende des inneren Rohrs befestigt und ist in das Element 36 eingeführt und
an diesem befestigt. Das vordere Düsenelement 36 bewirkt,
daß die
Oberfläche
der vorderen, endseitigen Außenumfangsfläche 36a konisch
verläuft,
wobei der Querschnitt des Körperteils
gleichzeitig grob dreieckförmig
ausgestaltet ist, wie es in 8 gezeigt
ist, um zu erreichen, daß ein
Pfad s5 in der Richtung der Spindel an der äußeren Umfangsfläche des
Körpereils
gebildet ist. Weiterhin weist das vorderseitige Düsenelement 36 ein
stufig ausgebildetes Mittelloch 36b in seinem mittleren
Teil auf, wie es in 9 gezeigt ist. Ein Kommunikations-
bzw. Verbindungspfad s6 ist vorgesehen, damit die Vorderseite des
mittleren Lochs 36b mit dem Pfad s5 in Kommunikationsverbindung
gebracht wird. Weiterhin weist der dicke Wandabschnitt des mittleren
Lochs 36b einen schmalen Lochpfad p auf, der dazu dient,
das mittlere Loch 36b gegenüber der Umfangsfläche des
inneren Lochs bzw. Kanals 1a zu öffnen, und gleichzeitig zur Verbindung
mit dem Kommunikationsverbindungspfad p2 dient. Ferner ist das rückseitige
Düsenelement 37 derart
aufgebaut, daß der
verringerten Durchmesser aufweisende Teil 37a in das zentrale Loch 36b des
vorderseitigen Düsenelements 36 eingepaßt und dort
befestigt ist, daß ein
inneres Loch bzw. ein innerer Kanal 37b an dessen zentralen
Teil vorgesehen ist, daß das
obere Ende des inneren Kanals 37b in Kommunikationsverbindung
mit dem Zufuhrpfad s2 gebracht ist, daß der verringerten Durchmesser
aufweisende vordere, vorstehende Randteil 37c konzentrisch
an dem zentralen, verringerten Durchmesser aufweisenden Teil positio niert
ist, daß ein
Pfad an dem äußeren Umfang
des vorstehenden Teils 37c gebildet ist und daß gleichzeitig
ein Kommunikationspfad p2 ausgebildet ist, um das innere Loch 37a in
Kommunikationsverbindung mit dem kleinen Lochpfad p zu bringen.
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Der
Werkzeughalter 8 ist an der Spindel 1 durch einen
Bolzen oder eine Schraube befestigt. Ein Führungsloch 8b1, das
sich von dem mittleren Pfad 8b kontinuierlich fortsetzt
und dem Führungsloch 1b entspricht,
ist an dem mittleren Teil an der oberen Endfläche des Werkzeughalters 8 befestigt.
Das untere Ende des gleitenden zylindrischen Elements 34 ist
in das Führungsloch 8b1 derart
eingeführt,
daß es verlagerbar
ist. Das vordere Ende eines Pfads 2a eines Werkzeugs 2 ist
in eine Mehrzahl aufgezweigt und die verzweigten Ränder sind
an denjenigen Punkten offen, bei denen jeweils eine Werkzeugkante 2b vorhanden
ist.
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Nachfolgend
werden Anwendungsbeispiele und die Betriebsweise einer Einrichtung
beschrieben, die in der vorstehend erläuterten Weise aufgebaut ist. Wenn
die Einrichtung in Betrieb genommen wird, wird die Drehung eines
nicht dargestellten Motors auf die Spindel 1 über die
Riemenscheibe 6 übertragen, wobei
Luft von einer peripheren Luftzufuhrleitung bzw. einem peripheren
Luftzufuhrschlauch über
den Zufuhranschluß 31 zugeführt wird,
und Kühlmittel über den
weiteren Zufuhranschluß 32 von
einer peripheren bzw. externen Kühlmittelzufuhrleitung
bzw. einem Kühlmittelzufuhrschlauch
zugeführt
wird.
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Hierbei
wird die Luft strahlförmig
von dem Außenumfang
des vorderen, verringerten Durchmesser aufweisenden, vorstehenden
Randteils 37c über den
Kommunikationsverbindungspfad s6 ins Innere des vorderen Rands des
mittleren Lochs 36b ausgestoßen, nachdem die Luft durch
den Luftpfad in dem Drehgelenk 11A und dem Zufuhrpfad s1
hindurchgegangen ist, während
Kühlmittel
ebenfalls von dem mittleren Teil des verringerten Durchmesser aufweisenden,
vorstehenden, vorderen Randteils 37c über das innere Loch 37b im
Inneren des vorderen Rands des mittleren Lochs 36b des
vorderen Düsenelements 36 strahlförmig ausgestoßen wird,
nachdem das Kühlmittel
durch einen Kühlmittelpfad
in dem Drehgelenk 11A und den Zufuhrpfad s2 hindurchgewandert
ist.
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Die
Luft und das Kühlmittel,
die in dieser Weise strahlförmig
ausgestoßen
werden, werden in dem mittleren Loch bzw. Kanal 36 radikal
aufgerührt und
gemischt und in einen Nebel umgewandelt.
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Wenn
hierbei angenommen wird, daß der Druck
des Nebels m in dem Pfad 2a derart gehalten wird, daß er höher als
ein festgelegter Druck ist, der mit der Elastizität bzw. Federkraft
der Feder 35 in Beziehung steht, da die Größe des Werkzeugs 2 verhältnismäßig klein
ist, wirkt dieser Druck auf die vordere Randfläche 34a des gleitenden
zylindrischen Elements 34 und drückt dieses Element in Richtung zu
der Rückseite
der Spindel 1. Daher wird die am oberen Ende befindliche Öffnung des
inneren Kanals des Elements 34 auf die äußere, vorderseitige, Randumfangsfläche 36a des
vorderseitigen Düsenelements 36 durch
die Druckkraft des Drucks des Nebels und durch die Druckkraft der
Feder 35 gedrückt, so
daß das
gleitende zylindrische Element 34 in dem Zustand, der in 2 gezeigt
ist, gehalten wird.
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Daher
wird der Nebel bzw. das Aerosol m, das durch die Nebelerzeugungsvorrichtung 33 erzeugt
wird, in unveränderter
Form aus dem Bereich nahe bei der Werkzeugkante 2b strahlförmig ausgestoßen, nachdem
er durch das innere Loch bzw. den inneren Kanal des gleitenden zylindrischen
Elements 34 und den Werkzeughalter 8 sowie den
Pfad 2a im Werkzeug 2 hindurchgeleitet ist.
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In
diesem Zustand wird der Spindelkopfteil nach Bedarf nach unten bewegt,
damit das Werkzeug 2 zur Bearbeitung des Werkstücks W veranlaßt wird.
Während
diese Bearbeitung fortschreitet, arbeitet die Werkzeugkante 2b tief
in dem Werkstück
w. Selbst in diesem Fall wird die Zufuhr des Nebels m nicht durch
Schneidspäne
usw. behindert, da der Nebel m direkt zu der Werkzeugkante 2b gespeist
werden kann, so daß der
bearbeitende Abschnitt ausreichend geschmiert und gekühlt werden
kann und die Vorrichtung imstande ist, die zugeordneten Funktionen
zu erzielen.
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Auf
der anderen Seite wird in einem Fall, bei dem der Druck des Nebels
m in dem Pfad 2a niedriger ist als ein festgelegter Druck,
wenn die Größe eines
Werkzeugs 2 verhältnismäßig groß ist, die
Kraft, durch die das gleitende zylindrische Element 34 in Richtung
zu der Rückseite
der Spindel 1 auf der Grundlage des Drucks, der auf den
vorderen Rand 34a des Elements 34 wirkt, gedrückt wird,
schwächer,
so daß die
in Richtung zu der Seite des Werkzeugs 2 wirkende Kraft,
die auf dem Luftdruck basiert, der auf die rückseitige Endfläche 34b des
gleitenden zylindrischen Elements 34 über den Pfad s5 des vorderseitigen
Düsenelements 36 einwirkt,
dazu führt,
daß das
Element 34 entgegen der Druckkraft der Feder 35 in
Richtung zu der Seite des Werkzeugs 2 verlagert wird, wie
es in 7 gezeigt ist.
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Hierdurch
wird die Öffnung
am oberen Ende des inneren Kanals des gleitenden zylindrischen Elements 34 von
der vorderseitigen äußeren Umfangs-Randfläche 36a des
vorderseitigen Düsenelements 36 getrennt,
und es werden der Zufuhrpfad s1 und der Raum auf der Seite der Nebeleinspritzung (im
Inneren des inneren Kanals des gleitenden zylindrischen Elements 34)
der Nebelerzeugungsvorrichtung 33 dazu veranlaßt, miteinander
in Kommunikationsverbindung zu gelangen.
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Daher
wird die Luft in dem Zufuhrpfad s1 dazu gebracht, direkt in den
inneren Kanal des gleitenden zylindrischen Elements 34 zu
fließen,
und zwischen der am oberen Ende befindlichen Öffnung des inneren Kanals des
gleitenden zylindrischen Elements 34 und der äußeren, vorderen
Umfangsrandfläche 36a des
vorderseitigen Düsenelements 36 hindurchzutreten,
nachdem sie durch den Pfad s5 und den oberen Teil des Führungslochs
bzw. Führungskanals 1b hindurchgetreten
ist. Dies bedeutet, daß der
Pfad s5 und der obere Teil des Führungskanals 1b bei
diesem Ausführungsbeispiel
als ein Umgehungspfad bzw. Bypass-Pfad fungieren, durch den der
Zufuhrpfad und der innere Kanal des gleitenden zylindrischen Elements 34 in
gegenseitige Kommunikationsverbindung gebracht werden. Weiterhin
wirken die am oberen Ende befindliche Öffnung des inneren Kanals des
gleitenden zylindrischen Elements 34 und die vorderseitige, äußere Umfangsrandfläche 36a des
vorderseitigen Düsenelements 36 als
ein öffnendes
und schließendes
Ventil, das die Luftströmung
steuert.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird die Luftmenge, die in dem Pfad 2a fließt, vergrößert, und
es wird eine Druckabsenkung des Nebels m besser kompensiert, so
daß der
Nebel m wirksam zu einer Bearbeitungsstelle geleitet wird und die
gewünschten Wirkungen
erzielt werden können.
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Bei
dem vorstehend erläuterten
Beispiel können
die Nebelerzeugungsvorrichtung 33 und das gleitende zylindrische
Element 34 auch im Inneren eines Werkzeughalters 8 vorgesehen
sein, wie es in 10 gezeigt ist.
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Weiterhin
können
das bereits beschriebene, gleitende zylindrische Element 34 und
die hiermit in Beziehung stehende Feder 35 entfallen, wie
es in 11 gezeigt ist.
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12 zeigt
eine Schnittansicht in Längsrichtung,
in der die hauptsächlichen
Teile einer Ausführungsform
der Erfindung, die die vorstehend erläuterte Einrichtung verbessert,
dargestellt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein verringerten Durchmesser
aufweisender Teil 37d an dem oberen Teil des rückseitigen
Düsenelements 37 ausgebildet, wie
es in 12 gezeigt ist, und es ist ein
zugeordnetes Absperrventil 38 dort vorgesehen. Dies wird
im folgenden detailliert beschrieben. Eine Druckfeder 39 ist
in dem inneren Loch oder Kanal des verringerten Durchmesser aufweisenden
Teils 37d vorgesehen und es ist zugleich auch eine Kugel 40 vorhanden, die
im Inneren des inneren Kanals des verringerten Durchmesser aufweisenden
Teils 37d zu einer Verlagerung nach unten, entgegen der
Elastizität
bzw. Federkaft der Feder 39, veranlaßt wird. Weiterhin ist ein zylindrisches
Element 41, das den Zufuhrpfad s2 durch engen Kontakt mit
der Kugel 40 verschließt,
in den verringerten Durchmesser aufweisenden Teil 37d eingepaßt und in
diesen eingeführt,
und es ist der verringerten Durchmesser aufweisende Teil 37d an
dem unteren Ende des inneren Rohrs 12 passend angebracht.
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Es
wird nun das verbesserte Ausführungsbeispiel
beschrieben. Wenn kein Kühlmittel
zugeführt wird,
wird die Kugel 40 durch die Kraft der Feder 39 in
enge Berührung
mit dem unteren Ende des zylindrischen Elements 41 gebracht,
wie es in 12 gezeigt ist, wodurch der
Zuführpfad
s2 abgesperrt ist. Wenn auf der anderen Seite Kühlmittel zugeführt wird,
wird die Kugel 40 durch den Druck des Kühlmittels nach unten verlagert,
wie es in 13 gezeigt ist, und es wird
das Kühlmittel
in Richtung zu dem vorderen Rand des inneren Kanals 37b des
rückseitigen
Düsenelements 37 entlang
des Umfangs der Kugel 40 und der vorhandenen Abschnitte
der Feder 39 geleitet.
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Wenn
das Kühlmittel
während
seiner Zufuhr unterbrochen wird, wird die Kugel 40 durch
die Kraft der Feder 39 sofort in den in 12 gezeigten
Zustand zurückgeführt, so
daß der
Zufuhrpfad s2 abgesperrt wird.
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Folglich
wird das Kühlmittel
ohne irgendeine Behinderung nach Bedarf zugeführt und wird dann, wenn das
Kühlmittel
nicht benötigt
wird, sofort abgesperrt, ohne daß verbleibendes Kühlmittel
als Leckage austreten kann. Hierbei ist es im Hinblick auf die Verhinderung
eines leckförmigen
Austretens des Kühlmittels
die zuverlässigere
Ausgestaltung, daß das
Absperrventil 38 in der Nähe der Nebelerzeugungsvorrichtung 33 vorgesehen
ist.
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Es
wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben. In 14 ist
eine in Längsrichtung
geschnittene Schnittansicht gezeigt, in der ein Spindelkopfabschnitt
dargestellt ist.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt ist, ist ein Werkzeughalter 8,
der durch einen automatischen Werkzeugwechsler angebracht und abgenommen wird,
an dem vorderen Rand der Spindel 1 über einen verjüngt zulaufenden
Kegel bzw. Schaft 8c montiert.
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Ein
Pfad 8b des Werkzeughalters 8 ist von dem rückseitigen
Ende eines Zugbolzens oder Zugstutzens 8d bis zu dem Montageabschnitt
für das Werkzeug 2 vorgesehen.
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Das
Bezugszeichen 42 bezeichnet ein Zylindereingriffselement,
das durch einen Bolzen oder eine Schraube an dem rückseitigen
Rand der Spindel 1 befestigt ist. Das Bezugszeichen 43 bezeichnet
ein zylindrisches Führungselement,
das intern in den vorderen Rand des inneren Lochs oder Kanals 1a der Spindel 1 eingepaßt ist,
während
das Bezugszeichen 44 eine Zugstange bezeichnet, die intern
in das Element 43 derart eingeführt ist, daß sie gleitverschieblich verlagerbar
ist.
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Eine
Verlängerungsstange 45,
die mit einem als Flansch ausgebildeten Abschnitt 45a ausgestattet
ist, ist mit dem rückseitigen
Rand der Zugstange 44 verbunden und dort befestigt, wobei
ein Ringelement 46 außen
auf der Verlängerungsstange 45 aufgepaßt ist.
Gleichzeitig ist ein Schub bzw. Druck aufnehmendes Element 47 in
verlängerbarer
bzw. ausfahrbarer Weise durch einen Bolzen oder eine Schraube an
der rückseitigen
Endfläche
des Ringelements 46 befestigt.
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Das
Bezugszeichen 48 bezeichnet einen Kolbenstützzylinder
bzw. Kolbenhalterungszylinder, der an dem äußeren Umfang der Verlängerungsstange 46 derart
passend aufgebracht ist, daß er
um die Mittellinie der Verlängerungsstange 46 über ein
Lager 49 drehbar ist, das an dem Schub aufuehmenden Element 47 angebracht
ist. Ein stufig ausgebildeter Kolben 50 ist an dessen oder
deren Peripherie angebracht.
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Das
Bezugszeichen 51 bezeichnet ein Zylinderelement, das den
Kolben 50 umgibt, und weist eine ringförmige Zylinderabdeckung, die
an der oberen Fläche
des Elements mit Hilfe eines Bolzens oder einer Schraube befestigt
ist, und ein Eingriffsringelement 53 auf, das die Verlagerung
des Zylindereingriffselements 42 in der Richtung der Spindel 1 an dessen
unterer Endfläche
begrenzt bzw. beendet. Hierbei bezeichnen die Bezugszeichen 51a und 51b einen
Einlaß und
einen Auslaß für ein unter
Druck stehendes Fluid.
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Das
Bezugszeichen 54 bezeichnet eine Scheiben- oder Tellerfeder,
die in komprimierbarer Weise überlappend
zwischen dem unteren Ende des zylindrischen Führungselements 43 und
dem als Flansch ausgebildeten Abschnitt 45a der Verlängerungsstange 45 vorgesehen
ist.
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Das
Bezugszeichen 55 bezeichnet einen stufig ausgebildeten
Stützzylinder
zum Abstützen eines
Klammerelements, der an dem vorderen Ende der Zugstange 44 befestigt
ist, während
das Bezugszeichen 56 ein Klammerelement bezeichnet, das
an dem Innenumfang des zylindrischen Führungselements 43 geführt ist
und das mit dem Außenumfang des
Stützzylinders
in Eingriff steht und an diesem angebracht ist.
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Somit
ist ein inneres Rohr 12 in dem zentralen Loch bzw. Kanal
der Zugstange 44 und in dem zentralen Loch bzw. Kanal der
Verlängerungsstange 45 und
dem Schub aufnehmenden Element 47 vorgesehen. Die Außenseite
und die Innenseite der Wandfläche
des inneren Rohrs 12 sind als ein Zufuhrpfad entsprechend
den vorstehend erwähnten Zufuhrpfaden
s1, s2 ausgebildet, und es sind weiterhin eine Nebelerzeugungsvorrichtung 33,
ein gleitendes zylindrisches Element 34 und deren zugeordnete Komponenten
in dem zentralen Loch des Stützzylinders 55 zum
Abstützen
des Klammerelements montiert. Darüber hinaus ist wie bei dem
vorstehend erwähnten
Ausführungsbeispiel
ein Drehgelenk 11A mit der Nebelerzeugungsvorrichtung 33 über einen Luftzufuhrpfad
und einen Kühlmittelzufuhrpfad
verbunden.
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Bei
dem vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispiel
wird der Nebel m wie bei dem ersten Beispiel aus dem vorderen Rand
des Werkzeugs 2 strahlförmig
ausgestoßen
und bringt die gewünschten
Wirkungen.
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Ein
Werkzeughalter 8 wird in einem Zustand, bei dem das Kühlmittel
abgesperrt ist, eingespannt und abgenommen.
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Hierbei
werden der Kolben 50 und die Zugstange 44 dann,
wenn ein unter Druck stehendes Fluid zu einem, der Einlaß- und Auslaßabschnitte 51a gespeist
wird, dazu veranlaßt,
sich zu dem vorderen Rand der Spindel 1 zu bewegen, um
hierdurch den Stützzylinder 55 zum
Abstützen
des Klammerelements dazu zu veranlassen, den Werkzeughalter 8 herauszudrücken. Gleichzeitig
gibt das Klammerelement 56 den Ziehstutzen 8d frei,
so daß der
Werkzeughalter 8 von der Spindel 1 getrennt wird.
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Wenn
im Gegensatz hierzu ein unter Druck stehendes Fluid von dem anderen
Einlaß-
und Auslaßanschluß 51b geleitet
wird, wirken die jeweiligen Komponenten umgekehrt zu der vorstehenden
Erläuterung,
so daß das
Klammerelement 56 den Ziehstutzen 8d eines Werkzeughalters 8,
der in den vorderen Rand der Spindel 1 durch einen automatischen Werkzeugwechsler
eingeführt
ist, einspannt und nach innen zieht, usw., und es wird der Werkzeughalter 8 fest
an der Spindel 1 befestigt, wie es in 14 gezeigt
ist.
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Das
vorstehend erläuterte
Ausführungsbeispiel
kann gemäß der Darstellung
in 15 abgeändert
werden. Dies bedeutet, daß das
Schub aufnehmende Element 47 nach oben verlängert ist
und daß das
untere Ende des drehenden Schafts bzw. der drehenden Welle 58 eines
Motors 57 mit dem Schub aufnehmenden Element verbunden
ist, wobei ein axiales zylindrisches Element bzw. axialzylindrisches Element 13 des
Drehgelenks 11A an dem oberen Ende der Drehwelle 58 über das
sich verlängernde Element 59 befestigt
ist. Hierbei ist ein Zufuhrpfad, der den Zufuhrpfaden s1, s2 entspricht,
an dem zentralen Teil der Drehwelle 58 oder dergleichen
vorgesehen, um hierdurch das Drehgelenk 11A mit der Nebelerzeugungsvorrichtung 33 zu
verbinden.
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Bei
diesem abgeänderten
Ausführungsbeispiel
kann ein Nebel m zu der Bearbeitungsstelle eines Werkstücks w wie
bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen
gespeist werden, und es wird die Spindel 1 dazu veranlaßt, sich
gemeinsam mit der Drehwelle 58 zu drehen.
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Bei
der beschriebenen Spindeleinrichtung ist es somit möglich, ein
nebelförmiges
Schmiermittel wirksam zu einer Bearbeitungsstelle selbst bei einer Bearbeitung
an einer verhältnismäßig tiefliegenden Stelle
in einem Werkstück
zu leiten. Zu diesem Zweck sind zwei Zufuhrsysteme s1, s2 zum separaten
Einleiten von Luft und Kühlmittel
in die Spindel 1 vorgesehen. Weiterhin ist im vorderen
Bereich der Spindel 1 oder in dem Werkzeughalter 8 eine
Nebelerzeugungsvorrichtung 33 vorgesehen, die nebelförmiges Kühlfluid
durch Mischen von Luft und Kühlmittel,
die durch diese Zufuhrsysteme zugeleitet werden, strahlförmig ausstoßen kann.