DE19911300B4

DE19911300B4 - Motorspindel

Info

Publication number: DE19911300B4
Application number: DE19911300A
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl.-Ing. Wäschenbach
Original assignee: Indramat GmbH
Current assignee: Rexroth Indramat GmbH
Priority date: 1999-03-13
Filing date: 1999-03-13
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2019-03-14
Also published as: DE19911300A1

Abstract

Motorspindel, mit einem Spindelgehäuse (5), einer in diesem befindlichen Lageranordnung (7) zur drehbaren Lagerung einer Spindelwelle (3), deren Endbereich eine Werkzeugaufnahme (11) aufweist, mit einer vom Spindelgehäuse (5) her über einen Umfangsbereich der Spindelwelle (3) zur Werkzeugaufnahme (11) verlaufenden Führung (15, 23) für ein strömungsfähiges Druckmedium und mit mindestens einer diesen Umfangsbereich gegenüber der Lageranordnung (7) abdichtenden Dichtung (33; 53), die in einer Ringnut (35) im Spindelgehäuse (5) angeordnet und durch Druckbeaufschlagung aktivierbar ist, um ihre Dichtfläche (41; 61) in radialer Richtung zur Anlage an der Umfangsfläche (28) der Spindelwelle (3) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Dichtung (33; 53) vorgesehen ist, die bei Druckbeaufschlagung mit einem ersten, radial außenliegenden Teil am Grund (37) der Ringnut (35) gehalten ist, sich in dem daran anschließenden zweiten Teil dehnt und mit dem an diesen wiederum anschließenden dritten Teil die Dichtflächen (41; 61) bildet und bei Beendigung der Druckbeaufschlagung ein Abheben der...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorspindel, mit einem Spindelgehäuse, einer in diesem befindlichen Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer Spindelwelle, deren Endbereich eine Werkzeugaufnahme aufweist, mit einer vom Spindelgehäuse her über einen Umfangsbereich der Spindelwelle zur Werkzeugaufnahme verlaufenden Führung für ein strömungsfähiges Druckmedium und mit mindestens einer diesen Umfangsbereich gegenüber der Lageranordnung abdichtenden Dichtung, die in einer Ringnut im Spindelgehäuse angeordnet und durch Druckbeaufschlagung aktivierbar ist, um ihre Dichtfläche in radialer Richtung zur Anlage an der Umfangsfläche der Spindelwelle zu bewegen.
Eine Motorspindel dieser Art ist bereits bekannt, vergleiche EP 041 7549 A2 . Beim Betrieb einer derartigen Motorspindel wird das strömungsfähige Druckmedium, normalerweise Preßluft, zur Werkzeugaufnahme zugeführt, während die Spindelwelle für einen Werkzeugwechselzyklus vorübergehend stillgesetzt ist. Die Preßluft wirkt über geeignete Ausblaskanäle als Blasluft für die Reinigung von Werkzeugaufnahme und Werkzeugschaft, beispielsweise während des Vorganges der Entnahme des Werkzeugkegels aus dem Aufnahmekonus. Die durch Druckbeaufschlagung vorzugsweise pneumatisch steuerbare Dichtung wird kurz vor dem Ausblasvorgang aktiviert, so daß die Dichtflächen an der Umfangsfläche der stillstehenden Spindelwelle und den Seitenwänden der Ringnut im Gehäuse anliegen, um sicherzustellen, daß beim Ausblasvorgang keine Preßluft in die Präzisions-Lageranordnung der Spindel gelangen kann und somit dort kein Schmiermittel aus der Lageranordnung ausgeblasen werden kann.
Bei der bekannten Motorspindel ist eine Dichtung in der Art eines Quadringes vorgesehen, die den Bereich der Blasluft gegen die Lageranordnung abdichtet, sowie eine zweite derartige Dichtung, die den Bereich der Blasluft zum äußeren Ende der Spindel hin abdichtet. Wie sich gezeigt hat, können sich diese Dichtringe aufgrund von zu ungenauen Fertigungstoleranzen in der Ringnut verwinden, dichten somit nicht genug und heben nach Beendigung der Druckbeaufschlagung nicht immer vollständig von der Umfangsfläche der Welle ab, vor allem bei horizontalem Einbau der Motorspindel. Dies führt bei der anschließend einsetzenden hochtourigen Drehbewegung der Spindelwelle zu schnellem Verschleiß an den Dichtflächen, dementsprechenden Druckverlusten und zur Beeinträchtigung der Ausblaswirkung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motorspindel der betrachteten Art zu schaffen, die sich demgegenüber durch verbesserte Betriebseigenschaften der aktivierbaren Dichtung auszeichnet.
Diese Aufgabe ist bei einer Motorspindel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine solche Dichtung vorgesehen ist, die bei Druckbeaufschlagung mit einem ersten, radial außenliegenden Teil am Grund der Ringnut gehalten ist, sich in dem daran anschließenden zweiten Teil dehnt und mit dem an diesen wiederum anschließenden dritten Teil die Dichtflächen bildet.
Dadurch, daß erfindungsgemäß der von der Dichtfläche radial am weitesten entfernte äußere Bereich der Dichtung am Grund der den Sitz der Dichtung bildenden Ringnut gehalten ist und das Anlegen der Dichtfläche an die Spindelwelle unter Dehnung des mittleren, zweiten Teiles der Dichtung erfolgt, ist ein sicheres Abheben der Dichtfläche sichergestellt, wenn sich der zuvor gedehnte Bereich bei Beendigung der Druckbeaufschlagung wieder zusammenzieht. Dadurch ergibt sich ein grundsätzlich verbessertes, sichereres Betriebsverhalten gegenüber der bekannten Motorspindel, bei der der als Dichtung vorgesehene Quadring als Ganzes bei Druckbeaufschlagung in der Ringnut radial nach einwärts verschoben wird.
Wenn die Dichtung in Form einer aufblasbaren Schlauchdichtung vorgesehen ist, ist der der Spindelwelle abgewandte Rücken der Dichtung bei Druckbeaufschlagung durch den im Innern der Dichtung herrschenden Druck in Anlage am Nutgrund des Sitzes der Dichtung gehalten.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem als Dichtung eine Membrandichtung vorgesehen ist, weist deren dem Grund der Ringnut nächstgelegener erster Teil mindestens eine Abstützfläche auf, die mit einer Gegenfläche in der Ringnut im Spindelgehäuse zusammenwirkt, um den radial außenliegenden, ersten Teil der Dichtung bei Druckbeaufschlagung gegen eine einwärts gerichtete Bewegung abzustützen. Bei so in die Ringnut eingehängter Dichtung ist ein besonders sicheres Abheben der Dichtfläche bei Beendigung der Druckbeaufschlagung sichergestellt, weil bei am radial außenliegenden Teil abgestützter Dichtung die gesamte Strecke, um die sich der dehnbare Teil der Dichtung bei Druckbeaufschlagung bewegt, nach Beendigung derselben als Weglänge des Rückhubes für die radial nach außen gerichtete Bewegung der Dichtfläche zur Verfügung steht.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist als Sitz der Dichtung eine Ringnut mit parallelen Seitenwänden vorgesehen, wobei die Weite der Ringnut im Mündungsbereich kleiner als in dem dem Nutgrund benachbarten Bereich ist. Schulterflächen, die an den Seitenwänden der Nut den Übergang zwischen diesen Weitenbereichen bilden, sind als Gegenflächen für die Abstützflächen an der Dichtung vorgesehen.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt, auf den nachdrücklich hinzuweisen ist, ist darin zu sehen, daß eine am Grund ihres Sitzes über zusammenwirkende Abstützflächen der Dichtung und Gegenflächen am Sitz eingehängte Membrandichtung nicht nur als Ringdichtung an der Umfangsfläche wellen- oder trommelförmiger Körper anwendbar ist, sondern mit großem Vorteil auch auf anderen Gebieten einsetzbar ist. Beispielsweise ist die Zusammenwirkung mit absatzweise linear bewegbaren Führungsstangen möglich, die einen runden, eckigen oder kurvenförmigen Profilquerschnitt aufweisen können. Weitere Anwendungsgebiete sind das Abdichten von Türen und Zugängen zu Anlagen, Räumen, Behältern usw..
Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 einen abgebrochen und halbseitig dargestellten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Motorspindel mit aktivierbaren Dichtungen in Form von Membrandichtungen;
2 einen gegenüber 1 in größerem Maßstab gezeichneten Ausschnitt des Bereiches der aktivierbaren Dichtungen eines der 1 ähnlichen Ausführungsbeispieles und
3 einen der 2 ähnlichen Ausschnitt mit aktivierbaren Dichtungen in Form von aufblasbaren Schlauchdichtungen.
1 zeigt in Halbdarstellung den vorderen Teil einer Motorspindel mit eine Drehachse 1 definierender Spindelwelle 3, die im Spindelgehäuse 5 mittels einer Präzisions-Lageranordnung drehbar gelagert ist, von der in 1 lediglich ein vorderes Wälzlager 7 gezeigt ist. Dieses wird über einen im Spindelgehäuse 5 vorgesehenen Schmiermittelkanal 9 mit Schmierstoff versorgt.
Eine am vorderen Ende der Spindelwelle 3 befindliche Werkzeugaufnahme 11 bildet eine Konushülse mit einer inneren Konusfläche 13 für die Zusammenwirkung mit einem Kegel am Schaft eines nicht gezeigten Rotationswerkzeuges. Um bei Werkzeugwechselzyklen, während denen die Spindelwelle 3 stillgesetzt ist, die Konusfläche 13 sowie den Schaft des zu wechselnden Werkzeuges durch Abblasen mit Preßluft zu reinigen, ist in der Spindelwelle 3 ein Blasluftkanal 15 vorgesehen, der sich von der Umfangsfläche 28 der Spindelwelle 3 ausgehend radial nach innen erstreckt und von dem innerhalb der Spindelwelle 3 ein erster, äußerer, axialer Kanalabschnitt 17 abzweigt, der am Ende der Spindelwelle 3 nach außen mündet und zum Abblasen des Werkzeugschaftes dient, und von dem ein zweiter, innerer Kanalabschnitt 19 abzweigt, der ins Innere der Werkzeugaufnahme 11 mündet und zum Abblasen der Konusfläche 13 dient. Das radial äußere Ende des Blasluftkanals 15 beinhaltet ein Rückschlagventil 21, über das Preßluft von einer Versorgungsleitung 23 her zuführbar ist, die mit einem im Spindelgehäuse 5 ausgebildeten Längskanal 25 in Verbindung ist.
In dem das Rückschlagventil 21 aufweisenden Längenabschnitt liegt die im Betrieb rotierende Umfangsfläche 28 der Spindelwelle 3 auf einem größeren Radius als im Bereich des Wälzlagers 7. Genauer gesagt, wird in diesem Bereich die im Betrieb umlaufende Umfangsfläche 28 durch die Außenseite von Ringkörpern 27 und 29 definiert, zwischen denen sich die Eintrittsöffnung 31 für den Zustrom der Preßluft von der Versorgungsleitung 23 zum Rückschlagventil 21 befindet. Dieser während Werkzeugwechselzyklen beistillstehender Spindelwelle 3 durch Preßluft druckbelastete Bereich der Eintrittsöffnung 31 ist gegenüber dem Wälzlager 7 und gegenüber der vorderen Außenseite der Motorspindel durch je eine Dichtung 33 abgedichtet, welche gleich ausgebildet sind.
Ausbildung und Anordnung der Dichtungen 33 sind aus 2 am deutlichsten entnehmbar. Wie zu ersehen ist, handelt es sich jeweils um eine Membrandichtung, ähnlich einem sogenannten Quadring, jeweils aufgenommen in einer im Ventilgehäuse 5 befindlichen Ringnut 35, die zur Umfangsfläche 28 hin offen ist. Am Nutgrund 37 mündet jeweils eine Steuerleitung 39, über die die Dichtung 33 mit Steuerdruck beaufschlagbar ist, um sie zu aktivieren und die radial innenliegende, gewölbte Dichtfläche 41 bei stillstehender Spindelwelle 3 an die Umfangsfläche 28 anzulegen. 1 und 2 zeigen diesen Betriebszustand, bei dem durch über die Steuerleitung 39 jeweils anliegendem Steuerdruck die gewölbte Dichtfläche 41 an der stillstehenden Umfangsfläche 28 und an den Seitenwänden der Ringnut 35 anliegt.
Wie aus 2 ebenfalls deutlich zu ersehen ist, weist die Ringnut 35 parallele Seitenwände auf, wobei die lichte Weite der Ringnut im Mündungsbereich jedoch kleiner ist als in dem dem Nutgrund 37 benachbarten Bereich. Am Übergang zwischen diesen beiden Bereichen mit jeweils parallelen Seitenwänden bilden geneigte Schulterflächen 43 jeweils einen Absatz, an dem der dem Nutgrund 37 benachbarte Teil der Dichtung 33 eingehängt ist. Mit anderen Worten gesagt, bilden die Schulterflächen 43 Gegenflächen für die Anlage von hierzu komplementären, seitlichen Abstützflächen 45 an der Dichtung 33. Die Schulterflächen 43 sind gegenüber der Mitte der Dichtung 33 jeweils nach außen und radial nach innen geneigt, so daß sich in Zusammenwirkung mit den Abstützflächen 45 an der Dichtung 33 ein verhakender Eingriff ergibt, die Dichtung 33 also am Nutgrund 37 sicher eingehängt ist. Außerdem sind Schulterflächen 43 und Abstützflächen 45 leicht zylindrisch konvex bzw. konkav gewölbt, so daß der Eingriff nicht scharfkantig erfolgt.
Bei dieser Art der Aufhängung der aus dauerelastischem Werkstoff gefertigten Membrandichtung 33, die beispielsweise aus einem vulkanisierten Material vom Typ HNBR mit Oberflächenbeschichtung und einer Shorehärte von etwa 70 +/– 5% besteht, dehnt sich bei Druckbeaufschlagung die Dichtung 33 in ihrem sich an den eingehängten Teil anschließenden Mittenbereich und kommt mit der vorderen Dichtfläche 41 in Anlage an die Umfangsfläche 28. Bei Beendigung der Druckbeaufschlagung erfolgt ein sicheres Abheben der Dichtfläche 41 beim Zusammenziehen des gedehnten Dichtungsbereichs. Dadurch ist eine sichere Dauerfunktion der Dichtung gewährleistet.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich gegenüber dem vorausgehenden Beispiel lediglich durch die Verwendung einer Schlauchdichtung 53 an Stelle einer Membrandichtung 33 unterscheidet. Bei diesem Beispiel ist der dem Nutgrund 37 der Ringnut 35 benachbarte Teil während der Betätigung der Dichtung 53, d. h. bei der Druckbeaufschlagung, durch den im Innenraum 55 erzeugten Überdruck am Nutgrund 37 gehalten. 3 zeigt den nicht aktivierten Zustand ohne im Inneren herrschenden Überdruck, wobei die Dichtfläche 61 von der Umfangsfläche 28 abgehoben ist. Wird über die Steuerleitungen 39 ein Überdruck im Innenraum 55 erzeugt, spannt sich der radial außenliegende Rückenteil der Dichtung 53 gegen den Nutgrund 37, während sich der mittlere Teil dehnt und die Dichtfläche 61 an die Umfangsfläche 28 angelegt wird.

Claims

Motorspindel, mit einem Spindelgehäuse (5), einer in diesem befindlichen Lageranordnung (7) zur drehbaren Lagerung einer Spindelwelle (3), deren Endbereich eine Werkzeugaufnahme (11) aufweist, mit einer vom Spindelgehäuse (5) her über einen Umfangsbereich der Spindelwelle (3) zur Werkzeugaufnahme (11) verlaufenden Führung (15, 23) für ein strömungsfähiges Druckmedium und mit mindestens einer diesen Umfangsbereich gegenüber der Lageranordnung (7) abdichtenden Dichtung (33; 53), die in einer Ringnut (35) im Spindelgehäuse (5) angeordnet und durch Druckbeaufschlagung aktivierbar ist, um ihre Dichtfläche (41; 61) in radialer Richtung zur Anlage an der Umfangsfläche (28) der Spindelwelle (3) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Dichtung (33; 53) vorgesehen ist, die bei Druckbeaufschlagung mit einem ersten, radial außenliegenden Teil am Grund (37) der Ringnut (35) gehalten ist, sich in dem daran anschließenden zweiten Teil dehnt und mit dem an diesen wiederum anschließenden dritten Teil die Dichtflächen (41; 61) bildet und bei Beendigung der Druckbeaufschlagung ein Abheben der Dichtflächen (41, 61) von der Umfangsfläche (28) gewährleistet.
Motorspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtung eine aufblasbare Schlauchdichtung (53) vorgesehen ist, deren radial außen liegender Rücken sich durch Druckbeaufschlagung ihres Innenraumes (55) an den Grund (37) der Ringnut (35) anlegt.
Motorspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtung eine Membrandichtung (33) vorgesehen ist, deren dem Grund (37) der Ringnut (35) nächstgelegener erster Teil mindestens eine Abstützfläche (45) aufweist, die mit einer Gegenfläche in der Ringnut (35) im Spindelgehäuse (5) zusammenwirkt, um den radial außenliegenden, ersten Teil der Dichtung (33) bei Druckbeaufschlagung gegen eine einwärts gerichtete Bewegung abzustützen.
Motorspindel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringnut (35) mit parallelen Seitenwänden vorgesehen ist, deren Weite im Mündungsbereich kleiner als in dem dem Nutgrund (37) benachbarten Bereich ist, und daß Schulterflächen (43), die an den Seitenwänden der Nut (35) den Übergang zwischen diesen Weitenbereichen bilden, als Gegenflächen für die Abstützflächen (45) an der Dichtung (33) vorgesehen sind.
Motorspindel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterflächen (43) gegenüber der Achse (1) der Spindelwelle (3) so geneigt sind, daß der dem Zentrum der Nut (35) benachbarte Rand jeder Schulterfläche (43) den größten Abstand von der Achse (1) der Spindelwelle (3) hat.
Motorspindet nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Nutgrund (37) der Ringnut (35) angrenzende Querschnittsbereich der Dichtung (33) unter Bildung von Stufenflächen (45) beidseits erweitert ist, und daß die Stufenflächen am Übergang zu den erweiterten Bereichen die Abstützflächen bilden.
Motorspindel nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterflächen (43) und die Stufenflächen (45) zueinander zumindest näherungsweise komplementäre, konvexe bzw. konkave zylindrische Wölbungen besitzen.
Motorspindel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandichtung (33) nach Art eines Quadringes geformt und an der Dichtfläche (41) und zumindest an den daran angrenzenden Seitenwänden mit balligen Auswölbungen versehen ist.
Motorspindel nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff der Dichtung (33) ein vulkanisiertes Kautschukmaterial vom Typ HNBR vorgesehen ist, das vorzugsweise oberflächenbeschichtet ist und eine Shorehärte im Bereich von 70 +/– 10% besitzt