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Die
Erfindung betrifft einen Spindeladapter gemäß Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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Zur
Fabrikation von Gußteilen
aus Metall werden in der Praxis überwiegend
Sandformen eingesetzt, die mit Hilfe von Modellen hergestellt werden.
Da die Herstellung von Modellen aufwendig ist, besteht bei kleinen
und mittleren Serien seit langem das Bedürfnis, Gießformen durch direktes Bearbeiten
von hitzebeständigen
Formmassen herzustellen.
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Bei
der Herstellung von Gießformen
ist es oftmals notwendig, tiefer liegende Formflächen formgebend zu bearbeiten.
Bisher werden hierbei vorhandene herkömmliche Bohr- oder Fräswerkzeuge
mit einer Verlängerung
eingesetzt, wie sie beispielsweise in der
DE 197 45 060 A1 beschrieben
worden ist. Hierbei wird ein Verlängerungsdorn mit einem genormten
Werkzeugaufnahmeelement verschraubt, der mit einer an seinem freien
Ende angeordneten Befestigungs- oder Anschlußöffnung für das Werkzeug versehen ist.
Der Verlängerungsdorn
wird von einer Verlängerungshülse konzentrisch
umfaßt
und ist mit einer Anlagefläche
und wenigstens einem von dieser axial vorspringenden Mitnehmerzapfen
für das zu
befestigende Werkzeug versehen.
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Aus
der
DE 196 13 772
A1 ist bekannt, daß beim
Arbeiten in großer
Tiefe die Bohr- oder Fräswerkzeuge
jedoch häufig
so lang gewählt
werden müssen,
daß wegen
der auftretenden Instabilitäten und
Schwingungen ein zuverlässiges
spanabhebendes Arbeiten nicht mehr möglich ist. Dieser Nachteil tritt
auch bei den mittels Hülse
oder Dorn verlängerten
Werkzeugen auf, mit denen an verhältnismäßig tiefen Werkstückflächen spanabhebend
gearbeitet werden soll. Die Vorrichtung nach
DE 196 13 772 A1 besteht
im wesentlichen aus einem um seine Längsachse rotierenden langgestreckten
Werkzeug, das einen mit einer Antriebseinheit koppelbaren Schaft und
in axialem Abstand einen Zerspankopf aufweist. Der Schaft ist zur
Schwingungsstabilisierung über eine
langgestreckte Hülse
mit Hilfe einer aus einer Zugstange und einer Spannmutter bestehenden Spannvomchtung
form- und kraftschlüssig
mit dem Zerspankopf verbunden. Nachteilig an dieser Lösung ist,
daß ein
Werkzeugwechsel nur durch Demontage der Verlängerung möglich ist.
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In
der
DE 196 20 485
A1 wurde eine Werkzeugeinheit für eine Fräsmaschine zum Herstellen von
Gießformen
beschrieben, die an einem Basisteil einen Antrieb mit einem Fräswerkzeug
aufweist, das mit einer hohen Drehzahl angetrieben ist. Der Antrieb ist über ein
Drehlager mit der Spindel der Fräsmaschine
verbunden und in einem Winkel von 25° bis 30° an dem Basisteil angebracht.
Das solchermaßen mit
schräger
Achse angeordnete Fräswerkzeug
kann nach allen Seiten hin ausgerichtet werden und ist auf diese
Weise zum Bearbeiten senkrechter Flächen bis in größere Tiefen
hin imstande. Nachteilig ist die geringe Kollisionsfreiheit des
Antriebes. Es können
nur solche tieferliegenden Formelemente bearbeitet werden, deren
Abmessungen wesentlich größer als
die Abmessungen des Antriebes sind. Durch die zusätzliche
Schrägstellung
des Antriebes ist der Einsatz der Werkzeugeinheit bei filigranen
Formen mit kleinen Abmessungen nicht immer gewährleistet.
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In
der
DE 29812170 U1 ist
eine Motorspindel für
eine Werkzeugmaschine beschrieben, die in einem an dem Tragzapfen
befestigten Gehäuse
einen Elektromotor und eine von diesem angetriebene Spindel mit
einer Werkzeugaufnahme für
ein Werkzeug zur spanenden Werkstückbearbeitung enthält. Die
mit Hilfe der Motorspindel für
bestimmte Bearbeitungsvorgänge
hochtourig angetriebenen Werkzeuge können automatisch gewechselt
werden, ohne dass ein Auswechseln der Motorspindel erforderlich ist.
Die hochtourig angetriebenen Werkzeuge für bestimmte Bearbeitungsvorgänge weisen
standardmäßig einen
vergleichsweise kleinen Werkzeugdurchmesser gegenüber dem
Außendurchmesser
der Motorspindel auf. Dadurch sind die offenbarten Werkzeuge tatsächlich nicht
für das
Fräsen
tiefer Konturen geeignet. Darüber
hinaus neigen die bekannten Werkzeuge mit einem großen Längendurchmesserverhältnis bei
hohen Drehzahlen beim Fräsen
zu Schwingungen.
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In
der
US 3 572 182 wird
eine Bohrstange zum Bohren vorgeschlagen. Die Bohrstange ist nicht für das Fräsen sondern
nur zum Bohren geeignet, weil beim Bohren mit niedrigen Drehzahlen
die schädlichen
Schwingungen nicht in Erscheinung treten. In Weck. M., Werkzeugmaschinen
Bd. 1, 3. Auflage, 1988, Seite 433 Bild 5–20, wird eine Aufnahmeeinheit
mit Flansch für
den Direktanbau an eine Drehmaschine beschrieben, die unter der
Wirkung einer Verriegelungseinrichtung einen angeschlossenen Spannkopf
aufweist. Die Aufnahmeeinheit ist für den Einsatz von Drehwerkzeugen
mit einem Kegelschaft vorgesehen. Drehwerkzeuge werden desgleichen wie
Bohrwerkzeuge mittels Bohrstange bei niedrigen Drehzahlen und nicht
zum Fräsen
mit hohen Drehzahlen eingesetzt, um Schwingungen zu vermeiden.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spindeladapter
zum Fräsen
der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, der einfach aufgebaut
ist und auch bei großen
Längen
des Werkzeugs stabil und schwingungsfrei arbeitet. Gleichzeitig
soll der Aufwand für
den Werkzeugwechsel gesenkt und damit die Produktivität der Bearbeitung
erhöht
werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe mit einem Spindeladapter in Verbindung mit den Merkmalen
gemäß Oberbegriff
von Patentanspruch 1 dadurch gelöst,
daß der
Spindeladapter eine stangenförmige
Verlängerung
aufweist, die an ihrem freien Ende zum Drehantrieb eines Werkzeugs
einen Antriebsmotor mit einem Außendurchmesser aufweist, der
kleiner als der Kreisdurchmesser des rotierenden Werkzeuges ist,
wobei der Kreisdurchmesser des Werkzeugs größer als der Außendurchmesser
der stangenförmigen
Verlängerung
ist. Mit der Hilfe des Spindeladapters können Gießformen auf einer herkömmlichen
Werkzeugmaschine oder Fräsmaschine hergestellt
werden. Durch den vorgeschlagenen Adapter besteht eine große Kollisionsfreiheit,
wodurch eine Beschädigung
von bereits fertiggestellten Formkonturen sicher vermieden werden
kann. Durch eine in der stangenförmigen
Verlängerung
vorgesehene Sollbruchstelle können
die bei einer Kollision eintretenden Beschädigungen an der Form und der
Werkzeugmaschine gemindert werden.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die stangenförmige Verlängerung
einen hohlen oder vollen Schaftquerschnitt auf. Nach einer Weiterbildung
der Erfindung ist die stangenförmige
Verlängerung
des Spindeladapters mit einem Einsteckende für eine hülsenförmige Motorhalterung oder ein
Motorgehäuse
versehen. Der Antriebsmotor ist mit der stangenförmigen Verlängerung drehfest und lösbar verbunden.
Geeignete Antriebsmotoren sind elektromotorisch oder mit einem Druckmittel
angetrieben. Hierfür
sind insbesondere Antriebsmotoren geeignet, die eine eigene das
Werkzeug antreibende Werkzeugspindel besitzen, welche ihrerseits mit
einem Spannfutter für
das Werkzeug versehen ist.
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Die
Bearbeitung der Gießform
erfolgt bei einem Stillstand der Hauptabtriebsspindel der stationären Werkzeugmaschine.
Die 3-achsige Bearbeitung von Formen wird mit dem vorhandenen Steuerungssystem
einer CNC-Werkzeugmaschine durchgeführt, was im nachfolgenden anhand
eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden
soll. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
In den zu dem Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen
zeigt
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1 einen Spindeladapter für den automatischen
Werkzeugwechsel und
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2 einen Spindeladapter mit
Plananlage an der Hauptabtriebsspindel in schematischer Darstellung
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1 zeigt ausschnittsweise
den Längsschnitt
durch den vorderen Teil einer Hauptabtriebsspindel 1 einer
an sich bekannten Werkzeugmaschine. Die Hauptabtriebsspindel 1 ist
an einem nicht näher
dargestellten Gehäuse 2 mit
einem Lagerschild drehbar gelagert. Zum grundsätzlichen Aufbau der Hauptabtriebsspindel 1 gehört ein rotierend
antreibbarer Spindelkörper 3,
der endseitig einen Aufnahmeraum 4 für den Anschluß eines
Werkzeugträgers aufweist,
sowie eine im Spindelkörper 3 angeordnete Verriegelungseinrichtung 5.
Der Werkzeugträger
wird durch einen Spindeladapter mit einem Spannkopf 6 ersetzt,
der im Ausführungsbeispiel
und nach bevorzugter Ausführung
der Erfindung mit einer konventionellen bisher realisierten Spannschnittstelle
ausgestattet ist. Die 1 zeigt
den Spannzustand, am Beispiel einer Spannschnittstelle mit Hohlschaftkegel.
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Der
Spannkopf 6 besitzt fernerhin einen zylindrischen Grundkörper 12,
der eine Ringnut 15 aufweist, die für den automatischen Werkzeugwechsel vorgesehen
ist. Die an dem Spindeladapter geführten Werkzeuge 16 können auf
diese Weise automatisch an der Hauptabtriebsspindel 1 fixiert
und ohne manuellen Eingriff in die Arbeitsposition gebracht werden.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschine bei der
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung aus Sicherheitsgründen gekapselt
und mit einem geschlossenen Gehäuse
versehen ist. Beim Bearbeiten von Gießformen, die einen bindemittelhaltigen
Gießereisand
aufweisen, können
darüber
hinaus staubförmige
Bearbeitungsrückstände von
der Umwelt ferngehalten werden.
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Im
endseitigen Bereich des Schaftabschnittes 14 ist eine Halteplatte 20 mit
einer Steckereinheit 17 mit einer Energiezuführung 18 zu
einem Antriebsmotor 19 für elektrischen Strom oder ein
Druckfluid vorgesehen. Am freien stirnseitigen Ende des Grundkörpers 12 ist
ein stufenweise abgesetzter Stutzenabschnitt 21 zur Aufnahme
eines diesen konzentrisch umgebenden rohrförmigen Einsteckteils 22 einer
stangenförmigen
Verlängerung 23 angeordnet. Die
Verlängerung 23 kann
einen rohrförmigen
Hohlkörper
aufweisen, der zur Durchleitung eines Druckmediums in Höhe der Verbindungsstelle 24 zwischen dem
Spannkopf 6 und dem Einsteckteil 22 mit einer Radialbohrung 25 zur
Durchführung
der Energiezuführung 18 versehen
ist. Es ist außerdem
vorgesehen, daß die
stangenförmige
Verlängerung 23 einen hohlen
oder geschlossenen Schaftquerschnitt aufweist. Außerdem befindet
sich in Höhe
der Verbindungsstelle 24 eine Querschnittschwächung 26,
die als Sollbruchstelle ausgebildet ist.
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Die
Sollbruchstelle kann derart ausgeführt werden, daß bei einer
Kollision des Werkzeuges 16 mit der Form der entstehende
Schaden in Grenzen gehalten wird. Auf diese Weise können hochfeste Werkstoffe
für die
stangenförmige
Verlängerung 23 eingesetzt
werden, die bei hinreichenden Festigkeitseigenschaften eine geringe
Schwingungsneigung aufweisen. Geeignete Werkstoffe für die Verlängerung 23 sind
Metalle, keramische Formkörper,
Verbundwerkstoffe oder Faserverbundwerkstoffe.
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Weiterhin
kann die stangenförmige
Verlängerung 23 einstückig ausgeführt oder
mehrere rohrförmige
beziehungsweise zylindrische Segmente aufweisen, die unter Einfügung von
Verbindungsstellen 24 zusammengefügt sind. Die Verbindungsstelle 24 kann
lösbar
oder unlösbar
ausgebildet werden, wobei die Bearbeitungstiefe des Werkzeuges 16 variiert
werden kann.
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An
ihrem freien Ende weist die stangenförmige Verlängerung 23 ein Einsteckende 28 für einen Antriebsmotor 19 zum
Drehantrieb des Werkzeuges 16 auf. Der Außendurchmesser
des Antriebsmotors 19 und der stangenförmigen Verlängerung 23 ist kleiner
als der Kreisdurchmesser des rotierenden Werkzeuges 16,
damit die kollisionsfreie Bearbeitung von schmalen und tiefen Formflächen möglich ist.
Zur Montage des Antriebsmotors 19 befindet sich zwischen
dem Einsteckende 28 und einer hülsenförmigen Motorhalterung 29 oder
einem rohrförmigen
Motorgehäuse
eine drehfeste und lösbare
Verbindung 27, z.B. Schraub- oder Rastverbindung. Als Antriebsmotor 19 kann
ein hochtouriger Druckluftmotor oder Elektromotor eingesetzt werden,
der eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweist und selbst mit einer Spannzange 31 oder
einem Futter für
das Werkzeug 16 versehen ist. Derartige Motoren können geringe Außendurchmesser
aufweisen, so daß kleinste
tiefliegende Formoberflächen
unkompliziert bearbeitet werden können.
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Zum
Bearbeiten einer Gießform
wird der Spindeladapter mit der Verriegelungseinrichtung 5 an der
im Stillstand befindlichen Hauptabtriebsspindel 1 fixiert
und mit dem vorhandenen Steuerungssystem der Werkzeugmaschine in
die entsprechende Bearbeitungsposition oder zum Werkzeugwechsel
gefahren, wobei der Drehantrieb des Werkzeuges 16 mit Hilfe
der separaten Energiezuführung 18 vorgenommen
wird.
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2 zeigt einen alternativen
Spindeladapter bei dem der Spannkopf 6 eine sich radial
erstreckende Planfläche 32 aufweist,
die unter Wirkung der Verriegelungseinrichtung 5 in Anlage
mit der Hauptabtriebsspindel 1 gehalten wird.