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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Spindeleinheit zur ein- und auswechselbaren
Aufnahme von Werkzeugen zur Bearbeitung von Werkstücken, die
im wesentlichen aus Holz, Holzwerkstoffen oder dergleichen bestehen,
mit einem Spindelkopf zur Aufnahme eines Werkzeugs, der dazu ausgelegt
ist, um eine Längsachse
herum angetrieben zu werden und einen inneren Hohlraum mit einer
Einführöffnung aufweist, die
in Richtung der Längsachse
angeordnet ist,
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Stand der
Technik
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Spindeleinheiten
der eingangs genannten Art werden im Bereich der Holzbearbeitungsmaschinen
verbreitet eingesetzt. Dabei müssen
die in die Spindeleinheiten ein- und auswechselbaren Werkzeuge im
eingewechselten Zustand sowohl in Drehrichtung als auch in Längsrichtung
gehalten werden. So offenbart beispielsweise die
DE 203 02 387 U1 eine Spindeleinheit
der eingangs genannten Art, bei der die Werkzeuge in Drehrichtung
durch einen Freilauf und in Längsrichtung
durch Stifte oder Kugeln, die in Vertiefungen am dem Werkzeug eingreifen,
gehalten werden.
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Allerdings
hat sich gezeigt, dass die bekannten Spindeleinheiten insbesondere
bei hohen Drehzahlen einen hohen Verschleiß aufweisen und das Ein- und
Auswechseln der Werkzeuge aufgrund der erforderlichen Ausrichtung
von Verriegelungsstiften und -vertiefungen bisweilen schwierig ist.
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Darstellung
der Erfindung
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spindeleinheit
der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen geringen Verschleiß aufweisen
und ein einfaches Ein- und Auswechseln von Werkzeugen ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Spindeleinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einer Spindeleinheit der
eingangs genannten Art Haltemittel für die Längsfixierung von Werkzeugen
in der Spindeleinheit bereitzustellen, die auch ohne mechanischen
Eingriff dauerhaft und zuverlässig
arbeiten. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spindeleinheit
magnetische Haltemittel aufweist, die in dem inneren Hohlraum angeordnet, mit
dem Spindelkopf verbunden und dazu ausgelegt sind, eine vorbestimmte
Haltekraft auf ein in dem Spindelkopf aufgenommenes Werkzeug aufzubringen.
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Auf
diese Weise werden Verschleißstellen, die
bisher eine regelmäßige Wartung
der Spindeleinheit erforderlich gemacht und eine Störungsquelle dargestellt
haben, weitgehend beseitigt. Gleichzeitig ist für die Aktivierung der Haltekraft
kein Einrastvorgang oder dergleichen erforderlich, wodurch das Ein- und
Auswechseln der Werkzeuge deutlich vereinfacht wird.
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Gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weisen die magnetischen
Haltemittel mindestens ein magnetisches Element auf, das auf der
der Einführöffnung gegenüberliegenden
Seite des Hohlraumes angeordnet ist. Auf diese Weise fügen sich
die magnetischen Haltemittel auf besonders störungsarme Art in die Spindeleinheit
ein, ohne dass die magnetischen Element mit der äußeren Umfangsfläche der
jeweiligen, ein- und auszuwechselnden Werkzeuge in Berührung kommt.
Hierdurch wird der Verschleiß weiter
minimiert, während
das Ein- und Auswechseln ebenfalls weiter vereinfacht wird.
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Obgleich
im Rahmen der vorliegenden Erfindung beliebige magnetische Haltemittel
zum Einsatz kommen können,
ist es gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung bevorzugt, dass die magnetischen Haltemittel
mindestens ein magnetisches Element aufweisen, das zumindest abschnittsweise
durch einen dauermagnetischen Werkstoff, insbesondere Samarium-Kobalt
oder dergleichen, gebildet ist. Derartige dauermagnetische Werkstoffe
zeichnen sich durch eine hohe magnetische Haltekraft bei geringen
Abmessungen aus, sodass sie problemlos in das Innere einer Spindeleinheit
integriert werden können,
ohne dass an dieser erhebliche konstruktive Änderungen vorgenommen werden
müssen.
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Alternativ
oder auch zusätzlich
hierzu können
die magnetischen Haltemittel gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung einen Elektromagneten aufweisen.
Dieser ermöglicht
beispielsweise eine Variation der magnetischen Haltekraft in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen oder auch während der Ein- und Auswechselvorgänge.
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Die
jeweiligen Werkzeuge können
im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell unmittelbar in
die Spindeleinheit eingewechselt werden. Im Hinblick auf ein schnelles
und sicheres Ein- und Auswechseln sowie Ablegen der Werkzeuge in
einem Werkzeugmagazin ist gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung jedoch vorgesehen, dass
ferner mindestens ein Adapter vorgesehen ist, der einen in den Spindelkopf
ein- und auswechselbaren Schaft und eine Werkzeugaufnahme besitzt.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass der Adapter Festsetzmittel für ein darin
aufgenommenes Werkzeug aufweist. Auf diese Weise kann ein Werkzeug
dauerhaft fest mit dem Adapter verbunden werden, der wiederum entsprechend
den jeweiligen Anforderungen gemeinsam mit dem Werkzeug in die jeweilige
Spindeleinheit ein- und ausgewechselt oder gegebenenfalls in einem
Magazin abgelegt wird. Zum Ablegen des Adapters in einem Werkzeugmagazin
weist der Adapter gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung Anbringmittel, insbesondere eine Nut
auf.
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Gemäß einer
weiteren Zielrichtung stellt die vorliegende Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung zur
Bearbeitung von Werkstücken,
die im Wesentlichen aus Holz, Holzwerkstoffen oder dergleichen bestehen,
bereit. Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst eine Spindeleinheit,
wie sie vorstehend beschrieben worden ist, sowie ein Werkzeugmagazin,
mittels dessen Werkzeuge automatisch in die Spindeleinheit ein-
und auswechselbar sind. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Werkzeugmagazin
mindestens eine Reihe mit linear angeordneten Werkzeugaufnahmen
besitzt.
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Die
erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung
besitzt den Vorteil, dass die Ausgestaltung des Werkzeugmagazins
mit linear angeordneten Werkzeugaufnahmen ermöglicht, dass an mindestens zwei
oder mehreren Spindeleinheiten das Ein- und Auswechseln der Werkzeuge
jeweils simultan ausgeführt
werden kann, wodurch die Werkzeugwechselzeiten gegenüber dem
Stand der Technik beträchtlich vermindert
werden.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn das Werkzeugmagazin zwei Reihen
mit linear angeordneten Werkzeugaufnahmen besitzt, die bevorzugt parallel
zueinander angeordnet sind. Hierdurch können mehrere Gruppen parallel
angeordneter Spindeleinheiten mit hoher Geschwindigkeit und hoher
Zuverlässigkeit
mit Werkzeugen versorgt werden.
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Gemäß einer
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
ist ferner vorgesehen, dass die Werkzeugaufnahmenanbringmittel, insbesondere
einen Vorsprung, aufweisen, die zu den Anbringmitteln der jeweiligen
Adapter komplementär
sind. Hierdurch wird ein sicheres und schnelles Ablegen und Aufnehmen
der Werkzeug in bzw. aus dem Werkzeugmagazin sichergestellt.
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Um
ein zügiges
und störungsfreies
Ein- und Auswechseln der Bearbeitungswerkzeuge zu ermöglichen,
ist gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ferner vorgesehen, dass
die Werkzeugaufnahmen im wesentlichen parallel zur Achse der zu
haltenden Werkzeuge verfahrbar sind. Hierdurch können die betreffenden Werkzeugaufnahmen gezielt
in eine Wechselposition gefahren werden, in der bereits eingewechselte
Werkzeuge nicht mit deren Werkzeugaufnahmen kollidieren. Darüber hinaus kann
die Verfahrbarkeit auch zur Durchführung des eigentlichen Werkzeugwechselvorganges
mitgenutzt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch eine explosionsartige Perspektivansicht einer Spindeleinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
schematisch eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Spindeleinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
schematisch eine Perspektivansicht einer Bearbeitungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 zeigt
schematisch eine Perspektivansicht einer weitern Bearbeitungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Eine
erste Ausführungsform
einer Spindeleinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in den 1 und 2 schematisch
dargestellt. Die gezeigte Spindeleinheit 1 dient dazu,
jeweils ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken, die im Wesentlichen aus
Holz, Holzwerkstoffen oder dergleichen bestehen, ein- und auswechselbar
aufzunehmen. Sie umfasst einen Spindelkopf 2, der dazu
ausgelegt ist, um eine Längsachse 4 herum
durch einen hier nicht gezeigten Antrieb angetrieben zu werden, und
einen inneren Hohlraum 6 mit einer Einführöffnung, die in Richtung der
Längsachse 4 angeordnet ist.
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Wie
in 2 am besten zu erkennen ist, ist im Inneren des
Hohlraums 6 ein Freilauf 10 angeordnet, der mit
dem Spindelkopf 2 verbunden und dazu ausgelegt ist, ein
Werkzeug 3 verdrehfest in einer vorbestimmten Drehrichtung
um die Längsachse 4 herum
aufzunehmen.
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Oberhalb
des Freilaufs 10 (betrachtet in 2) sind
magnetische Haltemittel in Form eines magnetischen Elements (beispielsweise
eines Flachgreifers) 12 angeordnet. Das magnetische Element 12 befindet
sich somit auf der der Einführöffnung 8 gegenüberliegenden
Seite des Hohlraums 6 und ist dazu ausgelegt, eine vorbestimmte
Haltekraft auf ein in dem Spindelkopf 2 aufgenommenes Werkzeug 3 auszuüben.
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Obgleich
in der vorliegenden Ausführungsform
ein einzelnes magnetisches Element 12 gezeigt ist, ist
zu beachten, dass die magnetischen Haltemittel im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auch mehrteilig aufgebaut und an verschiedenen Stellen
in der Spindeleinheit angeordnet sein können. Das mindestens eine magnetische
Element 12 besitzt in der vorliegenden Ausführungsform
einen Kern aus einem dauermagnetischen Werkstoff, wobei sich insbesondere
Samarium-Kobalt oder dergleichen als besonders geeignet hierfür erwiesen
hat. Alternativ hierzu ist es jedoch ebenso möglich, die magnetische Wirkung
der magnetischen Haltemittel auch auf andere Weise zu erzeugen,
beispielsweise unter Einsatz eines Elektromagneten.
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Wie
in 1 am besten zu erkennen ist, umfasst die Spindeleinheit 1 ferner
einen Abstreifer 13, der dazu dient, die den Hülsenfreilauf 10 beim
Einwechseln von Werkzeugen 3 bzw. Adaptern 14 vor Verschmutzungen
zu schützen.
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Obgleich
die Spindeleinheit 1 im Rahmen der vorliegenden Erfindung
dazu ausgelegt sein kann, unmittelbar ein Werkzeug 3 aufzunehmen,
ist bei der vorliegenden Ausführungsform
vorgesehen, dass die Werkzeuge 3 jeweils mit einem Adapter 14 verbunden
werden, der einen in den Spindelkopf ein- und auswechselbaren Schaft 16 und
eine Werkzeugaufnahme 18 für die jeweiligen Werkzeuge 3 besitzt.
In diesem Falle muss die magnetische Anziehungskraft der magnetischen
Haltemittel nicht unbedingt auf die einzelnen Werkzeuge wirken,
sondern es genügt
im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die magnetische Anziehungskraft
der magnetischen Haltemittel auf den jeweils eingewechselten Adapter 14 wirkt.
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Der
Adapter 14 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältig ausgestaltet
sein. Wie in 2 am besten zu erkennen ist,
besitzt er in der vorliegenden Ausführungsform Festsetzmittel 20 wie beispielsweise
Schrauben oder dergleichen, um ein in den Adapter 14 aufgenommenes
Werkzeug 3 festzusetzen. Darüber hinaus besitzt der Adapter 14 jeweils
eine umlaufende Nut 22, die dazu dient, den Adapter sicher
in einem noch zu beschreibenden Werkzeugmagazin 22 abzulegen.
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Der
Betrieb der erfindungsgemäßen Spindeleinheit
vollzieht sich beispielsweise wie folgt. Zunächst wird ein einzuwechselndes
Werkzeug 3 in einen zugehörigen Adapter 14 eingeführt und
dort wird die Schraube 20 befestigt. Anschließend wird
die Einheit aus Werkzeug 3 und Adapter 14 derart
in den inneren Hohlraum 6 der Spindeleinheit eingeführt, dass
der Schaft 16 des Adapters 14 in dem inneren Hohlraum
zum Liegen kommt. Dabei ist die Endfläche des Schafts 16 dem magnetischen
Element 12 zugewandt und kann gegebenenfalls auch an diesem anliegen.
Hierdurch wird der Adapter 14 mit dem Werkzeug in Richtung
der Achse 4 durch eine magnetische Anziehungskraft zwischen
dem magnetischen Element 12 und dem Schaft 16 gehalten.
Darüber
hinaus ist eine äußere Umfangsfläche des Schafts 16 dem
Freilauf 10 der Spindeleinheit 1 zugewandt.
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Wird
nun die Spindeleinheit durch einen nicht gezeigten Antrieb in Drehrichtung
um die Achse 4 herum angetrieben, entsteht ein Eingriff
zwischen dem Freilauf 10 und dem Schaft 16, sodass
der Adapter 14 mit dem darin befindlichen Werkzeug 3 in
Drehrichtung angetrieben wird, während
er in Längsrichtung
entlang der Achse 4 durch die magnetische Anziehungskraft
zwischen dem magnetischen Element 12 und dem Schaft 16 bzw.
dem Werkzeug 3 gehalten wird.
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Nach
Beendigung des Drehantriebs gibt der Freilauf 10 den Schaft 16 frei,
sodass der Adapter 14 mit dem Werkzeug und der Überwindung
der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem magnetischen Element 12 und
dem Schaft 16 bzw. dem Werkzeug 3 aus der Spindeleinheit 1 herausgezogen und
gegebenenfalls durch einen anderen Adapter 14 mit Werkzeug
ersetzt werden kann.
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Eine
Bearbeitungsvorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 3 in
einer Perspektivansicht gezeigt. Die Bearbeitungsvorrichtung 30 umfasst
in der vorliegenden Ausführungsform
sieben Spindeleinheiten 1, wie sie obenstehend beschrieben
worden sind. Diese sind in dem gemeinsamen Gehäuse 40 angeordnet,
und sind einzeln oder gruppenweise innerhalb des Gehäuses in
ihrer Längsrichtung
zwischen einer ausgefahrenen Arbeitsstellung und einer eingefahrenen
Ruhestellung verfahrbar, beispielsweise mittels eines Pneumatikantriebes.
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Ferner
umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 30 ein Werkzeugmagazin 32,
das eine Mehrzahl von Werkzeugaufnahmen 36 besitzt, die
in der vorliegenden Ausführungsform
in zwei sich linear erstreckenden Reihen 34 angeordnet
sind. Die lineare Anordnung der Werkzeugaufnahmen 36 innerhalb
der jeweiligen Reihe 34 besitzt den Vorteil, dass es prinzipiell
möglich
ist, an mehreren oder gegebenenfalls auch allen Spindeleinheiten 1 der
Bearbeitungsvorrichtung 30 gleichzeitig einen Ein- oder
Auswechselvorgang auszuführen.
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Die
Werkzeugaufnahmen 36 des Werkzeugmagazins 32 besitzen
jeweils einen umlaufenden Vorsprung 38, der in seiner Geometrie
zu der umlaufenden Nut 22 der jeweiligen Adapter 14 komplementär ist, sodass
ein sicherer Eingriff des Adapters 14 in den Werkzeugaufnahmen 36 sichergestellt
ist.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Bearbeitungsvorrichtung 30 ist in 4 schematisch
in einer Perspektivansicht dargestellt. Diese unterscheidet sich
von der in 3 gezeigten Ausführungsform dadurch,
dass die Werkzeugaufnahmen 36 des Werkzeugmagazins 34 derart
angeordnet sind, dass sie jeweils einzeln oder gruppenweise im Wesentlichen
parallel zur Achse der zu haltenden Werkzeuge 3 verfahrbar
sind.
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Hierdurch
kann zunächst
ein schnellerer Ein- und Auswechselvorgang erzielt werden.
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Darüber hinaus
kann jedoch auch, wie in 4 zu erkennen ist, beim Ein-
bzw. Auswechseln der Werkzeuge 3 der ersten drei Spindeleinheiten 1 (gezählt von
links in 4) eine Kollision der nachfolgenden
Spindeleinheiten bzw. deren Werkzeuge mit den zugehörigen Werkzeugaufnahmen 36 verhindert werden,
sodass der Betrieb der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung 30 insgesamt
weniger störanfällig wird.