DE202009002009U1

DE202009002009U1 - Arbeitsspindeleinheit für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE202009002009U1
Application number: DE200920002009
Authority: DE
Original assignee: HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE; HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE GmbH; UKF UNIVERSAL KUGELLAGER FABRI; UKF UNIVERSAL-KUGELLAGER-FABRIK GmbH
Current assignee: HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE GMBH, DE
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: DE102010016025A1; DE102010016025B4

Abstract

Arbeitsspindeleinheit für Werkzeugmaschinen, umfassend einen Antriebsmotor (16) mit einer Motorwelle (28), die über ein Schaltgetriebe (14) mit einer in einem Spindelgehäuse (46) gelagerten Abtriebswelle (54) verbunden ist, welche einen Werkzeugspanner (20) aufweist, der über ein Kraftübertragungsorgan (60) mit einer Betätigungseinrichtung (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (28) und die dazu koaxiale Abtriebswelle (54) sowie eine beide miteinander verbindende, koaxiale Getriebewelle (58) hohl ausgebildet und von dem Kraftübertragungsorgan (60) durchsetzt sind, das an seinem im Bereich des Motors (16) liegenden Ende mit der Betätigungseinrichtung (18) verbunden ist und an seinem gegenüberliegenden Ende den Werkzeugspanner (20) trägt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsspindeleinheit für Werkzeugmaschinen, umfassend einen Antriebsmotor mit einer Motorwelle, die über ein Schaltgetriebe mit einer in einem Spindelgehäuse gelagerten Abtriebswelle verbunden ist, welche einen Werkzeugspanner aufweist, der über ein Kraftübertragungsorgan mit einer Betätigungseinrichtung verbunden ist.
In Werkzeugmaschinen wie beispielsweise Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen oder Schleifmaschinen sind die Arbeitsspindeln mit einem Werkzeugspanner ausgestattet, der das jeweilige Werkzeug aufnimmt. Bei einem notwendig werdenden Werkzeugwechsel wird der Werkzeugspanner durch die Betätigungseinrichtung geöffnet, um ein anderes Werkzeug einspannen zu können. Für den Drehantrieb der Arbeitsspindel dient ein Elektromotor, der über ein Schaltgetriebe die Arbeitsspindel antreibt. Damit kann die hohe Motordrehzahl entsprechend den Anforderungen entweder direkt oder untersetzt an die Arbeitsspindel übertragen werden, abhängig davon, ob ein hohes oder ein geringeres Drehmoment am Werkzeug verlangt wird.
Bei bekannten Arbeitsspindeleinheiten ist es wegen der unterschiedlichen Drehzahlen der Wellen – Motorwelle, Getriebewelle, Abtriebswelle – bisher nicht möglich, eine Betätigungseinrichtung für den Werkzeugspanner in die Arbeitsspindeleinheit zu integrieren. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsspindel als kompakte Baueinheit mit integrierten Mitteln zum automatischen Werkzeugwechsel zur Verfügung zu stellen, bei der bisher bekannte Werkzeugspanner ohne Modifikationen verwendbar sind.
Bei einer Arbeitsspindeleinheit der eingangs umrissenen Bauart wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Motorwelle und die dazu koaxiale Abtriebswelle sowie eine beide miteinander verbindende, koaxiale Getriebewelle hohl ausgebildet und von dem Kraftübertragungsorgan durchsetzt sind, das an seinem im Bereich des Motors liegenden Ende mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist und an seinem gegenüberliegenden Ende den Werkzeugspanner trägt. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Kraftübertragungsorgan über Radiallager in den hohlen Welle abgestützt ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht gegenüber dem Stand der Technik darin, dass trotz der erheblichen Baulänge der Einheit, bestehend aus Spindelgehäuse, Schaltgetriebe, Motor und Betätigungseinrichtung für den Werkzeugspanner, das Kraftübertragungsorgan, das mit dem Werkzeugspanner rotiert, durch die hohlen Wellen hindurchgeführt ist. Über die gesamte Baulänge der Einheit rotieren die jeweiligen Hohlwellenabschnitte mit unterschiedlichen Drehzahlen im Antriebsmotor, im Schaltgetriebe (Eingangs- und Ausgangswelle) und in der Arbeitsspindel.
Das Kraftübertragungsorgan besteht vorzugsweise aus einer Druckstange, die in der Betätigungseinrichtung mit einem Druckkolben verbunden ist. Alternativ wäre es auch möglich, das Kraftübertragungsorgan als hydraulisches oder pneumatisches Druckrohr auszubilden.
Wenn das Kraftübertragungsorgan eine Druckstange ist, ist es vorteilhaft, diese auf ihrer Länge in miteinander gekoppelte Teilstangen zu unterteilen.
Eine besonders kompakte Baueinheit lässt sich dann realisieren, wenn in dem Spindelgehäuse axial verstellbare Umschaltelemente untergebracht sind, die in das angrenzende Schaltgetriebe eingreifen. Mögliche Konstruktionen für ein derartiges, als Planetengetriebe ausgebildetes Schaltgetriebe sind in DE 10 2007 002 949 B und in DE 20 2009 000 101 U der Firma Heynau beschrieben und dargestellt.
Wenn in Weiterbildung der Erfindung die aus den vier Komponenten Spindelgehäuse, Schaltgetriebe, Motor und Betätigungseinrichtung zusammengesetzte Einbaueinheit eine zylindrische oder prismatische Außenform ohne radial vorstehende Teile hat, kann diese problemlos in einen entsprechenden Sitz einer Werkzeugmaschine eingeschoben und darin befestigt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
1 einen Axialschnitt durch eine Arbeitsspindeleinheit gemäß der Erfindung, 2, 3 und 4 vergrößerte Detaildarstellungen der Bereiche II, III und IV der 1.
Die in 1 insgesamt mit 10 bezeichnete Einbaueinheit für eine Werkzeugmaschine besteht aus einer Arbeitsspindel 12, einem Schaltgetriebe 14, einem Antriebsmotor 16 und einer Betätigungseinrichtung 18 für einen mit der Arbeitsspindel 12 verbundenen Werkzeugspanner 20. Wie 1 deutlich zeigt, sind alle diese Komponenten koaxial miteinander verbunden.
Der Antriebsmotor 16 hat ein zylindrisches Gehäuse 22, das in bekannter Weise einen Stator 24 und einen Rotor 26 aufnimmt. Der Rotor 26 dient zum Drehantrieb einer hohlen Motorwelle 28, die über Kugellager 30 einerseits in einer an das Getriebegehäuse 32 angrenzenden Wand 34 und andererseits in einem Deckel 36 drehbar gelagert ist, der das Motorgehäuse 22 am dem Getriebe 14 gegenüberliegenden Ende abschließt.
Wie die 1 und 4 zeigen, ist auf den Deckel 36 des Motorgehäuses 22 ein zylindrischer Träger 38 für eine Betätigungseinrichtung 40 aufgesetzt, in der ein Druckkolben 42 axial verschiebbar und drehbar gelagert ist. Die Betätigungseinrichtung 40 ist durch einen Abschlussdeckel 44 verschlossen.
Aus den 1 und 2 geht hervor, dass auch die Arbeitsspindel 12 ein zylindrisches Gehäuse 46 hat, das durch einen Deckel 48 abgeschlossen ist. Das Spindelgehäuse 46 ist über eine flanschartige Erweiterung 50 mit dem Getriebegehäuse 32 fest verbunden. In dem Spindelgehäuse 46 ist über Kugellager 52 eine hohle Abtriebswelle 54 drehbar gelagert, die im Bereich des Deckels 48 den an sich bekannten Werkzeugspanner 20 aufnimmt.
Das von dem Elektromotor 16 erzeugte Drehmoment wird über dessen Motorwelle 28 in das Schaltgetriebe 14 eingeleitet. Wie in den 1 und 3 angedeutet, verläuft die in das Schaltgetriebe 14 eingreifende Motorwelle 28 koaxial zu einer Getriebewelle 58, die das Ausgangsdrehmoment des Getriebes 14 auf die koaxial damit verbundene Abtriebswelle 54 überträgt.
Zur Betätigung des Werkzeugspanners 20 dient ein Kraftübertragungsorgan in Form einer Druckstange 60, die die gesamte Einbaueinheit 10 in axialer Richtung durchsetzt und hierbei durch die koaxialen Hohlräume aller drei Wellen – Abtriebswelle 54, Getriebewelle 58, Motorwelle 28 – hindurchgeführt ist. Wegen der großen axialen Länge der Druckstange 60, die in miteinander verbundene Teilstangen 60, 60', 60'' und 60''' unterteilt ist, sind zur Abstützung in den hohlen Wellen Radiallager vorgesehen. Eines dieser hier als Gleitlager ausgebildeten Radiallager ist in 3 zu erkennen, das dort die Form einer Hülse 62 hat, die in der hohlen Abtriebswelle 54 sitzt. Ein weiteres Radiallager in Form eines Gleitlagers 64 innerhalb der hohlen Motorwelle 28 ist in 4 dargestellt, während auch im vorderen Spindelbereich, wie 2 zeigt, ein drittes, ebenfalls als Gleitlager 66 ausgebildetes Radiallager in der hohlen Abtriebswelle 54 angebracht ist.
Bei einem erforderlich werdenden Werkzeugwechsel wird die in 4 erkennbare Kammer 68 der Betätigungseinrichtung 40 mit einem Druckmittel, im allgemeinen Drucköl, beaufschlagt, so dass der Druckkolben 42 in 4 nach links verschoben wird. Der Druckkolben 42 ist über eine Hülse 70 mit Gewindeende 72 drehfest mit dem Ende 74 der Druckstange 60' verbunden. Durch den Druck in der Kammer 68 wird damit die aus mehreren Teilstangen bestehende Druckstange 60 in Richtung auf den Werkzeugspanner 20 verschoben, so dass dessen Spannbacken 76 in bekannter Weise öffnen und das nicht dargestellte Werkzeug freigeben. Wenn anschließend die Kammer 68 wieder drucklos geschaltet wird, wird die Druckstange 60 durch ein in 1 und 3 angedeutetes Federpaket 78 wieder zurückgezogen, so dass sich die Spannbacken 76 des Werkzeugspanners 20 wieder schließen.
In den 1 und 3 ist gezeigt, dass in dem Spindelgehäuse 46 axial verstellbare Umschaltelemente 80 untergebracht sind, die hier als Kolben ausgebildet sind, deren Kolbenstangen in nicht weiter dargestellter Weise in das angrenzende Schaltgetriebe 14 eingreifen, um darin das jeweils gewünschte Übersetzungsverhältnis zu schalten. Ein Beispiel für einen derartigen Schaltmechanismus ist in dem bereits erwähnten Gebrauchsmuster 20 2009 000 101 der Firma Heynau angegeben.
Das Beispiel der 1 zeigt am Außenumfang der Arbeitsspindel 12 eine Reihe von Hydraulikanschlüssen 82, die radial nach außen vorstehen. Diese lassen sich jedoch bei einer in 3 gezeigten Variante so in das Spindelgehäuse 46 integrieren, dass die gesamte Baueinheit 10 keine radial vorstehenden Teile hat, so dass sie als zylindrische oder prismatische Einbaueinheit in einen entsprechenden Sitz einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007002949 B [0008]
- DE 202009000101 U [0008, 0019]

Claims

Arbeitsspindeleinheit für Werkzeugmaschinen, umfassend einen Antriebsmotor (16) mit einer Motorwelle (28), die über ein Schaltgetriebe (14) mit einer in einem Spindelgehäuse (46) gelagerten Abtriebswelle (54) verbunden ist, welche einen Werkzeugspanner (20) aufweist, der über ein Kraftübertragungsorgan (60) mit einer Betätigungseinrichtung (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (28) und die dazu koaxiale Abtriebswelle (54) sowie eine beide miteinander verbindende, koaxiale Getriebewelle (58) hohl ausgebildet und von dem Kraftübertragungsorgan (60) durchsetzt sind, das an seinem im Bereich des Motors (16) liegenden Ende mit der Betätigungseinrichtung (18) verbunden ist und an seinem gegenüberliegenden Ende den Werkzeugspanner (20) trägt.
Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsorgan (60) über Radiallager in den hohlen Wellen (56, 58, 28) abgestützt ist.
Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallager als Gleitlager ausgebildet sind.
Arbeitsspindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsorgan als Druckstange (60) ausgebildet ist, die in der Betätigungseinrichtung (40) mit einem Druckkolben (42) verbunden ist.
Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (42) drehbar in der Betätigungseinrichtung gelagert (40) ist.
Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstange (60) auf ihrer Länge in miteinander gekoppelte Teilstangen unterteilt ist.
Arbeitsspindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spindelgehäuse (46) axial verstellbare Umschaltelemente (80) untergebracht sind, die in das angrenzende Schaltgetriebe (14) eingreifen.
Arbeitsspindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Einbaueinheit (10) das Spindelgehäuse (46) mit dem Schaltgetriebe (14) und dieses mit dem Antriebsmotor (16) axial fest verbunden sind, wobei an das vom Schaltgetriebe (14) wegweisende Ende des Antriebsmotors (16) die Betätigungseinrichtung (40) angeflanscht ist.
Arbeitsspindeleinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den vier Komponenten Spindelgehäuse (46), Schaltgetriebe (14), Antriebsmotor (16) und Betätigungseinrichtung (40) zusammengesetzte Einbaueinheit (10) eine zylindrische oder prismatische Außenform ohne radial vorstehende Teile hat.