DE202009009424U1

DE202009009424U1 - Machine tool with air-cooled spindle shaft

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Publication number: DE202009009424U1
Application number: DE200920009424
Authority: DE
Original assignee: P&L GmbH and Co KG
Current assignee: P&L GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2019-07-10

Abstract

Werkzeugmaschine mit zumindest einer drehbar gelagerten Spindelwelle (1), welche an einem Endbereich mit einem Werkzeug (3) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Endbereich zumindest eine Ausnehmung (4) zur Durchleitung eines gasförmigen Kühlmediums ausgebildet ist.Machine tool having at least one rotatably mounted spindle shaft (1) which can be coupled to an end region with a tool (3), characterized in that at least one recess (4) is formed at least in the end region for the passage of a gaseous cooling medium.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a machine tool according to the features of the preamble of claim 1.

Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Werkzeugmaschine mit zumindest einer drehbar gelagerten Spindelwelle, welche an ihrem Endbereich mit einem Werkzeug koppelbar ist.in the Specifically, the invention relates to a machine tool at least one rotatably mounted spindle shaft, which at its End region can be coupled with a tool.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ähnliche Maschinen, die nicht explizit als Werkzeugmaschinen zu bezeichnen sind, bei denen jedoch die nachfolgend beschriebenen Problematiken ebenfalls auftreten. Insofern ist der Begriff Werkzeugmaschine nicht einschränkend gebraucht.The Invention also relates to similar machines, which are not explicitly designated as machine tools, at however, the problems described below also occur. In this respect, the term machine tool is not used restrictively.

Bei hochtourigen Bearbeitungsspindeln, z. B. von Werkzeugmaschinen, erwärmt sich die Spindelwelle durch die Reibung in den Lagern und Verluste im Rotor. Die Erwärmung führt zu einer thermisch bedingten Längung der Spindelwelle.at high-speed machining spindles, z. B. of machine tools, heated The spindle shaft is affected by the friction in the bearings and losses in the rotor. The warming leads to a thermally induced elongation the spindle shaft.

Die Bearbeitungsspindeln haben meist an einem Ende eine Schnittstelle, um einen Werkzeughalter mit einem Bearbeitungswerkzeug zu spannen. Die Schnittstelle ist in vielen Fällen als Steilkegel- oder bei moderneren Spindeln als Hohlschaftkegel-Schnittstelle (HSK) ausgebildet. Das andere Ende der Spindelwelle endet im Gehäuse der Spindel. Daher werden die Bearbeitungsspindeln in der Regel so konstruiert, dass die thermisch bedingte Längung der Spindelwelle im Wesentlichen in Richtung des der Schnittstelle für den Werkzeughalter gegenüberliegenden Endes stattfindet. Da sich eine Verlagerung der Seite mit der Schnittstelle für den Werkzeughalter jedoch nicht vermeiden lässt, wird diese Verlagerung bei modernen Spindeln mit einem Sensor, z. B. einem Wirbeistromsensor, auf einer geeigneten Fläche am Wellenende der Bearbeitungsspindel gemessen.The Machining spindles usually have an interface at one end, to clamp a tool holder with a machining tool. The Interface is in many cases as tapered or more modern spindles as hollow shaft cone interface (HSK) educated. The other end of the spindle shaft ends in the housing of Spindle. Therefore, the machining spindles are usually designed to that the thermally induced elongation the spindle shaft substantially in the direction of the interface for the Tool holder opposite Endings take place. As is a shift of the page with the interface for the tool holder however, can not be avoided This shift is in modern spindles with a sensor, eg. B. a turbulent flow sensor, on a suitable surface at the shaft end the machining spindle measured.

Leider entstehen trotz dieser Maßnahmen, auch wenn diese perfekt umgesetzt sind, weiterhin Ungenauigkeiten durch die Erwärmung der Spindelwelle. Es lässt sich nämlich nicht vermeiden, dass die Wärme aus der Spindelwelle in den Werkzeughalter durch Wärmeleitung übertragen wird. Dieser gibt die Wärme bei drehender Spindel über Konvektion an die Umgebung ab, so dass ein thermisches Gleichgewicht entsteht. Durch die Erwärmung längt sich jedoch auch der Werkzeughalter, was zu zusätzlichen Ungenauigkeiten in der Bearbeitung führt. Daher wäre es wünschenswert, zumindest das Ende der Spindelwelle, an dem sich die Schnittstelle für den Werkzeughalter befindet, möglichst auf konstanter Temperatur zu halten.Unfortunately emerge despite these measures, too if these are perfectly implemented, inaccuracies continue through the warming the spindle shaft. It leaves Namely do not avoid the heat transferred from the spindle shaft in the tool holder by heat conduction becomes. This gives the heat with rotating spindle via convection to the environment, so that a thermal equilibrium arises. By the warming lengthens itself however, also the tool holder, resulting in additional inaccuracies in the processing leads. Therefore would be it desirable at least the end of the spindle shaft, where the interface for the tool holder located, if possible to keep at a constant temperature.

Aus dem Stand der Technik sind einige Ansätze hierzu bekannt, z. B. mit Wasserkreisläufen in der Spindelwelle. Diese Lösungen sind jedoch relativ aufwendig, da es insbesondere bei schnell drehenden Spindeln schwierig ist, das Wasser ohne Leckage in die Spindelwelle ein- und auszuleiten. Bei kleineren Spindeln, die mit relativ kleinen Lagern aufgebaut sind, ist dieses Verfahren praktisch ganz unmöglich, da die Spindelwelle zu schlank aufgebaut ist und kein Platz für die langen Kühlbohrungen längs der Spindelwelle vorhanden ist, zumal in der Regel im Zentrum der Spindelwelle eine größere Bohrung für den Spannsatz benötigt wird.Out the prior art, some approaches to this are known, for. B. with Water cycles in the spindle shaft. These solutions However, they are relatively expensive, since it is particularly in fast-rotating Spindles difficult, the water without leakage into the spindle shaft in and out. For smaller spindles, those with relatively small ones Bearings are constructed, this method is virtually impossible since the spindle shaft is too slim and no space for the long cooling holes along the Spindle shaft is present, especially as a rule in the center of the spindle shaft a larger hole for the clamping set needed becomes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und betriebssicherer Wirkungsweise thermische Ausdehnungen der Spindelwelle vermeidet und diese in geeigneter Weise kühlt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung eines Endbereichs einer Spindelwelle einer Werkzeugmaschine zu schaffen.Of the Invention is based on the object, a machine tool of to create the aforementioned type, which with a simple structure and reliable operation thermal expansions of the spindle shaft avoids and cools them in a suitable manner. Furthermore, the invention is the Task is based on a method for cooling an end portion of a Spindle shaft to create a machine tool.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombinationen der unabhängigen Ansprüche gelöst, die jeweiligen Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.According to the invention Problem solved by the combination of features of the independent claims, the respective subclaims show advantageous developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Spindelwelle zumindest in ihrem Endbereich eine Ausnehmung aufweist, durch welche ein gasförmiges Kühlmedium durchleitbar ist. Dieses gasförmige Kühlmedium ist erfindungsgemäß Luft oder ein anderes, geeignetes Gas.According to the invention is thus provided that the spindle shaft at least in its end a Has recess through which a gaseous cooling medium is passed. This gaseous cooling medium is according to the invention air or another, suitable gas.

Die Durchleitung eines gasförmigen Kühlmediums bietet somit die Möglichkeit, gezielt den relevanten Bereich der Spindelwelle (beispielsweise einer Frässpindel) auf einer konstanten Temperatur zu halten, um ein thermisches Gleichgewicht einzustellen, welches eine präzise Bearbeitung eines Werkstücks ermöglicht.The Passage of a gaseous cooling medium thus offers the possibility specifically the relevant area of the spindle shaft (for example a milling spindle) to maintain a constant temperature, to maintain a thermal equilibrium to adjust, which is a precise Machining a workpiece allows.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit eine Kühlung des Endes der Spindelwelle vor, um die unerwünschte Erwärmung durch Betrieb der Bearbeitungsspindel zu vermeiden und so insbesondere zu verhindern, dass auch der Werkzeughalter, der in der Spindelwelle gespannt wird, sich erwärmt und dadurch maßlich verändert.The inventive solution provides thus a cooling the end of the spindle shaft to the unwanted heating by operation of the machining spindle to avoid, and in particular to prevent, the tool holder, which is stretched in the spindle shaft, heats up and thereby changed dimensionally.

Dazu sind am Ende der Spindelwelle, an dem die Schnittstelle für den Werkzeughalter sitzt, kleine Bohrungen vorgesehen, die eine relativ lange Strecke längs der Spindelwelle verlaufen, bei kugelgelagerten Bearbeitungsspindeln bis hinter den ersten Lagersitz. Die Bohrungen müssen nur am Ende der Spindelwelle mit der Schnittstelle für den Werkzeughalter eingebracht werden, da nur dieser Bereich gekühlt werden muss. Das erlaubt es, relativ kleine Bohrungen einzubringen. Um trotzdem einen signifikanten Kühleffekt zu erreichen, müssen entsprechend viele Bohrungen vorgesehen werden.For this purpose, small holes are provided at the end of the spindle shaft, on which sits the interface for the tool holder, which run a relatively long distance along the spindle shaft, with ball-bearing machining spindles behind the first bearing seat. The holes only have to be inserted at the end of the spindle shaft with the interface for the tool holder, since only this area has to be cooled. That allows it, relatively to introduce small holes. Nevertheless, to achieve a significant cooling effect, a corresponding number of holes must be provided.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Kühlwirkung mit Luft oder einem anderen Gas zu erreichen. Luft oder Gase haben zwar einen erheblich schlechteren Wärmeübergang als flüssige Medien, wie z. B. Wasser, bieten aber den Vorteil, dass diese nur in die Bohrungen eingeleitet werden müssen und frei an die Umgebung abströmen können.It is according to the invention provided the cooling effect to reach with air or another gas. Have air or gases Although a significantly poorer heat transfer than liquid media, such as z. As water, but offer the advantage that these only in the holes must be initiated and flow freely to the environment can.

Daher ist es erfindungsgemäß für das Ausströmen der Luft vorgesehen, kleine Nuten in die Plananlage der Schnittstelle für den Werkzeughalter einzufräsen, die die Luft bei gespanntem Werkzeughalter, die aus den Bohrungen strömt, durch die so entstehenden Schlitze nach außen an die Umgebung der Spindel führt.Therefore it is according to the invention for the outflow of the Air provided, small grooves in the plane system of the interface for the To milled the tool holder, the air with cocked tool holder, the out of the holes flows, through the resulting slots to the outside of the environment of the spindle leads.

Alternativ ist es auch möglich kleine Querbohrungen von außen dicht vor der Plananlage der Schnittstelle für den Werkzeughalter so einzubringen, dass diese auf die Längsbohrungen treffen. Dann kann die Luft bei gespanntem Werkzeughalter über die Querbohrungen aus den Längsbohrungen ausströmen.alternative it is also possible small cross bores from outside so close to the faceplate to introduce the interface for the tool holder, that these on the longitudinal holes to meet. Then the air can with cocked tool holder on the Outflow cross bores from the longitudinal bores.

Für das Einleiten der Luft in die Längsbohrungen, z. B. hinter dem ersten Lagersitz, gibt es ebenfalls unterschiedliche Möglichkeiten. Bei vielen Konstruktionen von Bearbeitungsspindeln sitzt in einer zentralen relativ großen Bohrung der Spannsatz zum Spannen des Werkzeughalters. Bei diesen Konstruktionen ist häufig die Möglichkeit vorgesehen, ein Medium durch diese zentrale Bohrung bzw. durch den Spannsatz vom ge genüberliegenden Spindelende durchzuleiten. Wenn für die Bearbeitung Werkzeughalter eingesetzt werden, die die Spindelwelle an dem Ende an dem der Werkzeughalter gespannt wird, verschließen, kann die Möglichkeit, ein Medium durch den Spannsatz oder das Zentrum der Spindelwelle hindurchzuleiten, dafür verwendet werden, über geeignete kleine Querbohrungen, die von außen wiederum verschlossen werden, die Luft aus dem Zentrum der Spindelwelle über die kleinen Querbohrungen in die Längsbohrungen mit entsprechendem Überdruck zu fördern. So kann bei laufendem Betrieb der Bearbeitungsspindel ein ständiger Luftstrom zur Kühlung des Wellenendes durch die dafür vorgesehenen Längsbohrungen gefördert werden.For the initiation the air into the longitudinal bores, z. B. behind the first bearing seat, there are also different Options. In many designs of machining spindles sits in one central relatively large Drill the clamping set to clamp the tool holder. In these Constructions is common the possibility provided, a medium through this central bore or through the Clamping set from the opposite Pass through spindle end. If for editing tool holder be used, which the spindle shaft at the end of the tool holder is tense, close, can the possibility a medium through the clamping set or the center of the spindle shaft to pass through, for that to be used over suitable small transverse bores, which in turn are closed from outside, the air from the center of the spindle shaft over the small cross holes in the longitudinal bores with appropriate overpressure to promote. Thus, during operation of the machining spindle, a constant flow of air for cooling of the shaft end by the designated longitudinal bores promoted become.

Bei vielen Spindelkonstruktionen wird die zentrale Bohrung für den Spannsatz bzw. der Spannsatz selber dafür genutzt, um Medien, die für die Bearbeitung erforderlich sind, hindurchzuleiten. In diesem Fall muss Luft auf einem anderen Weg in die Längsbohrungen eingeleitet werden. Dazu sind ebenfalls von außen Querbohrungen vorgesehen, die auf die kleinen Längsbohrungen in der Spindelwelle treffen, die jedoch nicht weitergehen, d. h. nicht bis zu der großen Bohrung im Zentrum der Spindelwelle gebohrt werden. In diese Bohrungen muss von außen Luft eingeleitet werden. Dazu ist eine doppelte Spaltdichtung außen an der Spindelwelle vorgesehen, z. B. mit Teflonringen. Zwischen den beiden Teflonringen wird von außen aus dem Spindelgehäuse über Bohrungen Luft mit Überdruck hineingedrückt, so dass ein Überdruck in der Kammer zwischen Spindelwelle, Teflonringen und Spindelgehäuse entsteht. Derartige Überdruckkammern direkt an der Spindelwelle werden z. B. auch für Abdichtungen von Wellenenden verwendet und sind aus der Technik bekannt. Durch den Überdruck in der Überdruckkammer wird die Luft in die kleinen Querbohrungen der Spindelwelle gefördert und von dort weiter durch die Längsbohrungen. So entsteht ein ständiger Luftstrom durch das Ende der Spindelwelle, der dieses im Betrieb der Bearbeitungsspindel kühlt.at Many spindle designs become the central bore for the clamping set or the clamping set itself for this used to provide media for the Processing are required to pass. In this case air must be introduced into the longitudinal bores in a different way. These are also from the outside Cross bores provided on the small longitudinal bores in the spindle shaft but they do not go on, d. H. not up to the big hole be drilled in the center of the spindle shaft. In these holes must from the outside Air are introduced. For this purpose, a double gap seal on the outside of the Spindle shaft provided, z. B. with Teflon rings. Between the two Teflon rings are from the outside from the spindle housing through holes Air with overpressure pushed in, so that an overpressure created in the chamber between the spindle shaft, Teflon rings and spindle housing. Such overpressure chambers directly to the spindle shaft z. B. also for sealing of shaft ends used and are known in the art. Due to the overpressure in the hyperbaric chamber the air is conveyed into the small transverse bores of the spindle shaft and from there continue through the longitudinal holes. This creates a constant Air flow through the end of the spindle shaft, this in operation the machining spindle cools.

Um die Förderleistung der Luft durch die Längsbohrungen zu unterstützten, können die Querbohrungen, die die Luft in die Längsbohrungen einleiten, und die Querbohrungen oder Schlitze, die die Luft aus den Längsbohrungen am Wellenende wieder herausleiten, statt radial auf das Zentrum der Spindelwelle hin in einem Winkel zum Radius ausgeführt werden. Der Winkel der Querbohrungen bzw. Schlitze zum Radius ist bei den Querbohrungen, die die Luft in die Längsbohrungen hineinleiten, entgegengesetzt zu dem Winkel bei den Querbohrungen bzw. Schlitzen, die die Luft aus den Längsbohrun gen hinausleiten. Der Winkel ist so gewählt, dass ähnlich wie bei einer Turbine mit wachsender Drehzahl bei den Querbohrungen zum Einleiten der Luft die Luft in die Spindelwelle hineingedrückt wird und bei den Querbohrungen bzw. Schlitzen zum Ableiten der Luft hinausgesogen wird. Dadurch kann der Überdruck in der Überdruckkammer verringert werden. Außerdem wird der Volumenstrom der Luft mit steigender Drehzahl erhöht, so dass der Kühleffekt gesteigert wird, was auf Grund der mit steigender Drehzahl zunehmenden Erwärmung erwünscht ist.Around the delivery rate the air through the longitudinal bores to support, can the transverse bores, which introduce the air into the longitudinal bores, and the cross holes or slots that take the air out of the longitudinal holes at the end of the shaft, instead of radially towards the center the spindle shaft are executed at an angle to the radius. The angle of the transverse bores or slots to the radius is in the Transverse bores, which lead the air into the longitudinal bores, opposite to the angle at the cross holes or slots, which lead the air out of the Längsbohrun conditions. The angle is chosen that much like in a turbine with increasing speed at the cross bores for introducing the air, the air is forced into the spindle shaft and sucked out at the transverse bores or slits for discharging the air becomes. This can cause the overpressure in the hyperbaric chamber be reduced. In addition, will the volume flow of air increases with increasing speed, so that the cooling effect is increased, which increases due to the increasing speed warming he wishes is.

Um die Kühlwirkung der Luft, die durch die Bohrungen in der Spindelwelle strömt, zu erhöhen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, stark gekühlte Luft zu verwenden, wie diese beispielsweise mit Wirbelrohren erzeugt werden kann. Statt normale Druckluft direkt in die Spindelwelle einzuleiten, wird diese zunächst durch ein Wirbelrohr geleitet und die daraus kommende gekühlte Luft dann in die Spindelwelle.Around the cooling effect the air, which flows through the holes in the spindle shaft, can increase provided according to the invention be, strongly cooled To use air, as generated for example with vortex tubes can be. Instead of normal compressed air directly into the spindle shaft Initiate this, first passed through a vortex tube and the resulting cooled air then into the spindle shaft.

Es ist somit erfindungsgemäß möglich, den Endbereich der Spindelwelle, welcher dem Werkzeughalter bzw. dem Werkzeug zugeordnet ist, auf einfache und effektive Weise zu kühlen bzw. Erwärmungen durch Lagerreibung oder Ähnliches zu verhindern. Der Begriff Kühlung im Sinne dieser Erfindung bezieht sich auch auf eine Temperierung zur Einstellung eines thermischen Gleichgewichts, welches während des gesamten Bearbeitungs- oder Betriebszeitraums der Spindelwelle der Werkzeugmaschine aufrechterhalten werden kann. Hierdurch werden Maßabweichungen durch ungewünschte Längungen der Spindelwelle minimiert oder gänzlich eliminiert.It is thus possible according to the invention to cool the end region of the spindle shaft, which is assigned to the tool holder or the tool, in a simple and effective manner or to prevent heating due to bearing friction or the like. The term cooling in the sense of this inventions The term also refers to a temperature control for setting a thermal equilibrium, which can be maintained during the entire machining or operating period of the spindle shaft of the machine tool. As a result, deviations are minimized by unwanted elongations of the spindle shaft or eliminated altogether.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:in the The invention will be described below on the basis of exemplary embodiments described with the drawing. Showing:

1 eine Schnittansicht eines Endbereichs eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Spindelwelle mit Zufuhr von Kühlluft durch die Spindelwelle, 1 a sectional view of an end portion of an embodiment of a spindle shaft according to the invention with supply of cooling air through the spindle shaft,

2 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, analog 1, mit geändertem Luftaustritt, 2 a view of another embodiment, analog 1 , with modified air outlet,

3 eine Ansicht, analog den 1 und 2, eines weiteren Ausführungsbeispiels mit Luftzufuhr durch den Gehäusebereich, 3 a view analogous to 1 and 2 a further embodiment with air supply through the housing portion,

4 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels analog 3 mit geändertem Luftaustritt, 4 a view of another embodiment analog 3 with changed air outlet,

5 eine Schnittansicht längs der Linie A-A der Ausführungsbeispiele gemäß 3 und 4, 5 a sectional view taken along the line AA of the embodiments according to 3 and 4 .

6 eine Schnittansicht, analog 5, eines abgeänderten Ausführungsbeispiels gemäß 3 und 4, 6 a sectional view, analog 5 , a modified embodiment according to 3 and 4 .

7 eine Schnittansicht längs der Linie B-B einer Ausführungsvariante gemäß 2 und 3, 7 a sectional view taken along the line BB of a variant according to 2 and 3 .

8 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels analog der Darstellung von 7, 8th a sectional view of another embodiment analogous to the representation of 7 .

9 eine Schnittansicht, analog 4, eines abgeänderten Ausführungsbeispiels, und 9 a sectional view, analog 4 , a modified embodiment, and

10 eine Schnittansicht, analog 3, eines weiteren abgeänderten Ausführungsbeispiels. 10 a sectional view, analog 3 , Another modified embodiment.

In den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.In the different embodiments the same parts are provided with the same reference numbers.

Die 1 bis 4 zeigen den Endbereich einer Spindelwelle 1, welche mittels einer Lageranordnung (Lagerbereich 5) in einem Gehäuse oder einer ähnlichen Lagerstruktur einer Werkzeugmaschine oder einer ähnlichen Maschine gelagert ist. Insgesamt entspricht die Ausgestaltung der Spindelwelle 1 sowie ihre Lagerung dem Stand der Technik. Am freien Ende der Spindelwelle ist ein Werkzeughalter 2 gezeigt, in welchem ein Werkzeug 3 aufgenommen ist. Auch die Ausgestaltung des Werkzeughalters, dessen Koppelung mit dem Endbereich der Spindelwelle sowie die Aufnahme des Werkzeugs sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf detaillierte Beschreibungen an dieser Stelle verzichtet werden kann.The 1 to 4 show the end of a spindle shaft 1 , which by means of a bearing assembly (storage area 5 ) is mounted in a housing or similar bearing structure of a machine tool or similar machine. Overall, the embodiment corresponds to the spindle shaft 1 as well as their storage the state of the art. At the free end of the spindle shaft is a tool holder 2 shown in which a tool 3 is included. The design of the tool holder, its coupling with the end region of the spindle shaft and the recording of the tool are known from the prior art, so that can be dispensed with detailed descriptions at this point.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 weist die Spindelwelle eine zentrische Ausnehmung 7 auf, durch welche Kühlluft oder ein zur Kühlung geeignetes gasförmiges Medium eingeleitet wird.In the embodiment of the 1 and 2 the spindle shaft has a central recess 7 on, through which cooling air or a suitable for cooling gaseous medium is introduced.

Am Endbereich der Spindelwelle 1 sind in axialer Ausrichtung mehrere Kühlkanäle 4 (Kühlbohrungen) vorgesehen, welche über zugeordnete Eintrittskanäle 8 mit der zentrischen Ausnehmung 7 verbunden sind. Die Anordnung der Kühlkanäle 4 ist symmetrisch zur Drehachse 10 der Spindelwelle, so dass sich diese, analog den Schnittdarstellungen der 5 und 6, auf einem konzentrischen Kreis befinden.At the end of the spindle shaft 1 are in axial alignment several cooling channels 4 (Cooling holes) provided which via associated inlet channels 8th with the central recess 7 are connected. The arrangement of the cooling channels 4 is symmetrical to the axis of rotation 10 the spindle shaft, so that this, analogous to the sectional views of the 5 and 6 to be on a concentric circle.

Die radial verlaufenden Eintrittskanäle 8 (Bohrungen) sind nach außen mittels eines Verschlusselements 11 verschlossen. Die durch die zentrische Ausnehmung 7 eingeführte Luft strömt somit durch die radialen Eintrittskanäle 8 in die axial verlaufenden Kühlkanäle 4.The radially extending inlet channels 8th (Holes) are outward by means of a closure element 11 locked. The through the central recess 7 introduced air thus flows through the radial inlet channels 8th in the axially extending cooling channels 4 ,

Die Eintrittskanäle 8 können rein radial ausgerichtet sein, analog der Darstellung der 6, es ist auch möglich, diese in einem Winkel zur Radialrichtung auszurichten, analog der Darstellung der 5, um beim Einleiten der Luft einen Saugeffekt oder Unterdruck zu erzeugen, um den Volumenstrom durch die Kühlkanäle 4 zu erhöhen. Es ergibt sich somit, da die Eintrittskanäle 8 der Luftzufuhr dienen, ein Staudruck oder Überdruck, der durch die in einem Winkel zur Radialrichtung angeordneten Eintrittskanäle 8 entsteht und die Luft in die Eintrittskanäle 8 drückt.The entrance channels 8th can be purely radially aligned, analogous to the representation of 6 , It is also possible to align them at an angle to the radial direction, analogous to the representation of 5 to create a suction effect or negative pressure when introducing the air, to the volume flow through the cooling channels 4 to increase. It follows thus, since the entrance channels 8th serve the air supply, a back pressure or overpressure, by the arranged at an angle to the radial direction of entry channels 8th arises and the air in the entrance channels 8th suppressed.

Die Kühlkanäle 4 erstrecken sich bei den gezeigten Ausführungsbeispielen längs des Lagerbereichs 5 bis zum vordersten Endbereich der Spindelwelle 1, so dass speziell dieser Bereich, welcher durch die Lagerreibung des Lagerbereichs 5 während des Betriebs der Spindelwelle 1 erwärmt wird, effektiv gekühlt werden kann.The cooling channels 4 extend in the embodiments shown along the storage area 5 to the foremost end of the spindle shaft 1 , so that specifically this area, which by the bearing friction of the storage area 5 during operation of the spindle shaft 1 is heated, can be effectively cooled.

Ein Luftaustritt ist jeweils mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel münden die Kühlkanäle 4 direkt in die Stirnfläche des Endbereichs der Spindelwelle 1. Durch einen zu dem Werkzeughalter 2 vorhandenen Spalt kann die Kühlluft austreten. An der Stirnseite der Welle kann nicht nur einfach ein Spalt vorgesehen sein, sondern es können auch stirnseitige, radial eingefräste kleine Nuten vorhanden sein, die die Enden der Kühlkanäle 4 mit der Umgebung verbinden, wenn die Werkzeugaufnahme gespannt ist (Werkzeughalter 2 in Spindelwelle 1 eingesetzt). Auch diese Nuten können, ähnlich den Austrittskanälen 6, radial oder in einem Winkel zur Radialrichtung angeordnet sein, um einen Saugeffekt zu erzeugen, so wie dieser nachfolgend beschrieben wird.An air outlet is denoted by the reference numeral 12 shown. At the in 1 In the embodiment shown, the cooling channels open 4 directly in the end face of the end portion of the spindle shaft 1 , Through to the tool holder 2 existing gap, the cooling air can escape. At the front The shaft can not only be provided a gap, but it can also frontal, radially milled small grooves are present, which are the ends of the cooling channels 4 connect to the environment when the tool holder is clamped (tool holder 2 in spindle shaft 1 used). These grooves can, similar to the outlet channels 6 , Radial or at an angle to the radial direction to create a suction effect, as will be described below.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 sind zusätzliche radiale Austrittskanäle 6 vorgesehen, durch welche die Kühlluft in radialer Richtung entweichen kann. Die Austrittskanäle 6 können radial angeordnet sein, so wie dies in 8 dargestellt ist, sie können jedoch auch in einem Winkel zur Radialrichtung ausgerichtet werden, so wie dies die 7 zeigt. Bei letzterer Ausführungsvariante kann sich, bedingt durch die winkelmäßige Ausrichtung und die Drehrichtung der Spindelwelle, ein Saugeffekt ergeben, durch den die Kühlluft mit einem erhöhten Volumenstrom durch die Kühlkanäle 4 abgesaugt wird.In the embodiment of the 2 are additional radial outlet channels 6 provided, through which the cooling air can escape in the radial direction. The exit channels 6 can be arranged radially, as in 8th However, they can also be aligned at an angle to the radial direction, as the 7 shows. In the latter embodiment, due to the angular orientation and the direction of rotation of the spindle shaft, a suction effect can result, through which the cooling air with an increased volume flow through the cooling channels 4 is sucked off.

Die Ausführungsbeispiele der 3 und 4 zeigen eine geänderte Luftzufuhr. Der Lufteintritt 9 erfolgt durch das Lagergehäuse 13. Dort sind bei dem Ausführungsbeispiel mehrere Zufuhrkanäle 14 vorgesehen, welche in im Wesentlichen radial angeordnete Verbindungskanäle 15 münden, deren außen liegender Endbereich jeweils mittels eines Verschlusselements 11 verschlossen ist und die in eine Dichtungsanordnung 16 (doppelte Spaltdichtung) münden. Über diese Dichtung erfolgt die Einleitung der Luft in im Wesentlichen radial oder in einer radialen Ebene angeordnete Eintrittskanäle 8. Analog zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 erfolgt die Weiterleitung der Kühlluft dann in die Kühlkanäle 4. Der Luftaustritt bei den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 ist analog den Ausführungsbeispielen 2 bzw. 1 ausgebildet.The embodiments of the 3 and 4 show a changed air supply. The air intake 9 done by the bearing housing 13 , There are several supply channels in the embodiment 14 provided, which in substantially radially arranged connection channels 15 open, their outer end region in each case by means of a closure element 11 is closed and in a seal arrangement 16 (double gap seal) open. About this seal, the introduction of the air takes place in substantially radially or in a radial plane arranged inlet channels 8th , Analogous to the embodiments of the 1 and 2 the forwarding of the cooling air then takes place in the cooling channels 4 , The air outlet in the embodiments of the 3 and 4 is analogous to the embodiments 2 respectively. 1 educated.

Sowohl hinsichtlich des Lufteintritts als auch des Luftaustritts ist es, wie in den 5 bis 8 dargestellt, möglich, die Eintrittskanäle 8 bzw. die Austrittskanäle 6 radial oder in einem Winkel zur Radialrichtung anzuordnen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, durch einen turbinenartigen Effekt einen Staudruck bei der Lufteinleitung sowie einen Unterdruck bei der Luftausleitung zu erzeugen, um den Volumenstrom durch die Kühlkanäle 4 zu erhöhen.Both in terms of the air inlet and the air outlet is, as in the 5 to 8th shown, possible, the entrance channels 8th or the exit channels 6 to arrange radially or at an angle to the radial direction. This results in the possibility of generating a dynamic pressure during the introduction of air and a negative pressure in the air outlet by a turbine-like effect to the volume flow through the cooling channels 4 to increase.

Bei den in den 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispielen beschränkt sich die Kühlung auf das Ende der Spindelwelle, um die Schnittstelle für die Werkzeugaufnahme auf konstanter Temperatur zu halten und dort eine Erwärmung zu verhindern. Als Medium wird ebenfalls Luft verwendet, die gegebenenfalls gekühlt sein kann.In the in the 9 and 10 In the embodiments shown, the cooling is limited to the end of the spindle shaft in order to keep the interface for the tool holder at a constant temperature and to prevent heating there. As the medium also air is used, which may be cooled if necessary.

Um die Luft einzubringen, wird die an der Spindel 1 vorhandene doppelte Spaltdichtung 16 am Ende der Spindel 1 verwendet. Die doppelte Spaltdichtung 16 wird verwendet, um die Spindel unten abzudichten. Der Überdruck in der Kammer zwischen den Teflonringen der Spaltdichtung 16 verhindert, dass Medien von außen in die Spindel eindringen können oder dass Medien aus der Spindel, z. B. das Schmieröl für die Lager 5, aus der Spindel 1 auslaufen können.To bring in the air, which is at the spindle 1 existing double gap seal 16 at the end of the spindle 1 used. The double gap seal 16 is used to seal the spindle down. The overpressure in the chamber between the teflon rings of the gap seal 16 Prevents media from entering the spindle from the outside or media from the spindle, eg. B. the lubricating oil for the bearings 5 , from the spindle 1 can expire.

Erfindungsgemäß ist, wie in den 9 und 10 gezeigt, eine Wellenmutter 17 mit Bohrungen 18 versehen, die einen Teil der Druckluft aus der Überdruckkammer der doppelten Spaltdichtung 16 durch die Wellenmutter 17 hindurch bis zu einer Ringnut 19 in der Wellenmutter 17 leitet. Von der Ringnut 19 aus kann die Druckluft radial oder schräg durch Bohrungen 8 in die Spindelwelle 1 eindringen, um dann weiter in axiale Bohrungen 4 (Kühlkanäle) zu gelangen, durch die die Druckluft an das Wellenende der Spindel 1 geleitet wird. Hier gibt es wieder zwei Varianten zur Ableitung der Druckluft nach außen, entweder durch kleine eingefräste Nuten am Ende der Spindelwelle (9) oder durch kleine Querbohrungen 6 (Austrittskanäle), wie in den beiden 9 und 10 dargestellt (10).According to the invention, as in the 9 and 10 shown a shaft nut 17 with holes 18 provided a part of the compressed air from the pressure chamber of the double gap seal 16 through the shaft nut 17 through to an annular groove 19 in the shaft nut 17 passes. From the ring groove 19 from the compressed air can radially or obliquely through holes 8th into the spindle shaft 1 penetrate, then further into axial bores 4 (Cooling channels) through which the compressed air to the shaft end of the spindle 1 is directed. Here again there are two variants for the discharge of the compressed air to the outside, either by small milled grooves at the end of the spindle shaft ( 9 ) or through small cross holes 6 (Exit channels), as in the two 9 and 10 represented ( 10 ).

Damit die Funktion der Wellendichtung 16 erhalten bleibt, ist es wichtig, dass ein gewisser Überdruck in der Überdruckkammer der Wellendichtung 16 erhalten bleibt, trotz Ableitung der Druckluft durch die Wellenmutter 17 und die Spindelwelle 1. Der Querschnitt der Bohrungen 4, 8 in der Spindelwelle 1 und der Spindelmutter 17 ist also so zu wählen, dass zum einen ein ausreichender Druck in der Überdruckkammer entsteht und zum anderen ausreichend Luft durch Spindelmutter 17 und Spindelwelle 1 strömt, um eine ausreichende Kühlwirkung zu erreichen. Die Querschnitte der Zuleitungen in die Überdruckkammer sind entsprechend groß zu wählen. Der Luftverbrauch der Spindel 1 wird insgesamt etwas erhöht, um die Kühlwirkung und die Sperrluftdichtung gleichzeitig zu realisieren.Thus the function of the shaft seal 16 It is important that there is some overpressure in the overpressure chamber of the shaft seal 16 is maintained, despite discharge of the compressed air through the shaft nut 17 and the spindle shaft 1 , The cross section of the holes 4 . 8th in the spindle shaft 1 and the spindle nut 17 So choose so that on the one hand, sufficient pressure in the pressure chamber and on the other hand sufficient air through spindle nut 17 and spindle shaft 1 flows to achieve a sufficient cooling effect. The cross sections of the supply lines in the pressure chamber are to be chosen correspondingly large. The air consumption of the spindle 1 Total is slightly increased in order to realize the cooling effect and the sealing air seal at the same time.

Alternativ ist es möglich zwei doppelte Spaltdichtungen am Ende der Spindewelle anzuordnen, eine für die Abdichtung der Spindel gegen Medien, wie bisher aus der Technik bekannt, und eine weitere um die Druckluft in die Spindelmutter und Spindelwelle für die Kühlung einzuleiten. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, eine dreifache Spaltdichtung zu verwenden, so dass zwei Überdruckkammern direkt nebeneinander liegen, einmal für die Abdichtung und einmal für die Kühlung. Bei diesen beiden Varianten wird etwas mehr Platz in axialer Richtung benötigt, was die unteren Lager weiter von der Spindelschnittstelle abrückt und dadurch die Steifigkeit der Spindel vermindert. Dafür lassen sich beide Funktionen Kühlung und Abdichtung mit getrennten Versorgungen vollständig entkoppeln.Alternatively, it is possible to arrange two double gap seals at the end of the spindle shaft, one for sealing the spindle against media, as hitherto known in the art, and another to introduce the compressed air into the spindle nut and spindle shaft for cooling. Furthermore, it may be advantageous to use a triple gap seal, so that two pressure chambers are directly next to each other, once for the seal and once for the cooling. In these two variants, a little more space in the axial direction is required, which further reduces the lower bearing from the spindle interface and thereby reduces the rigidity of the spindle. For both functions cooling and sealing with separate supplies full decouple constantly.

Auch bei den Ausführungsbeispielen der 9 und 10 kann die radiale Luftführung wie im Zusammenhang mit den 5 bis 8 erläutert, ausgestaltet sein.Also in the embodiments of the 9 and 10 can the radial air flow as related to the 5 to 8th explained, be designed.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Diese bestehen insbesondere hinsichtlich der Länge und der Anordnung der Kühlkanäle 4 sowie hinsichtlich der Lufteinleitung.The invention is not limited to the embodiments shown, but rather arise within the scope of the invention varied modification and modification options. These exist in particular with regard to the length and the arrangement of the cooling channels 4 as well as with regard to the introduction of air.

Weiterhin wurde in den Ausführungsbeispielen darauf verzichtet, Kühlmaßnahmen oder Ähnliches zur Vor-Kühlung der Luft darzustellen. Für eine effektive Temperaturkonstanthaltung zur Erzielung eines thermischen Gleichgewichtes kann es erfindungsgemäß günstig sein, das zugeführte Kühlmedium (Luft oder Gas) geeignet zu temperieren.Farther was in the embodiments waived cooling measures or similar for pre-cooling to represent the air. For an effective temperature maintenance to achieve a thermal Equilibrium, it may be favorable according to the invention, the supplied cooling medium (Air or gas) suitable to temper.

Die erfindungsgemäß gezeigte Kühlung des Endbereichs der Spindelwelle erweist sich als besonders effektiv, da ein gasförmiges Kühlmedium leicht handhabbar ist und hinsichtlich der Abdichtungsproblematiken unkritisch ist. Durch geeignete Dimensionierung der Kühlkanäle sowie der Luftzuführung ist es möglich, einen ausreichend großen Volumenstrom und damit eine ausreichende Kühlwirkung oder Temperierwirkung zu gewährleisten.The shown according to the invention cooling the end portion of the spindle shaft proves to be particularly effective as a gaseous cooling medium is easy to handle and in terms of sealing problems is not critical. By suitable dimensioning of the cooling channels as well the air supply Is it possible, a sufficiently large one Volume flow and thus a sufficient cooling effect or tempering effect to ensure.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Kühlkanäle auf mehreren konzentrischen Kreisen anzuordnen, um auf diese Weise den radial äußeren Bereich der Spindelwelle, welcher dem Lagerbereich näher zugeordnet ist, zusätzlich oder mit einem geänderten Volumenstrom zu temperieren.It is according to the invention also possible, the cooling channels on several To arrange concentric circles, in this way the radially outer region the spindle shaft, which is associated with the storage area closer, or additionally with a changed one Temperature flow to temper.

11: Spindelwellespindle shaft
22: Werkzeughaltertoolholder
33: WerkzeugTool
44: Kühlkanalcooling channel
55: Lagerbereichstorage area
66: Austrittskanaloutlet channel
77: Zentrische Ausnehmungcentric recess
88th: Eintrittskanalinlet channel
99: Lufteintrittair inlet
1010: Drehachseaxis of rotation
1111: Verschlusselementclosure element
1212: Luftaustrittair outlet
1313: Lagergehäusebearing housing
1414: Zufuhrkanalsupply channel
1515: Verbindungskanalconnecting channel
1616: Dichtung, Spaltdichtung, WellendichtungPoetry, Gap seal, shaft seal
1717: Wellenmuttershaft nut
1818: Bohrungdrilling
1919: Ringnutring groove

Claims

Machine tool with at least one rotatably mounted spindle shaft ( 1 ), which at one end area with a tool ( 3 ) is coupled, characterized in that at least in the end region at least one recess ( 4 ) is designed for passage of a gaseous cooling medium.

Machine tool according to claim 1, characterized in that a plurality of cooling channels arranged in the axial direction ( 4 ) are provided.

Machine tool according to claim 2, characterized in that the cooling channels ( 4 ) are arranged centrically.

Machine tool according to one of claims 2 or 3, characterized in that the cooling channels ( 4 ) at least along one to the end region of the spindle shaft ( 1 ) associated storage area ( 5 ).

Machine tool according to one of claims 2 to 4, characterized in that the cooling channels ( 4 ) on an end face of the spindle shaft ( 1 ).

Machine tool according to one of claims 2 to 4, characterized in that the cooling channels ( 4 ) adjacent to an end face of the spindle shaft ( 1 ) open radially outward.

Machine tool according to claim 6, characterized in that the cooling channels ( 4 ) each in a radial outlet channel ( 6 ).

Machine tool according to claim 6, characterized in that the cooling channels ( 4 ) each in a arranged at an angle to the radial direction outlet channel ( 6 ).

Machine tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the spindle shaft ( 1 ) with a central recess ( 7 ) for introducing the cooling medium into the cooling channels ( 4 ) is provided.

Machine tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the spindle shaft ( 1 ) with at least one inlet channel ( 8th ) is provided for introducing the cooling medium in a substantially radially disposed plane.

Machine tool according to claim 10, characterized in that the inlet channel ( 8th ) is arranged radially.

Machine tool according to claim 10, characterized in that the inlet channel ( 8th ) is arranged at an angle to the radial direction.

Machine tool according to one of claims 8 or 12, characterized in that the outlet channels ( 6 ) and / or the entry channels ( 8th ), based on the direction of rotation of the spindle shaft ( 1 ) are arranged inclined to increase the volume flow by generating a negative pressure or an overpressure of the cooling medium in its angle to the radial direction.