-
Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine, umfassend eine mit einer Werkzeugaufnahme versehene Spindelwelle, einen ersten Antrieb mit einem ersten Motor und einen zweiten Antrieb mit einem zweiten Motor, wobei die Spindelwelle wahlweise mittels des ersten Antriebs und/oder mittels des zweiten Antriebs antreibbar ist.
-
Bekanntermaßen wird für eine Schruppbearbeitung ein Werkzeug, insbesondere ein Fräskopf, mit einem Antrieb eingesetzt, durch welchen ein ausreichend hohes Drehmoment für einen Spanabtrag aufbringbar ist. Im Schlichtbetrieb ist bei einem geringen Spannabtrag eine möglichst hohe Drehzahl des Bearbeitungswerkzeuges gefordert. Für eine Feinbearbeitung wird daher üblicherweise das Werkzeug gewechselt und beispielsweise ein Fräskopf mit einem hochdrehenden Elektromotor eingesetzt.
-
Aus der
DE 299 01 727 U1 ist ein Spindelantrieb mit einem hochdrehenden Elektromotor umfassend eine Motorspindel, einem zusätzlichen drehmomentstarken Elektromotor und einer Kupplung, welche zwischen dem zusätzlichen Elektromotor und der Motorspindel angeordnet ist, bekannt. Für eine Schruppbearbeitung wird dabei der zweite Elektromotor auf die Motorspindel aufgeschaltet. Gemäß der
DE 299 01 727 U1 ist es vorgesehen, den zweiten Elektromotor in Axialrichtung der Motorspindel versetzt oberhalb der Motorspindel anzuordnen. Der zweite Elektromotor treibt eine koaxial zu der Motorspindel angeordnete Welle direkt oder über ein Getriebe an, wobei die Welle über die Kupplung mit der Motorspindel für einen Antrieb koppelbar ist.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kleinbauenden Spindelantrieb zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Fräskopf mit einem Spindelantrieb zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Spindelantrieb für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine, umfassend eine mit einer Werkzeugaufnahme versehene Spindelwelle, einen ersten Antrieb mit einem ersten Motor und einen zweiten Antrieb mit einem zweiten Motor, wobei die Spindelwelle wahlweise mittels des ersten Antriebs und/oder mittels des zweiten Antriebs antreibbar ist, Motorachsen der Antriebe koaxial zu der Spindelwelle angeordnet sind und der zweite Antrieb den ersten Antrieb zumindest abschnittsweise umgibt.
-
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen Fräskopf mit einem derartigen Spindelantrieb.
-
Als Motorachsen werden dabei Rotationsachsen der Motoren bezeichnet, insbesondere Rotor- oder Läuferachsen von Elektromotoren und/oder Achsen von Motorwellen der Antriebe. Durch die koaxiale Anordnung der Motorachsen, bei welcher der zweite Antrieb den ersten Antrieb zumindest teilweise einhaust, wird ein kurzbauender Spindelantrieb geschaffen. Dadurch ist es möglich, zwei Antriebskonzepte in einem Fräskopf zu integrieren.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Antrieb als Direktantrieb umfassend einen Motor mit einem drehfest mit der Spindelwelle gekoppelten Innenrotor oder Innenläufer ausgebildet ist. Als Direktantrieb wird im Zusammenhang mit der Erfindung ein Antrieb bezeichnet, bei welchem der Rotor oder Läufer und ein angetriebenes Bauteil, insbesondere die Spindelwelle, ohne Zwischenschaltung eines Getriebes verbunden sind. Der Läufer und die Spindelwelle rotieren somit mit gleicher Drehzahl. Der Antrieb wird daher so ausgelegt, dass er die gewünschte Drehzahl der Spindelwelle aufweist. Die Baueinheit umfassend die Spindelwelle und den drehfest damit gekoppelten Innenläufer wird auch als Motorspindel bezeichnet. Der Innenläufer ist auf geeignete Weise drehfest mit der Motorspindel gekoppelt, beispielsweise verklebt und/oder verschweißt. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird auch eine zumindest teilweise einteilige Ausgestaltung als drehfeste Kopplung bezeichnet. In bevorzugten Ausgestaltungen ist der Innenläufer auf die Spindelwelle aufgeschrumpft.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite Antrieb als Direktantrieb umfassend einen Motor mit einem über eine Kupplung mit der Spindelwelle koppelbaren Läufer ausgebildet ist. Mittels der Kupplung ist der zweite Antrieb wahlweise auf die Spindelwelle aufschaltbar bzw. von dieser trennbar. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Kupplung unmittelbar zwischen dem Läufer des zweiten Antriebs und der Spindelwelle angeordnet. in anderen Worten ist ein erstes Kupplungselement an der Spindelwelle und ein damit zusammenwirkendes zweites Kupplungselement an dem Läufer des zweiten Antriebs vorgesehen. Die Kupplungselemente sind dabei jeweils entweder einteilig mit den Bauelementen ausgebildet und/oder drehfest mit diesen verbunden. Durch die unmittelbare Verbindung der Spindelwelle mit dem Läufer ist es möglich, auf zusätzliche Bauteile zu verzichten. Die Kupplung ist in vorteilhaften Ausgestaltungen an einem von der Werkzeugaufnahme der Spindelwelle abgewandten Ende angeordnet.
-
Bei einer Ausgestaltung mit zwei Direktantrieben, welche ohne Zwischenschaltung von zusätzlichen Wellenelemente an der Spindelwelle angreifen, wird ein Antriebskonzept mit einer hohen Steifigkeit und damit einer hohen Genauigkeit geschaffen. Zudem ist es möglich, auf zusätzliche Wellen und zugehörige Lagerelemente zu verzichten.
-
In noch einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Moto des zweiten Antriebs als Außenläufermotor ausgebildet ist. Der erste Antrieb und der zweite Antrieb sind dabei derart dimensionierbar, dass der zweite Antrieb den ersten Antrieb einhaust.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Antrieb in bzw. an einem gemeinsamen Gehäuseteil gelagert sind. Das Gehäuseteil ist dabei in vorteilhaften Ausgestaltungen zumindest abschnittsweise als Hohlwelle gestaltet, wobei der erste Antrieb und die Spindelwelle in dem Gehäuseteil und zumindest ein Stator des zweiten Antriebs an einer Außenseite des Gehäuseteils gelagert sind.
-
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass der Motor des ersten Antriebs als hochdrehender Motor, insbesondere als hochdrehender Elektromotor ausgebildet ist. Vorzugsweise sind durch den ersten Antrieb Drehzahlen im Bereich von mindestens bis zu ca. 10.000 1/min, insbesondere mindestens bis zu ca. 20.000 1/min aufbringbar. Die Lager für die Spindelwelle sind zu diesem Zweck geeignet ausgelegt.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Motor des zweiten Antriebs als drehmomentenstarker Motor, insbesondere als drehmomentenstarker Elektromotor ausgebildet ist. Vorzugsweise sind durch den zweiten Antrieb Drehmomente im Bereich von mindestens bis zu ca. 500 Nm, insbesondere mindestens bis zu ca. 1.000 Nm aufbringbar. Die Spindelwelle dreht dabei mit einer geringen Drehzahl von ca. 1.000 1/min. Durch die Kombination der beiden Antriebe ist es möglich, zunächst zum Schruppen mittels des zweiten Antriebs mit hohem Drehmoment und geringer Drehzahl zu arbeiten. Zum Fertigbearbeiten ist ohne Wechsel der Spindel auf einen Betrieb mittels des ersten Antriebs umschaltbar.
-
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist wenigstens der erste Antrieb bei Aufschalten des zweiten Antriebs elektrisch abschaltbar. Dadurch ist ein unvereinbarer Eingriff beider Antriebe auf die Spindelwelle verhinderbar.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet.
-
Die einzige Figur zeigt schematisch:
eine Schnittdarstellung eines Spindelantriebs.
-
Die Figur zeigt eine Schnittdarstellung eines Spindelantriebs 1 mit einer Spindelwelle 2, einem ersten Antrieb 3 und einem zweiten Antrieb 4. An ihrem Ende weist die Spindelwelle 2 eine Spindelaufnahme 20 auf.
-
Der erste Antrieb 3 und der zweite Antrieb 4 umfassen jeweils einen Motor, in der dargestellten Ausführungsform einen Elektromotor. Die Spindelwelle 2 und Motorachsen der Antriebe 3, 4 sind koaxial zueinander und zu einer Mittelachse oder C-Achse C angeordnet. Die Spindelwelle 2 ist mittels des ersten Antriebs 3 oder mittels des zweiten Antriebs 4 jeweils in eine Rotation um die C-Achse antreibbar.
-
Der erste Antrieb 3 ist als Direktantrieb gestaltet, wobei ein Innenläufer des Motors auf die Spindelwelle 2 aufgeschrumpft ist. Der Innenläufer ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht dargestellt.
-
Der Motor des zweiten Antriebs 4 umfasst einen Stator 40 und einen als Außenläufer ausgebildeten Läufer 41. Der zweite Antrieb 4 ist dabei derart dimensioniert und angeordnet, dass der zweite Antrieb 4 den ersten Antrieb 3 umgibt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stator des ersten Antriebs 3 dabei vollständig durch den zweiten Antrieb 4 in Axialrichtung eingehaust. In anderen Ausgestaltungen ragt der Stator des ersten Antriebs 3 in Axialrichtung an wenigstens einem Ende über den zweiten Antrieb 4 hinaus. Als Axialrichtung wird dabei eine Richtung der C-Achse C bezeichnet.
-
Der zweite Antrieb 4 ist als Direktantrieb ausgebildet, wobei der als Außenläufer ausgebildete Läufer 41 des Motors des Motors des zweiten Antriebs 4 mittels einer Kupplung 5 auf die Spindelwelle 2 aufschaltbar beziehungsweise von dieser trennbar ist. Der dargestellte Läufer 41 weist dabei einen ersten Bereich 410 auf, dessen Innendurchmesser an den Außendurchmesser des Stators 40 angepasst ist, und einen zweiten hülsenförmigen Abschnitt 411, in dessen Innenkontur die Kupplung 5 angeordnet ist. In anderen Ausgestaltungen ist eine Kupplung derart gestaltet, dass ein erstes Kupplungselement in Axialrichtung mit dem Läufer 41 gekoppelt ist und mit einem zweiten, an der Spindelwelle 2 angeordneten Kupplungselement zusammenwirkt.
-
In der dargestellten Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass der Motor des ersten Antriebs 3 als hochdrehender Elektromotor und der Motor des zweiten Antriebs 4 als drehmomentenstarker Elektromotor ausgebildet sind. Im Betrieb wird in vorteilhaften Ausgestaltungen für eine Grobbearbeitung, beispielsweise zum Schruppen, der erste Antrieb 3 elektrisch abgeschaltet und der zweite Antrieb 4 über die Kupplung 5 auf die Spindelwelle 2 aufgeschaltet. Ein Bearbeiten eines nicht dargestellten Werkstücks ist dann mit hohen Drehmomenten, beispielsweise mit Drehmomenten von ca. 1000 Nm möglich.
-
Für eine Feinverarbeitung wird der zweite Antrieb 4 über die Kupplung 5 von der Spindelwelle 2 getrennt und der erste Antrieb 3 eingeschaltet, so dass eine Bearbeitung für eine Schlichten mit hohen Drehzahlen möglich ist.
-
Der dargestellte Spindelantrieb 1 ist in einem Spindelgehäuse 6 integriert und über das Spindelgehäuse 6 in einem nicht dargestellten Fräskopf lagerbar. Der Fräskopf ist dabei vorzugsweise entsprechend gestaltet, um eine Fünf-Achsbearbeitung zu realisieren, beispielsweise für einen Flugzeugbau und/oder einen Formenbau. Zu diesem Zweck umfasst der Fräskopf vorzugsweise eine Gabel mit zwei voneinander beabstandeten Gabelarmen, zwischen welchen das Spindelgehäuse 6 mit dem Spindelantrieb 1 angeordnet ist.
-
Das dargestellte Spindelgehäuse 6 ist zweiteilig umfassend ein erstes Gehäuseteil 60 und ein zweites Gehäuseteil 61. Das zweite Gehäuseteil 61 weist Zapfen 62 auf, über welche das Spindelgehäuse 6 in zugehörigen Aufnahmen der Gabelarme für einen Drehantrieb um eine als A-Achse bezeichnete Achse lagerbar ist.
-
Der Stator des ersten Antriebs 3 und der Stator 40 des zweiten Antriebs 4 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Gehäuseteil 60 gelagert. Das Gehäuseteil 60 weist zu diesem Zweck einen hohlwellenförmigen Abschnitt auf, wobei der erste Antrieb 3 im Inneren des hohlwellenförmigen Abschnitts und der Stator 40 des zweiten Antriebs 4 auf einer Außenkontur dem hohlwellenförmigen Abschnitt gelagert ist. Das Gehäuseteil 60 dient weiter zur Lagerung der Spindelwelle 2. Zur besseren Übersicht ist in der Figur auf die Darstellung von Lagerelementen und dergleichen verzichtet.
-
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 29901727 U1 [0003, 0003]
