DE29520427U1 - Spindeleinheit für Werkzeugmaschinen - Google Patents
Spindeleinheit für WerkzeugmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spindeleinheit für Werkzeugmaschinen, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten und
durch einen Motor antreibbaren Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs, einer Spanneinheit mit Betätigungseinrichtung
sowie einer inneren Kühlmittelzufuhr zum Werkzeug.
Bei herkömmlichen Spindeleinheiten mit innerer Kühlmittelzufuhr sind die Bauelemente zur Einspeisung des Kühlmittels
von stationären Rohrleitungen in die bei der Bearbeitung rotierenden Teile der Spanneinheit als separate Einheit im
Anschluß an die Betätigungseinrichtung angeordnet. Dadurch
112-x2738-Sz/hm
• · · · mm
erreicht die gesamte Spind.eleinh.eit eine beträchtliche Baulänge,
was insbesondere bei verschwenkbaren Spindeleinheiten
zu Einschränkungen im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kurze und kompakte Spindeleinheit
mit innerer Kühlmittelzufuhr zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
innere Kühlmittelzufuhr in die Spanneinheit integriert ist und eine in der Betätigungseinrichtung angeordnete Drehdurchführung
aufweist.
Durch die Integration der Kühlmittelzufuhr innerhalb der Spanneinheit ergibt sich eine äußerst kompakte Baueinheit
aus Betätigungsmechanismus und Drehdurchführung, so daß die Baulänge der Spindeleinheit nicht vergrößert wird. Daher
ist eine derartige Spindeleinheit insbesondere auch für den Einsatz als Schwenkspindel geeignet, da der für die Verschwenkung
erforderliche Platzbedarf im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine in der Regel beschränkt ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Betätigungsmechanismus als Zylinder/Kolben-Einheit
mit einem ringzylindrischen Kolben ausgebildet ist, der in einem Ringraum zwischen einem Gehäuseteil
und einem zylindrischen Innenteil angeordnet ist. In das zylindrische Innenteil ist die Drehdurchführung vom
ringzylindrischen Kolben konzentrisch umgeben eingebaut. Dadurch sind sowohl der Betätigungsmechanismus als auch die
Drehdurchführung auf besonders platzsparende Weise angeordnet .
Zur abgedichteten Überleitung der Kühlflüssigkeit von der
stationären Zufuhrleitung in die bei der Bearbeitung rotierenden Teile der Spanneinheit weist die Drehdurchführung
zweckmäßigerweise einen mit den rotierenden Teilen verbundenen Anschlußstutzen und eine durch den Kühlmitteldruck
dichtend an den Anschlußstutzen angepresste Hülse auf, die in die Zufuhrleitung mündet. An den aneinandergrenzenden
Stirnflächen der Hülse und des Anschlußstutzens sind zweckmäßigerweise ein Gleit- bzw. Gegenring aus verschleißfestem
Material angeordnet.
Auf die zur Zufuhrleitung gewandte hintere Stirnfläche der
Hülse wirkt der Kühlmitteldruck bei der Bearbeitung mit innerer Kühlmittelzufuhr ein und drückt die Hülse gegen das
Anschlußstück. Dadurch wird eine vorteilhafte Dichtverbindung zwischen der Hülse und dem Anschlußstutzen erreicht.
Bei einer Bearbeitung ohne Kühlmittel wirkt kein Druck auf die hintere Stirnfläche der Hülse, so daß diese bei einer
zweckmäßigen Ausführung durch eine Feder vom Anschlußstutzen weggedrückt wird, wenn kein Kühlmitteldruck auf die
Hülse einwirkt. Dies führt dazu, daß die an den aneinandergrenzenden Stirnflächen von Anschlußstutzen und Hülse angeordneten
Dichtringe nur dann aufeinandergleiten, wenn eine innere Kühlmittelzufuhr benötigt und daher eine dichtende
Verbindung erforderlich ist. Dadurch kann ein zu starker Verschleiß zwischen den beiden Ringen vermieden werden.
Die Kraftübertragung von dem Kolben auf die Spannstange der
Spanneinheit erfolgt in vorteilhafter Weise über einen
axial verschiebbaren Druckring, an dem auf die Spanneinheit wirkende Zylinderstifte befestigt sind. Die Zylinderstifte
sind in den entsprechenden Bohrungen einer in das hintere
Ende der Arbeitsspindel eingeschraubten Zwischenbuchse geführt
.
Eine besonders kompakte Bauweise der Spindeleinheit wird dadurch erreicht, daß diese als Motorspindel ausgebildet
ist. Dabei wird die Spindel konzentrisch vom Motor umgeben, dessen Rotor drehfest mit der Arbeitsspindel verbunden ist.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Spindeleinheit gemäß der Erfindung und
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Betätigungsmechanismus
für die Spanneinheit mit integrierter Kühlmittelzufuhr.
In beiden Figuren ist die in der Spindeleinheit integrierte Spanneinheit jeweils in der linken Bildhälfte in der Lösestellung
und in der rechten Bildhälfte in der Spannstellung dargestellt.
Die in Fig. 1 dargestellte Spindeleinheit 1 einer Universal -Werkzeugmaschine umfaßt eine als Hohlwelle ausgebildete
Arbeitsspindel 2, die über eine Lageranordnung 3, 4 in zwei stirnseitigen Lagerdeckeln 5, 6 eines Spindelgehäuses 7
drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Arbeitsspindel 2 erfolgt durch einen im Spindelgehäuse 7 zwischen den beiden
Lagerdeckeln 5, 6 angeordneten Antriebsmotor 8, dessen Ro-
tor 9 die Arbeitsspindel 2 konzentrisch umgibt und mit dieser drehfest verbunden ist.
Die Spindeleinheit 1 enthält eine Spanneinheit 11 mit einem Betätigungsmechanismus 12. Die Spanneinheit 11 umfaßt eine
hohle Spannbuchse 13, die am vorderen Ende einer mit einer Durchgangsbohrung 14 versehenen und über ein Tellerpaket 15
vorgespannten Spannstange 16 befestigt ist. An dem vorderen Ende der Spannbuchse 13 sind seitlich verschwenkbare Greifer
17 angeordnet, die in der Spannstellung durch einen Vorsprung 18 an der Innenwandung der Arbeitsspindel 2 zum
Eingriff in eine entsprechende Nut eines Werkzeugs bzw. einer Werkzeugaufnahme nach innen gedruckt sind. Das Tellerfederpaket
15 ist einerseits auf einem Ringabsatz 19 in der Arbeitsspindel 2 und andererseits auf einem Bund 20 am hinteren
Bereich der Spannstange 16 abgestützt.
Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Betätigungseinrichtung
12 als hydraulische Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildet, die in einem am hinteren Lagerdeckel 6
montierten Gehäuseteil 21 untergebracht ist. Das nach hinten offene Ende des Gehäuseteils 21 ist durch einen Verschlußdeckel
22 geschlossen, der einen an der hinteren Stirnfläche des Gehäuseteils 21 anliegenden Anschlußflansch
23 und einen in das Gehäuseteil 21 ragenden zylindrischen Innenteil 24 aufweist. Die Mantelfläche des zylindrischen
Innenteils 24 begrenzt mit der Innenwand des Gehäuseteils 21 einen Ringraum 25, in dem ein ringzylindrischer Kolben
2 6 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 2 6 weist einen zur Arbeitsspindel 2 gewandten vorderen Bereich 2 7
mit geringerem Außendurchmesser und einen hinteren Bereich 28 mit größerem Außendurchmesser auf. Eine ringförmige
Stirnfläche 29 am Übergang zwischen den Bereichen dient als Kolbenfläche zur Druckbeaufschlagung des Kolbens 2 6 in Einfahrrichtung.
In dem Gehäuseteil 21 ist ein zu der ringförmigen Stirnfläche 29 führender Fluidkanal 30 vorgesehen.
Die hintere Endfläche 31 des Bereichs 28 bildet die Kolbenfläche zur Druckbeaufschlagung des Kolbens in Ausfahrrichtung.
Zu der Endfläche 31 führt ein in den Anschlußflansch 23 angeordneter Fluidkanal 32. Die Innenwand des Gehäuseteils
21 ist über einen Ringabsatz 33 abgestuft, an dem die ringförmige Stirnfläche 2 9 in der vollständig ausgefahrenen
Stellung des Kolbens 26 zur Anlage gelangt. In dem hinteren Bereich 2 8 des Kolbens 2 6 sind Dichtelemente 34 zur Abdichtung
des Kolbens 2 6 gegenüber dem Gehäuseteil 21 und dem zylindrischen Innenteil 24 angeordnet. Eine im Gehäuseteil
21 angeordnete Dichtung 35 liegt an der Außenseite am vorderen Bereich 2 7 des Kolbens 26 an.
Der Kolben 26 drückt beim Ausfahren auf einen axial verschiebbaren
Druckring 36, an dem auf die Spannstange 16 wirkende Zylinderstifte 37 befestigt sind. Die Zylinderstifte
37 sind über rückseitige Gewindezapfen 38 in entsprechende Gewindebohrungen im Druckring 3 6 eingeschraubt
und liegen mit ihren vorderen Stirnflächen 3 9 an einem hinteren Ringbund 40 der Spannstange 15 an. An ihrem Außenumfang
sind die Zylinderstifte 37 in Bohrungen 41 einer Zwischenbuchse
42 eingeführt, die in das hintere Ende der Arbeitsspindel 2 eingeschraubt ist. Auf einem hinteren Zylinderabsatz
43 der Zwischenbuchse 42 ist der Druckring 3 6 mit seiner Innenbohrung 44 axial verschiebbar geführt und durch
einen am Ende des Zylinderabsatzes 43 angeordneten Federring axial gesichert. Die Zwischenbuchse 42 hat eine abgesetzte
Durchgangsbohrung 46, in deren vorderem Bereich mit
dem größeren Innendurchmesser ein zylindrischer Endansatz 47 der Spannstange 16 dichtend und axial verschiebbar geführt
ist. In den hinteren Bereich der Durchgangsbohrung 4 mit dem geringeren Innendurchmesser ist ein hohler Anschlußstutzen
48 einer Drehdurchführung 49 druckdicht eingepreßt .
Die Drehdurchführung 49 dient zur Überleitung eines unter
Druck stehenden Kühlmittels von einer stationären Zufuhrleitung 50 in die bei der Bearbeitung mit der Arbeitsspindel
2 rotierende Spanneinheit 11, über die das Kühlmittel zu einem durch das Werkzeug verlaufenden Kühlmittelkanal
gelangt. Die Zufuhrleitung 50 für das Kühlmittel ist ebenfalls in dem Anschlußflansch 23 angeordnet und führt zu einem
Einlaß der Drehdurchführung 49.
Für die abgedichtete Einspeisung des Kühlmittels weist die Drehdurchführung 49 einen an der hinteren Stirnfläche des
Anschlußstutzens 48 fixierten Gegenring 51 auf, der an einem Gleitring 52 an der vorderen Stirnfläche eines scheibenförmig
erweiterten Teils 53 einer axial beweglichen Hülse 54 anliegt. Der Gegenring 51 und der Gleitring 52 bestehen
vorzugsweise aus Keramik. Die Hülse 54 ist mit ihrem hinteren zylindrischen Teil 55 in einer entsprechenden Bohrung
einer Aufnahmebuchse 56 axial verschiebbar geführt und über einen Dichtungsring 57 abgedichtet. Der scheibenförmig
erweiterte Teil 53 der Hülse 54 ist in einem vergrößerten Abschnitt 58 aufgenommen und wird durch eine Feder 59 in
Richtung der Trennung von Gleit- und Gegenring beaufschlagt. Zur Zentrierung und Verdrehsicherung der Hülse 54
sind in der Aufnahmebuchse 56 Zentrierstifte 60 fixiert,
auf denen der scheibenförmig erweiterte Teil 53 über entsprechende
Bohrungen 61 verschiebbar geführt ist.
Die Aufnahmebuchse 56 ist über Schrauben 62 in einer entsprechenden
Ausnehmung 63 durch einen Dichtring 64 abgedichtet an der Innenseite des Verschlußdeckels 22 montiert.
An der zur Arbeitsspindel 2 gerichteten Stirnseite des Verschlußdeckels 22 ist ein Verschlußring 65 mit einer Dichtung
66 angeordnet.
Über die Zufuhrleitung 50 wird das Kühlmittel in den Spindelkopf
1 eingeleitet und gelangt zu dem Eingang der Drehdurchführung 49. Der Kühlmitteldruck wirkt auf die hintere
Stirnfläche 67 der Hülse 54 und drückt somit den Gleitring 52 am vorderen Ende der Hülse 54 an den Gegenring 51 an.
Dadurch wird eine dichte Verbindung zwischen der verdrehgesicherten Hülse 54 und dem mit der Arbeitsspindel 2 bei der
Bearbeitung rotierenden Anschlußstutzen 48 der Drehdurchführung 49 erreicht. Über den hohlen Anschlußstutzen 48 und
die Durchgangsbohrung innerhalb der Zwischenbuchse 42 gelangt das Kühlschmiermittel in die hohle Spannstange 16 und
von dort über die Spannbuchse 13 zum Werkzeug. Wenn kein Kühlmittel zugeführt wird, wirkt kein Kühlmitteldruck auf
die hintere Stirnfläche 67 der Hülse 54, so daß diese durch die Feder 59 vom Anschlußstutzen 48 wegbewegt wird, wobei
der Gleitring 52 vom Gegenring 51 wegbewegt wird. Dadurch wird erreicht, daß der Gleit- und Gegenring nur dann aneinanderreihen,
wenn eine innere Kühlmittelzufuhr benötigt und daher einer dichtende Verbindung erforderlich ist. Damit
kann der Verschleiß von Gleit- und Gegenring minimiert werden.
An dem Außenumfang der Zwischenbuchse 42 ist eine Außenverzahnung 68 vorgesehen, in die ein Drehgeber zur Erfassung
der Arbeitsspindelposition eingreift. An der Außenseite des Gehäuseteils 21 ist ferner ein der Mantelfläche des Druckrings
3 6 zugewandter Endschalter 69 zur Erfassung der Position des Werkzeugspanners angeordnet.
Zum Lösen des Werkzeugs wird der Kolben 26 über den Fluidkanal
32 mit einem Druckfluid beaufschlagt, wobei er aus der in Fig. 2 in der rechten Bildhälfte dargestellten
Spannstellung in die in der linken Bildhälfte dargestellte Lösestellung bewegt wird. Der Kolben 2 6 schiebt die Spannstange
16 über den Druckring 36 und die Zylinderstifte 37 nach vorne, d.h. in Fig. 2 nach unten, wobei das Tellerfederpaket
15 zusammengedrückt wird. Dadurch wird auch die Spannbuchse 13 nach unten bewegt, wobei die Greifer 17 in
einen erweiterten Bereich gelangen. Dort werden sie über Federn nach außen gespreizt und geben das Werkzeug frei.
Zum Spannen des Werkzeugs wird der Fluidkanal 3 0 mit Druck beaufschlagt, wobei der Kolben 26 aus der Lösestellung in
die Spannstellung bewegt und die Spannstange 16 mit der Spannbuchse 13 unter der Wirkung des Tellerfederpakets 15
in die Arbeitsspindel 2 eingezogen wird. Dabei werden auch die Greifer 17 nach innen gedrückt und greifen in die Ringnut
an einem in die Arbeitsspindel 2 eingesetzten Werkzeug ein. Der Kolben 26 fährt soweit ein, daß seine vordere
Stirnfläche in der Spannstellung von dem Druckring 3 6 beabstandet ist. Dadurch wird vermieden, daß der bei der Bearbeitung
mit der Arbeitsspindel 2 rotierende Druckring an dem Kolben 2 6 reibt und Verschleißerscheinungen hervorruft.
Claims (11)
1. Spindeleinheit für Werkzeugmaschinen, mit einer in einem Gehäuse (7) drehbar gelagerten und
durch einen Motor (8) antreibbaren Arbeitsspindel (2) zur Aufnahme eines Werkzeugs,
einer Spanneinheit (11) mit Betätigungseinrichtung (12) sowie
einer inneren Kühlmittelzufuhr {14, 49) zum Werkzeug,
dadurch gekennzeichnet, daß
die innere Kühlmittelzufuhr (14, 49) in die Spanneinheit (11) integriert ist und eine innerhalb der Betätigungseinrichtung
(12) angeordnete Drehdurchführung (49) zur Überleitung des Kühlmittels von einer stationären
Zufuhrleitung (50) in die Spanneinheit (11) aufweist
.
2. Spindeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (12) als Zylinder/Kolben-Einheit
mit einem in einem Ringraum (25) zwischen einem Gehäuseteil (21) und einem zylindrischen
Innenteil (24) angeordneten ringzylindrischen Kolben (26) ausgebildet ist, wobei die Drehdurchführung
(49) in das zylindrische Innenteil (24) eingebaut ist.
3. Spindeleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehdurchführung (49) einen Anschlußstutzen
(48) und eine durch den Kühlmitteldruck
• · &Ggr; · ♦
dichtend an den Anschlußstutzen (48) angepresste Hülse
(54) aufweist.
4. Spindeleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (54) einen in die Zufuhrleitung
(50) mündenden zylindrischen Teil (55) aufweist, dessen Stirnseite (67) durch den Kühlmitteldruck beaufschlagt
wird.
5. Spindeleinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den aneinandergrenzenden Stirnflächen
der Hülse (54) und des Anschlußstutzens (48) ein verschleißfester Gleitring (52) bzw. Gegenring (51) angeordnet
sind.
6. Spindeleinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hülse (54) eine Feder (59) zum
Wegdrücken der Hülse (54) vom Anschlußstutzen (48) angeordnet ist.
7. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (48) abgedichtet
in eine hohle Zwischenbuchse (42) eingesteckt ist, die in das hintere Ende der Arbeitsspindel
(2) eingeschraubt ist.
8. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 2 bis I1 dadurch
gekennzeichnet, daß der Kolben (26) über einen mit Zylinderstiften (3 7) versehenen Druckring (36) auf
eine Spannstange (16) der Spanneinheit (11) wirkt.
9. Spindeleinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich-
net, daß die Zylinderstifte (37) in entsprechenden Bohrungen der Zwischenbuchse (42) axial verschiebbar
geführt sind.
10. Spindeleinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckring (36) mit seiner Innenbohrung (44) auf einem hinteren Zylinderabsatz (43) der
Zwischenbuchse (42) axial verschiebbar geführt und durch einen Federring (45) axial gesichert ist.
11. Spindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (8) die Arbeitsspindel
(2) konzentrisch umgibt, und daß dessen Rotor (9) drehfest mit der Arbeitsspindel (2) verbunden
ist.
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20040701 |