DE4220310C2

DE4220310C2 - Arbeitsspindel mit Luftkühlung

Info

Publication number: DE4220310C2
Application number: DE4220310A
Authority: DE
Inventors: Giovanni Beretta
Original assignee: SAN ROCCO DONZELLI IND SpA
Current assignee: SAN ROCCO DONZELLI IND SpA
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1995-09-21
Anticipated expiration: 2012-06-23
Also published as: DE4220310A1; US5290130A; ES2070674B1; CH685683A5; ES2070674R; ES2070674A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitsspindel für eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruches 1.

Bei Werkzeugmaschinen bzw. Fräs- oder Bohrmaschinen werden an die Kühlung der Arbeitsspindel zunehmend höhere Anforderungen gestellt, da eine Erhitzung der Spindel oder des die Spindel lagernden Arbeitskopfes zu Wärmeausdehnungen der Spindel führen und damit die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine herabsetzen.

Moderne Werkzeugmaschinen verwenden elektronisch geregelte elektrische Antriebsmotoren und kommen ohne die früher üblichen Zahnradgetriebe zum Antrieb der Arbeitsspindel aus. Damit steht aber auch kein für die Schmierung des Getriebes und die Kühlung der Arbeitsspindel verwendbares Öl zu Verfügung.

Die DE-PS 6 37 042 beschreibt ein elektrisch angetriebenes Handwerkzeug für sehr hohe Drehzahlen bei geringer Antriebsleitung, dessen Arbeitsspindel in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und ein Turbinenrad zum Erzeugen eines Kühlluftstromes trägt, der ausgehend von einer Ansaugkammer eine die Arbeitsspindel sowie deren Lagerungen im Gehäuse umgebende, durch radial angeordnete Rippen in eine Vielzahl von Strömungskanäle unterteilte Ringkammer durchströmt und von dieser Ringkammer an Auslaßöffnungen abströmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Arbeitsspindel für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die bei hoher Antriebsleistung in einem größeren Drehzahlbereich der jeweiligen Drehzahl angepaßt ausreichend gekühlt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der Erfindung ist es möglich, eine luftgekühlte Arbeitsspindel hoher Antriebsleitung zu verwirklichen und auf die bei solchen Werkzeugmaschinen üblichen Kühleinrichtungen, die mit Kühlöl arbeiten, zu verzichten. Mit dem Turbinenrad wird ein Kühlluftstrom erzeugt, dessen Temperatur im wesentlichen der Umgebungstemperatur und damit der Temperatur der Werkzeugmaschine entspricht. Die durchgesetzte Kühlluftmenge und damit die Kühlleistung sind im wesentlichen der Drehzahl der Arbeitsspindel proportional, so daß die Kühlleistung an die Drehzahl der Arbeitsspindel und damit an die auftretende Erwärmung angepaßt ist. Ist die Drehzahl der Arbeitsspindel sehr hoch, wird auch die Kühlluftmenge entsprechend hoch sein. Bei Antrieb der Arbeitsspindel mit geringerer Drehzahl wird auch die zugeführte Kühlluftmenge entsprechend niedrig sein. Darüber hinaus wird ein örtlich zu starkes und abruptes Abkühlen der Bauteile der Werkzeugmaschine vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Längsschnitt die Arbeitsspindel sowie den Kopf der Werkzeugmaschine mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung;

Fig. 2 ein Detail der Anordnung der Arbeitsspindel mit einer Riemen scheibe und einem Turbinenrad, gesamthaft im Längsschnitt und in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 im Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 1 ein Detail der Arbeitsspindel unter Hervorhebung vorgesehener Kühlrippen;

Fig. 4 im Schnitt ein Detail einer Sekundärturbine zur Erzeugung eines zusätzlichen Kühlluftstromes; und

Fig. 5 eine Kühleinrichtung mit radial angeordneten Düsen am Vorderteil der Arbeitsspindel.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, ist eine Arbeitsspindel 1 der Werkzeugmaschine längsverschieblich in einer Hülse 2 aufgenommen und im Maschinenkopf 3 unter Zuhilfenahme von Kugellagern 4 gelagert. Die Drehbewegung der Arbeitsspindel 1 wird über einen steuerbaren Motor (nicht dargestellt) und unter Zuhilfenahme eines Zahnriemens 5, der mit einer Riemenscheibe 6 verbunden ist, die mit der Arbeitsspindel 1 wirkverbunden ist, eingeleitet.

Zwischen dem Körper des Werkzeugmaschinenkopfes 3 und einer Baugruppe, bestehend aus Arbeitsspindel 1 und Hülse 2, die in ein Aufnahmerohr 8 eingesetzt ist, werden Längskammern 7 gebildet, die sich in Radialrichtung erstrecken und ungefähr von der Riemenscheibe 6 bis zum Vorderteil eines Rohrstückes 8 verlaufen. Über Auslaßöffnungen 9 und 10 stehen die Kammern 7 in Verbindung mit der Außenluft. In die Riemenscheibe 6 sind Durchgangsbohrungen 11 eingearbeitet. Diese Bohrungen 11 sind in Übereinstimmung mit Durchgangsöffnungen 12 vorgesehen, die als Ansaug öffnungen dienen und in den Maschinenkörper eingearbeitet sind. Vor den Öffnungen 11, 12 kann in vorteilhafter Weise ein ringförmig ausgebildeter Filter 13 angeordnet sein, wodurch vermieden wird, daß Verunreinigungen, wie Staub oder Späne angesaugt werden, die in vorteilhafterweise vom Filter 13 aufgehalten werden. In Übereinstimmung mit der Auslaufseite der Öffnung 11 und in Wirkverbindung mit der Riemenscheibe 6 oder der Arbeitsspindel 1 ist ein Turbinenrad vorgesehen, das gesamthaft mit 14 gekennzeichnet ist. Das Turbinenrad 14 besteht aus einem haubenförmigen oder glockenförmigen Körper, der auf seiner zur Riemenscheibe 6 (Ansaugseite) gerichteten Seite eine ringförmige Ansaugöffnung 16 aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite weist der haubenförmige Körper eine ringförmige Öffnung 17 auf, die für den Auslaß des Kühlluftstromes dient. Die ringförmig ausgebildeten Auslaßöffnungen 17 entsprechen in ihren Abmessungen den Abmessungen der Längskammern 7, die in radialer Anordnung vorgesehen sind.

Im Inneren weist das Turbinenrad 14 Flügel 18 auf, die während der Drehbewegung der Arbeitsspindel 1 die Aufgabe übernehmen, über die Öffnung 16 Luft aus der Umgebung anzusaugen, diese Luft zu verdichten und über die Auslaßöffnung 17 einen Kühlluftstrom an die Längskammern 7, wie durch den Pfeil (f) dargestellt, zu liefern.

Der in Richtung der Pfeile (f) geförderte Kühlluftstrom kann am Ende der Längskammern 7 über Auslaßöffnungen 9 und 10 entweichen.

Um den Kühleffekt der Luftströmung (f) zu erhöhen, ist das Rohrstück 8 an seiner Außenseite und in Längs richtung mit radialen Kühlrippen 19 versehen, die deutlich der Fig. 3 zu entnehmen sind.

Der Fig. 1 kann entnommen werden, daß in Übereinstimmung mit den Lagern 20, die zur Aufnahme der Arbeitsspindel 1 vorgesehen sind, vor der Riemenscheibe 6 ein weiteres Turbinenrad 21 vorgesehen ist, das Luft in Richtung des Pfeil es (g) ansaugt, um mit einem Kühlluftstrom den Außenmantel eines Rohrstückes 22 zu beeinflussen, welches eine Anzahl von Kugellagern 23 aufnimmt, deren Wärme, die während der Drehbewegung der Spindel 1 erzeugt wird, durch den Luftstrom (g), der vom das Turbinenrad 21 erzeugt wird, abgeführt wird. Das Turbinenrad 21 ist in vergrößertem Maßstab und in einer Querschnittsdarstellung in Fig. 4 dargestellt.

Auch in der Nähe des vorderen Endes der Arbeitsspindel 1 ist eine weitere zusätzliche Vorrichtung zur Erzeugung eines Kühlluftstromes vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Ring 24, der in Umfangsrichtung eine Anzahl von Bohrungen 25 aufweist, die in radialer Erstreckung angeordnet sind.

Senkrecht zur Achse der Bohrungen 25 ist ein Ringkanal 26 zum Ansaugen der Luft vorgesehen und dieser Kanal steht mit radial verlaufenden Bohrungen 25 in Verbindung. Daraus folgt, daß während der Drehbewegung der Arbeitsspindel 1 die in den Radialbohrungen 25 enthaltene Luft aufgrund von sich einstellenden Fliehkräften ständig aus den Radial bohrungen 25 austritt. Auf diese Weise bildet sich in diesen Bohrungen 25 ein ständiger Unterdruck, der zu einem Ansaugen der Umgebungsluft über den Ringkanal 26 führt. Diese ständig während der Drehbewegung der Spindel 1 erzeugten Luftströme fließen über die Radialbohrungen 25 und die zugeordnete Ansaugkammer 26, um dadurch auch von der Vorderseite der Arbeitsspindel 1 (Spindelteil, das nur bescheiden durch den Zwangsluftstrom (f) beeinflußt wird) und den naheliegenden Lagern, Wärme abzufördern. Die Fig. 3 zeigt im Detail die Anordnung der Kühlrippen 19, die im wesentlichen einstückig mit dem Rohrstück 8 zur Aufnahme der Spindelanordnung 1 und 2 verbunden sind. Durch die Rippen 19 wird die wirksame Kühlfläche der einzelnen Ringkammern 7 wesentlich vergrößert, wodurch ein maximaler Kühleffekt (Pfeil f) erreicht wird.

Claims

1. Arbeitsspindel für eine Werkzeugmaschine, mit einem auf der drehbar gelagerten Arbeitsspindel angeordneten Turbinenrad zum Erzeugen eines Kühlluftstromes, der ausgehend von einer Ansaugkammer eine die Arbeitsspin del sowie deren Lagerungen im Gehäuse umgebende, durch radial angeordnete Rippen in eine Vielzahl von Strö mungskanäle unterteilte Ringkammer durchströmt und von der Ringkammer an Auslaßöffnungen abströmt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine die Arbeitsspindel (1) antreibende Rie menscheibe (6) mit Durchgangsbohrungen (11) für den Kühlluftstrom (g) zwischen der Ansaugkammer (12) und dem Turbinenrad (14) vorgesehen ist, und
daß entlang der Arbeitsspindel (1) zusätzliche Turbinenräder (21) für den Kühlluftstrom (g) vorgesehen sind.

2. Arbeitsspindel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad (14) glockenförmig ausgebildet ist und im inneren Flügel (18) zum Ansaugen und Verdichten der Luft aufweist.

3. Arbeitsspindel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite (8) der Arbeitsspindel (1) ein weiteres Turbinenrad (24) angeordnet ist, das in Radialrichtung Bohrungen (25) aufweist und daß jede Radialbohrung (25) mit einem Umfangskanal (26) in Wirkverbindung steht.