DE4236542A1

DE4236542A1 - Arbeitsspindel für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE4236542A1
Application number: DE4236542A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Funke; Ingolf Galoci
Original assignee: MAGDEBURG WERKZEUGMASCH
Current assignee: HEID MAGDEBURG WERKZEUGMASCHINEN GMBH, 39124 MAGDE
Priority date: 1992-10-29
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 1994-05-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsspindel für Werkzeug maschinen mit einem zwischen den Arbeitsspindellagern ange ordneten, aus einem Rotor und einem Stator bestehenden Elektromotor.

Es ist bekannt, Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen mit einem integrierten Elektromotor auszurüsten. Die Anordnung erfolgt sowohl zwischen den Arbeitsspindellagern als auch arbeitsspindelendseitig.

Die direkte Anordnung des Elektromotorenrotors auf der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine bedingt jedoch besondere konstruktive Maßnahmen zur Minimierung des Einflusses der Motorwärme auf die Arbeitsspindellagerung und die Längenänderung der Arbeitsspindel.

Die beim Stator, als ruhendes Elektromaschinenelement, angewandten Wärmeableitungen durch im Mantelbereich des Stators angeordnete Kühlkanäle, die mit bekannten Kühl systemen durchströmt werden, sind auf den Rotor als rotieren des Element nicht unmittelbar übertragbar.

So ist allgemein bekannt, die Ventilatorfunktion des Rotors selbst zur Luftkühlung des Elektromotors und damit zur Wärme ableitung auszunutzen.

Diese Luftzirkulation setzt aber hohe Motordrehzahlen voraus.

Arbeitsspindelantriebe verfügen jedoch über einen großen Drehzahl- und Leistungsbereich, so daß bei niedrigen Dreh zahlen und hoher Leistungsaufnahme und damit verbundener Wärmeentwicklung des Elektromotors eine ausreichende Luft zirkulation nicht gesichert werden kann.

Zur Kühlung des Rotors sieht eine bekannte Lösung vor, durch Anordnung von Längskanälen zwischen dem Rotor und der Arbeitsspindel mittels eines durch einen Fremdlüfter erzeugten Luftstromes die Wärme des Rotors abzuführen (DE 39 02 592).

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß sofern keine kondens freie aufbereitete Kühlluft verwendet wird, der Motorinnen raum mit hohen konstruktivem Aufwand gegen das Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet werden muß.

Es ist weiterhin bekannt, an den Lagerflanschen der vorderen Arbeitsspindellager in sich gekapselte, mit Luft beauf schlagte Kühleinrichtungen vorzusehen (EP 0 094 680). Der Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, daß durch die Anordnung einer mit Luft beaufschlagten Abschirmung des vorderen Arbeitsspindellagers nur dieses Lager von den er wärmten Teilen des Motors thermisch isoliert wird, ohne das jedoch die im Rotor selbst entstehende Wärme über eine Kühl einrichtung abgeleitet wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mit flüssigen Kühlmedien arbeitende Kühleinrichtung für einen mittig zwischen den Arbeitsspindellagern angeordneten Rotor zu schaffen, die es ermöglicht unter Vermeidung aufwendiger rotatorischer Abdichtungen den Wärmestrom des Rotors dreh zahlunabhängig im Bereich seiner Anordnung auf der Arbeits spindel in definierten Temperaturgrenzen zu halten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Kühlmanschette ist im Anspruch 2 angegeben.

Der Anspruch 3 sieht einen auf das leistungsbezogene Temperaturverhalten des Rotors abgestimmten Meß- und Regel mechanismus für die Versorgung der Kühlmanschetten mit Kühl mittel vor.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Kühlung des Rotors und von Teilbereichen der Arbeitsspindel mit in unmittelbarer Nähe angeordneten, mit flüssigen Medien beaufschlagbaren Kühlein richtungen gegenüber dem Kühlmedium Luft ein mehrfaches an Wärme abgeführt werden kann. Durch die in sich gekapselten Kühlmanschetten werden im Übergang von stationären zu rotie renden Elementen des Motors keine Abdichtungen benötigt. Die Anordnung zwischen Lagerflansch und Rotor sichert zudem eine hohe thermische Abschirmung der Arbeitsspindellager.

Durch die Anordnung eines minimalen axialen und radialen Luftspaltes zwischen Rotor und Arbeitsspindel und der in diesem Bereich dünnwandigen Ausführung der Kühlmanschetten, wird ein maximaler Wärmeübergang zur Kühlmanschette gesichert.

Durch die Möglichkeit des Messens und Regelns eines einzelnen oder des gesamten Kühlkreislaufes kann eine den geforderten Temperaturbereich erfolgende Kühlung vorgesehen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die zugehörige Figur zeigt eine Arbeitsspindel einer nicht dargestellten Drehmaschine mit zu beiden Stirnseiten des Rotors angeordneten Kühleinrichtungen.

Die mit einer Durchgangsbohrung versehene Arbeitsspindel 1 wird mit einem vorderen Arbeitsspindellager 2 und einem hin teren Arbeitsspindellager 3 in Lagerflanschen 4 und 5 der Arbeitsspindeleinheit 6 geführt. Zwischen den Arbeitsspindel lagern 2 und 3 ist über eine Rotorhülse 7 ein Rotor 8 mit der Arbeitsspindel 1 drehfest verbunden.

Der den Rotor 8 koaxial umgebende Stator 9 ist in bekannter Weise mit der Arbeitsspindeleinheit 6 verbunden. An den dem Rotor 8 zugewandten Seiten der Lagerflansche 4 und 5 sind mit einem radialen Luftspalt die Arbeitsspindel 1 ringförmig umschließende Kühlmanschetten 10 und 11 angeordnet. Diese Kühlmanschetten 10 und 11 sind über einen Kühlmittelanschluß 12 und 13 mit einem bekannten, nicht dargestellten mit flüssigen Medien arbeitenden Kühlmittelversorgungssystem verbunden. Die Kühlmanschetten 10 und 11 sind in sich geschlossene Hohlkörper, haben eine zu den drehbeweglichen Teilen des Rotors 8 kollisionsfreie äußere Kontur und weisen unterschiedliche Wandstärken auf, die im Bereich der Lager flansche 4 und 5 dickwandig und an der Rotorseite dünnwandig ausgeführt sind. Die Rotorhülse 7 weist an beiden Stirnseiten axiale Freidrehungen 14 und 15 auf, deren axiale und radialen Abmaße durch das von dem Rotor 8 über die Rotorhülse 7 auf die Arbeitsspindel 1 zu übertragende Drehmoment bestimmt werden. In diese Freidrehungen 14 und 15 sind mit einem axialen und radialen Luftspalt die dem Rotor 8 zugewandten Enden der Kühlmanschetten 10 und 11 geführt.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende:

Die bei der Leistungsaufnahme des Elektromotors im Rotor 8 entstehende Wärme wird durch das Hineinführen der Kühlman schetten 10 und 11 in den Bereich des Rotors 8, bei gleich zeitiger ringförmiger Umschließung von Teilen der Arbeits spindel 1, über die minimal gehaltenen axialen und radialen Luftspalte unmittelbar auf die Kühlmanschetten 10 und 11 übertragen. Die zwischen Rotor 8 und Stator 9 auftretende Wärmestrahlung wird ebenfalls durch die den Hohlraum ausfüllenden Kühlmanschetten 10 und 11 aufgenommen und über das zirkulierende flüssige Kühlmedium abgeführt. Der Hohlkörper der Kühlmanschetten 10 und 11 ist so ausgeführt, daß dieser in den Bereichen mit einem hohen gewünschten Wärmeübergang dünnwandig gestaltet ist.

Als Kühlmedium kann vorzugsweise Wasser eingesetzt werden. Die Eingangstemperatur der Kühlflüssigkeit wird in Abhängig keit von der Leistungsaufnahme des Elektromotors so geregelt, daß immer eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Rotor 8 und Kühlmanschetten 10 und 11 vorhanden ist, damit nahezu keine Wärme in die Arbeitsspindellager 2 und 3 gelei tet wird. Durch getrennte Kühlmittelanschlüsse 12 und 13 können die Kühlmittelkreisläufe bei Bedarf entsprechend den jeweiligen Temperaturbedingungen der Arbeitsspindellager 2 und 3 geregelt werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugzeichen

1 Arbeitsspindel
2 vorderes Arbeitsspindellager
3 hinteres Arbeitsspindellager
4 Lagerflansch
5 Lagerflansch
6 Arbeitsspindeleinheit
7 Rotorhülse
8 Rotor
9 Stator
10 Kühlmanschette
11 Kühlmanschette
12 Kühlmittelanschluß
13 Kühlmittelanschluß
14 Freidrehung
15 Freidrehung

Claims

1. Arbeitsspindel für Werkzeugmaschinen, insbesondere Dreh maschinen mit einem auf der Arbeitsspindel zwischen dem vor deren und hinteren Arbeitsspindellager angeordneten Rotor und einem diesen koaxial umgebenden Stator, wobei der Rotor über eine Rotorhülse mit der Arbeitsspindel drehfest verbunden ist und die Kühlung des Rotors durch im Bereich der Arbeits spindellager angeordnete, mit flüssigen Medien versorgte, nichtdrehbare Kühleinrichtungen erfolgt, dadurch gekenn zeichnet, daß an den den Stirnseiten des Rotors (8) zugewandten Seiten des vorderen und/oder hinteren Lager flansches (4; 5) der Arbeitsspindellager (2; 3) die Arbeitsspindel (1) mit einem Radialspalt ringförmig um schließende, in sich geschlossene, mit einem an sich bekann ten Kühlmittelversorgungssystem verbundene Kühlmanschetten (10; 11) vorgesehen sind, deren äußere Kontur den zwischen Stator (9) und Rotor (8) gebildeten Hohlraum kollisions frei ausfüllen und daß das von den Lagerflanschen (4; 5) ab gewandte Ende der Kühlmanschetten (10; 11) unter Einhaltung eines minimalen radialen und axialen Luftspaltes in stirn seitig an der Rotorhülse (7) vorgesehenen axialen Frei drehungen (14; 15) hineinragt.

2. Arbeitsspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper der Kühlmanschette (10; 11) an der mit dem Lagerflansch (4; 5) verbundenen Seite dickwandig und an der dem Rotor (8) zugewandten Seite dünnwandig aus geführt ist.

3. Arbeitsspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kühlmittelanschlüssen (12) und/oder (13) und dem Kühlmittelversorgungssystem an sich bekannte Meß- und Regeleinrichtungen vorgesehen sind.