DE60008990T2 - Elektrische Hochgeschwindigkeitsspindel mit Hybridrotorlagerung in Holzbearbeitungsmaschinen - Google Patents

Elektrische Hochgeschwindigkeitsspindel mit Hybridrotorlagerung in Holzbearbeitungsmaschinen Download PDF

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02Driving main working members
    • B23Q5/04Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/10Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles driven essentially by electrical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine operative Antriebseinheit vom Typ, der unter der Bezeichnung einer elektrischen Spindel bekannt ist, und zwar nach dem Oberbegriff aus Anspruch 1 und in der Lage, direkt ein rotierendes Werkzeug für spanabhebende Arbeiten anzutreiben, dazu vorgesehen, in numerisch gesteuerten Arbeitsstationen bekannter Art zur Bearbeitung von Holz und ähnlichem angebracht zu werden, und dazu bestimmt, in diesen im wesentlichen Fräsarbeiten auszuführen; insbesondere bezieht sie sich auf eine elektrische Spindel dieses Typs, versehen mit einem System zum Halten des Rotors an zwei Abschnitten oder Segmenten desselben, wo vorn, also an dem zur Verbindung mit dem Werkzeug bestimmten Teil, zu dem Gehäuse hin ein tragender Komplex vorhanden ist, kinematisch gleichwertig einer rotoidalen Kupplung mit Ansätzen, das heisst, mit einer Reaktionsfähigkeit gegen radiale und axiale Drücke in den beiden Richtungen, und hinten ein tragender Komplex, gleichwertig einer einfachen, rotoidalen Kupplung, das heisst, mit einer Reaktionsfähigkeit nur in der radialen Richtung.
  • Die vorgenannten, elektrischen Spindeln berücksichtigen in den normalen Ausführungen Anordnungen, welche sich je nach dem Typ von Elementen, die zum Halten des Rotors bestimmt sind, ändern, sei es in Bezug auf die Auslegung der verwendeten Halterungen wie auch auf die darin verwendeten Materialien, sei es in Bezug auf deren Anordnungsplan, um einen leistungsfähigen Haltekomplex zu bilden.
  • Nach der bekannten Technik auf diesem Gebiet sind solche elektrischen Spindeln zur Spanabhebung mit hoher Geschwindigkeit bekannt, geeignet, von CNC-Arbeitsstationen von Holzbearbeitungsmaschinen verwendet zu werden, Gruppen, welche ebenfalls von derselben Anmelderin hergestellt werden, versehen mit einem starren Rotor, der vorn wie auch hinten durch Wälzlager getragen wird, die zu den normalen oder speziellen Produktionsserien der letzteren Elemente gehören, insbesondere Wälzlager in der klassischen Ausführung, wo die Laufringe durch die inneren und äusseren Ringe des Lagers selbst dargestellt werden, hergestellt in den Typen mit ausschliesslich radialer Belastbarkeit, mit ausschliesslich axialer Belastbarkeit oder als Drucklager mit radial-axialer Belastbarkeit, wobei letztere Typen als Scheibenrillenlager oder als solche im schrägen Kontakt zwischen Kugeln und Laufringen bezeichnet werden, oder in Kombinationen aus all diesen Typen, so wie – unter Bezugnahme auf die normalen, geraden Kontaktlinien – in den bekannten "O"-, "X"- oder "Tandem"-Anordnungen.
  • Eine besondere Lösung, die sich auf eine Anordnung von einem Teil der Wälzlager in einer elektrischen Spindel bezieht, insbesondere betreffend ein Vorbelastungssystem mit Membranfedern für das hintere Lager, ist auch in dem Italienischen Patent Nr. 1279580 beschrieben, das auf den Namen der Anmelderin eingereicht ist.
  • Ebenfalls sind elektrische Spindeln bekannt, welche Stützlösungen mit integrierten Wälzelementen aufweisen, welche direkt auf Laufringen abrollen, die an entsprechend bearbeiteten und gehärteten Teilen oder Elementen der Welle oder des Gehäuses erhalten sind, entweder an nur einem oder an beiden Stützsegmenten der Welle.
  • Ein anderer Typ von elektrischen Spindeln, bestimmt für die gleichen Zwecke wie der vorstehende, ist jener, bei dem der Rotor gegenüber den äusseren Belastungen im Verhältnis zu dem Gehäuse vollkommen auf strömungsstatische und/oder strömungsdynamische Weise an wenigstens zwei seiner Segmente gestützt und ausgeglichen ist, wobei die Bezeichnung strömungsstatisch bedeutet, dass die Stütze durch eine mit Hilfe einer geeigneten Pumpe unter Druck gehaltenen Flüssigkeit in einem Kanal der Halterung vorgesehen wird, während die Bezeichnung strömungsdynamisch eine durch eine Flüssigkeit hergestellte Stütze bedeutet, wo in einem Spalt der Halterung an der Schnittstelle mit der Welle ein Druckbereich erzeugt wird, der von einem Geschwindigkeitsbereich herkommt, der durch die Umdrehung der Welle selbst in den Spalt eingegeben wird.
  • Die vorgenannte, bekannte Lösung der elektrischen Spindel mit durch Wälzlager getragenem Rotor, sei es vorn, das heisst in der Nähe des Werkzeugs, wie auch hinten, das heisst von dem Werkzeug entfernt, weist eine Reihe von Nachteilen auf, die den Herstellern von elektrischen Spindeln bekannt sind, insbesondere die hintere Lagergruppe betreffend. Das Hauptproblem ergibt sich aus der unterschiedlichen Ausdehnung, welche in axialer Richtung an Gehäuse und Rotor auftritt. Mit anderen Worten bestimmt die in dem Statorpaket und in dem Rotorpaket während des Betriebes der elektrischen Maschine entwickelte Hitze stark unterschiedliche Temperaturbereiche zwischen Gehäuse und Rotor – wie es auch thermographische Tests gründlich bewiesen haben -, Bereiche, die auf erheblich verschiedene Geometrien angewandt werden und unter unterschiedlichen Wärmeaustauschbedingungen arbeiten, woraus sich ein solcher Verschiebungs-Verformungsbereich ergibt, dass die ursprüngliche Kongruenz der beiden Teile Gehäuse und Rotor verändert wird, und solcher, dass die Voraussetzungen einer gegenseitigen Zwangswirkung zwischen diesen geschaffen werden, und somit einer Forcierung zwischen den Wälzelementen und den entsprechenden Laufringen, die zwischen Gehäuse und Rotor eingesetzt sind, um die Gesamtgeometrie der elektrischen Spindel abzuschliessen. Wo solche Forcierung meistensteils auch nicht axial-symmetrischer Art ist, werden zusätzlich zu dem Unterschied der axialen Ausdehnung zwischen Gehäuse und Rotor häufig Biegeverformun gen erzeugt, die auf die unterschiedliche Streckung der Fasern in den verschiedenen Meridianen des Gehäuses zurückzuführen sind, und zwar wegen des unterschiedlichen Wärmeaustauschs desselben mit der Kontur. Es ist offensichtlich, dass sich aus diesen Zwangswirkungen ein Zustand der Spannung an den Laufrillen und den Wälzelementen ergibt, welcher, wie die Erfahrung zeigt, perfekt in der Lage ist, vorzeitig zur Beschädigung und zu einem nicht betriebsfähigen Zustand der hinteren Lagergruppe zu führen. Da solche Beschädigung über Zeitspannen erfasst werden, die auch sehr lang sein können, ist oftmals eine nicht unwesentliche Dauer vorhanden, in welcher sich der unregelmässige Betrieb der hinteren Lagergruppe negativ auf die Lebensdauer der vorderen Lagergruppe auswirken kann.
  • Immer noch in dem Bereich der elektrischen Spindeln verbleibend, die eine vollkommen auf Wälzlagern basierende Rotorlagerung haben, ergeben sich weitere bekannte Probleme aus der korrekten Zuordnung der Vorbelastung an der genannten, hinteren Lagergruppe, die notwendig ist, um einen korrekten Kontakt zwischen Kugeln und Laufrillen bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten zu halten. Wegen des vorgenannten Phänomens der gegenseitigen, thermischen Ausdehnung muss diese Vorbelastung notwendigerweise durch elastische Mittel erhalten werden, das heisst nicht durch Einwirkung zwischen starren, geometrischen Elementen, und zwar gerade, um die vorgenannte Möglichkeit der gegensei tigen Ausdehnung zwischen Gehäuse und Rotor zu erlauben. Dies kann jedoch erreicht werden, indem man erhebliche Komplikationen in die Planung einfügt, da die Lösungen stets einen sehr hohen Grad an Präzision in der Herstellung der die Gruppe bildenden Komponenten erfordern, um die gegenseitige Gleitfähigkeit zu gewährleisten.
  • Die herkömmlichsten Lösungen sind jene, in welchen eine Ringmutter axial durch einige Federn vorbelastet wird, die umlaufend um diese angeordnet sind, wobei die genannte Ringmutter wiederum axial auf den äusseren Ring des hinteren Lagers wirkt, was den vorbelasteten Kontakt der Kugeln an den Laufringen gewährleisten sollte. In diesen Fällen passiert es jedoch häufig, dass die axiale Bewegung der Ringmutter nicht regelmässig erfolgt und als Folge davon die Kugeln unter übermässigen oder nicht vorhandenen Belastungsbedingungen arbeiten, wobei der letztere Zustand zweifellos bei hohen Geschwindigkeiten den schädlichsten Fall darstellt. All dies könnte ähnlich auch auftreten, weil die Position, in welcher die hintere Lagergruppe angeordnet ist, die heisseste ist, da sie nicht vorwiegend durch den achsennahen Luftstrom zur Spanabsaugung und Kühlung belüftet ist, welcher von vorn auf die elektrische Spindel trifft, noch die genannte, hintere Position von der Belüftung betroffen wird, die irgendwie durch das Werkzeug erzeugt wird, und zwar zusätzlich zu der Tatsache, dass sie einem konvektiven Strom heisser Luft ausgesetzt ist, der von den elektrischen Stator- und Rotorpaketen kommt, welcher aufgrund der normalen, vertikalen Position der elektrischen Spindel mit dem Werkzeug unten nach oben gerichtet ist.
  • Ein anderer Nachteil ist auch durch die alternative Lösung zu der vorstehenden durch die Herstellung einer hinteren Lagergruppe dargestellt, insbesondere der in dem vorgenannten Patent Nr. 1279580 derselben Anmelderin beschriebenen, welches eine Lösung offenlegt, bei welcher der äussere Teil der hinteren Lagergruppe in der Lage ist, mit Hilfe eines Stossdämpfers axial zu gleiten, erhalten mit einem Paar von metallenen Membranen, die eine Art Gelenkviereck bilden, dazu bestimmt, gleichzeitig die Beweglichkeit des Einsatzes zu erlauben und dessen ursprüngliche Ausrichtung beizubehalten. Der vorgenannte Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, dass die beiden, aus Stahllamellen hergestellten Membranen einen Hitzedurchlass von sehr begrenzter Wirksamkeit zwischen dem äusseren Umlauf der hinteren Lagergruppe und dem Gehäuse bilden, wo die Kapazität des Wärmeaustauschs auch in dem Luftvolumen nicht besser ist, das sich zwischen den beiden Membranebenen befindet, wobei solches Volumen praktisch eingeschlossen und ohne jede Möglichkeit des Austauschens der darin enthaltenen Luft ist. Unter solchen Bedingungen ist es leicht zu verstehen, dass all die erzeugte und von der hinteren Lagergruppe absorbierte Hitze nicht leicht abgeleitet werden kann, und dass dies einen ernsthaften Nachteil bei der Lösung mit Doppellamellen- Stossdämpfer bildet, zurückzuführen auf die hohe Temperatur, die in diesem Fall erzeugt wird.
  • Ebenfalls, was die vorgenannten, elektrischen Spindeln mit vollkommen strömungsstatischer oder strömungsdynamischer Lagerung betrifft, insbesondere jene mit Gasfilmschmierung, muss auf einen ernsthaften Nachteil an ihrem vorderen Teil hingewiesen werden. In diesem Bereich in der Nähe des Werkzeugs, und daher dem Bearbeitungsprozess, ist die elektrische Spindel sehr hohen radialen Belastungen unterzogen, die erheblich grösser sind als jene, die – dank des Längenverhältnisses zwischen überhängenden und nicht überhängenden Segmenten – in dem hinteren Lager erzeugt werden. Somit kann im Fall von radialen Stössen auf das Werkzeug (zum Beispiel beim Ansetzen zur Bearbeitung an widerstandsfähigen Materialien) die radiale Belastungsschwelle des vorderen Lagers mit Gasfilmschmierung leicht überschritten werden, so dass sich die den Spalt bildenden, feststehenden und beweglichen, zylindrischen Oberflächen durch das Reissen des vorhandenen Films der Gasfilmschmierung miteinander verbinden könnten, wobei unverzüglich die genannte, vordere Lagergruppe und somit die gesamte, elektrische Spindel beschädigt und betriebsunfähig gemacht würden. Dieser Umstand tritt praktisch niemals in der hinteren Lagergruppe auf, wo die Belastungen, wie vorstehend erwähnt, schon durch das vorgenannte, günstige Hebelverhältnis zwischen den Wellensegmenten gemässigt sind, wodurch das Auftreten der Bedingungen für das Verbinden der Oberflächen der rotoidalen Kupplung mit Gasfilmschmierung unter Belastung verhindert wird.
  • Zweck der elektrischen Spindel nach der vorliegenden Erfindung ist, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 festgelegt ist, löst somit sei es das Problem, eine elektrische Spindel zu erhalten, bei der jede Art von ungleichmässiger, axialer Ausdehnung zwischen Gehäuse und Rotor erlaubt ist, ohne dabei Zwangswirkungen irgendwelcher Art zwischen den Teilen zu hervorzurufen, wie auch das Problem, eine elektrische Spindel mit einer hohen radialen und axialen Belastungsfähigkeit im vorderen Teil dicht an dem Werkzeug zu haben, mit einer unwesentlichen Empfindlichkeit gegenüber den Wirkungen von radialen und axialen Stössen.
  • Die hier nachstehend entwickelte Idee erreicht die vorgenannten Zwecke mit einer Konfiguration der elektrischen Spindel des zuvor erwähnten Typs, in welcher eine Wälzlagergruppe wie auch ein Lager mit Gasfilmschmierung vorhanden sind.
  • Mehr im Detail bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische Spindel zum Antreiben mit hoher Geschwindigkeit von spanabhebenden Werkzeugen, wie in Anspruch 1 festgelegt ist.
  • Die mit Hilfe der vorliegenden Erfindung erhaltenen Vorteile bestehen im wesentlichen in der Tatsache, dass dabei eine Maschine erhalten wird, welche alle Vorteile von Wälzlagern vereint, wie eine hohe radiale Belastungsfähigkeit und Stosswiderstand, wobei die genannten Wälzelemente dort angeordnet sind, wo diese Eigenschaften wesentlich sind, zum Beispiel in dem mehr belasteten, vorderen Bearbeitungsbereich des Werkzeugs; während andererseits gleichzeitig alle Probleme gelöst werden, welche die Wälzlager aufweisen könnten, und zwar mit Hilfe des Vermeidens derselben in jenen Arbeitsbereichen, wie zum Beispiel dem hinteren, wo die Vorbelastungen ungewiss und die Hitzeentwicklung stark werden können, indem diese durch ein Lager mit Gasfilmschmierung ersetzt worden sind, welches in jener Anordnung seine beste Anwendung findet, dank der Reduzierung des Einflusses von radialen Belastungen und Stössen und der praktischen Unempfindlichkeit gegenüber Hitzewirkungen, und das somit perfekt in der Lage ist zu arbeiten, wo vertikale, konvektive Strömungen alle Hitze des Elektromotors leiten und keine Belüftung von dem Werkzeug her und durch die Absaugluft vorhanden ist, die vorn in die Maschine eintritt. Nebenvorteile ergeben sich auch durch die Tatsache, dass die geeignet geleitete Gasfilmschmierung zum Erhalten einer Kühlwirkung innerhalb der elektrischen Spindel genutzt wird, wenn auch reduziert durch die Geringfügigkeit der einbezogenen Durchflussmengen, und zum Beibehalten eines leichten Druckes im Inneren des Innenraums der elektrischen Spindel, der die Labyrinthdichtungen beim Abdichten gegen das Eindringen von Staub aus dem Bearbeitungsprozess durch die vordere Wälzlagergruppe unterstützt, was, wie bekannt ist, ein erhebliches Problem für die Lebensdauer der Wälzlager selbst bedeuten würde.
  • Vorteile sind auch auf die Leichtigkeit zurückzuführen, mit welcher die Welle bei der vorgenannten Lösung einer hybriden Lagerung mit vorderen Wälzlagern und hinterem Lager mit Gasfilmschmierung ein korrektes Montieren der Gruppe im Verhältnis zu dem Gehäuse erlaubt, und dies alles ohne jede Art von sich durch die Montage ergebender Zwangswirkung, vorausgesetzt, dass den normalerweise geforderten Toleranzen entsprochen wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend mehr im Detail beschrieben, und zwar mit Hilfe der beiliegenden Zeichnung, welche eine rein als Beispiel gedachte und nicht begrenzende Ausführung zeigt:
  • 1 zeigt eine Ansicht im Schnitt von einer elektrischen Spindel 1, die in sich ausreichend ist, um die Erfindung darzustellen, und wo der Einfachheit halber die Arbeitsstation, zu welcher die elektrische Spindel gehört, und das Bearbeitungswerkzeug nicht gezeigt sind.
  • Diese elektrische Frässpindel 1 – von einem im wesentlichen bekannten Typ in Bezug auf viele Konstruktionsdetails, obwohl neu in ihrer Lösung mit einer hybriden Lagerung der Welle 3, erhalten durch die Anwendung eines Wälzlagers V an der Seite der Werkzeughalterung, das heisst vorn, und ei nes Lagers 5 mit Gasfilmschmierung an der entgegengesetzten Seite, das heisst hinten – ist aussen aus einem Gehäuse 2 gebildet, welches auch alle in die Hauptaussenschale integrierten Teile enthält, sowie einen Schliesskopf im vorderen Teil, einen Schliessboden im hinteren Teil und den feststehenden Teil des Lagers 5 mit Gasfilmschmierung, ebenfalls hinten.
  • Das genannte Gehäuse, das aussen zum Befestigen an einem beweglichen Schlitten der Arbeitsstation bestimmt ist, weist üblicherweise einen inneren Hohlraum von im wesentlichen zylindrischen Segmenten auf, welche axial symmetrisch im Verhältnis zu ihrer Achse Z sind, und ist vorwiegend dazu bestimmt, die sich drehende Welle 3 und die den Elektromotor 4 bildenden Teile aufzunehmen.
  • Die rotierende Welle 3 ist ein anderer, grundlegender, struktureller Bestandteil und ist im wesentlichen hohl und vorn in der Lage, durch eine Kegelhalterung 9 ein Werkzeug aufzunehmen. Ein axiales Schubelement, praktisch eine Stange 10, durchläuft in Längsrichtung den Hohlraum der Welle 3, wobei die genannte Stange 10 dazu bestimmt ist, das Werkzeug aus der Kegelvertiefung 9 auszustossen, und zwar durch die Wirkung von äusseren Schubmitteln, wie normale, lineare Drucklufttriebe, die bekannt und daher nicht in der Abbildung gezeigt sind. Eine Serie von Tellerfedern 11 übt eine Rücklaufwirkung auf die Stange 10 aus, wobei diese daran gehindert wird, bei Fehlen der genannten, entgegengesetzten Wirkung der Drucklufttriebe auf das Werkzeug zu wirken. Eine dynamische Dichtung mit kreisförmigem Kontakt, zum Beispiel eine sogenannte Labyrinthdichtung, ist in der Art einer Ringmutter 7 am vorderen Teil der genannten Welle 3 montiert und bildet eine Abschirmung gegen das Durchströmen von eindringendem Staub oder Verunreinigungen und bildet somit einen Blowby-Durchlass von reduzierter Abmessung zwischen der genannten Ringmutter 7 und dem vorderen Kopf des genannten Gehäuses 2 zum vorderen Verschliessen der elektrischen Spindel. Der durch die Ringmutter 7 beschriebene Blowby-Durchlass stellt die vordere Verbindung des internen Hohlraums der elektrischen Spindel mit dem Aussenbereich dar.
  • Die genannte Welle 3 wird durch das Gehäuse 2 in zwei axialen Segmenten derselben getragen, von denen das vordere mit A1 und das hintere mit A2 bezeichnet ist, und wo die zum Tragen der Welle bestimmten entsprechenden, axialen Segmente des Gehäuses mit C1 das vordere und mit C2 das hintere bezeichnet sind. Die Traglager zwischen Welle und Gehäuse sind somit in den radialen Räumen zwischen Welle und Gehäuse angeordnet, dem genannten vorderen, radialen Raum, das heisst, zwischen A1 und C1, und dem entsprechenden hinteren, radialen Raum, das heisst, zwischen A2 und C2.
  • In dem genannten vorderen, radialen Raum ist eine Gruppe V von Wälzlagern in schrägem Kontakt mit den entsprechenden Abstands- und Dichtungsringmuttern 7 positioniert, welche in dem Beispiel der 1 eine "O"-förmige Anordnung aufweist, und welche daher in der Lage ist, eine radiale Reaktion und eine axiale Reaktion auszulösen. Die inneren Ringe der Lager sind an einer Schulter der Welle 3 gehalten, und zwar durch eine Ringmutter, die auf dieselbe Welle aufgeschraubt ist, auch durch ein Abstandsstück, während die äusseren Ringe durch den vorderen Kopf an einer Schulter des Gehäuses gehalten sind, ebenfalls durch ein Abstandsstück.
  • Die Geometrie der vorderen Lagergruppe V, folglich der kurze, axiale Abstand der beiden darin enthaltenen Kugellager, ist solche, dass sie in Bezug auf die verbindliche Auslegung gleichwertig eines in dem Bereich A1 angeordneten, feststehenden Scharniers ist.
  • In dem genannten hinteren, radialen Raum ist ein Lager 5 mit Gasfilmschmierung von einem im wesentlichen bekannten Typ angeordnet, welches einen feststehenden, eine zylindrische Vertiefung darstellenden Teil aufweist (das genannte, hintere Trägersegment C2, das zu dem Gehäuse gehört oder integral mit diesem ist), und einen rotierenden, einen zylindrischen Ansatz darstellenden Teil (das genannte, hintere Trägersegment A2, das zu der Welle gehört oder integral mit dieser ist). Zwischen dem genannten Ansatz und der genannten Vertiefung des Lagers 5 mit Gasfilmschmierung ist radial ein Spalt 5m beschrieben, wo das unter Druck stehende Gas die Stütze der Welle bildet. Der Betrieb des Lagers 5 ist von strömungsstatischer Art mit unter Druck gehaltenem Gas, und zwar durch ein ausserhalb der elektrischen Spindel liegendes System, typischerweise ein Druckluftnetz, und wo auf jeden Fall während der Umdrehung mit hoher Geschwindigkeit strömungsdynamische Lagerunterstützungen auftreten können.
  • Solch Lager 5 ist in Bezug auf die verbindliche Auslegung im wesentlichen gleichwertig einem in dem Bereich A2 angeordneten Gleitscharnier.
  • Die Welle 3 wird natürlich auf solche Weise getragen, dass sie die Achse Z des Gehäuses als ihre Drehachse annimmt. Der Spalt 5m von zylindrischer Ringform hat eines seiner Enden 5me nach aussen gerichtet, also nach hinten, und das verbleibende Ende 5mi dem inneren Hohlraum der elektrischen Spindel zugewandt.
  • Die Gasfilmschmierung (in dem spezifischen Fall gereinigte und klimatisierte Luft) kommt von dem Speisungsnetz des Lagerspaltes 5m durch eine Hauptbohrung 12, die in das Gehäuse eingefräst ist, um dann in einer umlaufenden Kammer 13 verteilt zu werden, die den Spalt 5m umgibt, und in welcher die radialen Bohrungen 14 zum Einführen des Gases in den genannten Spalt 5m vorhanden sind.
  • Der vorgenannte Elektromotor 4 enthält ein elektrisches Rotorpaket 4r, positioniert am Umfang der Welle 3 und zwischen den genannten Trägerbereichen A1 und A2 derselben, sowie ein entsprechendes, elektrisches Statorpaket 4s, angeordnet in dem Hohlraum des Gehäuses und integral mit diesem, und zwar zwischen den genannten Trägerbereichen C1 und C2 desselben.
  • In dem vorderen Trägerbereich, vorstehend mit C1 bezeichneten und in dem Gehäuse erhaltenen, sind in dessen radiale Dicke in axialer Richtung Kanäle 6 eingearbeitet. Die genannten Kanäle 6 haben ihre erste Öffnung 6i zu dem genannten, inneren Hohlraum der elektrischen Spindel ausgerichtet und ihre zweite Öffnung 6e nach aussen hin, das heisst in Richtung des vorderen Teils, wo die Öffnung 6e exakt der ringförmigen Kammer 8 zugewandt ist, die sich axial zwischen dem vorderen Teil der genannten Lagergruppe V und der Labyrinthdichtung 7 angeordnet befindet. Die Kanäle 6 haben die spezifische Aufgabe, einen Bypass im Verhältnis zu dem axialen Durchströmen der vorderen Lagergruppe V durch den Fluss der austretenden Gasfilmschmierung zu bilden, herkommend aus dem Inneren der elektrischen Spindel und dort eingegeben durch das Ausfliessen, das aus dem Ende 5mi des Spaltes 5m des Lagers 5 mit Gasfilmschmierung erfolgt, wo der innere Hohlraum der elektrischen Spindel im Betriebszustand ein solcher ist, dass er von dem Ende 5mi des Spaltes 5m bis zu der genannten Öffnung 6i des Kanals 6 durchlaufen werden kann. Wenn solch ein Gas, um vorn durch die Labyrinthdichtung 7 auszutreten, statt der genannten Kanäle 6 die Lagergruppe V durchströ men sollte, würde es langsam das dauerhaft in den Wälzkörpern vorhandene Fett abwaschen und somit schnell zu einer Beschädigung des Lagers führen, was dagegen aber gerade deshalb nicht passiert, weil die durch die Kanäle 6 gebildete Bahn im Verhältnis zu dem Durchströmen der vorderen Lagergruppe V eine Bahn des geringeren Widerstandes für das von hinten kommende Gas ist.
  • Während des Betriebes tritt die Gasfilmschmierung durch die Bohrung 12 ein, füllt die ringförmige Kammer 13, geht durch die radialen Bohrungen 14 in den Spalt 5m des hinteren Lagers 5 und fliesst dann jeweils aus den Enden 5me (nach aussen, hinten) und 5mi (in das Innere der elektrischen Spindel) ab, so dass die Belastungswirkung auf den Ansatz A2 beginnt, möglichst verstärkt durch die strömungsdynamischen Wirkungen infolge der Umdrehung. Die Gasfilmschmierung aus dem Ende 5mi kann den gesamten, inneren Hohlraum der elektrischen Spindel durch den Zwischenraum des Elektromotors durchlaufen, und zwar bis zu dem Eingang 6i der Kanäle 6, wobei es nebenbei auch noch zur Kühlung beiträgt und den inneren Hohlraum unter leichten Druck setzt, bis zu der Labyrinthdichtung 7, wo das Gas vorn zum Austreten bestimmt ist.
  • Während des Betriebes, wie bereits vorher erwähnt und dank des Vorhandenseins des Wälzlagers V vorn, ist die elektrische Spindel vollkommen in der Lage, den hohen Schneidbelastungen bei der Bearbeitung und den möglichen, daraus sich ergebenden Stössen zu widerstehen, ohne irgend einen Schaden zu nehmen, während hinten jede Art von unterschiedlicher Ausdehnung zwischen Gehäuse und Rotor stattfinden kann, ohne dabei irgend einen Zustand der Zwangswirkung zwischen den Teilen hervorzurufen, welche axial frei voneinander bleiben.
  • Die so ausgelegte, elektrische Spindel erreicht daher die gewünschten Zwecke dank der angewandten Lösungen und der gezeigten, gegenseitigen Anordnungen der verschiedenen Elemente, ohne dass dabei eine übermässige Veränderung ihrer wesentlichen und üblichen Geometrie erforderlich wird, was sie somit perfekt geeignet für Anwendungen in Maschinen macht, in denen der Erfindung vorausgehende Einheiten, die aber äusserlich dieser ähnlich sind, bereits arbeiten.
  • Die so ausgelegte Erfindung kann zahlreichen Änderungen und Varianten unterzogen werden, wie in den anhängenden Ansprüchen festgelegt, ohne dabei aus dem Zweckbereich des erfinderischen Konzeptes herauszugehen.

Claims (4)

  1. Elektrische Spindel (1) für den Drehantrieb mit hoher Geschwindigkeit von spanabhebenden Werkzeugen an numerisch gesteuerten Arbeitsstationen zur Bearbeitung von Holz und ähnlichem, enthaltend: – ein Gehäuse (2), auch bestehend aus mehreren, fest miteinander verbundenen Teilen, innen hohl und mit einer internen Geometrie, die im wesentlichen zylindrische Segmente zeigt und im wesentlichen symmetrisch um eine Längsachse Z ist, wobei das genannte Gehäuse aussen dazu bestimmt ist, an der genannten Arbeitsstation befestigt zu werden und innen eine Welle (3) zu tragen, die sich im Verhältnis zu diesem dreht, wobei die genannte Welle (3) von einer axialen Symmetrie ist, ebenfalls zusammengesetzt aus mehreren, fest miteinander verbundenen Teilen, und dazu bestimmt, in ihrem vorderen Abschnitt ein Werkzeug zu halten, und wobei sie in zwei ihrer axialen, vorderen (A1) und hinteren (A2) Segmente, die den jeweiligen, axialen Segmenten (C1) und (C2) des Gehäuses entsprechen, so gehalten ist, dass ihre Drehachse mit der genannten Achse Z des Gehäuses übereinstimmt; – einen elektrischen Rotationsmotor (4), dessen Welle mit der genannten Welle (3) übereinstimmt, und dessen elektrisches Rotorpaket (4r) Teil des Umfangs der genannten Welle (3) ist, angeordnet zwischen dem genannten, vorderen (A1) und dem hinteren (A2) Teil, und dessen elektri sches Statorpaket (4s) fest mit dem genannten Gehäuse (2) verbunden ist; – ein oder mehrere Lager (V) mit Wälzelementen, eingesetzt in dem radialen Raum zwischen dem genannten, vorderen Segment (A1) der Welle und dem entsprechenden, genannten Segment (C1) des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass das Halten der genannten Welle (3) an ihrem genannten, hinteren Segment (A2) mit Hilfe eines Lagers (5) mit Gasfilmschmierung und einer radialen Belastungsfähigkeit erfolgt, vom Typ mit unter Druck stehendem Gas in einem Spalt (5m), der zwischen den zylindrischen Oberflächen vorhanden ist, wo der rotierende Teil des genannten Lagers (5) durch dasselbe, hintere Wellensegment (A2) dargestellt ist, ausgebildet als zylindrischer Schaft, und der feststehende Teil durch dasselbe, genannte Gehäusesegment (C2) dargestellt ist, ausgebildet als zylindrische Vertiefung mit Bohrungen zum Zuführen des Gasfilmschmiermittels, und wobei der genannte Spalt (5m) durch den radialen Spielraum zwischen dem genannten, als zylindrischer Schaft ausgebildeten Wellensegment (A2) und dem entsprechenden, genannten, als zylindrische Vertiefung ausgebildeten Gehäusesegment (C2) beschrieben wird.
  2. Elektrische Spindel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wälzlager (V) eine radiale und axiale Halterung für die genannte Welle (3) entsprechend ihrem eigenen, genannten Segment (A1) bildet, während das genannte Lager (5) mit Gasfilmschmierung eine ausschliesslich radiale Halterung für die genannte Welle (3) entsprechend ihrem eigenen, genannten Segment (A2) bildet.
  3. Elektrische Spindel nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die genannte Welle (3) das genannte, wenigstens eine Wälzlager (V) eine radiale und axiale Halterung bildet, im wesentlichen gleichwertig einem Kugelgelenk, angeordnet entsprechend dem genannten Segment (A1), während das genannte Lager (5) mit Gasfilmschmierung ausschliesslich eine radiale Halterung bildet, im wesentlichen gleichwertig einem Kugelgelenk mit Gleitstück, angeordnet entsprechend dem genannten Segment (A2), so dass die genannte Welle (3) auf isostatische Weise im Verhältnis zu dem genannten Gehäuse (2) gehalten ist.
  4. Elektrische Spindel nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der radialen Dicke des genannten Gehäuses (2) und entsprechend dem genannten, vorderen Segment (C1) desselben durchgehende Kanäle (6) erhalten sind, vorgesehen zum Ausfliessen des genannten, von hinten von dem Ende (5mi) des genannten, zu dem inneren Hohlraum der genannten, elektrischen Spindel (1) ausgerichteten Spaltes (5m) kommenden Gasfilmschmiermittels, wobei die genannten Kanäle (6) eine erste Öffnung (6i) aufweisen, die zu dem genannten inneren Hohlraum der elektrischen Spindel (1) ausgerichtet ist, wobei der genannte, innere Hohlraum dazu vorgesehen ist, von dem Gasfilmschmiermittel wenigstens von dem genannten Ende (5mi) zu der genannten, nach innen gerichteten Öffnung (6i) durchlaufen zu werden, wobei die genannten Kanäle (6) ausserdem eine zweite Öffnung (6e) aufweisen, nach aussen gerichtet und dem Raum (8) zugewandt, der axial zwischen wenigstens einem Wälzlager (V) und einer kreisförmigen, dynamischen Dichtung (7) beschrieben wird, die im Verhältnis zu dem genannten, wenigstens einen Wälzlager (V) vorn angeordnet ist, so dass der genannte Raum (8) gegen den Eintritt von Staub in den genannten Hohlraum der elektrischen Spindel (1) einen Überdruck hat, wobei ebenfalls eine Kühlwirkung mit Hilfe der Fliessgeschwindigkeit der von dem genannten Ende (5mi) des genannten Spaltes (5m) zu der nach aussen gerichteten Öffnung (6e) durchlaufenden Flüssigkeit erzeugt wird, und so, dass ausserdem das Gasfilmschmiermittel daran gehindert wird, durch das genannte, wenigstens eine Wälzlager (V) zu fliessen und damit die entsprechende Ölschmierung abzuwaschen.
DE60008990T 1999-09-30 2000-09-28 Elektrische Hochgeschwindigkeitsspindel mit Hybridrotorlagerung in Holzbearbeitungsmaschinen Expired - Lifetime DE60008990T2 (de)

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IT1999RN000031U IT248731Y1 (it) 1999-09-30 1999-09-30 Elettromandrino ad alta velocita' con sostentamento rotorico ibrido in macchine per la lavorazione del legno
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101524855B (zh) * 2009-01-24 2011-01-05 国家林业局北京林业机械研究所 一种高速自动换刀电主轴冷却结构
CN102114613B (zh) * 2010-11-11 2012-08-22 东南大学 一种高效内冷却的电主轴
ITTV20120063A1 (it) * 2012-04-17 2013-10-18 Fcs System S R L Elettromandrino per macchine a controllo numerico
CN104772696A (zh) * 2015-04-15 2015-07-15 吴江市宏宇机械有限公司 一种圆磨机的动力主轴组件
CH711186A1 (de) * 2015-06-15 2016-12-15 Reishauer Ag Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutförmigen Profilen.
JP6725594B2 (ja) * 2018-06-28 2020-07-22 ファナック株式会社 主軸装置
JP7067423B2 (ja) * 2018-10-31 2022-05-16 日本精工株式会社 モータビルトイン方式のスピンドル装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4316411C1 (de) * 1993-05-17 1994-05-26 Precise Praezisionsspindeln Gm Schnellfrequenzspindel mit elektromotorischem Direktantrieb
IT1278153B1 (it) 1995-01-04 1997-11-17 Cristian Pattarozzi Distributore di spezzoni di carta
JP4360659B2 (ja) * 1999-05-28 2009-11-11 株式会社ディスコ エアースピンドルユニット

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