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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Solch
Lager 5 ist in Bezug auf die verbindliche Auslegung im
wesentlichen gleichwertig einem in dem Bereich A2 angeordneten Gleitscharnier.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.