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Übersetzung
der Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine gänzlich neue Werkzeugspindel
mit einer Zugstange zum festen Einspannen von Werkzeugen in der
Spindelachse der Spindel, die axial in der Spindel verschiebbar
ist, um den Betrieb der Werkzeugspindel auch bei sehr hohen Drehzahlen
zu vereinfachen und zu gewährleisten.
Die Erfindung weist die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
beschriebenen Merkmale auf und wird nachfolgend anhand von Beispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Eine Werkzeugspindel
mit einer Anordnung gemäss
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus
EP 0 294 547 bekannt.
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Die 1-4 zeigen
schematisch Beispiele der erfindungsgemässen Werkzeugspindel, wobei
aufgrund der Rotationssymmetrie der Spindel nur der halbe Querschnitt
dargestellt ist.
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5 zeigt
eine weitere Ausbildung der Erfindung im Schnitt, und
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6 und 7 zeigen
Querschnitte durch die Spindelachse gemäss den Linien VI und VII in 4 und 8 zeigt
schematisch die mit der erfindungsgemässen Spindel verbundene Versorgungseinheit.
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Allgemeine Beschreibung
der erfindungsgemässen Werkzeugspindel
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Die
drehende Spindelachse ist mit 1 bezeichnet und im Beispiel gemäss 1 auf
zwei mit 2 bezeichneten Kugellagern gelagert, oder wahlweise auf zwei
Flüssigkeitslagern 24 (5).
Eine axial verschiebbare Zugstange 3 ist in der Mitte der
Spindelachse angeordnet. Auf an sich bekannte und hier nicht im
einzelnen dargestellte Weise kann ein Werkzeug (nicht dargestellt)
fest in der Spindelachse 1 eingespannt werden, indem es
mit der in der Spindelachse axial verschiebbaren Zugstange 3 verbunden wird.
Am Ende der Spindelachse 1 gegenüber dem Werkzeug erstreckt
sich die Zugstange 3 in eine gegenüber der Drehung der Spindel 1 ortsfeste
Einheit 4.
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Kühlung des
Werkzeugs
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Ein
Anschluss für
ein Kühlmittel,
mit 5 bezeichnet, mit dem ein Rohr oder Schlauch verbunden ist, über den
ein Kühlmittel,
beispielsweise eine Emulsion, unter Druck durch ein mittiges Loch 6 in der
Zugstange 3 gepumpt wird, ist in der Mitte der ortsfesten
Einheit 4 angeordnet. Das Kühlmittel tritt bei der Verbindung
mit dem Werkzeug aus der Zugstange aus, um die Spitzen des Werkzeugs
auf bekannte Art zu kühlen.
Wie erwähnt,
wird das Kühlmittel
unter Druck zugeführt,
so dass das Kühlmittel (Fluid)
vom Bereich mit dem unter Druck stehenden Fluid – dem Bereich vor dem Einlass
der Bohrung 6 – durch
den Spalt zwischen der ortsfesten Einheit 4 und der drehbaren
Zugstange 3 in einen ersten Auslass 8 durchsickert,
in welchem ein niedrigerer Druck herrscht als derjenige des zugeführten Kühlmittels. Dieser
Spalt bildet eine Spaltdichtung und führt dadurch zu einem Druckabfall,
der eine Dichtungsfunktion bewirkt. Da es sich um einen kleinen
Spalt handelt, gelangt nur ein unbedeutender Teil des gesamten Kühlmittelflusses
durch den Spalt. Während
der Drehung der Zugstange 3 wirkt das Fluid im Spalt als dynamisches
Flüssigkeitslager
und übt
eine radial stabilisierende Kraft auf die drehende Zugstange 3 aus.
Zudem führt
das Fluid die im dynamischen Flüssigkeitslager
entstehende Reibungswärme
ab. Damit das Fluid nach dem Auslass 8 nicht in den Spalt
entlang der Zugstange 3 und dem ortsfesten Teil 4 eintritt,
wird ein Gas, beispielsweise Luft (Sperrluft) durch einen über eine
Radialebene in der ortsfesten Einheit 4 verteilten Einlass 7 eingepresst,
wodurch dieses Gas (Luft) in den Spalt eindringt und in den Bereich
niedrigeren Drucks und somit gegen das austretende Fluid zum Auslass 8 strömt, wobei
das in den Bereich beim Auslass 8 austretende Gas und Fluid
die ortsfeste Einheit durch ein nicht dargestelltes Kanalsystem
verlassen. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass der Einlass 7 sowie
alle anderen beschriebenen Öffnungen
in der Werkzeugspindel axial auf jeder Seite durch Spaltdichtungen begrenzt
sind.
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Eine
solche Spaltdichtung bewirkt:
- 1. Eine Dichtungsfunktion,
welche bei hohen Drehzahlen ohne Verschleiss der Bestandteile arbeitet
- 2. Eine dynamische Lagerung der Zugstange 3, die eine
radial stabilisierende Kraft bewirkt
- 3. Ableitung der im dynamischen Lager entstehenden Reibungswärme
- 4. Keine Vermischung verschiedenartiger Fluide
- 5. Die aus den Dichtungen austretende Flüssigkeit wird aufgefangen und
zur entsprechenden Pumpeneinheit zurückgeführt.
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Sensor für die axiale
Stellung der Verbindungsstange
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Wie
oben erwähnt,
erfolgt die feste Einspannung eines Werkzeugs in der Spindel mittels
einer Zugstange 3, welche das Werkzeug beim Zurückziehen
in die Spindel einspannt. Zum Ausspannen des Werkzeugs wird die
Zugstange 3 über
eine bestimmte Strecke herausgeschoben, wodurch das Werkzeug entnommen
werden kann. Wenn sich das Werkzeug bei drehender Spindelachse von
derselben löst,
können
bedeutende Schäden
und Unfälle die
Folge sein. Es ist deshalb äusserst
wichtig, dass das Werkzeug wirklich fest und korrekt mit der Spindelachse
verbunden ist, was bisher schwierig zu erreichen war.
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Die
vorliegende Erfindung, beispielsweise gemäss 2, gestattet
die Bestimmung der axialen Stellung der Zugstange 3, wodurch
auch feststellbar ist, ob das Werkzeug korrekt mit der Spindelachse verbunden
ist oder nicht. Zu diesem Zweck ist die Einheit 4 mit einer
Spule 9 versehen, in deren Öffnung das Ende der gegenwärtig in
der Einheit 4 befindlichen Zugstange 3 hineinragt.
Die Spule 9, welche gegenüber der axialen Verschiebung
der Zugstange 3 ortsfest ist, erzeugt je nach der axialen
Stellung der Zugstange in der Spule 9 einen unterschiedlichen
Stromfluss. Abhängig
von der axialen Stellung der Zugstange in der Spule 9 gestattet
dies durch den entsprechenden, positionsabhängigen Stromfluss eine genügend genaue
Bestimmung der axialen Stellung der Zugstange und damit die Festlegung
von Grenzen, innerhalb derer das Werkzeug gewechselt werden kann
bzw. wann das Werkzeug korrekt mit der Spindelachse verbunden ist
und verwendet werden kann. Zur Verminderung der Empfindlichkeit
auf Störungen
durch Umgebungseinflüsse
werden die Signale mit den Informationen betreffend die Stellung der
Zugstange 3 über
Lichtleitfasern zu einer Einheit ausserhalb der Spindel geleitet,
beispielsweise einem Computer oder einer anderen Steuerung, beispielsweise
falls die eigentliche Dateneinheit in der Spindelachse angeordnet
ist, zur Verarbeitung in zugängliche
Informationen mittels an sich bekannter Technik. In diesem Zusammenhang
ist zu bemerken, dass die Spule 9 im Prinzip an einer beliebigen
Stelle um die Zugstange 3 angeordnet sein kann, solange die
Zugstange an dieser Stelle eine wesentliche Materialveränderung
aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist es natürlich auch möglich, mehr
als eine Spule 9 zu verwenden.
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Hydraulisches
Einspannen und Ausspannen des Werkzeugs in der Spindel
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1 zeigt
eine Werkzeugspindel, bei welcher ersichtlich ist, dass die Zugstange 3 einen
integrierten Kolben 11 aufweist. Zusätzlich zur Mittelbohrung 6 weist
die Zugstange 3 um die Mitte verteilte Bohrungen 12a,
b, c auf. Der Kolben 11 ist in einer in der Spindelachse 1 ausgebildeten
Zylinderkammer 13 verschiebbar. In der Stellung gemäss 3 ist
die Zugstange 3 in die Spindelachse 1 zurückgezogen, wodurch
das Werkzeug (nicht dargestellt) fest eingespannt ist. Um das Werkzeug
in dieser Stellung auszuspannen, wird Hydraulikfluid unter Druck
durch einen Einlass 16 der Einheit 4 zugeführt und
mindestens in eine erste Bohrung 12a der Zugstange 3 eingeleitet,
welche neben dem Einlass 16 mündet. Das unter Druck stehende
Gas, das wie oben beschrieben durch den Einlass 7 zugeführt wird,
dringt durch eine Spaltdichtung ebenfalls nach links (wie in den
Figuren ersichtlich) und tritt durch einen Auslass 8' aus. Durch
diesen Auslass 8' und
die links davon angeordnete Spaltdichtung ist der über den
Einlass 16 mit Druck beaufschlagte Bereich begrenzt, indem
das Fluid zusammen mit dem Gas (Sperrluft) durch den Auslass 8' aus der Einheit 4 austritt.
Das Hydraulikfluid wird über
die Bohrung 12a auf der rechten Seite des Kolbens 11 (gemäss 1)
in die Zylinderkammer 13 eingeleitet und drückt den
Kolben nach links. Die Zugstange 3 wird damit nach links
verschoben und gestattet das Ausspannen des Werkzeugs.
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Mindestens
eine zweite Bohrung 12b, bei welcher es sich nicht um die
gleiche Bohrung handelt wie die zuvor im Zusammenhang mit der Öffnung 16 beschriebene,
und die am Ende neben der Öffnung 16 (2)
verschlossen ist, weist eine oder mehrere Öffnungen 14' auf, die am
Umfang in einer Radialebene verteilt sind und stets mit einem Einlass 14 der Einheit 4 in
Verbindung stehen, der in einer Radialebene geteilt ist und durch
eine Spaltdichtung 14'' axial vom Einlass 16 getrennt
ist. Hydraulikfluid unter Druck wird dem Einlass 14 zugeführt (wobei
der Einlass 16 natürlich
nicht unter Druck steht) und über
die zweite Bohrung 12b auf der linken Seite des Kolbens 11 (gemäss 2)
in die Zylinderkammer 13 eingeleitet und drückt den
Kolben 11 nach rechts, wodurch die Zugstange zum Einspannen
des Werkzeugs nach rechts verschoben wird. Die Zugstange 3 wird
durch das unter Druck stehende Hydraulikfluid, welches ununterbrochen
auf die linke Seite des Kolbens wirkt, in dieser Stellung gehalten.
Wie oben im Zusammenhang mit der Kühlflüssigkeit erwähnt, dringt
auch die Hydraulikflüssigkeit
in die Spaltdichtungen zwischen der Einheit 4 und der Zugstange 3 sowohl
rechts als auch links in der Figur. Das durch den Einlass 14 zugeführte Fluid
unter Druck ist links (2) durch eine Spaltdichtung
sowie einen Auslass 18 bzw. einen Kanal unter Atmosphärendruck
und auf der rechten Seite der Spaltdichtung durch eine Spaltdichtung
und den Einlass 16 beschränkt, der wie bereits erwähnt jetzt
nicht unter Druck steht. Druckluft (Sperrluft) wird auch durch einen
in einer Radialebene geteilten Einlass 17 der Einheit 4 zugeführt, wodurch
ein Austritt von Hydraulikflüssigkeit
auf der linken Seite (in der Figur) ebenfalls verhindert wird, und
welche zusammen mit dem austretenden Hydraulikfluid über den Auslass 18 aus
der Einheit 4 austritt. Um ein Eindringen von Druckluft
aus dem Einlass 17 in die eigentliche Spindel zu vermindern
oder zu verhindern, ist auf der linken Seite des Einlasses 17 ein
Auslass 19 mit geringerem Druck (Atmosphärendruck)
angeordnet.
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Die
Bohrung 12a ist beim Einlass 16 offen und mündet auf
der rechten Seite des Kolbens 11, während die zweite Bohrung 12b Öffnungen 14' aufweist, am
Ende neben dem Einlass 16 abgedichtet ist, und auf der
linken Seite des Kolbens in die Zylinderkammer 13 mündet.
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Falls
das Flüssigkeitslager 24 verwendet wird,
siehe 5, und die Spindel die dort gezeigte Ausführung aufweist,
wird das Hydraulikfluid unter Druck über den Einlass 16 und
die Bohrung 12a eingeleitet, um das Werkzeug auszuspannen.
Zum festen Einspannen des Werkzeugs wird die Bohrung 12b über den
Einlass 14 mit Druck beaufschlagt, um den Kolben 11 in
der Figur nach rechts zu verschieben. Auf diese Weise wird die auf
der rechten Seite des Kolbens in der Bohrung 12a enthaltene
Hydraulikflüssigkeit
durch den nunmehr druckentlasteten Einlass 16 ausgepresst.
Beim Ausspannen des Werkzeugs erfolgt der Vorgang umgekehrt, und
die Hydraulikflüssigkeit
wird durch den nunmehr druckentlasteten Einlass 14 ausgepresst.
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Kühlung der Spindel bei der Verbindung
zum Rotor
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Wie
erwähnt,
wird das Werkzeug (nicht dargestellt) fest eingespannt durch Verschieben
der Zugstange 3 in die Werkzeugspindel, indem Hydraulikfluid
unter Druck durch den Einlass 14 der Einheit 4 und
den zweiten Kanal 12b auf der dem Werkzeug zugewandten
Seite des Kolbens zur Zylinderkammer 13 zugeführt wird,
wie aus 2 hervorgeht. Die Spindelachse 1 weist
wie dargestellt eine Anzahl über
den Umfang verteilter axialer Kanäle 20a, b auf, beispielsweise
zwölf Kanäle (s. 6),
welche in die Zylinderkammer 13 münden. Von diesen zwölf Kanälen weisen
sechs Kanäle 20b bei
der Verbindung zur Zylinderkammer 13 Einengungen 21 auf,
um den Druck in der Zylinderkammer aufrechtzuerhalten und um die
gewünschte
Durchflussmenge in den Kanälen 20a zu
steuern, und auf der den Einengungen gegenüberliegenden Seite sind sie
mit den anderen sechs Kanälen 20a verbunden,
welche bei der Zylinderkammer abgeschlossen sind (21'). Die letzteren sechs
Kanäle 20a münden stattdessen
in die erste Bohrung 12a der Zugstange 3, welche
unter diesen Bedingungen inaktiv ist, um das Hydraulikfluid über den
Einlass 16 abzuführen,
der beim Einspannen des Werkzeugs inaktiv ist.
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Solange
das Werkzeug eingespannt ist und somit Fluid unter Druck auf die
linke Seite des Kolbens 11 wirkt, fliesst ein Teil des
Fluids über
die Einengungen 21 durch die Kanäle 20b in der Spindelachse 1 und
wieder zurück
durch die Kanäle 20a,
die erste Bohrung 12a und aus dem inaktiven Einlass 16 und
kühlt so
die Spindelachse und den aussen auf der Spindel angebrachten Rotor 22 des
Motors zum Antrieb der Spindel. Während dem Ausspannen des Werkzeugs
und der Verschiebung der Zugstange 3 nach links in der
Figur ändert
das Hydraulikfluid die Fliessrichtung und kühlt gleichfalls die Spindel 1.
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Spülluft zum
Abblasen des Werkzeugs
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Der
Drucklufteinlass 17 der Einheit 4, in 3 in
einer Radialebene geteilt dargestellt, wird im Betrieb bei eingeschalteter
kontinuierlicher Druckluft mit mindestens einer dritten Bohrung 12c der
Zugstange 3 verbunden, die am rechten Ende in der Figur
dicht verschlossen ist. Wenn die Zugstange 3 zum Ausspannen
des Werkzeugs nach links verschoben wird, wird die Druckluft, hier
als Spülluft
bezeichnet, automatisch über
einen oder mehrere dritte, mit 23 bezeichnete Kanäle in der
Spindelachse 1 zum werkzeugseitigen Ende der Spindel geleitet,
um die anliegenden Flächen
des Werkzeugkonus in anerkannter Weise abzublasen. Während dem
Einspannen eines Werkzeugs durch Zurückziehen der Zugstange 3 wird
der Druckluftstrom automatisch unterbrochen, indem das Werkzeug
die Kanäle 23 mit dem
Konus und dem Flansch abschliesst.
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Kühlung der
Spindelachse und damit des Rotors einer flüssigkeitsgelagerten Werkzeugspindel
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5 zeigt
die Erfindung angewandt auf eine Werkzeugspindel 1, die über ein
schematisch dargestelltes, mit 24 bezeichnetes Flüssigkeitslager gelagert
ist. Im Prinzip entspricht diese Ausführung der oben im Zusammenhang
mit Kugellagern beschriebenen Ausführung, jedoch mit dem Unterschied,
dass die Kanäle 20b nicht
in die Zylinderkammer 13 münden, sondern dort beispielsweise
dicht verschlossen sind. Kühlwasser
wird über
die Einheit 4 durch einen in einer Radialebene geteilten
Einlass 25 zu den Bohrungen 12d der Zugstange 3 zugeführt, welche
am Ende auf der rechten Seite in der Figur dicht verschlossen sind,
und über
diese Bohrungen 12d in die gleichmässig um die Mittelachse der Spindelachse 1 verteilten
Kühlkanäle 26 geleitet.
Die Enden der Auslässe
der Kühlkanäle weisen
Einerengungen 27 auf, um den gewünschten Durchfluss in den Kanälen zu gewährleisten
und das Kühlwasser aus
der Spindelachse von den Kanälen 26 abzuführen. In
diesem Fall, bei der Verwendung von Flüssigkeitslagern, ist die Spindel
von einer Atmosphäre
unter Druck umgeben, beispielsweise kontinuierlich zugeführte Druckluft,
die in einem Gehäuse 33 eingeschlossen
ist, d.h. Druckluft wird dadurch kontinuierlich in die Spaltdichtung 29' zwischen der
Zugstange 3 und der Einheit 4 eingespeist, wodurch
verhindert wird, dass in den Spalt eindringendes Kühlwasser
in den Spalt hinausgedrückt
wird, sondern von einem Auslass 28 aufgenommen und von
der Einheit 4 weiterbefördert
wird.
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Auf ähnliche
Weise wird durch den unter Druck stehenden Raum 33 um die
Spindelachse eine Spaltdichtung mit Druckluft beaufschlagt, um zu
verhindern, dass aus dem linken Lager 24 austretendes Fluid
oder durch die Einengungen 27 in der Spindelachse fliessendes
Kühlmittel
durch diesen Spalt hineingedrückt
wird. Das Fluid gelangt in den Raum 30 und wird zusammen
mit der Sperrluft über
mehrere Kanäle 31,
welche ebenfalls den Stator der Spindel kühlen, von der Spindel abgeführt. Das
aus dem rechten Flüssigkeitslager
austretende Fluid wird von Kanälen
auf beiden Seiten des Lagers aufgenommen und durch den Druck im
Gehäuse 33 über (nicht
dargestellte) Leitungen zur Aussenseite des Gehäuses abgeleitet, beispielsweise
durch eine Verbindung zu den Känälen 31.
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Versorgungssystem
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Ein
Problem bei einer Spindel der beschriebenen Art, für deren
Funktion ein Fluid (Flüssigkeit, Gas)
eine wichtige Rolle spielt, besteht darin, einen hohen Zuverlässigkeitsgrad
im Betrieb zu erzielen und zu gewährleisten, dass das Fluid die
vorgesehene Funktion mit dem gewünschten
Volumen und Druck erfüllt.
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Bei
Störungen
der Überwachungs-
und Steuerungssysteme oder Fehlfunktionen der Fluidzufuhr zur Spindel
muss die Spindelachse gestoppt werden, bevor die Störung bzw.
Fehlfunktion Schäden
verursacht oder zu einer Gefahr für den Betrieb der Spindel wird.
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Die
Funktionssicherheit der beschriebenen Spindel kann dadurch gewährleistet
werden, dass die Fluidzufuhr für
die verschiedenen Funktionen jeweils durch voneinander unabhängige Zufuhrkanäle erfolgt,
besonders in den anfälligsten
Abschnitten, beispielsweise dort, wo flexible Verbindungen erforderlich
sind.
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Mit
Hilfe von Druck- und Strömungswächtern ist
es möglich,
die verschiedenen Funktionen, d.h. den Druck und den Durchfluss
im jeweiligen Kanal kontinuierlich so zu überwachen, dass die Werte in den
erwünschten
Grenzen liegen. Damit kann erreicht werden, dass die Spindel nicht
gestartet werden kann, wenn eine Anzeige bei stehender Spindel angibt,
dass der erwünschte
Wert nicht in den entsprechenden Grenzen liegt oder die Überwachungseinheiten
nicht funktionieren. Falls die Signale anzeigen, dass der betreffende
Wert während
dem Betrieb der Spindel nicht innerhalb der gewünschten Grenzen liegt oder
die Überwachungseinheiten
nicht funktionieren, wird die Spindel abgeschaltet. Für diesen Fall
ist es wichtig, dass sofort ein Notsystem verfügbar ist, damit die Spindel
selbst zum Stillstand kommt, bevor die Fluidzufuhr abbricht.
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Bei
Störungen
im System ist es sehr wichtig, dass die Spindel gestoppt werden
kann, um das Fluid von Stellen fernzuhalten, wo es sich unkontrolliert ausbreiten
kann und Schäden
verursacht, indem die aktive standortmässige Kontrolle des Fluids
ausbleibt.
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8 zeigt
schematisch die erfindungsgemässe,
mit F bezeichnete Versorgungseinheit zur funktionellen Versorgung
der Werkzeugspindel, die wie oben beschrieben die Spindelachse 1 und
deren Kugellager 2 bzw. Flüssigkeitslager sowie die zugehörigen Spaltdichtungen
umfasst.
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Rechts
in 8 ist das System 9F zum Empfang und zur
Verarbeitung der Strom- oder optischen Signale von der Spule 9 auf
der Werkzeugspindel dargestellt, das die Bestimmung der axialen
Stellung der Zugstange 3 gestattet.
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Zur
Kühlung
des Werkzeugs wird ein Kühlfluid
mit einem Druck von 10–140
bar dem Werkzeug-Kühlsystem 5F zugeführt, welches
in Flussrichtung gesehen aus einem Absperrventil 501, einem Rückschlagventil 502 und
einem Druckwächter 503 besteht,
der feststellt, ob der genannte Druck innerhalb der vorgegebenen
Grenzen liegt. Der Werkzeugspindel zugeführtes und über die Spaltdichtung austretendes
Kühlfluid
wird abgeleitet und ist symbolisch mit dem Pfeil 504 angedeutet.
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Schutz-
oder Sperrluft mit einem Mindestdruck von 6 bar wird über ein
Absperrventil 701 im Sperrluftzweig 7F sowie einen
Druckwächter 702,
ein Rückschlagventil 703,
einen Akkumulator 704 und einen Regler 705, der
den Ausgangsdruck auf den gewünschten
Druck einstellt, dem Einlass 7 zugeführt. Die Leitung vom Regler 705 führt zu mindestens
zwei voneinander unabhängigen
Zufuhrkanälen 706 mit
je einem Druckwächter,
die mit dem Einlass 7 der Werkzeugspindel verbunden sind.
Mit dem Druckwächter 702 wird
der korrekte Druck im Kreis 7F überwacht. Im Akkumulator 704 ist
eine bestimmte Luftmenge mit einem Druck von 6–7 bar gespeichert. Wenn die Sperrluft
ausfällt,
wird der Druckabfall vom Druckwächter 702 erfasst,
und der Akkumulator 704 im Kreis 7F wird automatisch
verbunden, während gleichzeitig
ein Signal zum Unterbruch der Energiezufuhr für den Betrieb der Werkzeugspindel
gesendet wird. Der Akkumulator leert sich nach und nach, wobei die
Kapazität
ausreicht, um Fluid von den Stellen, wo es nicht erwünscht ist,
in der Zeit bis zum Anhalten der Spindel und danach fernzuhalten.
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Zur
Kühlung
der Spindel – des
Rotors 22 – wird über den
Kreis 16F ein Kühlmittel
mit einem Druck von beispielsweise 6 bar zugeführt. Dieser Kreis beinhaltet
in Fliessrichtung gesehen einen Strömungswächter 161, der feststellt,
ob im Kreis ein genügender
Durchfluss vorhanden ist, einen Druckwächter 162 wie oben
beschrieben, ein Rückschlagventil 163,
einen Akkumulator 164, einen Regler 165 sowie
ein Rückschlagventil 166,
wonach der Kreis zwei voneinander unabhängige Versorgungskanäle 167 mit
je einem Druckwächter
speist, die mit den Einlässen 14, 16 der
Werkzeugspindel verbunden sind. Im Akkumulator 164 ist
eine bestimmte Fluidmenge mit einem Druck von 6–7 bar gespeichert. Dieser
Akkumulator 164 wirkt im Prinzip gleich wie der Akkumulator 704 im
Kreis 7F und ist auf diese Weise dafür verantwortlich, dass die
Spindel – der Rotor 22 – mit Kühlflüssigkeit
versorgt wird, solange die Spindel rotiert. Der Regler 165 stellt
den Ausgangsdruck auf den gewünschten Druck
ein, beispielsweise 6 bar. Die Kühlflüssigkeit
verlässt
die Spindel über
den Kanal 31 (s. auch 5).
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Das
Zufuhrsystem 24F zur Versorgung des Flüssigkeitslagers 24 der
Werkzeugspindel mit Fluid ist ganz links in 8 dargestellt.
Das Fluid wird dem System mit einem Druck von beispielsweise 100
bar zugeführt
und fliesst durch einen Druckwächter 241, ein
Rückschlagventil 242 und
den Akkumulator 243 und zweckmässigerweise durch einen Strömungswächter 244 und
ein Rückschlagventil 245,
und wird dann über
mindestens zwei voneinander unabhängige Zufuhrkanäle 246 mit
je einem Druckwächter 247 zur
Spindel geleitet. Die verschiedenen Komponenten erfüllen im
Prinzip die gleiche Funktion wie oben im Zusammenhang mit dem System 7F und 16F beschrieben.
Der Strömungswächter 244 dient
zur Überwachung
der korrekten Fluid-Durchflussmenge.
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Der
Hydraulikkreis 14F gestattet die Einstellung des Hydrauliksystems
zur Festlegung des Drucks auf den verschiedenen Seite des Kolbens 11 beim
Einspannen und Ausspannen des Werkzeugs. Nach dem Akkumulator 243 im
Kreis 24F und vor dem Strömungswächter 244 ist eine
Zweigleitung mit einem Regler 141 und einem Rückschlagventil 142 verbunden,
wonach die Abzweigung zu einem Mehrwegventil führt, einem sogenannten 4/2-Wege-
oder Kreuzparallelventil 143. Der Regler ist auf einen Druck
von beispielsweise 60 bar eingestellt. Das Hydraulikfluid unter
Druck wird über
das Ventil 143 rausgelassen und durch mindestens zwei voneinander unabhängige Zufuhrkanäle 144 mit
Druckwächtern über den
Einlass 14 der Werkzeugspindel eingeleitet, um den Kolben 11 nach
rechts zu verschieben (s. Figur) und das Werkzeug einzuspannen.
Dabei steht die Leitung 145 vom Ventil 143 zum
Einlass 16 der Werkzeugspindel nicht unter Druck, so dass
das Hydraulikfluid abgeleitet werden kann. Zum Ausspannen des Werkzeugs
wird das Ventil 143 so gedreht, dass die Verbindung 144 druckentlastet
wird und die Leitung 145 unter Druck steht. Um festzustellen,
ob die Leitung 145 den gewünschten Druck aufweist, ist ein
Druckwächter 146 in
die Leitung eingebaut. Der Rücklauf
des Fluids wird über
die Leitung 147 abgeführt.
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Ein
Teil der zwischen dem Rückschlagventil 502 und
dem Druckwächter 503 am
System 5F angeschlossenen Zweigleitung 707 ist über das
Rückschlagventil 708 nach
dem Regler 705 mit dem System 7F verbunden. Ein
weiterer Teil der Zweigleitung 707 ist über ein Rückschlagventil 708a in
Strömungsrichtung
vor den Zufuhrkanälen 247 mit
dem System 24F verbunden. Die Zweigleitung 707 ist über ein Rückschlagventil 709 auch
mit dem Ventil 143 des Systems 14F verbunden,
sowie über
ein Rückschlagventil 710 mit
dem System 16F nach dessen Rückschlagventil 166.
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Wenn
beispielsweise im System 5F eine Fehlfunktion vorliegt
und der Druck in demselben beispielsweise unter 4 bar abfällt, dem
Druck in der Zweigleitung 707, und die Spindelachse gestoppt wird,
fliesst Luft aus dem System 7F mit einem Anfangsdruck von
4 bar vom System 7F in die Bohrung 6 der Spindelachse,
um Kühlflüssigkeit
von den betroffenen Stellen der Spindelachse fernzuhalten und zu
einem gewissen Grad zur Kühlung
des Werkzeugs beizutragen. Das Rückschlagventil 708 verhindert
natürlich
ein Eindringen von Kühlflüssigkeit
aus dem System 5F in die Zweigleitung 707.
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Wenn
der Druck im System 4F unter 4 bar abfällt oder ein anderer Fehler
vorliegt und die Spindel gestoppt wird, wird analog das Rückschlagventil 710 von
der Luft aus dem System 7F geöffnet, welche das gegenwärtig in
der Spindel vorhandene Fluid verdrängt und zu einem gewissen Grad
zur Kühlung des
Werkzeugs beiträgt.
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Das
gleiche gilt bei einem unzulässigen Druckabfall
oder einer anderen Fehlfunktion, wobei das Zufuhrsystem 14F über das
Rückschlagventil 709 und
das Ventil 143 und/oder das Zufuhrsystem 24 bei
einer Fehlfunktion über
das Rückschlagventil 708a mittels
Druckluft aus dem System 7F gespeist wird, wodurch unerwünschtes
Fluid von diesen Stellen ferngehalten werden kann.
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Die
erwähnten
Druck- und Strömungswächter zeigen
an, wenn die aktuellen Werte ausserhalb der vorgesehenen Grenzen
liegen und unterbrechen die Energiezufuhr zur Spindelachse.
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Ausführungsvariante
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Die
hier beschriebene Erfindung ist nicht genau auf die beschriebene
Ausführungsform
beschränkt,
da die Werkzeugspindel natürlich
eine andere Konstruktion aufweisen kann. Beispielsweise kann sich
die Spindelachse 1 in die ortsfeste Einheit 4 erstrecken
und in dieser untergebracht sein, wobei die Spaltdichtungen zwischen
dieser und der Spindelachse 1 angeordnet sind. In diesem
Fall können die
Axialbohrungen 12a, 12b für das Hydraulikfluid in der
Spindelachse 1 anstelle der Zugstange 3 angeordnet
sein.
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Die
im Zusammenhang mit dem beschriebenen Versorgungssystem angegebenen
Drücke
sind zwar geeignet, dienen jedoch nur als Beispiele und können natürlich abhängig von
unterschiedlichen Parametern abweichen. Die Teile 244–247 fallen
weg, wenn Kugellager verwendet werden, und das System weist stattdessen
eine Schmierungsüberwachung der
Kugellager auf.
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Auch
ist zu bemerken, dass die schematisch dargestellten Kugel- und Flüssigkeitslager 2 bzw. 24 jeweils
eine an sich bekannte Achslagerfunktion aufweisen, welche ausgeklammert
wurde, um die Beschreibung und die Zeichnungen nicht unnötig zu komplizieren.