-
Die
Erfindung betrifft eine Spindel für Werkzeugköpfe, die beim Kalibrieren,
Glätten
oder Polieren von Natursteinplatten und/oder Keramikfliesen verwendet
werden, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Ein Beispiel einer solchen Spindel ist in der
GB 2 226 783 A offenbart.
-
Aus
dem Stand der Technik sind Spindeln bekannt, die ausgelegt sind,
eine Vielfalt an Drehwerkzeugköpfen
zu halten, wobei deren Schwenkachse senkrecht zu einer Bearbeitungsoberfläche ist. Die
Spindel wird durch einen Riemenantrieb in Drehung versetzt, das
heißt,
dass ein elektrischer Motor mit seiner Mittellinie parallel zur
Drehachse der Spindel angebracht ist. Somit muss der Schwerpunkt
der Baugruppe, die Spindel, Motor und Drehkopf umfasst, die für Dreh-
und Vorschubbewegungen relativ zur Bearbeitungsoberfläche betätigt werden,
weit entfernt von der Spindelachse angeordnet werden. Dies führt dazu,
dass die Anordnung anfällig
für Schwingungen
ist, die durch die abrasiven Werkzeuge auf den Kopf übertragen
werden und schließlich durch
die Halteanordnung unterstützt
werden, an der die Spindel befestigt ist.
-
Die
Schwingungen und die Exzentrizität
des Schwerpunktes verstärken
die Belastungen, die der Halteanordnung auferlegt werden, so dass
diese beachtlich beansprucht wird. Eine unmittelbare Konsequenz
und ein erstes Problem beruhen auf der Schwierigkeit, die Wirkung
der Schwingungen zu eliminieren, wenn sie von der Halteanordnung
nicht absorbiert werden, was Materialbearbeitungsdefekte verursacht.
Nicht zuletzt gestattet die nicht ausgerichtete Motorposition die
Verwendung herkömmlicher
Elektromotoren und den Verlauf der Kühlwasserführung für die abrasiven Werkzeuge des
Kopfes durch die durchbrochene Spindelwelle.
-
Ein
zweites Problem tritt dann auf, wenn Spindeln des Standes der Technik
an der Halteanordnung angebracht werden. Solch eine Anordnung wird aus
herkömmlich
gebogenem und geschweißtem Blech
hergestellt und weist den Spindelverriegelungsschlitz auf, der auf
die korrekte Position, die zur Materialbearbeitung erforderlich
ist, anzupas sen ist; es ist somit erforderlich, die Spindel an der
Halteanordnung korrekt zu positionieren, und es ist aus dem Stand
der Technik bekannt, den Verriegelungsflansch der rohrförmigen Spindelwanne
mit seitlichem Ausgleich an der Anordnung zu befestigen, um so kleine
Konstruktionsunterschiede oder Fehler der metallenen Halteanordnung
auszugleichen. Der Vorgang ist schwierig und erfordert ein beachtliches
Austesten mit nachfolgenden Versuchen, um die korrekte Lage und
Position, die für
die Spindelachse erforderlich ist, zu erreichen.
-
Ein
weiteres Problem stellt die Einrichtung der Kopf-, Motor- und Spindel-Baugruppe
entlang der Spindelachse relativ zur Bearbeitungsoberfläche dar. Alle
herkömmlichen
Spindelachseinstellvorrichtungen verwenden luft- oder ölbetätigte Zylinder-Aktuatoren,
die an einer Seite des Spindel für
die Einstellung der Werkzeugbestückung
angebracht sind, wenn diese festgehalten werden, wie während des Kalibiervorgangs
und wenn diese nach unten gedrückt
werden, wie während
der Glätt-
und Poliervorgänge.
Die Wirkungslinie solcher Aktuatoren liegt versetzt zur Spindelachse,
und durchsetzt sowohl die Halteanordnung als auch die Spindel. Die
Spindelmasse liegt versetzt zur Wirkungslinie des Zylinder-Aktuators.
Ebenso besteht beim Stand der Technik keine Beziehung zwischen der
Masse des elektrischen Motors und der Vorschubbewegung der Spindel
zur/weg von der Bearbeitungsoberfläche, und die Spindelwelle wird
von einem Riemenantrieb angetrieben. Im Ergebnis wird durch den
Zylinder-Aktuator eine vergleichsweise kleine Masse verschoben, wenn
der Bearbeitungsdruck des Drehkopfes, der die abrasive Werkzeugbestückung hält, angepasst
wird, wobei die motoreigene Masse dabei keine Rolle spielt. Die
kleine Gesamtmasse beeinträchtigt
das Selbstschärfen
der Werkzeuge, und diese entwickeln eine beachtliche Tendenz, mit
Feilspäne
und Schleifstaub zu verschmutzen und ihre abrasive Wirkung zu verlieren.
-
Der
Stand der Technik ist reif für
beachtliche Verbesserung, insoweit dass die obigen Nachteile überwunden
werden.
-
Das
dieser Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Bereitstellung
einer Spindelbaugruppe für
die abrasive Bearbeitung, worin die Kombination aus Spindel, Motor
und Werkzeugkopf inhärent ausbalanciert
ist, und worin die Spindel-/Werkzeugkopf-Achse leicht relativ zur
Bearbeitungsoberfläche auf
zuverlässige
Weise eingestellt werden kann.
-
Das
Problem wird erfindungsgemäß durch eine
Spindel für
Werkzeugköpfe,
die zum Kalibrieren, Glätten
oder Polieren von Natursteinplatten und/oder Keramikfliesen verwendet
werden, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die elektrischen Motoren hinsichtlich Leistung und Drehmoment
gleich ausgelegt, deren Mittellinien sind symmetrisch angeordnet,
und die entsprechenden Antriebszahnräder stehen in kämmendem
Eingriff mit einem Zahnrad, das mit der Spindelwelle verkeilt ist.
-
In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist der Körper
der Spindel koaxial zum Zylinder-Aktuator angeordnet und fest mit
der Kolbenstange des Zylinders verbunden.
-
In
einer anderen, bevorzugten Ausführungsform
ist der Spindelkörper
gebohrt und hält
die Spindelwelle drehbar, wobei der Spindelkörper die Kolbenstange des die
Spindel einstellenden Zylinder-Aktuators bildet.
-
In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
weist die untere Kammer des Zylinder-Aktuators eine größere Arbeitsfläche als
die obere Kammer auf, die dem Zylinderkolben überlagert ist.
-
Die
Vorteile dieser Erfindung sind die Folgenden: Die Massen, die beim
Halten der abrasiven Werkzeugköpfe
in der Spindel involviert sind, sind ausbalanciert, so dass der
Spindelschwerpunkt auf der Achse der Spindel selbst liegt und die
Gesamtmasse sich zur Schwingungsdämpfung eignet. Dies führt zu einer
verringerten Schwingungsübertragung von
der Werkzeugbestückung
auf die Spindelwelle, die Schwingung kann leichter durch die metallenen Halteanordnung
aufgenommen werden, da sie nicht durch eine versetzt angeordnete
Masse verstärkt wird.
-
Des
Weiteren gestattet der ausgerichtete Zylinder-Aktuator, indem dessen
Kolbenstange mit dem Spindelkörper
zusammenfällt,
eine kompaktere Gestaltung, einen zuverlässigeren Aufbau, eine bequemere
Wartung und vermeidet nach außen
vorstehende Ansätze
am Spindelkörper.
Ebenso erhöht
die gesteigerte Masse der Spindel, des Kopfes, des Untersetzungsgetriebes
und der elektrischen Motoren auf effektive Weise das Trägheitsmoment
der Spindelbaugruppe für
eine stark verbesserte Selbstschärfung
der ab rasiven Werkzeuge. Die Schubkraft aus dem Zylinder ist ausgeglichen,
entlang der Spindelachse gerichtet und aufgrund der Auslegung als
Differentialzylinder und dem geregelten Luftdruck geeignet, die
Masse der Spindelbaugruppe aufzunehmen und dem Druck auf das Material
zu widerstehen.
-
Schließlich gestattet
es das rohrförmige
Gehäuse
zum sicheren Halten der Spindel an der metallenen Halteanordnung,
dass über
die obere, kugelförmige
Halterung und die kugelförmige
Führung
am anderen Ende die Richtungseinstellung des abrasiven Werkzeugkopfes
leicht und präzise
zu erreichen ist, um eine Anpassung an Fehler oder Ungenauigkeiten
der metallenen Anordnung, die vorteilhaft durch Schweißen hergestellt
wird, vorzunehmen.
-
Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist beispielhaft in den vier, begleitenden Figuren
gezeigt, in denen 1 eine schematische Axialschnittansicht der
erfindungsgemässen
Spindel ist, die durch Standard-Elektromotoren angetrieben wird
und deren Welle durchbohrt ist, damit die Wasserversorgungsleitung
hindurch verlaufen kann; 2 eine schematische Schnittansicht
der Kupplung der Motoren an die Spindelwelle ist; 3 eine
schematische Schnittansicht des Zylinder-Aktuators ist, der in den
Spindelkörper
eingearbeitet ist; 4 eine schematische Schnittansicht
des die Spindel haltenden rohrförmigen
Gehäuses
ist, das in die Halteanordnung eingebaut ist.
-
Mit 1 in 1 ist
die Spindel bezeichnet, die den abrasiven Werkzeugkopf trägt, der
nicht dargestellt ist, und mit 2 ist die metallene Anordnung
des Bearbeitungswerkzeuges für
die Kalibrierung, das Glätten
und Polieren von Platten aus Granit, hartem Stein, Marmor oder von
möglicherweise
hart gebrannten Porzellanfliesen bezeichnet. Die Spindel ist an
der Anordnung 2 über
das schwingende, rohrförmige
Gehäuse 3,
das mit einem kugelförmigen
Ring 4 versehen ist, befestigt, welcher über einen
Flansch 5 auf einem zusätzlichen
Ring 6, der auch von Kugelform ist, abstützt, welcher
an der metallenen Halteanordnung 2 des Bearbeitungswerkzeugs
befestigt ist. Der Flansch 5 ist mittels Schrauben 7 befestigt,
und das andere Ende des rohrförmigen
Gehäuses 3 wird durch
das kugelförmige
Band 8 des rohrförmigen
Gehäuses,
das den zylindrischen Sitz 9 der metallenen Halteanordnung 2 berührt, geführt. Das
rohrförmige Gehäuse 3 und
somit die Spindel 1 sind ferner mittels der elastischen
Befestigungsanordnung 10, die auf den zusätzlichen
Flansch 11 wirkt, am letzteren Ende des rohrförmigen Gehäuses befestigt.
-
1 zeigt
auch, dass der Körper 12 der Spindel 1 entlang
seiner Achse gleiten kann und mit einem Kolben 13 versehen
ist, der im Innern der Zylinderbuchse 14 bewegbar ist,
die an einem Ende eine integrierte Kappe 15 und am anderen
Ende die zusätzliche
Kappe 16 aufweist, die als rohrförmiger Gleitweg für den Körper wirkt.
Der Flansch 17 ist auf den Körper 12 geklemmt,
um den rohrförmigen
Gleitweg der zusätzlichen
Kappe 16 mit einem Rohr 18 abzudecken. Eine Zunge 19,
die zwischen dem rohrförmigen
Gleitweg und dem Rohr 18 eingreift, gestattet die wechselseitige
Gleitbewegung und unterbindet die Drehung. An dem Flansch 17 ist
der Körper des
Untersetzungsgetriebekastens 20, der die elektrischen Motoren 21 trägt, befestigt,
die letzteren sind an der Abdeckung 22 des Untersetzungsgetriebekastens
mittels Einstellringen 23 befestigt. Die elektrischen Motoren
sind jeder mit einem Antriebszahnrad 24 versehen, die mit
ihren Wellen verkeilt sind, um in Eingriff mit einem zentralen Zahnrad 25 zu
stehen, das seinerseits mit der Nabe 26 der gebohrten Welle 27 verkeilt
ist.
-
Schließlich ist,
wie in 1 gezeigt, eine gebohrte Hülle 28, die koaxial
mit der Welle 27 angeordnet ist, um eine Wasserversorgungsleitung 29 dadurch
zu führen,
die zu dem abrasiven Werkzeugkopf führt. Die gebohrte Welle ist
starr mit dem Stirnseitengelenk 30 an der Welle der Spindel 31 angebracht, und
auch durchbohrt, wobei an deren gegenüberliegendem Ende der abrasive
Werkzeugkopf, der nicht dargestellt ist, angebracht ist. Der Kopf
ist auf herkömmliche
Weise lösbar
am Endflansch 32 der Welle der Spindel 31 angebracht,
um sich mit dieser zu drehen. Der Wechselwirkungsstift liegt an
der Arretierung 33 an, die starr mit dem Spindelkörper 12 zur axialen
Gleitbewegung zusammen mit diesem ausgebildet ist, um so das erforderliche
Drehmoment auf den Kopf zu übertragen.
-
Ohne
dies mit Bezugszeichen zu versehen, sind in den 2 und 3 Lager,
die an stationären Teilen
angebracht sind, um die Drehteile zu halten, Schraubbefestigungen
für die
Teile und Ringdichtungen zwischen den sich drehenden und den stationären Teilen
dargestellt.
-
3 zeigt
die Dichtungen 34 für
die Endkappen 15 und 16 des Zylinder-Aktuators 35,
in dem der Kolben 13 gleiten kann, wobei der Kolben mit
einer Dichtung 36 versehen ist. Dem Zylinder 35 wird ein
Arbeitsmedium, vorteilhaft Luft, in beide Richtungen, über eine
Leitung 37, die in Verbindung mit der unteren Kammer 38 steht,
die eine größere Arbeitsfläche aufweist,
und über
eine Leitung 39, die in Verbindung mit der oberen Kammer
steht, die eine kleinere Arbeitsfläche aufweist, zugeführt. Die
Arbeitsflächendifferenz
wird durch Verringerung des Durchmessers des Körpers 12 in der unteren
Kammer 38 bezüglich
des Durchmessers des Körpers
in der oberen Kammer 40 erhalten. Die Schrauben 7,
die für
die Befestigung des Flanschs 5 des rohrförmigen Gehäuses 3 verwendet
werden, verlaufen durch die Durchgangslöcher, um in breite Unterlegscheiben 41 eingefädelt zu
werden; das Spiel in den Löchern
ist so weit, dass es den Befestigern gestattet, selbst dann festgezogen
zu werden, wenn ein erheblicher Neigungswinkel zwischen der metallenen
Anordnung 2 und dem rohrförmigen Gehäuse 3 vorliegt.
-
Schließlich zeigt 4 die
Schrägverstellung 42,
die dem rohrförmigen
Gehäuse 3 und
somit der Spindel 1 mit dem Werkzeugkopf relativ zur metallenen
Halteanordnung 2 gewährt
wird, um eine Anpassung an Ungenauigkeiten beim Zusammenbau in den
metallenen Teilen der Anordnung 2 zu erreichen.
-
Die
Spindel-Baugruppe 1 ist an der metallenen Halteanordnung 2 durch
Einsetzen des rohrförmigen
Gehäuses 3 in
die Anordnung 2 angebracht, und nachdem eine präzise Einstellung
erreicht ist, werden die Schrauben 7 angezogen. Die Schrauben werden
angezogen, um das rohrförmige
Gehäuse
in einer eventuell geneigten Position 42 durch eine Schwenkbewegung
um das Kugelgelenk 4 zwischen dem Flansch 5 des
rohrförmigen
Gehäuses
und dem Ring 6, der an der Anordnung 2 angebracht
ist, zu befestigen. Am anderen Ende des rohrförmigen Gehäuses gestattet das kugelförmige Band 8 die
Einstellung des rohrförmigen
Gehäuses
auf diese Position 42, ohne dass die Berührung mit
der zylindrischen Oberfläche
des Sitzes 9 verloren geht, an den es angebracht ist. Diese
Endverbindung wird durch die elastischen Befestiger 10 verstärkt, die
auf das rohrförmige
Gehäuse 3 über den
zusätzlichen
Flansch 11, mit dem es starr verbunden ist, einwirken.
-
Die
Spindel wird durch das zentrale Zahnrad 25 angetrieben,
das mit der Nabe 26 der hohlen Welle 27 verkeilt
ist. Die elektrischen Motoren 21 sind Standard-Motoren,
da die Kühlmittelversorgungsleitung 29 zur
Werkzeugbestückung
nicht durch die Motoren 21 verläuft. Die Masseverteilung ist
inhärent ausbalanciert,
indem zwei oder mehr Motoren 21 in gleichen Abständen um
die Umfangsposition der Antriebszahnräder 24 angeordnet
sind, die mit der zugehörigen
Motorwelle verkeilt sind.
-
Der
Zylinder-Aktuator 35 wird so betätigt, dass er den Drehkopf
in Richtung des plattenförmigen
Werkstücks
vorschiebt, indem mit Druck beaufschlagtes Medium, vorteilhaft Luft,
in eine der Kammern auf der jeweiligen Seite des Kolbens 13 zugeführt wird.
Ein geringer Druck in der unteren Kammer 38 mit großer Fläche wird
die Spindelbaugruppe in eine „schwimmende" Position, die auf
die erhebliche Masse der Baugruppe der Spindel 1 angepasst
ist, über
das Bearbeitungsmaterial anheben. Andererseits wird ein kontrollierter
Druck in der oberen Kammer 40 den Drehkopf in Richtung
und gegen die Oberfläche
des bearbeiteten Materials drücken,
wodurch der Bearbeitungsdruck, der auf das Material ausgeübt wird,
auf das gewünschte
Maß angepasst wird.
Diese erhebliche Masse, die ein beachtliches Trägheitsmoment aufweist, dämpft die
Schwingung und bremst die „schwimmende" Baugruppe ab, um einen
konstanten Bearbeitungsdruck auf die Bearbeitungsoberfläche zu erzeugen,
die auf effektive Weise die Selbstschärfeigenschaft des abrasiven
Werkzeugs verbessert.
-
Für den Fall,
dass ein Kalibrierkopf verwendet wird, wird der Zylinder-Aktuator 35 unter
hohem Druck positioniert, und die Bearbeitungstiefe wird extern
mittels eines herkömmlichen
mikrometrischen Einstellers, der nicht dargestellt ist, festgelegt.
Der Zylinder-Aktuator 35 gestattet,
wenn er in der gezeigten Position unter Druck gehalten wird, die
schnelle Wegbewegung von dem Bearbeitungsmaterial, wobei der Kalibiervorgang
nicht fortgesetzt wird.