DE69917486T2

DE69917486T2 - Drehende welle und werkzeugmaschine mit einer solchen welle

Info

Publication number: DE69917486T2
Application number: DE69917486T
Authority: DE
Inventors: Shinji Aiko-Gun KOIKE; Shinichi Aiko-gun INOUE
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2019-11-16
Also published as: US6599066B1; EP1143159A1; EP1143159A4; WO2001031215A1; DE69917486D1; EP1143159B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwellenvorrichtung zum Antreiben einer Spindel, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück befestigt ist, oder zum Antreiben von Vorschubspindelwellen, die in drei senkrecht zueinander verlaufenden X-, Y-, und Z-Achsen bereitgestellt sind, und eine Werkzeugmaschine, wie etwa eine Fräsmaschine, ein Bearbeitungszentrum, eine Schleifmaschine, eine Drehmaschine, eine Erodiermaschine. Die Erfindung betrifft eine neuartige Technik, die die Lebensdauer erhöht, wenn sich die Drehwelle, wie etwa eine Spindel oder eine Vorschubwelle, mit hoher Drehzahl dreht.
Technischer Hintergrund
Bei Drehwellenvorrichtungen mit einer Spindel oder Vorschubwellen einer Werkzeugmaschine erzeugen Lager zum drehbaren Halten der Welle aufgrund der Drehung der Drehwelle Wärme. Die Wärme wird auf die Drehwelle übertragen, um die Temperatur der Drehwelle zu erhöhen, was zu einer thermischen Verformung derselben führt. Eine Spindelvorrichtung beispielsweise, die sich mit hoher Drehzahl dreht, zeigt deutlich eine derartige Tendenz. Daher ist ein flüssiges Kühlmittel zum Kühlen der Spindel und zum Verhindern des Temperaturanstieges derselben sowie eine Schmierung der Lager zum Halten der Spindel erforderlich, um einen effizienten und optimalen Betrieb zu ermöglichen. Andererseits ist auch eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit der drei senkrecht zueinander verlaufenden X-, Y- und Z-Achsen erwünscht. Daher sind, wie im Falle der Spindel, ein flüssiges Kühlmittel zum Kühlen der Vorschubwellen und zum Verhindern des Temperaturanstiegs derselben sowie eine Schmierung der Lager zum Halten der Vorschubwellen erforderlich, um einen effizienten und optimalen Betrieb zu ermöglichen. Auf einem derartigen technischen Gebiet gibt es die folgenden Dokumente des Standes der Technik.
Als erstes Dokument des Standes der Technik offenbart die nicht geprüfte japanische Patentschrift (Kokai) Nr. 63-62638 eine Schmiervorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit einer vertikalen Spindel. Die Vorrichtung bewirkt eine Strahlschmierung, wobei ein Schmieröl in Form eines Strahls auf ein rollendes Element gerichtet wird, das zwischen inneren und äußeren Laufringen eines Lagers zum drehbaren Halten einer Spindel vorgesehen ist, und zwar über eine benachbart zum Lager bereitgestellte Schmierölzufuhrdüse, wobei das Schmieröl der Düse über eine Schmierölzufuhrleitung von einer Schmierölzufuhreinrichtung zugeführt wird, die außerhalb der Spindelvorrichtung bereitgestellt ist.
Als zweites Dokument des Standes der Technik offenbart die nicht geprüfte japanische Patentschrift (Kokai) Nr. 61-16252 eine Lagerschmiervorrichtung. Die Vorrichtung bewirkt eine Öl/Luft-Schmierung, wobei ein Schmieröl in Form eines Aerosols auf ein rollendes Element gerichtet wird, das zwischen inneren und äußeren Laufringen eines Lagers zum drehbaren Halten einer Spindel vorgesehen ist, und zwar über ein benachbart zum Lager bereitgestelltes Schmierölzufuhrrohr, wobei das Schmieröl dem Schmierölzufuhrrohr über eine Schmierölzufuhrleitung von einer Schmierölzufuhreinrichtung zugeführt wird, die außerhalb der Spindelvorrichtung bereitgestellt ist.
Als drittes Dokument des Standes der Technik offenbart die japanische Patentschrift Nr. 2541700 eine Lagerschmiervorrichtung. Die Vorrichtung bewirkt eine Schmierung unter den Laufringen, wobei ein Schmieröl durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung einer Spindel auf ein rollendes Element gerichtet wird, das zwischen inneren und äußeren Laufringen eines Lagers vorgesehen ist, und zwar über einen im inneren Laufring des Lagers bereitgestellten Durchgang, wobei das Schmieröl einem Schmierölzufuhrdurchgang, der in der Spindel längs der Achse derselben bereitgestellt ist, von einer Schmierölzufuhreinrichtung zugeführt wird, die außerhalb der Spindelvorrichtung vorgesehen ist.
Als viertes Dokument des Standes der Technik offenbart die nicht geprüfte japanische Patentschrift (Kokai) Nr. 4-57355 eine Spindelvorrichtung. Die Vorrichtung bewirkt durch eine Konfiguration, die sich von der des dritten Dokuments unterscheidet, eine andere Art der Schmierung unter den Laufringen. Das Schmieröl wird durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung einer Spindel auf ein rollendes Element gerichtet, das zwischen inneren und äußeren Laufringen eines Lagers vorgesehen ist, und zwar über einen im inneren Laufring des Lagers bereitgestellten Durchgang, wobei das Schmieröl einem Schmierölzufuhrdurchgang, der in einer Zugstange bereitgestellt ist, die in die Spindel eingesetzt wird, um ein Werkzeug zur Spindel zu ziehen, von einer Schmierölzufuhreinrichtung zugeführt wird, die außerhalb der Spindelvorrichtung vorgesehen ist.
Als fünftes Dokument des Standes der Technik offenbart die nicht geprüfte japanische Patentschrift (Kokai) Nr. 64-87130 eine Spindelvorrichtung, wobei ein flüssiges Kühlmittel durch eine Spindel fließt. Das flüssige Kühlmittel wird einem Raum zwischen einem in der Spindel ausgeformten Hohlraum und einer in dem Hohlraum vorgesehenen Zugstange von einer Kühlmittelquelle zugeführt, die außerhalb der Spindelvorrichtung bereitgestellt ist, um die Spindel von innen zu kühlen. Die Lager zum drehbaren Halten werden indirekt durch das flüssige Kühlmittel gekühlt.
Als sechstes Dokument des Standes der Technik offenbart die japanische Patentschrift Nr. 2677505 eine Spindelvorrichtung. Bei dieser Vorrichtung wird ein flüssiges Schmiermittel einem Raum zwischen einem in der Spindel ausgeformten Hohlraum und einer in dem Hohlraum vorgesehenen Zugstange oder einer in der Spindel bereitgestellten Zugstange zum Halten eines Werkzeuges an der Spindel von einer außerhalb der Spindelvorrichtung vorgesehenen Schmiermittelquelle zugeführt, um die Spindel von innen zu kühlen. Darüber hinaus wird das Schmiermittel durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindel über einen Durchgang des inneren Laufringes den rollenden Elementen zugeführt, die zwischen inneren und äußeren Laufringen eines Lagers zum drehbaren Halten der Spindel vorgesehen sind, um eine Schmierung unter den Laufringen zu bewirken. Das Schmiermittel wird ferner dem Gehäuse zugeführt, um den äußeren Laufring des Lagers und einen eingebauten Motor indirekt zu kühlen, wobei das Schmiermittel danach zurückgewonnen wird.
Als siebtes Dokument des Standes der Technik offenbart die nicht geprüfte japanische Patentschrift (Kokai) Nr. 8-118199 eine Vorschubvorrichtung für eine Werkzeugmaschine. Bei dieser Vorrichtung wird ein flüssiges Kühlmittel einem in einer Vorschubspindelwelle vorgesehenen Hohlraum von einer Kühlmitteltemperatureinstelleinrichtung zugeführt, die außerhalb der Vorschubvorrichtung bereitgestellt ist, um die Vorschubspindelwelle von innen zu kühlen. Darüber hinaus wird das Kühlmittel durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Vorschubspindelwelle erzeugt wird, über einen Durchgang des inneren Laufringes den rollenden Elementen zugeführt, die zwischen inneren und äußeren Laufringen eines Lagers zum drehbaren Halten der Vorschubspindelwelle vorgesehen sind, um eine Schmierung unter den Laufringen zu bewirken, wobei das Kühlmittel danach zurückgewonnen wird.
Als achtes Dokument des Standes der Technik offenbart das US-Patent Nr. 5640769 (Suzuki et al.), das gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 den relevantesten Stand der Technik darstellt, eine axial drehbare Welle, die auf Kugellagern montiert ist. Die Kugellager werden von einem Kugelkäfig in Stellung gehalten, der in der Bauphase mit einem Schmiermittel imprägniert wird. Dieses Schmiermittel sickert anschließend mit der Zeit heraus und bewirkt somit die Schmierung.
Bei der Strahlschmierung gemäß dem ersten Dokument des Standes der Technik wird das flüssige Schmiermittel über eine Schmiermittelzufuhrdüse in Form eines Strahls auf das rollende Element gerichtet, das zwischen den inneren und äußeren Laufringen bereitgestellt ist. Daher ist ein spezieller Düsen- und Flüssigschmiermittelzufuhrdurchgang erforderlich, der die Konfiguration der Spindelvorrichtung kompliziert macht. Darüber hinaus kann, da das flüssige Schmiermittel über einen langen Schmiermittelzufuhrdurchgang zugeführt wird, das flüssige Schmiermittel durch Fremdpartikel, wie etwa Staub, verunreinigt werden, so dass die Spindel schnell durch die Fremdpartikel beschädigt werden kann, wenn sich die Spindel dreht, insbesondere bei hoher Drehzahl.
Bei der Öl/Luft-Schmierung gemäß dem zweiten Dokument des Standes der Technik wird das flüssige Schmiermittel über die Schmierölzufuhrdüse in Form eines Aerosols auf das rollende Element gerichtet, das zwischen den inneren und äußeren Laufringen bereitgestellt ist. Daher ist, wie beim ersten Dokument des Standes der Technik, ein spezieller Düsen- und Flüssigschmiermittelzufuhrdurchgang erforderlich, der die Konfiguration der Spindelvorrichtung kompliziert macht. Darüber hinaus kann, da das flüssige Schmiermittel über einen langen Schmiermittelzufuhrdurchgang zugeführt wird, das flüssige Schmiermittel durch Fremdpartikel, wie etwa Staub, verunreinigt werden, so dass die Spindel schnell durch die Fremdpartikel beschädigt werden kann, wenn sich die Spindel dreht, insbesondere bei hoher Drehzahl.
Bei der Schmierung unter den Laufringen gemäß dem dritten Dokument des Standes der Technik wird das flüssige Schmiermittel über den im inneren Laufring bereitgestellten Durchgang durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung einer Spindel dem rollenden Element zugeführt, das zwischen den inneren und äußeren Laufringen bereitgestellt ist. Gemäß der Schmierung unter den Laufringen ist es schwierig, wenn sich die Spindel mit hoher Drehzahl dreht, z. B. mit mehr als 20000 Min^–1, die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Schmiermittels zu steuern, das dem Lager durch die Wirkung der Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindel zugeführt wird, wobei die Erhöhung der dem Lager zugeführten Schmiermittelmenge in manchen Fällen zu einem Anstieg der Wärme führt, die durch die Scherkraft zwischen dem rollenden Element und dem flüssigen Schmiermittel erzeugt wird. Darüber hinaus kann, da das flüssige Schmiermittel dem in der Spindel vorgesehenen Schmiermittel zufuhrdurchgang von der Schmierölzufuhreinrichtung zugeführt wird, die außerhalb der Spindelvorrichtung bereitgestellt ist, das flüssige Schmiermittel, das durch ein langes Schmiermittelzufuhrdurchgangssystem fließt, durch Fremdpartikel, wie etwa Staub, verunreinigt werden, die im System vorhanden sind, so dass der Durchgang zwischen dem Schmiermittelzufuhrdurchgang in der Spindel und dem Lager durch die Fremdpartikel verstopft und die Spindel aufgrund unzureichender Schmierung schnell beschädigt werden kann.
Obgleich sich die Schmierung unter den Laufringen gemäß dem vierten Dokument des Standes der Technik von der gemäß dem dritten Dokument des Standes der Technik unterscheidet, hat das vierte Dokument dasselbe Problem wie das dritte Dokument, nämlich dass der Durchgang zwischen dem Schmiermittelzufuhrdurchgang in der Spindel und dem Lager durch die Fremdpartikel blockiert wird.
Beim sechsten Dokument des Standes der Technik wird eine Kernkühlung bewirkt, wobei das flüssige Schmiermittel für das Lager dem in der Spindel ausgeformten Hohlraum von der Schmiermittelquelle zugeführt wird, die außerhalb der Spindelvorrichtung bereitgestellt ist, um die Spindel von innen zu kühlen. Danach wird das Schmiermittel durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindel den rollenden Elementen zwischen den inneren und äußeren Laufringen des Lagers zum drehbaren Halten der Spindel über einen Durchgang des inneren Laufrings zugeführt, um eine Schmierung unter den Laufringen zu bewirken. Das Schmiermittel wird dem Gehäuse ferner zugeführt, um den äußeren Laufring des Lagers und den eingebauten Motor indirekt zu kühlen, wobei das Schmiermittel danach zurückgewonnen wird. Die Kühlung einer Spindel und die Schmierung eines Lagers unterscheiden sich erheblich voneinander. Daher ist es, wenn die Spindel durch ein Schmiermittel für ein Lager gekühlt wird, nicht möglich, sowohl die Kühlung der Spindel als auch die Schmierung des Lagers zu optimieren. Darüber hinaus kann, bei der Konfiguration, bei der das flüssige Schmiermittel zu dem doppelten Zweck der Schmierung und Kühlung dem Hohlraum der Spindel von der außerhalb der Spindel bereitgestellten Flüssigschmiermittelzufuhreinrichtung zugeführt und das aus der Spindel ausgetretene flüssige Schmiermittel zur Schmiermittelquelle zurückgeführt wird, das flüssige Schmiermittel durch Fremdpartikel, wie etwa Staub, verunreinigt werden, so dass die Spindel durch die Fremdpartikel schnell beschädigt werden kann, wenn sich die Spindel dreht, insbesondere bei hoher Drehzahl.
Bei der Schmierung unter den Laufringen gemäß dem siebten Dokument des Standes der Technik wird das flüssige Kühlmittel dem in einer Vorschubspindelwelle vorgese henen Hohlraum von der Kühlmitteltemperatureinstelleinrichtung zugeführt, die außerhalb der Vorschubvorrichtung bereitgestellt ist, um die Vorschubspindelwelle von innen zu kühlen, wobei das Kühlmittel dann durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Vorschubspindelwelle erzeugt wird, den rollenden Elementen, die zwischen den inneren und äußeren Laufringen eines Lagers bereitgestellt sind, vom Hohlraum der Spindel zugeführt wird. Beim siebten Dokument wird, wie beim sechsten Dokument, die Vorschubspindelwelle durch das Schmiermittel für das Lager gekühlt. Daher bestehen dahingehend Probleme, dass es nicht möglich ist, sowohl die Kühlung der Spindel als auch die Schmierung des Lagers zu optimieren, wobei die Spindel durch die im flüssigen Schmiermittel enthaltenen Fremdpartikel schnell beschädigt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist darauf gerichtet, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, wobei das Ziel der Erfindung darin besteht, eine Drehwellenvorrichtung und eine Werkzeugmaschine mit der Drehwellenvorrichtung bereitzustellen, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert wird, wenn sich die Drehwelle mit hoher Drehzahl dreht.
Darüber hinaus besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Drehwellenvorrichtung und eine Werkzeugmaschine mit der Drehwellenvorrichtung mit einer relativ einfachen Konfiguration bereitzustellen. Die Vorrichtung ermöglicht es, dem Lager ein Schmiermittel mit einer optimierten Strömungsgeschwindigkeit zuzuführen, wenn sich die Drehwelle mit hoher Drehzahl dreht.
Ferner besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Drehwellenvorrichtung und eine Werkzeugmaschine mit der Drehwellenvorrichtung bereitzustellen, wobei die Vorrichtung dahingehend verbessert ist, Verunreinigungen des Schmiermittels zu verhindern.
Des Weiteren besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Drehwellenvorrichtung und eine Werkzeugmaschine mit der Drehwellenvorrichtung bereitzustellen, wobei die Vorrichtung dahingehend verbessert ist, die Kühlung der Spindel und die Schmierung des Lagers zu optimieren.
Darüber hinaus besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Drehwellenvorrichtung und eine Werkzeugmaschine mit der Drehwellenvorrichtung bereitzustellen, wobei die Vorrichtung dahingehend verbessert ist, die Spindel effizient zu kühlen sowie Verunreinigungen des Schmiermittels zu verhindern.
Erfindung gemäß ist eine Drehwellenvorrichtung zum Antreiben einer drehbar durch ein Gehäuse gehaltenen Welle bereitgestellt, die umfasst:

– ein Lager zum drehbaren Halten der Welle im Gehäuse, wobei das Lager vorher mit einem Schmiermittel versehen oder gefüllt worden ist, gekennzeichnet durch
– ein mit Schmiermittel imprägniertes Element, das mit einem dem Lager zuzuführenden Schmiermittel imprägniert und in der Drehwelle bereitgestellt ist, zum Abscheiden und Ableiten des Schmiermittels durch Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Welle, und
– einen Schmiermittelzufuhrdurchgang zur Fluidverbindung eines im oder benachbart zum Lager befindlichen Raumes und des mit Schmiermittel imprägnierten Elements, um das Schmiermittel zuzuführen, das von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element abgeschieden und abgeleitet worden ist.

Erfindungsgemäß wird eine Drehwelle durch ein Lager, das zuvor mit einem Schmiermittel versehen oder gefüllt worden ist, drehbar an einem Gehäuse gehalten, wobei in der Drehwelle ein mit Schmiermittel imprägniertes Element befestigt ist, das mit einem dem Lager zuzuführenden Schmiermittel imprägniert ist, so dass das Schmiermittel von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Welle abgeschieden und abgeleitet und dem Lager über den Schmiermittelzufuhrdurchgang zur Fluidverbindung eines im oder benachbart zum Lager befindlichen Raumes und des mit Schmiermittel imprägnierten Elements zugeführt wird. Daher wird die Energie der Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Welle verbraucht, so dass die übermäßige Zufuhr des Schmiermittels verhindert wird. Das Schmiermittel wird dem Lager nur von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element zugeführt, das an der Drehwelle befestigt ist. Daher wird das Schmiermittel für das Lager nicht verunreinigt.
Die Bereitstellung eines zuvor auf das Lager aufgebrachten oder in das Lager gefüllten Schmiermittels verhindert eine unzureichende Schmierung, wenn die Drehwellenvorrichtung zum ersten Mal nach der Montage der Drehwelle an der Vorrichtung aktiviert wird. Das Schmiermittel kann ein Schmierfett oder ein Basisöl umfassen.
Das mit Schmiermittel imprägnierte Element umfasst ein durchlässiges Material oder ein nicht gewebtes Material, das mit dem Schmiermittel imprägniert wird. Insbesondere kann las mit Schmiermittel imprägnierte Element ein durchlässiges Element umfassen, z. B. ein durchlässiges Polymermaterial, wie etwa Polyethylen, das mit einem flüssigen Schmiermittel imprägniert wird. Danach wird das mit Schmiermittel imprägnierte Element durch Anwendung von Wärme zu einem Stab geformt. Ein mikroporöses Membranelement kann auf die Außenfläche des mit Schmiermittel imprägnierten Elements aufgebracht werden.
Eine Einstelleinrichtung zum Einstellen der Geschwindigkeit des dem Lager von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element zugeführten Schmiermittels kann bereitgestellt werden. Die Einstelleinrichtung kann eine in dem Schmiermittelzufuhrdurchgang vorgesehene Öffnung umfassen. Die Bereitstellung der Einstelleinrichtung ermöglicht die Optimierung der Strömungsgeschwindigkeit des Schmiermittels, um eine übermäßige Zufuhr des Schmiermittels zu verhindern, wodurch die Lebensdauer des mit Schmiermittel imprägnierten Elements verlängert und die Erzeugung übermäßiger Wärme im Lager verhindert wird.
Darüber hinaus kann eine Kernkühleinrichtung in der Welle bereitgestellt werden, welche Einrichtung Durchgänge zum Zuführen von flüssigem Kühlmittel zum Kernabschnitt der Drehwelle von einer Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung und zum Zurückgewinnen des zum Kühlen der Drehwelle verwendeten flüssigen Kühlmittels umfasst. In diesem Fall wird das Schmiermittel dem Lager nur von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element zugeführt, das an der Drehwelle befestigt ist, wobei die Schmierung des Lagers und die Kühlung der Drehwelle unabhängig voneinander durchgeführt werden können. Daher können ein optimiertes Schmiermittel für das Lager und flüssiges Kühlmittel gewählt und dem Lager und der Welle mit optimierten Strömungsgeschwindigkeiten zugeführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstückes, indem ein Werkzeug und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden, bereitgestellt, die die Drehwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ferner einen Tisch zum Befestigen des Werkstückes sowie einen Vorschubmechanismus zum Antreiben von X-, Y- und Z-Vorschubwellen umfasst, um die Welle, an der das Werkzeug befestigt ist, und den Tisch relativ zueinander zu bewegen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird ein mit Schmiermittel imprägniertes Element, das mit einem dem Lager zuzuführenden Schmiermittel imprägniert ist, in der Spindel einer Werkzeugmaschine befestigt, welche ein Werkzeug hält und durch ein Lager drehbar an einem Spindelkopf gehalten wird, so dass das Schmiermittel von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element durch Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindel abgeschieden und abgeleitet und dem Lager über den Schmiermittelzufuhrdurchgang zur Fluidverbindung eines im oder benachbart zum Lager befindlichen Raumes und des mit Schmiermittel imprägnierten Elements zugeführt wird. Daher wird das Schmiermittel für das Lager nicht verunreinigt.
Des Weiteren kann eine Kernkühleinrichtung in der Spindel vorgesehen werden, welche Einrichtung einen Durchgang zum Zuführen von flüssigem Kühlmittel zum Kernabschnitt der Spindel von einer Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung und zum Zurückgewinnen des zum Kühlen der Drehwelle verwendeten flüssigen Kühlmittels umfasst. In diesem Fall wird das Schmiermittel dem Lager nur von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element zugeführt, das in der Spindel befestigt ist, wobei die Schmierung des Lagers und die Kühlung der Drehwelle unabhängig voneinander durchgeführt werden können. Daher können ein optimiertes Schmiermittel für das Lager und flüssiges Kühlmittel gewählt und dem Lager und der Welle mit optimierten Strömungsgeschwindigkeiten zugeführt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstückes, indem ein Werkzeug und das Werkstück relativ zueinander bewegt werden, bereitgestellt, welche die Drehwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ferner einen Vorschubmechanismus zum Antreiben von X-, Y- und Z-Vorschubwellen umfasst, um die Welle und einen Tisch relativ zueinander zu bewegen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird ein mit Schmiermittel imprägniertes Element, das mit einem dem Lager zuzuführenden Schmiermittel imprägniert ist, in der Vorschubspindelwelle einer Werkzeugmaschine befestigt, welche drehbar durch ein Lager gehalten wird, so dass das Schmiermittel von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element durch Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindelwelle abgeschieden und abgeleitet und dem Lager über den Schmiermittelzufuhrdurchgang zur Fluidverbindung eines im oder benachbart zum Lager befindlichen Raumes und des mit Schmiermittel imprägnierten Elements zugeführt wird. Daher wird das Schmiermittel für das Lager nicht verunreinigt.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist eine Werkzeugmaschine mit der Drehwellenvorrichtung bereitgestellt, bei der die Lebensdauer verlängert ist, wenn sich die Spindel oder die Vorschubspindelwelle mit einer hohen Drehzahl dreht.
Eine relative einfache Konfiguration, bei der ein mit Schmiermittel imprägniertes Element, das mit einem dem Lager zuzuführenden Schmiermittel imprägniert ist, in einer Drehwelle, wie etwa einer Spindel oder einer Vorschubspindelwelle, bereitgestellt ist, ermöglicht es, dem Lager eine optimierte und minimierte Menge an Schmiermittel zuzuführen. Daher wird die Erzeugung von übermäßiger Wärme aufgrund übermäßiger Zufuhr des Schmiermittels verhindert.
Das Schmiermittel wird dem Lager von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element, das in der Drehwelle, wie etwa einer Spindel oder einer Zufuhrspindelwelle, befestigt ist, über einen Schmiermittelzufuhrdurchgang zugeführt. Daher wird das dem Lager zugeführte Schmiermittel nicht durch Fremdpartikel, wie etwa Staub, verunreinigt und die Erzeugung übermäßiger Wärme verhindert, so dass eine saubere und haltbare Drehwellenvorrichtung realisiert wird.
Wenn die Kernkühleinrichtung in der Welle vorgesehen ist, welche Einrichtung Durchgänge zum Zuführen von flüssigem Kühlmittel zum Kernabschnitt der Drehwelle von einer Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung und zum Zurückgewinnen des zum Kühlen der Drehwelle verwendeten flüssigen Kühlmittels umfasst, wird das Schmiermittel dem Lager nur von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element zugeführt, das an der Drehwelle befestigt ist, wobei die Schmierung des Lagers und die Kühlung der Drehwelle unabhängig voneinander durchgeführt werden können. Daher können ein optimiertes Schmiermittel für das Lager und flüssiges Kühlmittel gewählt und dem Lager und der Welle mit optimierten Strömungsgeschwindigkeiten zugeführt werden.
Bei dem ersten und dem zweiten Dokument des Standes der Technik wird das flüssige Schmiermittel von der Schmiermittelzufuhreinrichtung, die außerhalb der Spindelvorrichtung bereitgestellt ist, über die Schmiermittelzufuhrdüse auf das rollende Element gerichtet, das zwischen inneren und äußeren Laufringen bereitgestellt ist. Andererseits wird das Schmiermittel bei der Erfindung von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element über den Schmiermittelzufuhrdurchgang einem Lager zugeführt. Daher wird das Schmiermittel nicht durch Fremdpartikel, wie etwa Staub, verunreinigt, so dass der schnelle Verschleiß des Lagers verhindert wird. Des Weiteren sickert das Schmiermittel nicht aus dem mit Schmiermittel imprägnierten Element aus, wenn es an einer Spindel oder einer Vorschubspindelwelle angebracht ist, die sich um eine vertikale Achse dreht.
Die Schmierung unter den Laufringen gemäß dem dritten und vierten Dokument des Standes der Technik weist dahingehend Probleme auf, dass das Schmiermittel durch die Wirkung der Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindel dem Lager im Übermaß zugeführt werden kann und dass das Schmiermittel durch Fremdpartikel, wie etwa Staub, verunreinigt wird. Andererseits ist die Erfindung nicht mit derartigen Problemen behaftet.
Das fünfte Dokument des Standes der Technik betrifft nur eine Spindelkernkühlung. Andererseits verwendet die Erfindung eine neuartige Konfiguration, bei der das Schmiermittel dem Lager von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element zugeführt wird, um die Schmierung des Lagers zu optimieren und die Wärmeerzeugung in der Spindel und dem Lager zu verhindern.
Das sechste und das siebte Dokument des Standes der Technik verwenden ein flüssiges Schmiermittel zum Schmieren eines Lagers und zum Kühlen des Kernabschnitts der Spindel oder der Vorschubspindelwelle. Andererseits werden das flüssige Kühlmittel und das flüssige Schmiermittel erfindungsgemäß unabhängig voneinander der Spindel oder der Spindelwelle und dem Lager zugeführt, um die Kühlung der Spindel und die Schmierung des Lagers zu optimieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehwellenvorrichtung,
2 ist ein Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehwellenvorrichtung,
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts, der in den 1 und 2 mit "A" bezeichnet ist, und zeigt einen Schmiermittelzufuhrdurchgang,
4 ist eine schematische Seitenansicht einer Werkzeugmaschine, die eine erfindungsgemäße Drehwellenvorrichtung umfasst.
Beste Ausführungsweise der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Bezug nehmend auf 4 weist ein Beispiel einer Werkzeugmaschine 51 eine erfindungsgemäße Drehwellenvorrichtung auf, wie etwa eine Spindelvorrichtung oder eine Vorschubwellenvorrichtung. Die Werkzeugmaschine 51 umfasst ein Bett 53, das am Boden einer Fabrik befestigt ist. Z-Achsen-Führungsschienen 53a erstrecken sich längs einer horizontalen Z-Achse auf einer Oberseite des Betts 53. Ein Tisch 55 zum Befestigen eines Werkstücks W ist verschiebbar auf den Z-Achsen-Führungsschienen befestigt. Auf einer Oberseite des Betts 53 erstrecken sich die X-Achsen-Führungsschienen 53b längs einer horizontalen X-Achse, die senkrecht zur Z-Achse verläuft (senkrecht zur Zeichnung). Ein Ständer 61 ist verschiebbar an den X-Achsen-Führungsschienen befestigt. In der Stirnseite des Ständers 61, die dem Werkstück W zugewandt ist, erstrecken sich Y-Achsen-Führungsschienen 61a längs einer vertikalen Y-Achse. Ein Spindelkopf 63 zum drehbaren Halten einer erfindungsgemäßen Spindelvorrichtung 11 ist verschiebbar an den Y-Achsen-Führungsschienen 61a befestigt.
Eine Z-Achsen-Vorschubspindel 65 erstreckt sich als Z-Achsen-Vorschubwelle längs der Z-Achse im Bett 53 unter dem Tisch 55. Eine Mutter 67 ist an der Unterseite des Tisches 55 befestigt, um die Z-Achsen-Vorschubspindel 65 in Eingriff zu bringen. Ein Z-Achsen-Vorschubservomotor M_z ist mit einem Ende der Z-Achsen-Vorschubspindel 65 verbunden. Ein Antreiben des Z-Achsen-Vorschubservomotors M_z zum Drehen der Z-Achsen-Vorschubspindel 65 bewegt den Tisch 55 längs den Z-Achsen-Führungsschienen 53a. Ebenso erstreckt sich eine X-Achsen-Vorschubspindel (nicht gezeigt) als X-Achsen-Vorschubwelle längs der X-Achse im Bett 53 unter dem Ständer 61. Eine Mutter 67 ist an der Unterseite des Tisches 55 befestigt, um die X-Achsen-Vorschubspindel in Eingriff zu bringen. Ein X-Achsen-Vorschubservomotor M_x ist mit einem Ende der X-Achsen-Vorschubspindel verbunden. Ein Antreiben des X-Achsen-Vorschubservomotors M_x zum Drehen der X-Achsen-Vorschubspindel bewegt den Stände 61 längs den X-Achsen-Führungsschienen 53b. Des Weiteren erstreckt sich eine Y-Achsen-Vorschubspindel 69 als Y-Achsen-Vorschubwelle längs der Y-Achse im Ständer 61. Eine Mutter 71 ist an der Rückseite des Spindelkopfes 63 befestigt, um die Y-Achsen-Vorschubspindel 69 in Eingriff zu bringen. Ein Y-Achsen-Vorschubservomotor M_y ist mit einem Ende der Y-Achsen-Vorschubspindel 69 verbunden. Ein Antreiben des Y-Achsen-Vorschubservomotors M_y zum Drehen der Y-Achsen-Vorschubspindel 69 bewegt den Spindelkopf 63 längs den Y-Achsen-Führungsschienen 61a.
Ein Werkzeug T wird am distalen Ende einer Spindel der Spindelvorrichtung 11 befestigt. Die Werkzeugmaschine 51 bearbeitet das Werkstück W zu einer gewünschten Form, indem das Werkzeug T relativ zum Werkstück W längs den X-, Y- und X-Achsen bewegt wird, wobei sich die Spindelvorrichtung 11 dreht.
Bezug nehmend auf 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der Spindelvorrichtung 11 als erfindungsgemäße Drehwellenvorrichtung gezeigt.
Die Spindelvorrichtung 11 weist ein Gehäuse 13 auf, das einen axialen Hohlraum, wobei bei dieser Ausführungsform wenigstens zwei Lager im Hohlraum vorgesehen sind, zwei vordere Lager 19 und 21, die dem Werkstück W (4) zugewandt sind, und ein rückwärtiges Lager 23 sowie eine Spindel 15 umfasst, die durch die Lager 19, 21 und 23 gehalten wird. Gemäß der Ausführungsform umfassen die Lager 19, 21 und 23 Kugellager, die jeweils rollende Elemente (Kugeln) 19c, 21c und 23c umfassen, die zwischen jeweiligen inneren und äußeren Laufringen 19a, 19b; 21a, 21b und 23a, 23b bereitgestellt sind. Die inneren Laufringe 19a, 21a und 23a der Lager 19, 21 und 23 umfassen lagerseitige Schmiermitteldurchgänge 19d, 21d und 23d, die sich von den Innenflächen zu den Außenflächen durch die Laufringe erstrecken, wie nachfolgend beschrieben. Ein Schmiermittel, wie etwa ein Schmierfett oder ein Basisöl, wird zuvor auf die Lager 19, 21 und 23 aufgebracht oder in diese eingefüllt. Bei dieser Ausführungsform wird die Spindel 15 durch einen eingebauten Motor 17 drehend angetrieben.
Die Spindel 15 umfasst ein verjüngtes Loch 15a am distalen Ende derselben. Ein verjüngter Abschnitt eines Werkzeughalters (nicht gezeigt), der das Werkzeug T hält, wird in das verjüngte Loch 15a eingesetzt. Die Spindel 15 umfasst ferner einen Hohlraum 15b, der sich axial durch sie hindurch erstreckt. Im Hohlraum 15b ist eine Zugstange (nicht gezeigt) zum Ziehen eines Zugstutzens des Werkzeughalters bereitgestellt, um den Werkzeughalter in dem verjüngten Loch 15a zu halten.
Die Spindel 15 umfasst mehrere Sacklöcher, die sich vom Ende der Spindel in axialer Richtung erstrecken, um eine Aufnahmeeinrichtung für die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 bereitzustellen, wie nachfolgend beschrieben. Die mehreren Sacklöcher 15c sind unter Abstand um die Achse der Spindel 15 angeordnet. Ebenso umfasst die Spindel 15 an ihrem rückwärtigen Ende mehrere sich axial erstreckende Sacklöcher 15d als Aufnahmeeinrichtung für die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 29, wobei die Löcher unter Abstand um die Spindelachse angeordnet sind.
Die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 werden in die Sacklöcher 15c und 15d eingeführt, wobei abnehmbare Abdeckungen oder Verschlüsse 27 und 31 die Löcher verschließen. Ein Abnehmen der Verschlüsse 27 und 31 ermöglicht den Austausch der benutzten mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 ausgetauscht werden können, ohne sie direkt zu berühren. Jedes der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 umfasst ein durchlässiges Element als Halteelement insbesondere aus einem durchlässigen polymeren Material, wie etwa Polyethylen, das mit einem flüssigen Schmiermittel eines vordefinierten Volumens, beispielsweise einem Volumenverhältnis von ungefähr 90%, imprägniert wird. Danach wird das imprägnierte Halteelement durch Anwendung von Wärme zu einem Stab geformt. Ein zu einem Stab geformter Vliesstoff, der mit einem flüssigen Schmiermittel imprägniert wird, kann als Halteelement der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 verwendet werden. Bei dem mit Schmiermittel imprägnierten Element sind das Halteelement und das flüssige Schmiermittel so miteinander verbunden, dass das imprägnierte flüssige Schmiermittel unter Bedingungen, in denen keine externe Kraft auf das flüssige Schmiermittel wirkt, nicht aus dem Halteelement heraussickert. Eine auf das flüssige Schmiermittel wirkende externe Kraft ermöglicht es jedoch, das flüssige Schmiermittel von dem Halteelement abzuscheiden und abzuleiten. Ein mikroporöses Membranelement kann auf die Außenfläche der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 aufgebracht werden. Ferner kann anstelle des flüssigen Schmiermittels ein pulveriges Schmiermittel verwendet werden.
Spindelseitige Schmiermitteldurchgänge 15e und 15f erstrecken sich von den Sacklöchern 15c im distalen Endabschnitt der Spindel 15 radial nach außen zu den Lagern 19 und 21. Spindelseitige Schmiermitteldurchgänge 15g erstrecken sich von den Sacklöchern 15d im rückwärtigen Endabschnitt der Spindel 15 radial nach außen zum Lager 23. Bezug nehmend auf 3, die eine vergrößerte Darstellung eines in 1 mit "A" bezeichneten Abschnitts ist, werden die spindelseitigen Schmiermitteldurchgärge 15e, 15f und 15g im Detail beschrieben. Nachfolgend werden zur die spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15e beschrieben. Die spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15f und 15g sind jedoch ebenfalls in derselben Weise angeordnet.
Jeder der spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15e erstreckt sich von jedem der Sacklöcher 15c radial nach außen, um in eine Umfangsnut 33 zu münden, die längs der Außenfläche der Spindel 15 vorgesehen ist. Die Umfangsnut 33 ist axial in der Außenfläche der Spindel 15 angeordnet, so dass sie den lagerseitigen Schmiermitteldurchgängen 19d zugewandt ist, die im inneren Laufring 19a des Lagers 19 bereitgestellt sind, wenn die Spindelvorrichtung 11 montiert wird. Eine Aussparung 33a ist bevorzugt in der Unterseite der Umfangsnut 33 um jeden der spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15e vorgesehen, um das Mündungsende eines jeden der spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15e zu umschließen. Ein eine Öffnung 35a umfassendes Teil 35 ist als Einrichtung zur Strömungsgeschwindigkeitseinstellung in die Aussparung 33a eingepasst und daran befestigt.
Obgleich auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wurde, erstreckt sich jeder der spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15f und 15g ebenfalls von jedem der Sacklöcher 15c und 15 radial nach außen, um in Umfangsnuten zu münden, die längs der Außenfläche der Spindel 15 vorgesehen und axial in der Außenfläche der Spindel 15 angeordnet sind, so dass sie den lagerseitigen Schmiermitteldurchgängen 21d und 23d zugewandt sind, die in den inneren Laufringen 21a und 23a der Lager 21 und 23 vorgesehen sind, wenn die Spindelvorrichtung 11 montiert wird. Aussparungen sind ebenfalls in den Unterseiten der Umfangsnuten um jeden der spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15f und 15g vorgesehen. Öffnungen 37a und 39a umfassende Teile 37 und 39 sind als Einrichtungen zur Strömungsgeschwindigkeitseinstellung in die Aussparungen eingepasst und daran befestigt.
Bei dieser Ausführungsform stellen die spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15e, 15f und 15g, die Umfangsnuten 33 und die lagerseitigen Schmiermitteldurchgänge 19d, 21d und 23d radiale Durchgänge bereit. Die radialen Durchgänge sind nicht auf eine Konfiguration beschränkt, bei der sie sich in den Lagern 19, 21 und 23 zu den rollenden Elementen 19c, 21c und 23c erstrecken. Die radialen Durchgänge können benachbart zu den Lagern 19, 21 und 23 vorgesehen werden, um den Lagern 19, 21 und 23 das Schmiermittel zuzuführen.
Nachfolgend wird der funktionelle Betrieb der Ausführungsform beschrieben.
Wenn sich die Spindel 15 dreht, wird das flüssige Schmiermittel von den Halteelementen der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 aufgrund der Zentrifugalkraft, die auf das flüssige Schmiermittel wirkt, mit dem die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 imprägniert sind, abgeschieden und abgeleitet. Das flüssige Schmiermittel aus den mit Schmiermittel imprägnierten Elementen 25 und 29 haftet an den Innenflächen der Sacklöcher 15c und 15d. Von dort wird das flüssige Schmiermittel in die spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15e, 15f und 15g eingespeist, um durch die Umfangsnuten 33 und die lagerseitigen Schmiermitteldurchgänge 19d, 21d und 23d zu den Räumen zwischen den inneren und äußeren Laufringen 19a, 19b; 21a, 21b und 23a, 23b der jeweiligen Lager 19, 21 und 23 zu fließen. Die Energie der Zentrifugalkraft wird verbraucht, um das flüssige Schmiermittel von den Halteelementen der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 abzuscheiden, um eine übermäßige Schmiermittelzufuhr zu den Lagern, wie bei der herkömmlichen Schmierung unter den Laufringen, zu verhindern. Darüber hinaus wird das flüssige Schmiermittel den Lagern 19, 21 und 23 über die spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge 15e, 15f und 15g und die lagerseitigen Schmiermitteldurchgänge 19d, 21d und 23d von den mit Schmiermittel imprägnierten Elementen 25 und 29 zugeführt, die in die Sacklöcher 15c und 15d eingesetzt und von der Außenseite durch die Verschlüsse 27 und 31 getrennt sind. Daher kann eine Verunreinigung des Schmiermittels, die wie beim Stand der Technik zu einem raschen Verschleiß der Lager 19, 21 und 23 führen kann, verhindert werden.
Eine Einstellung der Durchmesser der Öffnungen 35a, 37a und 39a der Teile 35, 37 und 39, die wie vorstehend beschrieben in den spindelseitigen Schmiermitteldurchgängen 15e, 15f und 15g vorgesehen sind, ermöglicht eine für den Durchmesser oder die Drehzahl der Spindel 15 optimale Einstellung der Schmiermittelströmungsgeschwindigkeit durch diese hindurch. Des Weiteren werden die Dicke, Porengröße und Dichtezahl der Poren des mikroporösen Membranelements, das an der Außenfläche der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 angebracht oder fest mit dieser verbunden werden kann, in vorteilhafter Weise gewählt.
Obgleich die Ausführungsform drei Lager 19, 21 und 23 umfasst, ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Wenigstens zwei Lager sind erforderlich, die jeweils am distalen und rückwärtigen Ende der Spindel 15 angeordnet sind. Des Weiteren umfassen die Lager 19, 21 und 23 Kugellager. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt, es können Rollenlager, die Rollen als die rollenden Elemente umfassen, oder Quergleitlager ohne rollende Elemente verwendet werden. Wenn die Lager Quergleitlager umfassen, Sind die lagerseitigen Schmiermitteldurchgänge und die Umfangsnuten in der Außenfläche der Spindel 15 nicht unbedingt erforderlich und die radialen Durchgänge können nur die spindelseitigen Schmiermitteldurchgänge umfassen.
Die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 können in der Spindel 15 ungleichmäßig um die Achse angeordnet sein. Des Weiteren sind die Stellungen der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 nicht auf die Lage um die Ach se beschränkt. Das Wesentliche an der Konfiguration ist, dass das flüssige Schmiermittel von den mit Schmiermittel imprägnierten Elementen 25 und 29 durch die Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Spindel 15 abgeschieden und abgeleitet wird.
Darüber hinaus sind bei dieser Ausführungsform die radialen Durchgänge als Schmiermittelzufuhrdurchgänge in den inneren Laufringen 19a, 21a und 23a der Lager 19, 21 und 23 bereitgestellt. Eine andere Ausführungsform kann jedoch zum Halten der inneren Laufringe 19a, 21a und 23a Stützen umfassen, welche die radialen Durchgänge umfassen.
Die Öffnungen 35a, 37a und 39a sind als Einrichtungen zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Schmiermittels angegeben. Sie sind jedoch nicht wesentlich für die Erfindung. Des Weiteren kann die Erfindung die Öffnungen 35a, 37a und 39a und/oder die Membran umfassen. Darüber hinaus kann die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Schmiermittels anhand der Charakteristika des Materials der Halteelemente der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 oder der Viskosität des flüssigen Schmiermittels eingestellt werden.
An den Seiten der jeweiligen Lager 19, 21 und 23 können zur Aufnahme des den Lagern 19, 21 und 23 von den mit Schmiermittel imprägnierten Elementen 25 und 29 zugeführten flüssigen Schmiermittels Taschen vorgesehen werden. Das in den Taschen befindliche flüssige Schmiermittel kann in die Lager 19, 21 und 23 fließen, um während einer Drehung der Spindel mit hoher Drehzahl eine unzureichende Schmierung zu kompensieren.
Bezug nehmend auf 2 wird nachfolgend eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Elemente, die denjenigen aus 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei auf die entsprechenden Erläuterungen in der folgenden Beschreibung verzichtet wurde.
Das Merkmal der Ausführungsform gemäß 2 besteht in der Bereitstellung eines Spindelkernkanals für eine Kühlflüssigkeit in dem sich axial erstreckenden Hohlraum 15b der Spindel 15. Der Spindelkernkanal 43 ist durch einen Verbindungsabschnitt 43a dicht mit einer Drehverbindung 41 verbunden. Am anderen Ende des Spindelkernkanals 43 sind mehrere Öffnungen 43b bereitgestellt. Bei dieser dargestellten speziellen Ausführungsform sind die Öffnungen 43b des Spindelkernkanals 43b benachbart zum distalen Ende des Spindelkernkanals 43 angeordnet und der axiale Hohlraum 15b der Spindel 15 erstreckt sich derart, dass er wenigstens einen Ab schnitt der Lager 19 und 21, die am distalen Endabschnitt der Spindel 15 bereitgestellt sind, überlappt. Die Drehverbindung 41 ist eine herkömmliche Verbindung zum Zuführen einer Flüssigkeit zu einem sich drehenden Element, wie etwa der Spindel 15, und ist mit einer Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung 45 verbunden, die außerhalb der Spindelvorrichtung 11 bereitgestellt ist. Die Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung 45 umfasst als Hauptbestandteile ein Reservoir zum Fassen eines flüssigen Kühlmittels, eine Pumpe zum Umwälzen des flüssigen Kühlmittels, eine Einrichtung zum Kühlen des benutzten flüssigen Kühlmittels auf eine vordefinierte Temperatur und ein Steuerventil zum Steuern der Strömung des flüssigen Kühlmittels.
Nachfolgend wird der funktionelle Betrieb der Ausführungsform beschrieben.
Wenn sich die Spindel 15 wie bei der ersten Ausführungsform dreht, wird das flüssige Schmiermittel, das von den Halteelementen der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 aufgrund der Zentrifugalkraft, die auf das flüssige Schmiermittel wirkt, mit dem die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 imprägniert sind, abgeschieden und abgeleitet wird, den Räumen zwischen den inneren und äußeren Laufringen 19a, 19b; 21a, 21b und 23a, 23b der jeweiligen Lager 19, 21 und 23 zugeführt.
Bei dieser Ausführungsform wird das flüssige Kühlmittel dem Spindelkernkanal 43 durch die Drehverbindung 41, die zum Zuführen und Zurückgewinnen des flüssigen Kühlmittels zum Kühlen des Spindelkerns zwei Durchgänge umfassen kann, von der Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung 45 zugeführt, die außerhalb der Spindelvorrichtung 11 bereitgestellt ist, und zwar vor oder während der Drehung der Spindel 15. Das dem Spindelkernkanal 43 zugeführte flüssige Kühlmittel fließt in den Hohlraum 43a des Spindelkernkanals 43, wie durch die Pfeile in 2 gezeigt, und in einen Spalt "G" zwischen dem Spindelkernkanal 43 und dem Hohlraum 15b der Spindel 15 durch die am distalen Ende vorgesehenen Öffnungen 43b. Das flüssige Kühlmittel fließt durch den Spalt "G" in Gegenlaufrichtung zur Drehverbindung 41 und wird zur Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung 45 geführt, die außerhalb der Spindelvorrichtung 11 bereitgestellt ist. Das flüssige Kühlmittel kühlt, wenn es durch den Spalt "G" fließt, die Spindel 15 von der Innenfläche des Hohlraums 15b. Wie vorstehend beschrieben, sind die Öffnungen 43b des Spindelkernkanals 43 insbesondere benachbart zum distalen Ende des Spindelkernkanals 43 bereitgestellt, wobei der Hohlraum 15b der Spindel 15 lang genug ist, um wenigstens einen Abschnitt der auf der distalen Seite befindlichen Lager 19 und 21 zu überlappen. Daher wird der distale Endabschnitt der Spindel 15, wo der Erwärmungszustand aufgrund der Wärmeerzeu gung in den Lagern 19 und 21 bedrohlich wird, effizient durch das dem distalen Ende der Spindel 15 zugeführte flüssige Kühlmittel gekühlt, um einen Temperaturanstieg in der Spindel 15 zu verhindern. Es ist offensichtlich, dass der Temperaturanstieg in der Spindel, der durch die Wärmeerzeugung im Lager 23 verursacht wird, ebenfalls verhindert wird. Bei der Ausführungsform stellen der Hohlraum 43a des Spindelkernkanals 43, die Öffnungen 43b und der Spalt "G" zwischen dem Spindelkernkanal 43 und dem Hohlraum 15b der Spindel 15 Einrichtungen zum Kühlen des Spindelkerns dar.
Im Stand der Technik wird das flüssige Kühlmittel zum Kühlen der Spindel 15 auch zum Schmieren und Kühlen der Lager 19, 21 und 23 verwendet. Erfindungsgemäß wird, anders als beim Stand der Technik, das flüssige Kühlmittel zugeführt, um den Kern der Spindel 15 separat vom flüssigen Schmiermittel für die Lager 19, 21 und 23 zu kühlen. Dies ermöglicht eine optimale Wahl und Zufuhrmenge des flüssigen Schmiermittels zur Schmierung der Lager 19, 21 und 23 und des flüssigen Kühlmittels zum Kühlen der Spindel 15.
Darüber hinaus können Umfangsnuten oder eine Spiralnut in Abschnitten der Innenfläche des Hohlraums des Gehäuses 13 bereitgestellt werden, in die die äußeren Laufringe 19b, 21b und 23b der Lager 19, 21 und 23 und/oder der Motor 17 eingepasst sind. Das flüssige Kühlmittel kann den Nuten von der Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung 45 zugeführt werden, um die Lager 19, 21 und 23 und/oder den eingebauten Motor 17 zu kühlen. In diesem Fall kann das flüssige Kühlmittel zuerst der Spindel 15, um die Spindel 15 zu kühlen, und dann von der Spindel 15 den/der im Gehäuse vorgesehenen Umfangsnuten oder Spiralnut zugeführt werden und nach der Kühlung des Gehäuses 13 zur externen Kühlmittelzufuhr- und -umwälzeinrichtung 45 zurückgeführt werden.
Obgleich in der vorstehenden Beschreibung Ausführungsformen der mit Schmiermittel imprägnierten Elemente 25 und 29 beschrieben worden sind, die an der Spindel 15 der Spindelvorrichtung 11 befestigt sind, können die mit Schmiermittel imprägnierten Elemente an der X-Vorschubspindel (nicht gezeigt), der Y-Vorschubspindel 69 und der Z-Vorschubspindel 65 befestigt werden, um die Lager zum drehbaren Halten der jeweiligen Vorschubspindeln zu kühlen.
Die Erfindung lässt sich auch auf eine Werkzeugmaschine anwenden, die weder eine Fräsmaschine, ein Bearbeitungszentrum, eine Schleifmaschine, eine Drehmaschine, noch eine Erodiermaschine ist.

BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN

11: Spindelvorrichtung
13: Gehäuse
15: Spindel
15a: verjüngtes Loch
15b: Hohlraum
15c: Sackloch
15d: Sackloch
15e: spindelseitiger Schmiermitteldurchgang
15f: spindelseitiger Schmiermitteldurchgang
15g: spindelseitiger Schmiermitteldurchgang
17: eingebauter Motor
19: Lager
19a: innerer Laufring
19b: äußerer Laufring
19c: rollendes Element
19d: lagerseitiger Schmiermitteldurchgang
21: Lager
21a: innerer Laufring
21b: äußerer Laufring
21c: rollendes Element
21d: lagerseitiger Schmiermitteldurchgang
23: Lager
23a: innerer Laufring
23b: äußerer Laufring
23c: rollendes Element
23d: lagerseitiger Schmiermitteldurchgang
25: mit Schmiermittel imprägniertes Element
27: Verschluss
29: mit Schmiermittel imprägniertes Element
31: Verschluss
33: Umfangsnut
33a: Aussparung
35: Teil
35a: Öffnung
37: Teil
37a: Öffnung
39: Teil
39a: Öffnung
41: Drehverbindung
43: Spindelkernkanal
43a: Verbindungsabschnitt
43b: Öffnung
43c: Öffnung
45: Kühlmittelzufuhr- und Umwälzeinrichtung
51: Werkzeugmaschine
53: Bett
53a: Z-Achsen-Führungsschienen
53b: X-Achsen-Führungsschiene
55: Tisch
61: Ständer
61a: Y-Achsen-Führungsschienen
63: Spindelkopf
65: Z-Achsen-Vorschubspindel
67: Mutter
69: Y-Achsen-Vorschubspindel
71: Mutter
T: Werkzeug
W: Werkstück

Claims

Drehwellenvorrichtung zum Antreiben einer drehbar durch ein Gehäuse (13) gehaltenen Welle (15), umfassend: ein Lager (19, 21, 23) zum drehbaren Halten der Welle (15) im Gehäuse (13), wobei das Lager (19, 21, 23) vorher mit einem Schmiermittel versehen oder gefüllt worden ist, gekennzeichnet durch ein mit Schmiermittel imprägniertes Element (25, 29), das mit einem dem Lager (19, 21, 23) zuzuführenden Schmiermittel imprägniert und in der Drehwelle (15) bereitgestellt ist, zum Abscheiden und Ableiten des Schmiermittels durch Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung der Welle (15), und einen Schmiermittelzufuhrdurchgang (15f, 21d, 15e, 19d, 15g, 23d) zur Fluidverbindung eines im oder benachbart zum Lager (19, 21, 23) befindlichen Raums mit dem mit Schmiermittel imprägnierten Element (25, 29), um das Schmiermittel zuzuführen, das von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element (25, 29) abgeschieden und abgeleitet worden ist.
Drehwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das mit Schmiermittel imprägnierte Element (25, 29) ein durchlässiges Material oder ein nicht-gewebtes Material umfasst, das mit Schmiermittel imprägniert ist.
Drehwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1, zudem umfassend Einstelleinrichtungen (37, 39) zum Einstellen der Geschwindigkeit des dem Lager von dem mit Schmiermittel imprägnierten Element (25, 29) zugeführten Schmiermittels.
Drehwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1, zudem umfassend eine Kernkühleinrichtung, die in der Welle (15) bereitgestellt ist und Durchgänge (41, 43a, 43b) umfasst, zum Zuführen flüssigen Kühlmittels zum Kernabschnitt der Drehwelle (15) von einer Kühlmittelzufuhr- und Kühlmittelumwälzeinrichtung (45) und zum Zurückgewinnen des zum Kühlen der Drehwelle (15) benutzten flüssigen Kühlmittels.
Werkzeugmaschine (51) zum Bearbeiten eines Werkstücks, indem ein Werkzeug (T) und das Werkstück (W) relativ zueinander bewegt werden, umfassend die Drehwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1 und weiterhin umfassend einen Tisch (55) zum Befestigen des Werkstücks (W) und einen Vorschubmechanismus zum Antreiben der X-, Y- und Z-Vorschubwellen, um die Welle (15), an welcher das Werkzeug (T) befestigt ist, und den Tisch (55) relativ zueinander zu bewegen.
Werkzeugmaschine (51) gemäß Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Kernkühleinrichtung, die in der Welle (15) bereitgestellt ist und einen Durchgang (41, 43a, 43b) umfasst, zum Zuführen von flüssigem Kühlmittel zum Kernabschnitt der Welle (15) von einer Kühlmittelzufuhr- und Kühlmittelumwälzeinrichtung (43) und zum Zurückgewinnen des zum Kühlen einer Drehwelle (15) benutzten flüssigen Kühlmittels.
Werkzeugmaschine (51) zum Bearbeiten eines Werkstücks (W), indem ein Werkzeug (T) und das Werkstück (W) relativ zueinander bewegt werden, umfassend eine Drehwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1 und weiterhin umfassend einen Vorschubmechanismus zum Antreiben der X-, Y- und Z-Vorschubwellen, um die Welle (15) und einen Tisch (55) relativ zueinander zu bewegen.