EP3307476A2 - Spindeleinheit für eine werkzeugmaschine zur feinbearbeitung von werkstücken mit nutförmigen profilen - Google Patents

Spindeleinheit für eine werkzeugmaschine zur feinbearbeitung von werkstücken mit nutförmigen profilen

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Publication number
EP3307476A2
EP3307476A2 EP16730704.0A EP16730704A EP3307476A2 EP 3307476 A2 EP3307476 A2 EP 3307476A2 EP 16730704 A EP16730704 A EP 16730704A EP 3307476 A2 EP3307476 A2 EP 3307476A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
spindle
spindle shaft
spindle unit
pressure regulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16730704.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ronald JAKOB
Theophil HUG
Erwin Sennhauser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Reishauer AG
Original Assignee
Reishauer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Reishauer AG filed Critical Reishauer AG
Publication of EP3307476A2 publication Critical patent/EP3307476A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/38—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members using fluid bearings or fluid cushion supports
    • B23Q1/385—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members using fluid bearings or fluid cushion supports in which the thickness of the fluid-layer is adjustable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/26—Systems consisting of a plurality of sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0629—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion
    • F16C32/064—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion the liquid being supplied under pressure
    • F16C32/0644—Details of devices to control the supply of liquids to the bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0681—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load
    • F16C32/0696—Construction or mounting aspects of hydrostatic bearings, for exclusively rotary movement, related to the direction of load for both radial and axial load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/08—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers for spindles
    • F16C35/10—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers for spindles with sliding-contact bearings

Definitions

  • the present invention relates to a spindle unit for a machine tool for fine machining of workpieces with groove-shaped profiles, in particular gears, with a rotatably mounted spindle shaft, which is drivable by means of a drive unit for machining workpieces in a rotary motion.
  • this has at least one spindle unit, which has at least one spindle shaft in the form of a tool or workpiece spindle, which is rotatably mounted.
  • a tool spindle to which a tool, in particular a profile grinding wheel and / or a grinding worm, is attached, is used, for example, in profile grinding machines or gear grinding machines.
  • a tool spindle can also be a dressing spindle, which serves for fastening a dressing tool.
  • workpiece spindles is not the Tool, but attached to the workpiece to be machined.
  • the spindle shaft and thus the tool or workpiece attached thereto are set into rotary motion by means of a drive unit.
  • the finishing process of groove-shaped profiles, in particular of gears has the peculiarity that the machining takes place predominantly on the groove or tooth flank, wherein asymmetric and / or alternating forces can occur.
  • these workpieces are also hardened. Therefore, these spindles must not only have a high radial stiffness but also an above-average axial stiffness.
  • the high-precision drive in particular the storage of the spindle shaft a crucial role. Every little oscillation of the spindle shaft is transmitted to the attached tool and corresponding to the surfaces of the workpiece to be machined. The same applies to workpiece spindles whose vibrations are transmitted directly to the workpiece attached to it and become visible and measurable.
  • the spindle shafts are stored by precision machining tool machines in preloaded spindle bearings of the best possible quality. A variety of machine tools and gear grinding machines with differently designed spindle bearings is known.
  • the excitation behavior (vibrations), the cutting forces and other parameters, the rotational speed of the spindle shaft is important, and thus it would be interesting to perform a machining with higher peripheral speeds, but often do not allow the spindle bearings.
  • the tool diameter for example, the grinding wheel
  • the workpiece diameter is selected to be larger, the peripheral speed increases; however, the load on the bearings increases as well.
  • larger spindle bearings must be used, but in turn allow only a lower speed.
  • there is inevitably an optimum between the speed and load of the spindle bearings (given the available space).
  • EP 0 860 232 B1 discloses a high-speed spindle for milling or drilling operations, which is supported along its axis of rotation on both sides of the drive motor by means of hydrostatic bearings and has special seals for the high-speed range.
  • the two conical bearing seats are designed in the known X-arrangement, so that when the temperature increases, the bearing gap is reduced.
  • this arrangement is disadvantageous for absorbing tilting moments. Since the two bearing points are far apart by the intermediate drive unit, the influence of thermal expansion on the bearings is additionally disadvantageous.
  • a hydrostatic bearing a spindle shaft is also proposed in DE 36 41 621 AI.
  • the spindle unit should have not only a high radial stiffness but also the highest possible axial stiffness.
  • a spindle unit is proposed, as indicated in claim 1.
  • claim 17 indicates a machine tool with such a spindle unit.
  • the present invention thus provides a spindle unit for a machine tool for fine machining of workpieces with groove-shaped profiles, in particular toothings.
  • the spindle unit points
  • a spindle shaft which is rotatably supported about a rotation axis and defines with this axis of rotation an axial direction and a radial direction and which in the axial direction in turn in a mounting portion for attaching a tool or a workpiece to be machined, a first bearing portion, a power transmission portion and a second Staging portion is divided, a drive unit for driving the spindle shaft in a rotational movement about the rotation axis by means of power transmission to the power transmission section,
  • the first and the second bearing point each have one or more hydrostatic bearings and are each designed to receive both radial and axial forces.
  • the third bearing point has one or more hydrostatic and / or hydrodynamic bearings and is designed to absorb radial forces.
  • first and the second bearing point each have a hydrostatic bearing and both are arranged on the first bearing section, which adjoins or even overlaps with the fastening section, vibrations which arise during operation of the machine tool are damped close to the tool or workpiece .
  • the two bearing points are advantageous as close as possible to the longitudinal extent of the spindle shaft, that is, in particular in the immediate vicinity of the tool or the workpiece to be machined, whereby any vibrations affect only minimally on the movement of the tool or workpiece. Due to the additional radial bearing of the spindle shaft in the second bearing section, vibrations arising in this section can not increase and thereby impair the movement of the grinding tool or of the workpiece. See in particular the bending lines shown in Figures 2 and 3 and the comments on these two figures below.
  • the hydrostatic design of the bearings of the first and second bearing and the hydrostatic and / or hydrodynamic design of the bearing of the third bearing allow relatively high axial speeds and tilting moments relatively high speeds of the spindle shaft of 3000 or even more revolutions per minute with a simultaneously optimal Damping.
  • the first and the second bearing exclusively on hydrostatic bearings and the third bearing exclusively hydrostatic and / or hydrodynamic bearings.
  • Hydrostatic bearings are usually virtually wear-free under normal operating conditions, so that there is no need for regular bearing maintenance in comparison to rolling bearings.
  • hydrostatic bearings have much simpler and more efficient bearing cooling than rolling bearings. Especially It is advantageous that their properties remain largely unchanged over a wide speed range. Overall, the technical effects of the hydrostatic or hydrodynamic lubrication known to those skilled in the art can be used very effectively in this spindle unit.
  • the fine-machining machine tool can be, for example, a milling machine, profile grinding machine, gear-wheel grinding machine or other gear-cutting machines.
  • the spindle unit may be a tool spindle or a workpiece spindle.
  • a tool spindle for machining a workpiece, such as a gear
  • a dressing spindle for the dressing of a tool.
  • the workpiece to be machined with groove-shaped profile or with groove-shaped profiles may be, for example, a gear.
  • the machine tool usually has at least two rotating at high speed spindle shafts, which are each arranged in a fixed housing and rotatably supported by the first, second and third bearing point.
  • the axis of rotation usually corresponds to the longitudinal central axis of the spindle shaft and extends in the axial direction.
  • the radial direction or a group of radial directions extends at right angles to the axial direction from the axis of rotation to the outside.
  • the spindle shaft is generally formed substantially rotationally symmetrical, with the longitudinal central axis as the axis of symmetry. It would be advantageous to form the spindle shaft as a whole in one piece, but this is not always possible for manufacturing and assembly reasons.
  • the division of the spindle shaft along its axis of rotation into a mounting portion, a first support portion, an arm transferring portion, and a second support portion means that the first support portion is disposed between the attachment portion and the power transmission portion in the axial direction, and the power transmission portion is between the first and second support portions second storage section is located.
  • the fastening section, the first storage section, the power transmission section and the second storage section advantageously close immediately along the axis of rotation to each other, that is, there are no intermediate additional sections available.
  • the first supporting portion and the fixing portion to which a fixing device for mounting a tool or a workpiece to be machined is usually attached may overlap in the axial direction.
  • the first bearing point in the axial direction in the region of the attachment portion attached to the fastening device may be arranged and thus, based on the axis of rotation, are at the same height as the fastening device.
  • the first storage section and the power transmission section and / or the power transmission section and the second storage section to overlap one another.
  • the first storage section, the power transmission section and the second storage section can also each connect to each other without mutual overlap.
  • the spindle shaft usually has two free ends, which are usually formed by the attachment portion and the second storage portion.
  • the fastening device is advantageously arranged on the free end formed by the attachment portion.
  • the spindle unit preferably has a housing in which the spindle shaft is arranged.
  • the housing is usually fixed, so that the spindle shaft can rotate relative to this about the axis of rotation.
  • the drive unit is preferably an electric motor with a stator unit, which is fixedly connected to the housing, and with a rotor unit, which is non-rotatably mounted on the power transmission portion of the spindle shaft.
  • the first and the second bearing point are arranged in the axial direction at different positions of the spindle shaft and arranged spaced apart with their bearings and in particular bearing pockets in the axial direction as a rule.
  • the bearing pockets belonging to the same bearing are preferably in each case at the same point, and, if possible, at regular intervals about the rotational axis, relative to the axial direction arranged distributed around.
  • the bearings of the first and second bearing can be made with the same or different diameters.
  • the fastening device may be a flange, a cone receptacle or any attachment option.
  • the fastening device is used for attaching a particular substantially hollow cylindrical grinding tool.
  • the grinding tool may be, for example, a grinding worm or a profile grinding wheel.
  • the fastening device can also serve for attaching a workpiece to be machined or a dressing tool.
  • the first or the second bearing point is conical.
  • both axial and radial support of the spindle shaft can be achieved, the same bearing pockets then receiving both axial and radial forces.
  • the first and / or the second bearing point can also each have at least one planar axial and / or at least one cylindrical radial bearing, which jointly absorb the axial and also the radial forces.
  • both the first and the second bearing point are conical, the Koni formed by these two bearings are advantageously aligned with respect to the axis of rotation in opposite directions. This can be very advantageous tilting moments, but also axial forces are taken both in the direction of the axis of rotation and opposite thereto.
  • the cones of the first and second bearings taper towards each other.
  • Such a bearing arrangement with Koni tapering towards each other is known to the person skilled in the art as a so-called O arrangement.
  • An X arrangement of the first and the second bearing would also be conceivable in principle. Owing to its higher tilting rigidity, however, an O arrangement is advantageous.
  • the cones formed by the first and / or the second bearing point preferably have an opening angle in the range of 10 ° to 60 ° with respect to the axis of rotation on. It has been found that with such an opening angle radial and axial forces can be optimally absorbed, so that undesirable vibrations of the grinding tool or of the workpiece are minimized.
  • the hydrostatic and / or hydrodynamic bearing of the third bearing may in particular be a radial bearing.
  • the bearing of the third bearing point can also serve to receive both force acting in the axial direction and in the radial direction force components.
  • the third bearing point may in particular have a conical bearing, which can advantageously absorb tensile forces acting on the spindle shaft in the axial direction.
  • the third bearing point may have a thrust bearing, which may in particular be a hydrostatic bearing.
  • the third bearing point can thus also be a thrust bearing or an axial-radial bearing.
  • the first bearing point has one or more first bearing pockets
  • the second bearing point has one or more second bearing pockets.
  • at least one first pressure regulator is provided for regulating the pressure conditions prevailing in the first bearing pockets
  • at least one second pressure regulator which serves to regulate the pressure conditions prevailing in the second bearing pockets.
  • the second pressure regulator or regulators are advantageously designed separately with respect to the one or more pressure regulators, by which is meant that the pressure conditions prevailing in the corresponding bearing pockets can be controlled independently of one another. By separately provided pressure regulators are provided for the two camps, these can be accommodated overall simpler and more space-saving.
  • the bearing pressures can also be set independently, with the operating load-free balance of forces must be maintained in the storage system.
  • the one or more first and second pressure regulators are advantageously arranged in each case in the region of the first storage section and, if present, the third pressure regulator or in the region of the second storage section. Particularly advantageous are the first or the first Pressure regulator, the second or the second pressure regulator and preferably also the third or the third pressure regulator relative to the axial direction in each case arranged substantially at the same height as the first, the second and the third bearing point.
  • the first, second and third pressure regulators can be housed in particular in each case in one or more stationary sleeves, which are used in particular for supporting the spindle shaft and are rotatably mounted on a housing.
  • each of the first storage pockets each one of the first pressure regulator and each of the second storage pockets each associated with one of the second pressure regulator.
  • the third bearing point has a hydrostatic bearing with one or more third bearing pockets which, relative to the axial direction, are preferably distributed in each case at the same height and, if possible, at regular intervals around the axis of rotation.
  • at least one third pressure regulator is then provided, which serves to regulate the pressure conditions prevailing in the third bearing pockets and is formed separately with respect to the one or more first and second pressure regulators or regulators. If there are a plurality of third storage pockets and a plurality of third pressure regulators, each of the third storage pockets is advantageously associated with one of the third pressure regulators. This results for the third bearing point in the two preceding sections with respect.
  • the heat dissipation from the first and the second, preferably also the third bearing point is advantageously accomplished by a provided in the bearing pockets of the hydrostatic bearing fluid, which for this purpose in an advantageous common fluid circuit through the bearing pockets of the first, second and preferably also the third bearing point and by a cooling device circulates.
  • This extremely effective cooling also ensures quasi speed-independent storage properties.
  • the fluid circuit can also serve for lubrication of the respective bearings at the same time.
  • the fluid circuit also serves to cool the drive unit.
  • a very simple and efficient lubrication and cooling of the various bearings and the drive unit can be achieved with the same fluid circulating in the fluid circuit.
  • the cooling of this fluid can be accomplished by means of a single circulating cooling device.
  • a common fluid reservoir is provided, which is designed to receive the fluid used for the lubrication and / or cooling of the bearing points as well as for the cooling of the drive unit.
  • the various bearing points are preferably arranged parallel to one another in the fluid circuit. A series connection of the bearings in the fluid circuit would also be conceivable.
  • the drive unit is preferably arranged parallel to the bearing points in the fluid circuit, in which case a series connection would also be conceivable in principle.
  • the first or the first or the second and preferably also the third or the third pressure regulator each have a compact construction.
  • the pressure regulators may in particular be accommodated in compact housings which are essentially closed off towards the outside and which are connected to the or the storage pockets of the respective storage location via a pressure line.
  • the one or more first, second or third, and preferably third or third pressure regulators are each based exclusively on mechanical and / or hydraulic elements. This eliminates a complex electronic pressure control with a corresponding wiring.
  • the first, the second and, if present, advantageously also the third pressure regulators are preferably designed as so-called PM regulators (progressive-volume regulators), as disclosed in EP 0 840 190 B1, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety is included in the present description.
  • a PM controller is understood to be a controller which is designed according to one of claims 1, 4, 10, 11 and 14 of EP 0 840 190 B1.
  • this compact PM regulator disclosed in EP 0 840 190 B1 is used in spindle units with hydrostatic spindle bearings, disturbing vibrations are virtually avoidable, and the relatively simple miniaturizable structure allows the arrangement directly on the respective spindle. Furthermore, this PM controller operates with a relatively low power dissipation through the possible use of low viscosity oils or water or emulsions while ensuring a higher bearing stiffness over alternative control systems.
  • the pressure regulation in the first, second and / or third pressure regulators can also take place, for example, by means of capillaries and / or throttles and / or orifices and / or by means of electronic control or further arrangements of hydrostatic bearings corresponding to the state of the art.
  • hydrodynamic storage principles from the prior art can also be used.
  • a fastening device for attaching a tool or a workpiece to be machined is attached to the attachment portion of the spindle shaft.
  • the first and the second bearing point can be arranged in the axial direction in each case between the fastening device and the power transmission section.
  • the spindle diameter measured in the radial direction in the region of the fastening device can be minimal. This makes it possible to attach grinding tools or workpieces with very small bore or inner diameters.
  • Abrasive tools or workpieces with small bore diameters are used, for example, when with regard to high rotational speeds in the radial direction a certain wall thickness is required with a simultaneously limited outside diameter.
  • the first bearing point can be arranged in the axial direction but also in the region of the fastening device, that is, along the axis of rotation, substantially at the same height or at least partially at the same height as the fastening device.
  • the first storage portion and the attachment portion then overlap each other in the axial direction.
  • the bending stiffness of the spindle shaft can be positively influenced; Any unwanted vibrations are damped directly in the grinding tool or workpiece, and the total length of the spindle shaft can be minimized.
  • the one or more first pressure regulator are preferably arranged along the axial direction in the region of the fastening device and particularly preferably in the radial direction within the fastening device.
  • the spindle unit additionally has an angle measuring device arranged on the spindle shaft.
  • This angle measuring device preferably has one or more of the following functions:
  • the rotational movement of the grinding tool or workpiece mounted on the spindle shaft can be optimally synchronized with that of the workpiece or grinding tool.
  • An exact synchronization of the two rotational movements of the grinding tool and the workpiece is necessary in order to achieve a high grinding quality.
  • One or more angle measuring devices can be provided. To ensure the most accurate measurement, the angle measuring device is advantageously arranged on the attachment portion or immediately adjacent to the attachment portion. Alternatively or additionally, however, an angle measuring device can also be arranged on the second storage section.
  • An arrangement of the angle measuring device on the second storage section offers itself because the space conditions for the angle measuring device are often cheaper there and because the second storage section is usually more accessible, so that the angle measuring device during installation and / or maintenance easier to mount on the machine tool or from this is removable. Due to the radial stabilization of the spindle shaft at the third bearing point registered by the angle encoder measuring errors due to bending of the spindle shaft are significantly reduced. This is another and significant advantage of this bearing arrangement. If the third bearing point is designed in such a way that, in addition to radial forces, axial forces which act on the spindle shaft as tensile forces are also absorbed, an even more effective stabilization of the spindle shaft can be achieved.
  • each sealing air seals seals the bearing pockets of the first, second and preferably also the third bearing point in each case in the axial direction advantageously on both sides outwards.
  • Fig. 1 is a perspective view of an inventive Spindle unit a
  • Fig. 2 is a central sectional view of a not erfmdungsgefflessen spindle unit of a machine tool with spindle shaft, which is radially mounted only in the first storage section (B), but not in the second storage section (D), to illustrate a possible characteristic
  • FIG. 3 shows a central sectional view of the spindle unit of FIG. 1 with a spindle shaft, which is mounted radially both in the first storage section (B) and in the second storage section (D), to illustrate a possible bending behavior of the spindle shaft;
  • Fig. 4a is a central sectional view through the spindle unit of Fig. 1;
  • FIG. 4b shows a perspective view of the spindle unit of FIG. 1, cut open centrally along its axis of rotation, without a spindle shaft;
  • FIG. 4c shows a sectional view through the plane I-I indicated in FIG. 4a;
  • FIG. 4d shows a sectional view through the plane II-II indicated in FIG. 4a;
  • FIG. 4e shows a sectional view through the plane III-III indicated in FIG. 4a;
  • Fig. 5 is a central sectional view through a spindle unit of a
  • Fig. 6 is a central sectional view through a spindle unit of a
  • Fig. 7 is a central sectional view through a spindle unit of a
  • Fig. 8 shows the scheme of an exemplary fluid circuit for lubricating the
  • FIG. 9 is a detailed view of the scheme of Figure 8 in the spindle shaft.
  • FIGS. 1 to 7 show various embodiments of the spindle units of machine tools for fine machining of workpieces with groove-shaped profiles. Equally acting elements are each provided with the same reference numerals in the various embodiments.
  • the spindle units shown in Figures 1 to 7 each have a spindle shaft 2 with an attached grinding tool 4.
  • the spindle shafts shown in FIGS. 1 to 7 are thus tool spindles for use in machine tools, in particular gear grinding machines.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a spindle unit according to the invention of a machine tool with a housing 1 and a spindle shaft 2 rotatably mounted therein.
  • a grinding tool 4 is attached to the spindle shaft 2.
  • the grinding tool 4 may in particular be a grinding worm, as used for grinding gears.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate, in each case in a central sectional view, one of many possible characteristic bending behavior of the spindle shaft 2, which is shown schematically in FIG the gear grinding machine shown by way of example in FIG. 2 is mounted on the two bearing points 13 and 14 only in the first bearing section B and has an additional bearing on a third bearing point 15 in the exemplary gear grinding machine of FIG.
  • some elements of the spindle unit are omitted in Figures 2 and 3, such as the housing and the drive unit.
  • the bending behavior of the spindle shaft 2 is shown in FIGS. 1 and 2 greatly exaggerated. This bending behavior was also shown schematically. It is known to the person skilled in the art that the bending behavior can have very great changes, depending on the rotational speed or rotational frequency.
  • the spindle shafts 2 shown in FIGS. 2 and 3 each have a fastening section A, on which a fastening device in the form of a grinding tool flange 3 with a grinding tool 4 attached thereto is arranged.
  • the grinding tool 4 is fastened in each case by way of example by means of a grinding tool flange 3 on the spindle shaft 2. It is also conceivable to fasten the grinding tool 4 directly (without a grinding tool flange 3) on the spindle shaft 2.
  • the grinding tool 4 (or the dressing tool and / or the workpiece) shown cylindrically may also be disk-shaped.
  • the spindle shaft 2 is offset by means of a drive unit, not shown here in a rotational movement about the axis of rotation RA.
  • the spindle shafts 2 shown in Figures 2 and 3 each have a first bearing portion B with the two bearing points 13 and 14.
  • the third bearing point 15, which is additionally provided in the spindle shaft 2 shown in FIG. 3, is arranged in a second bearing section D on the side of the power transmission section C opposite the first bearing section B.
  • the first and second bearings 13 and 14 are each formed by a conically formed axial-radial bearing, the third bearing 15 by a cylindrical radial bearing
  • the spindle shaft 2 At high rotational speeds of the spindle shaft 2 about the axis of rotation RA, the spindle shaft 2 for various reasons tends to vibrate and bend accordingly.
  • the spindle shaft 2 In the non-inventive spindle unit of a machine tool shown in FIG. 2, the spindle shaft 2 is supported on the two bearing points 13 and 14 only in the first bearing section B.
  • the spindle shaft 2 bends in its end regions, ie in the region of the first spindle end 20 and in the region of the second spindle end 21, each strongly with its longitudinal center line away from the axis of rotation RA.
  • the vibration behavior of the spindle shaft 2 is thus most pronounced in the regions of the first and second spindle ends 20 and 21. This is unfavorable precisely because the first spindle end 20 is formed by the attachment portion A to which the grinding tool 4 is attached.
  • the relatively strong vibrations of the first spindle end 20 thereby transferred directly to the grinding tool 4 and thus affect the surface quality of the workpiece.
  • the relatively strong vibrations affect the grinding result, since it can lead to measurement errors here.
  • FIGS. 4a to 4d show an exemplary embodiment of the invention Spindle unit of a gear grinding machine with a spindle shaft 2, which is divided along the rotation axis RA in order in a fixing section A, a first storage section B, a power transmission section C and a second storage section D.
  • the individual sections A, B, C and D in each case adjoin one another directly without overlapping one another.
  • the axis of rotation RA corresponds to the longitudinal central axis of the spindle shaft 2.
  • the spindle shaft 2 defines with its axis of rotation RA an axial direction AR corresponding to the axis of rotation RA and a group of radial directions RR perpendicular thereto.
  • the stator unit 6 is part of a drive unit 5 in the form of an electric motor which serves to drive the spindle shaft 2 in a rotational movement about its axis of rotation RA.
  • a rotor unit 7 rotatably mounted, which also forms part of the drive unit 5.
  • the rotor unit 7 is formed here by a plurality of permanent magnets, which are circumferentially mounted on the outside of the spindle shaft 2. While the spindle shaft 2 is radially surrounded by the rotor unit 7, the stator unit 6 surrounds the rotor unit 7.
  • the spindle shaft 2, the rotor unit 7 and the stator unit 6 are arranged concentrically with each other. In the radial direction between the stator 6 and the housing 1 is a cooling channel 25 or more cooling channels for carrying out a coolant are provided to dissipate the resulting during operation in the drive unit 5 heat energy.
  • the power transmission section C of the spindle shaft 2 is defined by the arrangement of the drive unit 5 and in particular the rotor unit 7 along the rotation axis RA and extends in the axial direction AR at least from a first end 8 of the rotor unit 7 to a second end 9 of the rotor unit 7.
  • the spindle unit is transmitted along the power transmission portion C driving force from the drive unit 5 to the spindle shaft 2, whereby the spindle shaft 2 is set in a rotational movement about its axis of rotation RA.
  • a grinding tool flange 3 is attached to the attachment section A of the spindle shaft 2, which serves as a fastening device for the rotationally fixed attachment of a grinding tool 4.
  • the spindle shaft 2 protrudes in the axial direction AR into or into a bore of the grinding tool 4. It is also conceivable to fasten a grinding tool in such a way that the spindle end does not project or only partially through it.
  • a first angle measuring device 19a is provided for detecting the respective angular position of the spindle shaft 2 about its axis of rotation RA.
  • a second angle measuring device 19b is likewise arranged, for example, on the first bearing section B, directly adjacent to the fastening section A, on the spindle shaft. With the help of the angle measuring devices 19a and / or 19b, it can be ensured that the rotational speed of the spindle shaft 2 and thus of the grinding tool 4 during the grinding process corresponds as closely as possible to the desired value of the control of the machine.
  • the angle measuring devices can also be arranged at a different location along the spindle axis, for example in the transition region from the first bearing section B to the power transmission section C, and / or only one angle measuring device can be arranged.
  • the spindle shaft 2 has a first, a second and a third bearing point 13, 14, 15 along the axial direction AR.
  • the first bearing 13 and the second bearing 14 are each provided on a first fixed sleeve 26 which is rotatably mounted on the housing 1.
  • the third bearing 15 is disposed on a second fixed sleeve 27, which is also rotatably mounted on the housing 1.
  • the first bearing 13 and the second bearing 14 are arranged in the axial direction AR spaced from each other on the first bearing portion B, which extends between the Schleifwerkmaschinesch 3 and the rotor unit 7, respectively.
  • both the first bearing 13 and the second bearing 14 are each formed by a hydrostatic bearing.
  • the bearings of the bearing points 13 and 14 are each conically shaped and have a plurality (by way of example, each 4 Bearing pockets shown) at regular intervals around the spindle shaft 2 around arranged bearing pockets 13a, 13b, 13c, 13d and 14a, 14b, 14c, 14d (see Figures 4c and 4d).
  • the bearing pockets 13a, 13b, 13c, 13d and 14a, 14b, 14c, 14d of the bearing points 13 and 14 are sealed on both sides towards the outside by means of sealing air seals.
  • the bearing pockets 13a, 13b, 13c, 13d and 14a, 14b, 14c, 14d of the bearing points 13 and 14 are sealed on both sides towards the outside by means of sealing air seals.
  • the sealing air seals located on both sides generally exemplary return channels for the fluid.
  • the conical design of the first bearing 13 and the second bearing 14 requires that they are each arranged in a region of the spindle shaft 2, which tapers conically along the axial direction AR or widened conically.
  • the bearing of the first bearing 13 tapers along the axial direction AR extending from the first spindle end 20 to the second spindle end 21.
  • the bearing of the second bearing 14 widens conically in the direction from the first spindle end 20 to the second spindle end 21.
  • the Koni formed by the bearings of the first and the second bearing 13, 14 are thus aligned with their opening angles ⁇ along the axial direction AR in opposite directions. The measured with respect to the rotation axis RA opening angle ⁇ (see FIG.
  • the bearings of the bearing points 13 and 14 are each designed to receive forces acting both in the radial direction RR and in the axial direction AR.
  • the third bearing 15 is formed by a cylindrical radial bearing, which is arranged on the second bearing portion D of the spindle shaft 2.
  • the second bearing portion D extends in the axial direction AR of the power transmission section C to the second spindle end 21.
  • the bearing of the third bearing 15 serves to stabilize the second spindle end 21 of the spindle shaft 2 in the radial direction RR.
  • the bearing of the third bearing 15 reduces measuring errors which arise as a result of the spindle bending at the second spindle end 21 and thus at the angle measuring device 19a.
  • the third bearing 15 is formed by a hydrostatic bearing.
  • This has a plurality of bearing pockets 15a, 15b, 15c, 15d which are arranged at regular intervals around the correspondingly cylindrical spindle shaft 2 in the region of the third bearing 15 (for example, 4 bearing pockets are shown here as well) (see FIG. 4e).
  • the bearing pockets 15a, 15b, 15c, 15d of the third bearing 15 are sealed in the axial direction AR on both sides towards the outside by means of sealing air seals. In the axial direction AR between the bearings and the sealing air seals located on both sides generally exemplary return channels for the fluid.
  • the third bearing 15 may be formed by a hydrodynamic bearing instead of a hydrostatic.
  • the third bearing point 15 is here in particular designed and arranged on the spindle shaft 2 such that movements of the spindle shaft 2 along the axial direction AR through the bearing of the third bearing point 15 are possible to a certain extent. Length expansions of the spindle shaft 2, which are caused during operation of the gear grinding machine due to the heating of the spindle shaft 2, thereby do not affect the spindle bearing in the third bearing point 15. Since the first bearing 13 and the second bearing 14 are also arranged very close to each other and the grinding tool 4, a temperature-induced change in length of the spindle shaft 2 leads to a certain displacement of the spindle shaft 2 along the axial direction AR in the region of its second storage section D, but only in minimal mass to a displacement of the mounting portion A and in particular of the grinding tool 4.
  • a plurality of first pressure regulator 16 are provided for controlling the hydrostatic pressure in the bearing of the first bearing 13 . Since each of the bearings belonging to the bearing of the first bearing 13 13a, 13b, 13c, 13d each associated with one of these first pressure regulator 16 and connected thereto, the number of first pressure regulator 16 corresponds that of the bearing pockets 13a, 13b, 13c, 13d, which has the bearing of the first bearing 13. The same applies to the plurality of second pressure regulator 17 and the plurality of third pressure regulator 18, which for controlling the pressure conditions in the bearing pockets 14a, 14b, 14c, 14d or 15a, 15b, 15c, 15d of the second or to the third bearing 14 and Serve 15 belonging camp.
  • each of the bearing pockets 14a, 14b, 14c, 14d of the second bearing 14 each one of the second pressure regulator 17 and each of the bearing pockets 15a, 15b, 15c, 15d of the third bearing 15 each one of the third pressure regulator 18 assigned.
  • the first, second and third pressure regulators 16, 17 and 18 each have a compact design, so that they can be accommodated in a closed housing to the outside. Via one pressure line each of the first, second and third pressure regulators 16, 17 and 18 with the correspondingly associated bearing pocket 13a, 13b, 13c, 13d or 14a, 14b, 14c, 14d and 15a, 15b, 15c, 15d of the first, second and third bearing 13, 14 and 15, respectively.
  • the first, second and third pressure regulators 16, 17 and 18 are preferably each based exclusively on mechanical components, such as spring elements, and on hydraulic components, such as throttles.
  • the pressure in the pressure or storage pockets 13a, 13b, 13c, 13d or 14a, 14b, 14c, 14d or 15a, 15b, 15c, 15d can be controlled without electrical energy, thereby eliminating a corresponding wiring.
  • the pressure regulators 16, 17 and 18 are designed according to one of the embodiments disclosed in EP 0 840 190 B1.
  • the plurality of first, second and third pressure regulators 16, 17 and 18 are each mounted directly on a component of the spindle unit, which is arranged in the radial direction RR immediately adjacent to that spindle shaft portion on which the associated with this pressure regulator bearing bag 13 a, 13 b, 13 c , 13d or 14a, 14b, 14c, 14d and 15a, 15b, 15c, 15d respectively.
  • the pressure regulators 16, 17 and 18 are each arranged approximately at the height of the corresponding bearing point 13, 14 and 15 respectively. In the embodiment shown in FIGS.
  • the first pressure regulators 16 and the second pressure regulators 17 are each located on the first bearing section B and in particular in the axial direction AR between the first bearing point 13 and the second Storage 14 arranged.
  • the third pressure regulator 18, two of which can also be seen in FIG. 1, are located on the second storage section D.
  • the respective plurality of pressure regulators 16, 17 and 18 and the individual bearing pockets 13a, 13b, 13c, 13d or 14a, 14b, 14c, 14d or 15a, 15b, 15c, 15d of the first, second and third bearing points 13, 14 and 15 are connected to one another by means of a common fluid circuit not visible in FIG. 4a but shown in FIGS. 8 and 9 and described below.
  • a common fluid circuit not visible in FIG. 4a but shown in FIGS. 8 and 9 and described below.
  • In the fluid circuit circulates a fluid which not only serves to control the pressure conditions prevailing in the individual bearing pockets, but also for cooling and lubricating the first, second and third bearing points 13, 14 and 15.
  • the same fluid can also be used for cooling the drive unit 5 ,
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a spindle unit according to the invention, which is shown by way of example on a dental grinding machine.
  • This embodiment of Fig. 5 corresponds largely to the embodiment of Fig. 4, with the difference that the first bearing 13 here along the axial direction AR at the same height as the Schleifwerkmaschineflansch 3 and, if a grinding tool 4 is attached to this, also on the same Height as this grinding tool 4 is arranged.
  • the attachment portion A and the first storage portion B overlap here so partially in the axial direction AR.
  • the first bearing 13 in the second embodiment is arranged inside the Schleifwerkmaschineflansches 3, so that if a Schleifwerkmaschineflansch 3 a grinding tool 4 is mounted, is surrounded by this radially.
  • the first pressure regulator 16 are here in the axial direction AR at the same location as the Schleifwerkmaschineflansch 3 and thus arranged on the attachment portion A.
  • the first pressure regulators 16 as well as the first bearing 13 are located inside the bore of the grinding tool 4.
  • the second bearing 14 is in the axial direction AR between the grinding tool flange 3 and the first one as in the embodiment of FIG first rotor end 8 is arranged.
  • the spindle shaft 2 can thereby have a shorter overall length and / or the distance between the two bearings 13 and 14 can be increased.
  • the illustrated in Figure 5 embodiment is suitable for grinding tools 4 from a certain bore diameter.
  • the bore diameter is relatively small, but the illustrated in Figures 4a-4e embodiment is better suited because there the first bearing 13 and the first pressure regulator 16 need not be accommodated within the bore of the grinding tool 4, but outside of this are arranged.
  • the embodiment of Fig. 4 is thus particularly suitable for grinding tools 4, which are designed for grinding with a very high peripheral speed and therefore have a large radial wall thickness.
  • the second angle measuring device 19c is arranged, for example, immediately adjacent to the force transmission section C on the first bearing-receiving section B.
  • FIG. 1 A further embodiment of a spindle unit according to the invention of a gear grinding machine is shown in FIG. This embodiment largely corresponds to that of FIG. 5, but could also be designed as in FIGS. 4a-4e, with the exception that here a push-in sleeve 22 is provided, in which the spindle shaft 2 and the drive unit 5 are accommodated.
  • a first sleeve support 23 a is used to attach the insertion sleeve 22 in a correspondingly provided on the housing 1 receiving area.
  • the sleeve support 23a is an example of a screw connection which is designed and arranged such that both axial and radial forces are transmitted from the insertion sleeve 22 to the housing 1 in order to be able to be received by the latter.
  • FIG. 6 shows the sleeve supports 23b and 24 are shown.
  • the insertion sleeve 22 has an approximately equal outer diameter as the inner diameter of the corresponding receiving portion of the housing 1.
  • the sleeve support 24 may be formed as a separate component, which is connected by way of example by means of screw with the housing 1, or integrally formed from the housing 1.
  • the inventive embodiment shown in Figure 7 differs from that of Figures 4a-4e as well as those of Figures 5 and 6, that the rotor unit 7 is fixed here on the outside of a support sleeve 10, which is pushed onto the spindle shaft 2 and rotationally fixed attached to this.
  • the rotor unit 7 can thereby be very easily mounted or removed from the spindle shaft during assembly or for repair purposes.
  • the outer diameter of the spindle shaft 2 in the power transmission section C and in the second storage section D is slightly reduced compared to that of the spindle shaft 2 shown in Figure 4a.
  • FIGS. 8 and 9 show an exemplary scheme of a fluid circuit for the lubrication or storage and cooling of the bearing points 13, 14, 15 and for cooling the drive unit 5.
  • the scheme shown in Figures 8 and 9 can be used in all embodiments according to Figures 1 to 7.
  • a common fluid reservoir 28 which serves to receive the fluid.
  • the fluid received in the fluid reservoir 28 is used both for the entire hydrostatic bearing 13, 14 and 15 and for cooling the drive unit 5, which serves to drive the spindle shaft 2.
  • first and a second fluid pump 30 and 31, which are jointly driven by one or separately by a plurality of (not shown) drive motors 29, the fluid from the fluid reservoir 28 can be sucked into a first fluid line 32a.
  • the first fluid line 32a branches into a second fluid line 32b and a third fluid line 32c.
  • the second fluid pump 31 is arranged, which supplying the fluid under pressure to the first, second and third pressure regulators 16, 17 and 18 to lubricate and cool them.
  • the first, second and third pressure regulators 16, 17 and 18 are arranged parallel to one another in the fluid circuit.
  • the third fluid line 32c within which the first fluid pump 30 is arranged, branches into a fourth fluid line 32d and a fifth fluid line 32e.
  • the fourth fluid line 32d leads back to the branch point where the first fluid line 32a opens into the second and third fluid lines 32b and 32c.
  • the fourth fluid line 32d serves for cooling and filtration of the fluid.
  • a biasing valve 33 and a heat exchanger 34 are arranged one behind the other within the fourth fluid line 32d.
  • the fluid passes to the drive unit 5, which is thus traversed by the fluid for cooling purposes in parallel with respect to the pressure regulators 16, 17 and 18. From the pressure regulators 16, 17 and 18, the fluid passes via a sixth fluid line 32 f back into the fluid reservoir 28. In parallel, the fluid passes via a seventh fluid line 32 g of the drive unit 5 back into the fluid reservoir 28th
  • the exemplary fluid scheme for lubricating or storing and cooling the bearings 13, 14, 15 and the cooling of the drive unit 5 shows a fluid circuit. In FIGS. 1 to 7, this supply and return of the fluid is not shown.
  • This scheme of a fluid circuit for lubricating or storing and cooling the bearing points 13, 14, 15 and the cooling of the drive unit 5 represents only one possible arrangement. It is also conceivable, for example, the lubrication or storage process and cooling process of the bearing points 13, 14, 15 completely independent of the cooling process of the drive unit 5 to make, and the individual bearing points 13, 14, 15 could be supplied independently of each other with the fluid. It is also conceivable that, for example, different fluids for the cooling of the drive unit 5 and the bearing points 13, 14, 15 are used. Of course, the invention described herein is not limited to the mentioned embodiments and a variety of modifications is possible.
  • the spindle shaft 2 may also have a fastening device for attaching a workpiece to be ground. at the spindle shaft 2 would then not be a tool spindle but a workpiece spindle.
  • the drive unit need not necessarily be an electric motor with a stator unit surrounding the spindle shaft 2 and a rotor unit mounted on the spindle shaft 2, but any other drives from the prior art are conceivable, such as a belt drive or the first bearing 13 and 13 / or the second bearing 14 need not necessarily be conical, but could be formed from a respective hydrostatic radial and a hydrostatic thrust bearing. A variety of other modifications is conceivable.
  • Second conical section 34 heat exchangers
  • Second bearing B First bearing section a, b, c, d Bearing pocket C Power transmission section

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Abstract

Eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutförmigen Profilen, wie insbesondere Verzahnungen, weist eine drehbar gelagerte Spindelwelle (2) auf, welche in Axialrichtung (AR) der Reihe nach in einen Befestigungsabschnitt (A) zum Anbringen eines Werkzeugs (4) oder eines zu bearbeitenden Werkstücks, einen ersten Lagerungsabschnitt (B), einen Kraftübertragungsabschnitt (C) und einen zweiten Lagerungsabschnitt (D) unterteilt ist. Eine Antriebseinheit (5) dient zum Antreiben der Spindelwelle (2) mittels Kraftübertragung auf den Kraftübertragungsabschnitt (C). Eine erste und eine zweite Lagerstelle (13, 14) sind zur Lagerung der Spindelwelle (2) im ersten Lagerungsabschnitt (B) vorgesehen, sowie eine dritte Lagerstelle (15) zur Lagerung der Spindelwelle (2) am zweiten Lagerungsabschnitt (D). Die erste und die zweite Lagerstelle (13, 14) weisen jeweils eines oder mehrere hydrostatische Lager auf und sind zur Aufnahme von Radial-und Axialkräften ausgebildet. Die dritte Lagerstelle (15) weist eines oder mehrere hydrostatische und/oder hydrodynamische Lager auf und ist zur Aufnahme von Radialkräften ausgebildet.

Description

TITEL
Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutförmigen Profilen
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutförmigen Profilen, wie insbesondere Verzahnungen, mit einer drehbar gelagerten Spindelwelle, welche mittels einer Antriebseinheit zur Bearbeitung von Werkstücken in einer Drehbewegung antreibbar ist.
STAND DER TECHNIK Bei der Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutförmigen Profilen und insbesondere beim Schleifen von Zahnrädern sind immer genauere Oberflächen erwünscht. Die Qualität dieser Werkstücke wird insbesondere durch die Massgenauigkeit, Rauheit, Formgenauigkeit und Welligkeit der Oberflächen des nutförmigen Profils bestimmt. Diese gewünschten Oberflächenqualitäten werden erreicht zum Beispiel durch den Einsatz von Werkzeugmaschinen zum Fräsen, Honen, Schaben, Profilschleifen und Wälzschleifen.
Je nach Art der Feinbearbeitungsmaschine weist diese zumindest eine Spindeleinheit auf, die zumindest eine Spindelwelle in Form einer Werkzeug- oder Werkstückspindel aufweist, welche drehbar gelagert ist. Eine Werkzeugspindel, an welche ein Werkzeug, wie insbesondere eine Profilschleifscheibe und/oder eine Schleifschnecke, angebracht ist, wird zum Beispiel bei Profilschleifmaschinen oder Zahnradschleifmaschinen verwendet. Bei einer Werkzeugspindel kann es sich auch um eine Abrichtspindel handeln, welche zur Befestigung eines Abrichtwerkzeugs dient. An Werkstückspindeln wird nicht das Werkzeug, sondern das zu bearbeitende Werkstück befestigt.
Für den Feinbearbeitungsprozess wird die Spindelwelle und somit das daran angebrachte Werkzeug bzw. Werkstück mittels einer Antriebseinheit in eine Rotationsbewegung versetzt. Dabei hat der Feinbearbeitungsprozess von nutförmigen Profilen, insbesondere von Zahnrädern, die Besonderheit, dass die Bearbeitung vorwiegend an der Nut- oder Zahnflanke erfolgt, wobei asymmetrische und/oder wechselnde Kräfte auftreten können. In der Regel sind diese Werkstücke auch gehärtet. Deshalb müssen diese Spindeln neben einer hohen Radialsteife auch eine überdurchschnittlich hohe Axialsteife aufweisen.
Um hohe Oberflächenqualitäten erreichen zu können, spielt bei derartigen Werkzeugmaschinen neben der Steifigkeit und der Dämpfung der mechanischen Teile, dem hochpräzisen Antrieb, insbesondere die Lagerung der Spindelwelle eine entscheidende Rolle. Jede noch so kleine Schwingung der Spindelwelle wird auf das daran angebrachte Werkzeug und entsprechend auf die Oberflächen des zu bearbeitenden Werkstücks übertragen. Dasselbe gilt auch für Werkstückspindeln, deren Schwingungen unmittelbar auf das daran angebrachte Werkstück übertragen und an diesem sichtbar und messbar werden. Um die heutigen extremen Anforderungen an die Oberflächenqualitäten von Werkstücken und insbesondere von Zahnrädern erreichen zu können, werden die Spindelwellen von Feinbearbeitungswerkzeugmaschinen in vorgespannten Spindellagern der bestmöglichen Qualität gelagert. Eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen und insbesondere Zahnradschleifmaschinen mit unterschiedlich ausgestalteten Spindellagerungen ist bekannt.
Aus der DE 10 2009 039 752 AI ist beispielsweise eine Lösung bekannt, bei welcher ein Schleifwerkzeug entlang seiner Rotationsachse beidseitig gelagert und angetrieben ist. Beim in der EP 1 803 518 A2 gezeigten Werkzeugkopf werden hochgenaue, einreihige, spielfreie und vorgespannte Spindellager eingesetzt, die als ein Lagersatz mit vergrössertem Lagerabstand und in O- Anordnung eingebaut sind. Weiterhin ist ein verschiebbares Gegenlager für das zweiseitig zu lagernde Werkzeug vorgesehen, welches weitgehend symmetrisch zum ersten Lagersatz aufgebaut ist. Zusätzlich ist am Spindelende noch ein Spindellager angeordnet, welches hauptsächlich radiale aber auch axiale Kräfte aufnehmen kann. Die DE 295 07 871 Ul zeigt eine ähnliche Lagerung mittels Wälzlagern bei einer Wälzfräsmaschine.
In der DE 10 2012 018 358 AI ist eine Spindelwelle von Wälz- und Profilschleifmaschinen offenbart, welche eine Lagerstelle aufweist, die entlang der Rotationsachse im Bereich der Bohrung eines Schleifwerkzeugs angeordnet ist, wenn ein solches an der Spindelwelle angebracht ist.
Für die Produktivität, das Anregungsverhalten (Schwingungen), die Schnittkräfte und weitere Parameter ist die Rotationsgeschwindigkeit der Spindelwelle von Bedeutung, und somit wäre es auch interessant, eine Bearbeitung mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten vorzunehmen, was aber die Spindellager oft nicht zulassen. Wird dagegen der Werkzeugdurchmesser (z.B. der Schleifscheibe) bzw. der Werkstückdurchmesser grösser gewählt, erhöht sich die Umfangsgeschwindigkeit; allerdings steigt dann auch die Belastung auf die Lager. Dadurch müssen grössere Spindellager eingesetzt werden, die aber wiederum nur eine tiefere Drehzahl zulassen. Somit ergibt sich bei üblichen Feinbearbeitungswerkzeugmaschinen zwangsläufig ein Optimum zwischen Drehzahl und Belastung der Spindellager (bei den vorhandenen Platzverhältnissen).
Die EP 0 860 232 Bl offenbart eine Hochgeschwindigkeitsspindel für Fräs- oder Bohroperationen, welche entlang ihrer Rotationsachse beidseitig zum Antriebsmotor mittels hydrostatischen Lagern abgestützt ist und spezielle Abdichtungen für den Hochgeschwindigkeitsbereich besitzt. Die beiden kegelförmigen Lagersitze sind in der bekannten X-Anordnung ausgeführt, so dass bei Temperaturerhöhung der Lagerspalt verkleinert wird. Nachteilig ist diese Anordnung aber für die Aufnahme von Kippmomenten. Da die beiden Lagerstellen durch die dazwischenliegende Antriebseinheit weit auseinander liegen, ist der Einfluss der Wärmeausdehnung auf die Lagerstellen zusätzlich von Nachteil. Eine hydrostatische Lagerung einer Spindelwelle wird auch in der DE 36 41 621 AI vorgeschlagen.
Weitere Spindeleinheiten für Nockenwellenschleifmaschinen, allgemeine Schleifmaschinen und Drehmaschinen mit zumindest teilweise hydrostatischen Lagerungen sind in der DE 196 35 687 AI, der EP 0 779 127 AI und der DE 42 34 049 AI offenbart. In der EP 0 840 190 Bl ist ausserdem ein spezieller Druckregler (Progressiv-Mengen- Regler) für ein Hydrostatiklager offenbart, welcher auf ausschliesslich mechanischen bzw. hydraulischen Komponenten basiert und eine kompakte Bauweise aufweist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von nutformigen Profilen, wie insbesondere Verzahnungen, anzugeben, welche mit hohen Drehgeschwindigkeiten betreibbar ist und bei welcher Schwingungen gleichzeitig optimal gedämpft sind. Die Spindeleinheit soll dabei neben einer hohen Radialsteife auch eine möglichst hohe Axialsteife besitzen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Spindeleinheit vorgeschlagen, wie sie in Anspruch 1 angegeben ist. Ausserdem wird in Anspruch 17 eine Werkzeugmaschine mit einer derartigen Spindeleinheit angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung gibt also eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutformigen Profilen, wie insbesondere Verzahnungen, an. Die Spindeleinheit weist auf
eine Spindel welle, welche um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist und mit dieser Rotationsachse eine Axialrichtung und eine Radialrichtung definiert und welche in Axialrichtung der Reihe nach in einen Befestigungsabschnitt zum Anbringen eines Werkzeugs oder eines zu bearbeitenden Werkstücks, einen ersten Lagerungsabschnitt, einen Kraftübertragungsabschnitt und einen zweiten Lagerungsabschnitt unterteilt ist, eine Antriebseinheit zum Antreiben der Spindelwelle in einer Drehbewegung um die Rotationsachse mittels Kraftübertragung auf den Kraftübertragungsabschnitt,
eine erste Lagerstelle und eine zweite Lagerstelle zur Lagerung der Spindelwelle im ersten Lagerungsabschnitt, sowie eine dritte Lagerstelle zur Lagerung der Spindelwelle im zweiten Lagerungsabschnitt.
Die erste und die zweite Lagerstelle weisen jeweils eines oder mehrere hydrostatische Lager auf und sind jeweils zur Aufnahme sowohl von Radial- als auch von Axialkräften ausgebildet. Die dritte Lagerstelle weist eines oder mehrere hydrostatische und/oder hydrodynamische Lager auf und ist zur Aufnahme von Radialkräften ausgebildet.
Dadurch, dass die erste und die zweite Lagerstelle jeweils ein hydrostatisches Lager aufweisen und beide am ersten Lagerungsabschnitt angeordnet sind, welcher an den Befestigungsabschnitt anschliesst oder sogar mit diesem überlappt, werden Schwingungen, welche im Betrieb der Werkzeugmaschine entstehen, nahe beim Werkzeug bzw. Werkstück gedämpft. Die beiden Lagerstellen sind vorteilhaft bezogen auf die Längserstreckung der Spindelwelle möglichst nahe, das heisst insbesondere in unmittelbarer Nähe beim Werkzeug bzw. dem zu bearbeitenden Werkstück angeordnet, wodurch sich allfällige Schwingungen nur minimal auf die Bewegung des Werkzeugs bzw. Werkstücks auswirken. Durch die zusätzliche radiale Lagerung der Spindelwelle im zweiten Lagerungsabschnitt können sich in diesem Abschnitt entstehende Schwingungen nicht verstärken und dadurch die Bewegung des Schleifwerkzeugs bzw. des Werkstücks beeinträchtigen. Siehe hierzu insbesondere auch die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Biegelinien sowie die Ausführungen zu diesen beiden Figuren weiter unten.
Die hydrostatische Ausgestaltung der Lager der ersten und zweiten Lagerstelle sowie die hydrostatische und/oder hydrodynamische Ausgestaltung des Lagers der dritten Lagerstelle ermöglichen bei relativ hohen verfahrenstypischen Axialkräften und Kippmomenten relativ hohe Drehzahlen der Spindel welle von 3000 oder gar noch mehr Umdrehungen pro Minute mit einer gleichzeitig optimalen Dämpfung. Vorteilhaft weisen die erste und die zweite Lagerstelle ausschliesslich hydrostatische Lager auf und die dritte Lagerstelle ausschliesslich hydrostatische und/oder hydrodynamische Lager. Mit dieser Spindeleinheit ist somit eine sehr schnelle und äusserst genaue Feinbearbeitung der nutförmigen Profile eines Werkstücks möglich. Hydrostatische Lager sind in der Regel bei normalen Betriebsbedingungen praktisch verschleissfrei, so dass im Vergleich zum Beispiel zu Wälzlagern eine regelmässige Lagerwartung entfällt. Des Weiteren haben hydrostatische Lager eine wesentlich einfachere und effizientere Lagerkühlung als Wälzlager. Besonders vorteilhaft ist, dass ihre Eigenschaften über einen grossen Drehzahlbereich weitgehend unverändert bleiben. Insgesamt können die dem Fachmann bekannten technischen Effekte der hydrostatischen bzw. hydrodynamischen Schmierung sehr wirkungsvoll in dieser Spindeleinheit genutzt werden.
Bei der Werkzeugmaschine für die Feinbearbeitung kann es sich zum Beispiel um eine Fräsmaschine, Profilschleifmaschine, Zahnradwälzschleifmaschine oder weitere Zahnradfeinbearbeitungsmaschinen handeln. Bei der Spindeleinheit kann es sich um eine Werkzeugspindel oder eine Werkstückspindel handeln. Im Falle einer Werkzeugspindel (für die Bearbeitung eines Werkstückes, wie beispielsweise eines Zahnrades) kann es sich auch um eine Abrichtspindel (für das Abrichten eines Werkzeuges) handeln. Bei dem zu bearbeitenden Werkstück mit nutförmigem Profil oder mit nutförmigen Profilen kann es sich zum Beispiel um ein Zahnrad handeln. Die Werkzeugmaschine weist in der Regel mindestens zwei mit hoher Drehzahl rotierende Spindel wellen auf, die jeweils in einem feststehenden Gehäuse angeordnet und mittels der ersten, zweiten und dritten Lagerstelle drehbar gelagert sind.
Die Rotationsachse entspricht üblicherweise der Längsmittelachse der Spindelwelle und erstreckt sich in Axialrichtung. Die Radialrichtung bzw. eine Schar von Radialrichtungen erstreckt sich rechtwinklig zur Axialrichtung von der Rotationsachse nach aussen hin. Die Spindelwelle ist in der Regel im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet, mit der Längsmittelachse als Symmetrieachse. Vorteilhaft wäre es, die Spindelwelle als Ganzes einstückig auszubilden, was aber aus fabrikations- und montagetechnischen Gründen nicht immer möglich ist.
Die Unterteilung der Spindelwelle entlang ihrer Rotationsachse der Reihe nach in einen Befestigungsabschnitt, einen ersten Lagerungsabschnitt, einen I raftübertragungsabschnitt und einen zweiten Lagerungsabschnitt bedeutet, dass in Axialrichtung der erste Lagerungsabschnitt zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Kraftübertragungsabschnitt angeordnet ist und sich der Kraftübertragungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerungsabschnitt befindet. Dabei schliessen entlang der Rotationsachse der Befestigungsabschnitt, der erste Lagerungsabschnitt, der Kraftübertragungsabschnitt und der zweite Lagerungsabschnitt vorteilhaft unmittelbar aneinander an, das heisst es sind keine dazwischenliegenden zusätzlichen Abschnitte vorhanden.
Der erste Lagerungsabschnitt und der Befestigungsabschnitt, an welchem üblicherweise eine Befestigungsvorrichtung zum Anbringen eines Werkzeugs oder eines zu bearbeitenden Werkstücks angebracht ist, können sich in Axialrichtung überlappen. So kann die erste Lagerstelle in Axialrichtung im Bereich der am Befestigungsabschnitt angebrachten Befestigungsvorrichtung angeordnet sein und sich somit, bezogen auf die Rotationsachse, auf derselben Höhe wie die Befestigungsvorrichtung befinden. Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass sich der erste Lagerungsabschnitt und der Kraftübertragungsabschnitt und/oder der Kraftübertragungsabschnitt und der zweite Lagerungsabschnitt gegenseitig überlappen. Der erste Lagerungsabschnitt, der Kraftübertragungsabschnitt und der zweite Lagerungsabschnitt können aber auch jeweils ohne gegenseitige Überlappung aneinander anschliessen.
Die Spindelwelle weist in der Regel zwei freie Enden auf, welche üblicherweise durch den Befestigungsabschnitt und den zweiten Lagerungsabschnitt gebildet werden. Die Befestigungsvorrichtung ist vorteilhaft an dem durch den Befestigungsabschnitt gebildeten freien Ende angeordnet.
Die Spindeleinheit weist bevorzugt ein Gehäuse auf, in welchem die Spindelwelle angeordnet ist. Das Gehäuse ist in der Regel feststehend, so dass die Spindelwelle relativ zu diesem um die Rotationsachse rotieren kann. Bei der Antriebseinheit handelt es sich bevorzugt um einen Elektromotor mit einer Statoreinheit, die fest mit dem Gehäuse verbunden ist, und mit einer Rotoreinheit, die drehfest am Kraftübertragungsabschnitt der Spindelwelle angebracht ist.
Die erste und die zweite Lagerstelle sind in Axialrichtung an unterschiedlichen Positionen der Spindel welle angeordnet und dabei mit ihren Lagern und insbesondere Lagertaschen in Axialrichtung in der Regel beabstandet zueinander angeordnet. Die zu demselben Lager gehörenden Lagertaschen sind, bezogen auf die Axialrichtung, bevorzugt jeweils an derselben Stelle und, wenn möglich, in regelmässigen Abständen um die Rotationsachse herum verteilt angeordnet. Die Lager der ersten und zweiten Lagerstelle können mit gleichen oder unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt sein.
Bei der Befestigungsvorrichtung kann es sich um einen Flansch, eine Konus-Aufnahme oder um eine beliebige Befestigungsmöglichkeit handeln. Bevorzugt dient die Befestigungsvorrichtung zum Anbringen eines insbesondere im Wesentlichen hohlzylindrischen Schleifwerkzeugs. Das Schleifwerkzeug kann beispielsweise eine Schleifschnecke oder eine Profilschleifscheibe sein. Die Befestigungsvorrichtung kann aber auch zum Anbringen eines zu bearbeitenden Werkstücks oder eines Abrichtwerkzeugs dienen.
Bevorzugt ist die erste oder die zweite Lagerstelle, noch bevorzugter sowohl die erste als auch die zweite Lagerstelle konisch ausgebildet. Mittels einer konischen Ausbildung des ersten und/oder des zweiten Lagers kann eine sowohl axiale als auch radiale Lagerung der Spindelwelle erreicht werden, wobei dieselben Lagertaschen dann sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen. Alternativ können die erste und/oder die zweite Lagerstelle jeweils auch zumindest ein planares Axial- und/oder zumindest ein zylindrisches Radiallager aufweisen, welche gemeinsam die axialen und auch die radialen Kräfte aufnehmen.
Falls sowohl die erste als auch die zweite Lagerstelle konisch ausgebildet sind, sind die von diesen beiden Lagerstellen gebildeten Koni vorteilhaft in Bezug auf die Rotationsachse in einander entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet. Damit können sehr vorteilhaft Kippmomente, aber auch axiale Kräfte sowohl in Richtung der Rotationsachse als auch entgegengesetzt dazu aufgenommen werden. Vorteilhaft verjüngen sich die Koni des ersten und zweiten Lagers jeweils zueinander hin. Eine derartige Lageranordnung mit sich jeweils zueinander hin verjüngenden Koni ist dem Fachmann als sogenannte O- Anordnung bekannt. Eine X-Anordnung des ersten und des zweiten Lagers wäre grundsätzlich auch denkbar. Wegen ihrer höheren Kippsteifigkeit ist eine O-Anordnung aber vorteilhaft.
Die von der ersten und/oder von der zweiten Lagerstelle gebildeten Koni weisen bevorzugt in Bezug auf die Rotationsachse einen Öffnungswinkel in einem Bereich von 10° bis 60° auf. Es hat sich gezeigt, dass bei einem derartigen Öffnungswinkel radiale und axiale Kräfte optimal aufgenommen werden können, so dass unerwünschte Schwingungen des Schleifwerkzeugs bzw. des Werkstücks minimiert werden. Beim hydrostatischen und/oder hydrodynamischen Lager der dritten Lagerstelle kann es sich insbesondere um ein Radiallager handeln. Das Lager der dritten Lagerstelle kann aber auch zur Aufnahme von sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung wirkenden Kraftkomponenten dienen. In diesem Fall kann die dritte Lagerstelle insbesondere ein konisch ausgebildetes Lager aufweisen, welches vorteilhaft auf die Spindelwelle in Axialrichtung wirkende Zugkräfte aufnehmen kann. Alternativ oder zusätzlich zu einem Radiallager kann die dritte Lagerstelle ein Axiallager aufweisen, welches insbesondere ein hydrostatisches Lager sein kann. Bei der dritten Lagerstelle kann es sich somit auch um ein Axiallager oder ein Axial-Radial-Lager handeln. Indem im zweiten Lagerungsabschnitt auch die in Axialrichtung wirkenden Kraftkomponenten durch die dritte Lagerstelle aufgenommen werden, kann das System zusätzlich gedämpft und/oder versteift werden.
In der Regel weist die erste Lagerstelle eine oder mehrere erste Lagertaschen auf, und die zweite Lagerstelle weist eine oder mehrere zweite Lagertaschen auf. Bevorzugt ist zumindest ein erster Druckregler zur Regelung der in den ersten Lagertaschen herrschenden Druckverhältnisse vorgesehen und zudem zumindest ein zweiter Druckregler, welcher zur Regelung der in den zweiten Lagertaschen herrschenden Druckverhältnisse dient. Der oder die zweiten Druckregler sind dabei vorteilhaft in Bezug auf den oder die ersten Druckregler separat ausgebildet, womit gemeint ist, dass die in den entsprechenden Lagertaschen herrschenden Druckverhältnisse unabhängig voneinander regelbar sind. Indem für die beiden Lager jeweils separat voneinander ausgebildete Druckregler vorgesehen werden, können diese insgesamt einfacher und platzsparender untergebracht werden. Die Lagerdrücke können zudem unabhängig voneinander eingestellt werden, wobei das betriebslastfreie Kräftegleichgewicht im Lagersystem erhalten bleiben muss.
Der oder die ersten und zweiten Druckregler sind vorteilhaft jeweils im Bereich des ersten Lagerungsabschnittes und, falls vorhanden, der oder die dritten Druckregler im Bereich des zweiten Lagerungsabschnittes angeordnet. Insbesondere vorteilhaft sind der oder die ersten Druckregler, der oder die zweiten Druckregler und bevorzugt auch der oder die dritten Druckregler bezogen auf die Axialrichtung jeweils im Wesentlichen auf derselben Höhe wie die erste, die zweite bzw. die dritte Lagerstelle angeordnet. Die ersten, zweiten und dritten Druckregler können dabei insbesondere jeweils in einer oder mehreren feststehenden Hülsen untergebracht sein, welche insbesondere zur Lagerung der Spindelwelle dienen und drehfest an einem Gehäuse angebracht sind.
Falls mehrere erste Lagertaschen und mehrere zweite Lagertaschen sowie mehrere erste Druckregler und mehrere zweite Druckregler vorhanden sind, sind bevorzugt jeder der ersten Lagertaschen jeweils einer der ersten Druckregler und jeder der zweiten Lagertaschen jeweils einer der zweiten Druckregler zugeordnet. Es sind somit bevorzugt gleich viele erste Druckregler wie erste Lagertaschen und gleich viele zweite Druckregler wie zweite Lagertaschen vorhanden. Die Druckverhältnisse der einzelnen Lagertaschen sind dadurch individuell regelbar.
Vorteilhaft weist die dritte Lagerstelle ein hydrostatisches Lager mit einer oder mehreren dritten Lagertaschen auf, die bezogen auf die Axialrichtung bevorzugt jeweils auf derselben Höhe und, wenn möglich, in regelmässigen Abständen um die Rotationsachse herum verteilt angeordnet sind. Bevorzugt ist dann zumindest ein dritter Druckregler vorgesehen, welcher zur Regelung der in den dritten Lagertaschen herrschenden Druckverhältnisse dient und in Bezug auf den oder die ersten und auf den oder die zweiten Druckregler separat ausgebildet ist. Falls mehrere dritte Lagertaschen sowie mehrere dritte Druckregler vorhanden sind, ist vorteilhaft jeder der dritten Lagertaschen jeweils einer der dritten Druckregler zugeordnet. Es ergeben sich dadurch für die dritte Lagerstelle die in den beiden vorhergehenden Abschnitten bzgl. der ersten und zweiten Lagerstelle erwähnten Vorteile.
Die Wärmeabführung aus der ersten und der zweiten, bevorzugt auch der dritten Lagerstelle wird vorteilhaft durch ein in den Lagertaschen der hydrostatischen Lager vorgesehenes Fluid bewerkstelligt, welches hierzu in einem vorteilhaft gemeinsamen Fluidkreislauf durch die Lagertaschen der ersten, zweiten und bevorzugt auch der dritten Lagerstelle und durch eine Kühleinrichtung zirkuliert. Diese äusserst wirksame Kühlung gewährleistet weiterhin quasi drehzahlunabhängige Lagereigenschaften. Der Fluidkreislauf kann gleichzeitig auch zur Schmierung der jeweiligen Lagerstellen dienen.
Bevorzugt dient der Fluidkreislauf zudem zur Kühlung der Antriebseinheit. Auf diese Weise kann eine äusserst einfache und effiziente Schmierung und Kühlung der verschiedenen Lagerstellen und der Antriebseinheit mit demselben im Fluidkreislauf zirkulierenden Fluid erreicht werden. Die Kühlung dieses Fluids kann mittels einer einzigen im Kreislauf angeordneten Kühleinrichtung bewerkstelligt werden. Vorzugsweise ist ein gemeinsames Fluidreservoir vorhanden, welches zur Aufnahme des für die Schmierung und/oder Kühlung der Lagerstellen sowie für die Kühlung der Antriebseinheit verwendeten Fluids ausgebildet ist. Die verschiedenen Lagerstellen sind bevorzugt parallel zueinander im Fluidkreislauf angeordnet. Eine Serienschaltung der Lagerstellen im Fluidkreislauf wäre aber auch denkbar. Ebenso ist die Antriebseinheit bevorzugt parallel zu den Lagerstellen im Fluidkreislauf angeordnet, wobei auch hier eine Serienschaltung grundsätzlich denkbar wäre.
Vorteilhaft weisen der oder die ersten, der oder die zweiten und vorzugsweise auch der oder die dritten Druckregler jeweils eine kompakte Bauweise auf. Die Druckregler können insbesondere jeweils in nach aussen hin im Wesentlichen abgeschlossenen, kompakten Gehäusen untergebracht sein, welche mit der bzw. den Lagertaschen der jeweiligen Lagerstelle via eine Druckleitung verbunden sind.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung basieren der oder die ersten, der oder die zweiten und vorzugsweise auch der oder die dritten Druckregler jeweils ausschliesslich auf mechanischen und/oder hydraulischen Elementen. Dadurch entfällt eine aufwändige elektronische Druckregelung mit einer entsprechenden Verkabelung. Bevorzugt sind die ersten, die zweiten und, falls vorhanden, vorteilhaft auch die dritten Druckregler als sogenannte PM-Regler (Progressiv-Mengen-Regler), wie in der EP 0 840 190 Bl offenbart, ausgebildet, deren Inhalt hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird. Unter einem PM-Regler wird ein Regler verstanden, welcher gemäss einem der Ansprüche 1, 4, 10, 11 und 14 der EP 0 840 190 Bl ausgebildet ist. Wenn dieser kompakte in der EP 0 840 190 Bl offenbarte PM-Regler in Spindeleinheiten mit hydrostatischer Spindellagerung eingesetzt wird, sind störende Schwingungen quasi vermeidbar, und der relativ einfache miniaturisierbare Aufbau ermöglicht die Anordnung unmittelbar an der jeweiligen Spindel. Weiterhin arbeitet dieser PM-Regler mit einer relativ geringen Verlustleistung durch mögliche Verwendung niedrigvisköser Öle oder Wasser oder Emulsionen und bei gleichzeitiger Gewährleistung einer höheren Lagersteife gegenüber alternativen Reglersystemen.
Alternativ kann die Druckreglung in den ersten, zweiten und/oder dritten Druckreglern aber zum Beispiel auch mittels Kapillaren und/oder Drosseln und/oder Blenden und/oder mittels elektronischer Steuerung oder weiteren dem Stand der Technik entsprechenden Regelungen von hydrostatischen Lagerungen erfolgen. Ausserdem können auch hydrodynamische Lagerungsprinzipien aus dem Stand der Technik zum Einsatz kommen.
In der Regel ist am Befestigungsabschnitt der Spindelwelle eine Befestigungsvorrichtung zum Anbringen eines Werkzeugs oder eines zu bearbeitenden Werkstücks angebracht. Die erste und die zweite Lagerstelle können in Axialrichtung jeweils zwischen der Befestigungsvorrichtung und dem Kraftübertragungsabschnitt angeordnet sein. Indem die erste und die zweite Lagerstelle in Axialrichtung beabstandet zur Befestigungsvorrichtung und insbesondere ausserhalb des Bereiches, in welchem das Schleifwerkzeug bzw. Werkstück entlang der Rotationsachse zu liegen kommt, angeordnet sind, kann der in Radialrichtung gemessene Spindeldurchmesser im Bereich der Befestigungsvorrichtung minimal sein. Dies ermöglicht ein Anbringen von Schleifwerkzeugen bzw. Werkstücken mit sehr kleinen Bohrungs- bzw. Innendurchmessern. Schleifwerkzeuge bzw. Werkstücke mit kleinen Bohrungsdurchmessern werden beispielsweise dann verwendet, wenn im Hinblick auf hohe Drehzahlen in Radialrichtung eine gewisse Wandstärke bei einem gleichzeitig limitierten Aussendurchmesser benötigt wird.
Die erste Lagerstelle kann in Axialrichtung aber auch im Bereich der Befestigungsvorrichtung, das heisst entlang der Rotationsachse, im Wesentlichen auf derselben Höhe oder zumindest teilweise auf derselben Höhe wie die Befestigungsvorrichtung, angeordnet sein. Der erste Lagerungsabschnitt und der Befestigungsabschnitt überlappen sich dann gegenseitig in Axialrichtung. Dadurch kann die Biegesteifigkeit der Spindelwelle positiv beeinflusst werden; allfällige unerwünschte Schwingungen werden unmittelbar beim Schleifwerkzeug bzw. Werkstück gedämpft, und die Gesamtlänge der Spindelwelle kann minimiert werden. Insbesondere falls sich der erste Lagerungsabschnitt und der Befestigungsabschnitt in Axialrichtung gegenseitig überlappen, sind der oder die ersten Druckregler bevorzugt entlang der Axialrichtung im Bereich der Befestigungsvorrichtung und insbesondere bevorzugt in Radialrichtung innerhalb der Befestigungsvorrichtung angeordnet.
Vorteilhaft weist die Spindeleinheit zusätzlich ein an der Spindelwelle angeordnetes Winkelmessgerät auf. Dieses Winkelmessgerät hat bevorzugt eine oder mehrere der folgenden Funktionen:
- Drehzahlistwertgeber für die Drehzahlregelung
- Positionsgeber für die Lageregelung
- Elektrische Kommutierung zum Beispiel eines Synchronmotors
Dadurch kann die Drehbewegung des an der Spindelwelle angebrachten Schleifwerkzeugs oder Werkstücks optimal mit derjenigen des Werkstücks bzw. Schleifwerkzeugs synchronisiert werden. Eine genaue Synchronisation der beiden Drehbewegungen von Schleifwerkzeug und Werkstück ist notwendig, um eine hohe Schleifqualität erzielen zu können. Es können eines oder mehrere Winkelmessgeräte vorgesehen sein. Um eine möglichst genaue Messung zu gewährleisten, ist das Winkelmessgerät vorteilhaft am Befestigungsabschnitt oder unmittelbar neben dem Befestigungsabschnitt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Winkelmessgerät aber auch am zweiten Lagerungsabschnitt angeordnet sein. Eine Anordnung des Winkelmessgeräts am zweiten Lagerungsabschnitt bietet sich deshalb an, weil die Platzverhältnisse für das Winkelmessgerät dort oft günstiger sind und weil der zweite Lagerungsabschnitt üblicherweise besser zugänglich ist, so dass das Winkelmessgerät bei der Montage und/oder zur Wartung einfacher an der Werkzeugmaschine montierbar bzw. von dieser entfernbar ist. Durch die radiale Stabilisierung der Spindelwelle an der dritten Lagerstelle werden durch das Winkelmessgerät registrierte Messfehler infolge Biegung der Spindelwelle erheblich vermindert. Dies ist ein weiterer und wesentlicher Vorteil dieser Lager anordnung. Ist die dritte Lagerstelle derart ausgebildet, dass neben Radialkräften auch noch Axialkräfte, die als Zugkräfte auf die Spindelwelle wirken, aufgenommen werden, dann kann eine noch wirkungsvollere Stabilisierung der Spindelwelle erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass eine optimale Abdichtung der Lagertaschen der ersten und der zweiten Lagerstelle, bevorzugt auch der dritten Lagerstelle erreicht werden kann, wenn zu diesem Zweck jeweils Sperrluftdichtungen vorgesehen sind. Die Sperrluftdichtungen dichten die Lagertaschen der ersten, zweiten und bevorzugt auch der dritten Lagerstelle jeweils in Axialrichtung vorteilhaft zu beiden Seiten nach aussen hin ab.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfmdungsgemässen Spindeleinheit einer
Werkzeugmaschine gemäss einer ersten erfmdungsgemässen
Ausführungsform;
Fig. 2 eine zentrale Schnittansicht einer nicht erfmdungsgemässen Spindeleinheit einer Werkzeugmaschine mit Spindelwelle, welche nur im ersten Lagerungsabschnitt (B), nicht aber im zweiten Lagerungsabschnitt (D) radial gelagert ist, zur Illustration eines möglichen charakteristischen
Biegeverhaltens der Spindelwelle;
Fig. 3 eine zentrale Schnittansicht der Spindeleinheit der Fig. 1 mit Spindelwelle, welche sowohl im ersten Lagerungsabschnitt (B) als auch im zweiten Lagerungsabschnitt (D) radial gelagert ist, zur Illustration eines möglichen Biegungsverhaltens der Spindelwelle;
Fig. 4a eine zentrale Schnittansicht durch die Spindeleinheit der Fig. 1 ;
Fig. 4b eine perspektivische Ansicht der zentral entlang ihrer Rotationsachse aufgeschnittenen Spindeleinheit der Fig. 1 ohne Spindelwelle;
Fig. 4c eine Schnittansicht durch die in der Figur 4a angegebene Ebene I-I;
Fig. 4d eine Schnittansicht durch die in der Figur 4a angegebene Ebene II-II;
Fig. 4e eine Schnittansicht durch die in der Figur 4a angegebene Ebene III-III;
Fig. 5 eine zentrale Schnittansicht durch eine Spindeleinheit einer
Werkzeugmaschine gemäss einer zweiten erfmdungsgemässen Ausfuhrungsform;
Fig. 6 eine zentrale Schnittansicht durch eine Spindeleinheit einer
Werkzeugmaschine gemäss einer dritten erfindungsgemässen Ausfuhrungsform;
Fig. 7 eine zentrale Schnittansicht durch eine Spindeleinheit einer
Werkzeugmaschine gemäss einer vierten erfindungsgemässen Ausführungsform;
Fig. 8 das Schema eines beispielhaften Fluidkreislaufs zur Schmierung der
Lagerstellen einer erfindungsgemässen Spindeleinheit einer Werkzeugmaschine sowie
Fig. 9 eine Detailansicht des Schemas der Figur 8 im Bereich der Spindelwelle.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Figuren 1 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen der Spindeleinheiten von Werkzeugmaschinen zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutförmigen Profilen gezeigt. Gleich wirkende Elemente sind bei den verschiedenen Ausführungsformen jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Spindeleinheiten weisen jeweils eine Spindel welle 2 mit einem daran angebrachten Schleifwerkzeug 4 auf. Die in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Spindelwellen sind somit Werkzeugspindeln für den Einsatz in Werkzeugmaschinen, wie insbesondere Zahnradschleifmaschinen.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Spindeleinheit einer Werkzeugmaschine mit einem Gehäuse 1 und einer darin drehbar gelagerten Spindelwelle 2. Im Bereich ihres ersten Endes ist an der Spindelwelle 2 ein Schleifwerkzeug 4 angebracht. Beim Schleifwerkzeug 4 kann es sich insbesondere um eine Schleifschnecke handeln, wie sie zum Schleifen von Zahnrädern eingesetzt wird.
Die Figuren 2 und 3 illustrieren in jeweils einer zentralen Schnittansicht schematisch eines von vielen möglichen charakteristischen Biegungsverhalten der Spindelwelle 2, welche bei der in der Figur 2 beispielhaft gezeigten Zahnradschleifmaschine nur im ersten Lagerungsabschnitt B an den zwei Lagerstellen 13 und 14 gelagert ist und bei der beispielhaften Zahnradschleifmaschine der Figur 3 eine zusätzliche Lagerung an einer dritten Lagerstelle 15 aufweist. Aus darstellerischen Gründen sind in den Figuren 2 und 3 jeweils einige Elemente der Spindeleinheit weggelassen, wie beispielsweise das Gehäuse und die Antriebseinheit. Ebenfalls aus darstellerischen Gründen ist das Biegungsverhalten der Spindelwelle 2 in den Figuren 1 und 2 jeweils stark übertrieben dargestellt. Auch wurde dieses Biegeverhalten schematisch dargestellt. Es ist dem Fachmann bekannt, dass das Biegeverhalten je nach Drehzahl oder Drehfrequenz sehr starke Änderungen aufweisen kann.
Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Spindelwellen 2 weisen jeweils einen Befestigungsabschnitt A auf, an welchem eine Befestigungsvorrichtung in Form eines Schleifwerkzeugflansches 3 mit einem daran angebrachten Schleifwerkzeug 4 angeordnet ist. In den Figuren 2 bis 7 wird das Schleifwerkzeug 4 jeweils beispielhaft mittels eines Schleifwerkzeugflansches 3 auf der Spindelwelle 2 befestigt. Es ist auch denkbar, das Schleifwerkzeug 4 direkt (ohne einen Schleifwerkzeugflansch 3) auf der Spindelwelle 2 zu befestigen. Im Weiteren kann das zylindrisch dargestellte Schleifwerkzeug 4 (bzw. das Abrichtwerkzeug und/ oder das Werkstück) auch scheibenförmig sein. In einem Kjraftübertragungsabschaitt C wird die Spindelwelle 2 mittels einer hier nicht gezeigten Antriebseinheit in eine Drehbewegung um die Rotationsachse RA versetzt. Zwischen dem Befestigungsabschnitt A und dem Kraftübertragungsabschnitt C weisen die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Spindel wellen 2 jeweils einen ersten Lagerungsabschnitt B mit den zwei Lagerstellen 13 und 14 auf. Die dritte Lagerstelle 15, welche bei der in der Figur 3 gezeigten Spindel welle 2 zusätzlich vorgesehen ist, ist in einem zweiten Lagerungsabschnitt D auf der zum ersten Lagerungsabschnitt B gegenüberliegenden Seite des Kraftübertragungsabschnitts C angeordnet. Die ersten und zweiten Lagerstellen 13 und 14 werden jeweils durch ein konisch ausgebildetes Axial-Radial-Lager gebildet, die dritte Lagerstelle 15 durch ein zylindrisches Radiallager
Bei hohen Drehgeschwindigkeiten der Spindelwelle 2 um die Rotationsachse RA tendiert die Spindelwelle 2 aus verschiedenen Gründen dazu, zu schwingen und sich entsprechend zu verbiegen. Die üblicherweise im Ruhezustand mit der Rotationsachse RA zusammenfallende Längsmittellinie der Spindelwelle 2 biegt sich dann in gewissen Bereichen in radialer Richtung von der Rotationsachse RA weg, wie es in den Figuren 2 und 3 mittels der Biegelinie BL dargestellt ist. Bei der in der Figur 2 gezeigten nicht erfindungsgemässen Spindeleinheit einer Werkzeugmaschine ist die Spindelwelle 2 nur im ersten Lagerungsabschnitt B an den zwei Lagerstellen 13 und 14 gelagert. In diesem Fall biegt sich die Spindelwelle 2 in ihren Endbereichen, also im Bereich des ersten Spindelendes 20 und im Bereich des zweiten Spindelendes 21, jeweils stark mit ihrer Längsmittellinie von der Rotationsachse RA weg. Das Wegbiegen eines Bereiches der Spindelwelle 2 von der Rotationsachse RA ist umso stärker, je weiter weg sich der Bereich von der nächsten Lagerstelle 13 bzw. 14 befindet. Das Schwingungsverhalten der Spindelwelle 2 ist somit in den Bereichen des ersten und zweiten Spindelendes 20 und 21 am stärksten ausgeprägt. Dies ist gerade deshalb ungünstig, weil das erste Spindelende 20 durch den Befestigungsabschnitt A gebildet wird, an welchem das Schleifwerkzeug 4 angebracht ist. Die verhältnismässig starken Schwingungen des ersten Spindelendes 20 übertragen sich dadurch direkt auf das Schleifwerkzeug 4 und beeinträchtigen somit die Oberflächenqualität des Werkstücks. Genauso oder bei bestimmten Frequenzen / Drehzahlen noch ausgeprägter verhält es sich mit dem Spindelende 21, an dem in den meisten Ausführungen ein Winkelmessgerät 19a (siehe Figur 4a) angeordnet ist. Auch hier beeinflussen die relativ starken Schwingungen das Schleifergebnis, da es hier zu Messfehlern kommen kann.
Bei einer zusätzlichen radialen Lagerung der Spindelwelle 2 im zweiten Lagerungsabschnitt D, wie es in der Figur 3 gezeigt ist, werden Schwingungen nicht nur im Bereich des zweiten Lagerungsabschnitts D selbst vermindert, was für das Winkelmessgerät 19a von hoher Bedeutung ist, sondern auch im Befestigungsabschnitt A. Die Spindelwelle 2 wird somit bei hohen Drehgeschwindigkeiten insgesamt und insbesondere im Bereich des Befestigungsabschnitts A wie auch im zweiten Lagerungsabschnitt D weniger stark verbogen. Die wesentlich verminderten Schwingungen des Befestigungsabschnitts A und des Lagerungsabschnitts D führen zu einer verbesserten Schleifqualität.
Die Figuren 4a bis 4d zeigen ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel einer Spindeleinheit einer Zahnradschleifmaschine mit einer Spindelwelle 2, welche entlang der Rotationsachse RA der Reihe nach in einen Befestigungsabschnitt A, einen ersten Lagerungsabschnitt B, einen Kraftübertragungsabschnitt C und einen zweiten Lagerungsabschnitt D unterteilt ist. Die einzelnen Abschnitte A, B, C und D grenzen dabei jeweils, ohne sich gegenseitig zu überlappen, unmittelbar aneinander an.
Die Rotationsachse RA entspricht der Längsmittelachse der Spindelwelle 2. Die Spindelwelle 2 definiert mit ihrer Rotationsachse RA eine mit der Rotationsachse RA korrespondierende Axialrichtung AR sowie eine dazu rechtwinklig stehende Schar von Radialrichtungen RR.
Mit dem Gehäuse 1 drehfest verbunden ist eine Statoreinheit 6. Die Statoreinheit 6 ist Teil einer Antriebseinheit 5 in Form eines elektrischen Motors, der zum Antreiben der Spindelwelle 2 in einer Rotationsbewegung um ihre Rotationsachse RA dient. An der Spindelwelle 2 ist unmittelbar angrenzend zur Statoreinheit 6 eine Rotoreinheit 7 drehfest angebracht, welche ebenfalls einen Teil der Antriebseinheit 5 bildet. Die Rotoreinheit 7 wird hier durch eine Vielzahl von Permanentmagneten gebildet, welche umlaufend an der Aussenseite der Spindelwelle 2 angebracht sind. Während die Spindelwelle 2 von der Rotoreinheit 7 radial umgeben ist, umgibt die Statoreinheit 6 die Rotoreinheit 7. Die Spindelwelle 2, die Rotoreinheit 7 und die Statoreinheit 6 sind konzentrisch zueinander angeordnet. In Radialrichtung zwischen der Statoreinheit 6 und dem Gehäuse 1 ist ein Kühlkanal 25 oder sind mehrere Kühlkanäle zum Durchführen eines Kühlmittels vorgesehen, um die im Betrieb in der Antriebseinheit 5 entstehende Wärmeenergie abzuführen.
Der Kraftübertragungsabschnitt C der Spindelwelle 2 wird durch die Anordnung der Antriebseinheit 5 und insbesondere der Rotoreinheit 7 entlang der Rotationsachse RA definiert und erstreckt sich in Axialrichtung AR zumindest von einem ersten Ende 8 der Rotoreinheit 7 bis zu einem zweiten Ende 9 der Rotoreinheit 7. Im Betrieb der Spindeleinheit wird entlang des Kraftübertragungsabschnitts C Antriebskraft von der Antriebseinheit 5 auf die Spindelwelle 2 übertragen, wodurch die Spindelwelle 2 in eine Drehbewegung um ihre Rotationsachse RA versetzt wird. Im Bereich des ersten Spindelendes 20 ist am Befestigungsabschnitt A der Spindelwelle 2 ein Schleifwerkzeugflansch 3 angebracht, welcher als Befestigungsvorrichtung zum drehfesten Anbringen eines Schleifwerkzeugs 4 dient. Wenn das Schleifwerkzeug 4 am Schleifwerkzeugflansch 3 montiert ist, ragt die Spindelwelle 2 in Axialrichtung AR in eine Bohrung des Schleifwerkzeugs 4 hinein oder hindurch. Es ist genauso denkbar, ein Schleifwerkzeug derart zu befestigen, dass das Spindelende nicht oder nur teilweise durch dieses hindurch ragt.
Am zweiten Spindelende 21 ist beispielhaft ein erstes Winkelmessgerät 19a zur Erfassung der jeweiligen Winkelposition der Spindelwelle 2 um ihre Rotationsachse RA vorgesehen. Ein zweites Winkelmessgerät 19b ist ebenfalls beispielhaft am ersten Lagerungsabschnitt B, unmittelbar angrenzend zum Befestigungsabschnitt A, an der Spindelwelle angeordnet. Mit Hilfe der Winkelmessgeräte 19a und/oder 19b kann gewährleistet werden, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Spindelwelle 2 und somit des Schleifwerkzeugs 4 während des Schleifvorgangs möglichst genau dem Sollwert der Steuerung der Maschine entspricht. Die Winkelmessgeräte können auch an einer anderen Stelle längs der Spindelachse, beispielhaft im Übergangsbereich vom ersten Lagerungsabschnitt B zum Kraftübertragungsabschnitt C, angeordnet sein und/oder es kann auch nur ein Winkelmessgerät angeordnet sein.
Die Spindelwelle 2 weist entlang der Axialrichtung AR eine erste, eine zweite und eine dritte Lagerstelle 13, 14, 15 auf. Die erste Lagerstelle 13 und die zweite Lagerstelle 14 sind jeweils an einer ersten feststehenden Hülse 26 vorgesehen, welche drehfest am Gehäuse 1 angebracht ist. Die dritte Lagerstelle 15 ist an einer zweiten feststehenden Hülse 27 angeordnet, welche ebenfalls drehfest am Gehäuse 1 angebracht ist.
Die erste Lagerstelle 13 und die zweite Lagerstelle 14 sind in Axialrichtung AR beabstandet zueinander am ersten Lagerungsabschnitt B, welcher sich zwischen dem Schleifwerkzeugflansch 3 und der Rotoreinheit 7 erstreckt, angeordnet. Um hohe Drehgeschwindigkeiten zu ermöglichen und zudem allfällig auftretende Schwingungen optimal zu dämpfen, werden sowohl die erste Lagerstelle 13 als auch die zweite Lagerstelle 14 jeweils durch ein hydrostatisches Lager gebildet. Die Lager der Lagerstellen 13 und 14 sind jeweils konisch ausgebildet und weisen mehrere (beispielhaft sind jeweils 4 Lagertaschen dargestellt) in regelmässigen Abständen um die Spindelwelle 2 herum angeordnete Lagertaschen 13a, 13b, 13c, 13d bzw. 14a, 14b, 14c, 14d auf (siehe Figuren 4c und 4d). In Axialrichtung AR sind die Lagertaschen 13a, 13b, 13c, 13d bzw. 14a, 14b, 14c, 14d der Lagerstellen 13 und 14 zu beiden Seiten hin jeweils mittels Sperrluftdichtungen nach aussen hin abgedichtet. In Axialrichtung AR zwischen den Lagerstellen und den Sperrluftdichtungen befinden sich zu beiden Seiten hin in der Regel beispielhaft Rückführkanäle für das Fluid.
Die konische Ausbildung der ersten Lagerstelle 13 und der zweiten Lagerstelle 14 bedingt, dass diese jeweils in einem Bereich der Spindelwelle 2 angeordnet sind, welcher sich entlang der Axialrichtung AR konisch verjüngt bzw. konisch aufweitet. In der vorliegenden Ausführungsform verjüngt sich das Lager der ersten Lagerstelle 13 entlang der sich vom ersten Spindelende 20 zum zweiten Spindelende 21 erstreckenden Axialrichtung AR. Das Lager der zweiten Lagerstelle 14 weitet sich dagegen in Richtung vom ersten Spindelende 20 zum zweiten Spindelende 21 konisch auf. Die von den Lagern der ersten und der zweiten Lagerstelle 13, 14 gebildeten Koni sind somit mit ihren Öffnungswinkeln α entlang der Axialrichtung AR in einander entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet. Die bezogen auf die Rotationsachse RA gemessenen Öffnungswinkel α (siehe Fig. 4) der Lager der ersten und der zweiten Lagerstelle 13, 14 betragen bevorzugt jeweils zwischen 10° und 60°. Aufgrund ihrer konischen Ausgestaltung sind die Lager der Lagerstellen 13 und 14 jeweils zur Aufnahme von sowohl in Radialrichtung RR als auch in Axialrichtung AR wirkenden Kräften ausgebildet.
Die dritte Lagerstelle 15 wird durch ein zylindrisches Radiallager gebildet, welches am zweiten Lagerungsabschnitt D der Spindelwelle 2 angeordnet ist. Der zweite Lagerungsabschnitt D erstreckt sich in Axialrichtung AR vom Kraftübertragungsabschnitt C bis zum zweiten Spindelende 21. Das Lager der dritten Lagerstelle 15 dient dazu, das zweite Spindelende 21 der Spindel welle 2 in Radialrichtung RR zu stabilisieren. Dadurch wird einerseits verhindert, dass sich radiale Schwingungen im Bereich der Befestigungseinrichtung verstärken und dadurch den Rundlauf des Schleifwerkzeugs 4 und somit die Schleifqualität beeinträchtigen. Andererseits vermindert das Lager der dritten Lagerstelle 15 Messfehler, welche infolge der Spindelbiegung am zweiten Spindelende 21 und somit beim Winkelmessgerät 19a entstehen. Derartige Messfehler können im Betrieb der Zahnradschleifmaschine zu asynchronen Rotationsbewegungen des Schleifwerkzeugs 4 und des zu schleifenden Werkstücks und somit zu einer beeinträchtigten Schleifqualität führen. Um relativ hohe Drehzahlen von 3000 oder gar noch mehr Umdrehungen pro Minute zu ermöglichen, wird auch die dritte Lagerstelle 15 durch ein hydrostatisches Lager gebildet. Dieses weist mehrere (beispielhaft sind auch hier 4 Lagertaschen dargestellt) Lagertaschen 15a, 15b, 15c, 15d auf, welche in regelmässigen Abständen um die im Bereich des dritten Lagers 15 entsprechend zylindrisch ausgebildete Spindelwelle 2 herum angeordnet sind (siehe Figur 4e). Auch die Lagertaschen 15a, 15b, 15c, 15d der dritten Lagerstelle 15 sind in Axialrichtung AR jeweils zu beiden Seiten hin mittels Sperrluftdichtungen nach aussen hin abgedichtet. In Axialrichtung AR zwischen den Lagerstellen und den Sperrluftdichtungen befinden sich zu beiden Seiten hin in der Regel beispielhaft Rückführkanäle für das Fluid. Die dritte Lagerstelle 15 kann anstatt durch ein hydrostatisches auch durch ein hydrodynamisches Lager gebildet werden.
Die dritte Lagerstelle 15 ist hier insbesondere derart ausgebildet und an der Spindelweile 2 angeordnet, dass Bewegungen der Spindelwelle 2 entlang der Axialrichtung AR durch das Lager der dritten Lagerstelle 15 hindurch zu einem gewissen Masse möglich sind. Längenausdehnungen der Spindelwelle 2, welche während dem Betrieb der Zahnradschleifmaschine aufgrund der Erwärmung der Spindelwelle 2 verursacht werden, wirken sich dadurch nicht auf die Spindellagerung in der dritten Lagerstelle 15 aus. Da die erste Lagerstelle 13 und die zweite Lagerstelle 14 zudem sehr nahe nebeneinander und beim Schleifwerkzeug 4 angeordnet sind, führt eine temperaturbedingte Längenänderung der Spindelwelle 2 zwar zu einer gewissen Verschiebung der Spindelwelle 2 entlang der Axialrichtung AR im Bereich ihres zweiten Lagerungsabschnitts D, jedoch nur in minimalem Masse zu einer Verschiebung des Befestigungsabschnitts A und insbesondere des Schleifwerkzeugs 4. Zur Regelung des hydrostatischen Druckes im Lager der ersten Lagerstelle 13 sind mehrere erste Druckregler 16 vorgesehen. Da jede der zum Lager der ersten Lagerstelle 13 gehörenden Lagertaschen 13a, 13b, 13c, 13d jeweils einem dieser ersten Druckregler 16 zugeordnet und mit diesem verbunden ist, entspricht die Anzahl der ersten Druckregler 16 derjenigen der Lagertaschen 13a, 13b, 13c, 13d, welche das Lager der ersten Lagerstelle 13 aufweist. Dasselbe gilt für die mehreren zweiten Druckregler 17 sowie die mehreren dritten Druckregler 18, welche zur Regelung der Druckverhältnisse in den Lagertaschen 14a, 14b, 14c, 14d bzw. 15a, 15b, 15c, 15d der zur zweiten bzw. zur dritten Lagerstelle 14 bzw. 15 gehörenden Lager dienen. Auch hier ist jeder der Lagertaschen 14a, 14b, 14c, 14d der zweiten Lagerstelle 14 jeweils einer der zweiten Druckregler 17 und jeder der Lagertaschen 15a, 15b, 15c, 15d der dritten Lagerstelle 15 jeweils einer der dritten Druckregler 18 zugeordnet. Die ersten, zweiten und dritten Druckregler 16, 17 und 18 weisen jeweils eine kompakte Bauweise auf, so dass sie in einem nach aussen hin abgeschlossenen Gehäuse untergebracht werden können. Via jeweils eine Druckleitung ist jeder der mehreren ersten, zweiten und dritten Druckregler 16, 17 und 18 mit der entsprechend zugeordneten Lagertasche 13a, 13b, 13c, 13d bzw. 14a, 14b, 14c, 14d bzw. 15a, 15b, 15c, 15d der ersten, zweiten bzw. dritten Lagerstelle 13, 14 bzw. 15 verbunden.
Die ersten, zweiten und dritten Druckregler 16, 17 und 18 basieren bevorzugt jeweils ausschliesslich auf mechanischen Komponenten, wie zum Beispiel Federelementen, und auf hydraulischen Komponenten, wie zum Beispiel Drosseln. Der Druck in den Druck- bzw. Lagertaschen 13a, 13b, 13c, 13d bzw. 14a, 14b, 14c, 14d bzw. 15a, 15b, 15c, 15d kann dadurch ohne elektrische Energie geregelt werden, wodurch auch eine entsprechende Verkabelung entfällt. Vorteilhaft sind die Druckregler 16, 17 und 18 gemäss einem der in der EP 0 840 190 Bl offenbarten Ausführungsbeispiele ausgebildet. Die mehreren ersten, zweiten und dritten Druckregler 16, 17 und 18 sind jeweils direkt an einem Bauteil der Spindeleinheit angebracht, welches in Radialrichtung RR unmittelbar angrenzend zu demjenigen Spindel wellenabschnitt angeordnet ist, an dem sich die mit diesem Druckregler verbundene Lagertasche 13a, 13b, 13c, 13d bzw. 14a, 14b, 14c, 14d bzw. 15a, 15b, 15c, 15d befindet. Entlang der Axialrichtung AR sind die Druckregler 16, 17 und 18 jeweils ungefähr auf der Höhe der entsprechenden Lagerstelle 13, 14 bzw. 15 angeordnet. Bei der in den Figuren 4a-4e gezeigten Ausführungsform sind die ersten Druckregler 16 und die zweiten Druckregler 17 jeweils am ersten Lagerungsabschnitt B und insbesondere in Axialrichtung AR zwischen der ersten Lagerstelle 13 und der zweiten Lagerstelle 14 angeordnet. Die dritten Druckregler 18, von denen zwei auch in der Figur 1 erkennbar sind, befinden sich am zweiten Lagerungsabschnitt D.
Die jeweils mehreren Druckregler 16, 17 und 18 sowie die individuellen Lagertaschen 13a, 13b, 13c, 13d bzw. 14a, 14b, 14c, 14d bzw. 15a, 15b, 15c, 15d der ersten, zweiten und dritten Lagerstelle 13, 14 und 15 sind mittels eines in der Figur 4a nicht erkennbaren, aber in den Figuren 8 und 9 gezeigten und weiter unten beschriebenen, gemeinsamen Fluidkreislaufs miteinander verbunden. Im Fluidkreislauf zirkuliert ein Fluid, welches nicht nur zur Regelung der in den einzelnen Lagertaschen herrschenden Druckverhältnisse dient, sondern auch zum Kühlen und Schmieren der ersten, zweiten und dritten Lagerstelle 13, 14 und 15. Dasselbe Fluid kann zudem zur Kühlung der Antriebseinheit 5 verwendet werden.
In der Figur 5 wird eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Spindeleinheit, welche beispielhaft an einer Zahni-adschleifmaschine dargestellt wird, gezeigt. Diese Ausführungsform der Fig. 5 entspricht weitgehend der Ausführungsform der Fig. 4, mit dem Unterschied, dass die erste Lagerstelle 13 hier entlang der Axialrichtung AR auf derselben Höhe wie der Schleifwerkzeugflansch 3 und, falls ein Schleifwerkzeug 4 an diesem angebracht ist, auch auf derselben Höhe wie dieses Schleifwerkzeug 4 angeordnet ist. Der Befestigungsabschnitt A und der erste Lagerungsabschnitt B überlappen sich hier also in Axialrichtung AR teilweise. Entlang der Radialrichtung RR ist die erste Lagerstelle 13 bei der zweiten Ausführungsform dabei innerhalb des Schleifwerkzeugflansches 3 angeordnet, so dass es, falls am Schleifwerkzeugflansch 3 ein Schleifwerkzeug 4 angebracht ist, von diesem radial umgeben ist. Auch die ersten Druckregler 16 sind hier in Axialrichtung AR an derselben Stelle wie der Schleifwerkzeugflansch 3 und somit am Befestigungsabschnitt A angeordnet. Bei einem am Schleifwerkzeugflansch 3 angebrachten zylindrischen Schleifwerkzeug 4 befinden sich die ersten Druckregler 16 ebenso wie die erste Lagerstelle 13 innerhalb der Bohrung des Schleifwerkzeugs 4. Die zweite Lagerstelle 14 ist wie bei der Ausführungsform der Fig. 4 in Axialrichtung AR zwischen dem Schleifwerkzeugflansch 3 und dem ersten Rotorende 8 angeordnet.
Indem sich die erste Lagerstelle 13 innerhalb des Befestigungsabschnitts A und somit unmittelbar im Bereich des Schleifwerkzeugflanschs 3 befindet, werden Schwingungen des Schleifwerkzeugs 4 optimal gedämpft. Ausserdem kann die Spindelwelle 2 dadurch eine kürzere Gesamtlänge aufweisen oder/und der Abstand der beiden Lager 13 und 14 lässt sich vergrössern.
Die in der Figur 5 illustrierte Ausführungsform eignet sich für Schleifwerkzeuge 4 ab einem gewissen Bohrungsdurchmesser. Für Schleifwerkzeuge 4, deren Bohrungsdurchmesser verhältnismässig klein ist, ist die in den Figuren 4a-4e illustrierte Ausführungsform aber besser geeignet, da dort die erste Lagerstelle 13 und die ersten Druckregler 16 nicht innerhalb der Bohrung des Schleifwerkzeuges 4 untergebracht werden müssen, sondern ausserhalb von dieser angeordnet sind. Die Ausfuhrungsform der Fig. 4 eignet sich somit insbesondere für Schleifwerkzeuge 4, die für ein Schleifen mit einer sehr hohen Umfangsgeschwindigkeit ausgebildet sind und deshalb eine grosse radiale Wandstärke aufweisen.
Im Gegensatz zu der in den Figuren 4a-4e gezeigten Ausführungsform ist bei der Ausführungsform der Figur 5 das zweite Winkelmessgerät 19c beispielhaft unmittelbar angrenzend zum Kraftübertragungsabschnitt C am ersten Lagerangsabschnitt B angeordnet.
Eine weitere Ausführungsform einer erfmdungsgemässen Spindeleinheit einer Zahnradschleifmaschine ist in der Figur 6 gezeigt. Diese Ausführungsform entspricht weitgehend derjenigen der Figur 5, könnte aber auch wie in den Figuren 4a-4e gestaltet sein, mit der Ausnahme, dass hier eine Einschubhülse 22 vorgesehen ist, in welcher die Spindelwelle 2 sowie die Antriebseinheit 5 untergebracht sind. Eine erste Hülsenabstützung 23 a dient zur Befestigung der Einschubhülse 22 in einem entsprechend am Gehäuse 1 vorgesehenen Aufnahmebereich. Die Hülsenabstützung 23a ist beispielhaft eine Schraubverbindung, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sowohl axiale als auch radiale Kräfte von der Einschubhülse 22 auf das Gehäuse 1 übertragen werden, um von diesem aufgenommen werden zu können. Entlang der Axialrichtung AR sind weitere Hülsenabstützungen denkbar welche sich bevorzugt jeweils auf derselben Höhe wie die Lagerstellen 14 und 15 befinden und so ausgebildet sind, dass sie radiale Kräfte auf das Gehäuse 1 übertragen können. Beispielhaft sind in der Figur 6 die Hülsenabstützungen 23b und 24 dargestellt. Die Einschubhülse 22 weist einen ungefähr gleich grossen Aussendurchmesser auf wie der Innendurchmesser des entsprechenden Aufnahmebereiches des Gehäuses 1. Die Hülsenabstützung 24 kann als separates Bauteil, das beispielhaft mittels Schraubverbindung mit dem Gehäuse 1 verbunden wird, oder aber einstückig aus dem Gehäuse 1 gebildet werden.
Die in der Figur 7 gezeigte erfindungsgemässe Ausführungsform unterscheidet sich dadurch von derjenigen der Figuren 4a-4e sowie auch von denjenigen der Figuren 5 und 6, dass die Rotoreinheit 7 hier auf der Aussenseite einer Halterungshülse 10 fixiert ist, welche auf die Spindelwelle 2 aufgeschoben und drehfest an dieser befestigt ist. Die Rotoreinheit 7 kann dadurch bei der Montage bzw. zu Reparaturzwecken sehr einfach an die Spindelwelle angebracht bzw. von dieser entfernt werden. Um das Anbringen der Halterungshülse 10 zu ermöglichen, ist aber der Aussendurchmesser der Spindelwelle 2 im Kraftübertragungsabschnitt C sowie im zweiten Lagerungsabschnitt D gegenüber demjenigen der in der Figur 4a gezeigten Spindelwelle 2 etwas verringert.
In den Figuren 8 und 9 ist ein beispielhaftes Schema eines Fluidkreislaufes zur Schmierung bzw. Lagerung und Kühlung der Lagerstellen 13, 14, 15 sowie zur Kühlung der Antriebseinheit 5 gezeigt. Das in den Figuren 8 und 9 gezeigte Schema kann bei allen Ausführungsformen gemäss den Figuren 1 bis 7 eingesetzt werden.
In den Fluidkreislauf integriert ist ein gemeinsames Fluidreservoir 28, welches zur Aufnahme des Fluids dient. Das im Fluidreservoir 28 aufgenommene Fluid wird sowohl für die gesamte hydrostatische Lagerung 13, 14 und 15 als auch zur Kühlung der Antriebseinheit 5, welche zum Antreiben der Spindelwelle 2 dient, verwendet.
Mittels einer ersten und einer zweiten Fluidpumpe 30 und 31, welche gemeinsam durch einen oder getrennt durch mehrere (nicht dargestellt) Antriebsmotoren 29 angetrieben werden, kann das Fluid aus dem Fluidreservoir 28 in eine erste Fluidleitung 32a angesogen werden. Die erste Fluidleitung 32a verzweigt sich in eine zweite Fluidleitung 32b und eine dritte Fluidleitung 32c.
Innerhalb der zweiten Fluidleitung 32b ist die zweite Fluidpumpe 31 angeordnet, welche das Fluid unter Druck den ersten, zweiten und dritten Druckreglern 16, 17 und 18 zuführt, um diese zu schmieren und zu kühlen. Die ersten, zweiten und dritten Druckregler 16, 17 und 18 sind dabei parallel zueinander im Fluidkreislauf angeordnet. Die dritte Fluidleitung 32c, innerhalb welcher die erste Fluidpumpe 30 angeordnet ist, verzweigt sich in eine vierte Fluidleitung 32d und eine fünfte Fluidleitung 32e. Die vierte Fluidleitung 32d führt zurück zum Verzweigungspunkt, wo die erste Fluidleitung 32a in die zweite und die dritte Fluidleitung 32b und 32c mündet. Die vierte Fluidleitung 32d dient zur Kühlung und Filtration des Fluids. Ein Vorspannventil 33 und ein Wärmetauscher 34 sind hintereinander innerhalb der vierten Fluidleitung 32d angeordnet. Via die fünfte Fluidleitung 32e gelangt das Fluid zur Antriebseinheit 5, welche somit vom Fluid zu Kühlzwecken parallel in Bezug zu den Druckreglern 16, 17 und 18 durchströmt wird. Von den Druckreglern 16, 17 und 18 gelangt das Fluid via eine sechste Fluidleitung 32f zurück in das Fluidreservoir 28. Parallel dazu gelangt das Fluid via eine siebte Fluidleitung 32g von der Antriebseinheit 5 zurück in das Fluidreservoir 28.
Das beispielhafte Fluidschema für das Schmieren bzw. Lagern und Kühlen der Lagerstellen 13, 14, 15 sowie das Kühlen der Antriebseinheit 5 zeigt einen Fluidkreislauf. In den Figuren 1 bis 7 ist dieses Zu- und Rückführen des Fluids nicht dargestellt.
Dieses Schema eines Fluidkreislaufs zum Schmieren bzw. Lagern und Kühlen der Lagerstellen 13, 14, 15 sowie dem Kühlen der Antriebseinheit 5 stellt lediglich eine mögliche Anordnung dar. Es ist beispielhaft auch denkbar den Schmierungs- bzw. Lagerungsprozess und Kühlprozess der Lagerstellen 13, 14, 15 komplett unabhängig vom Kühlprozess der Antriebseinheit 5 zu gestalten, auch könnten die einzelnen Lagerstellen 13, 14, 15 unabhängig voneinander mit dem Fluid versorgt werden. Ebenfalls ist denkbar, dass beispielsweise unterschiedliche Fluide für die Kühlung der Antriebseinheit 5 und der Lagerstellen 13, 14, 15 verwendet werden. Selbstverständlich ist die hier beschriebene Erfindung nicht auf die erwähnten Ausführungsformen beschränkt und eine Vielzahl von Abwandlungen ist möglich. So kann die Spindelwelle 2 anstelle eines Schleifwerkzeugflansches 3 zum Beispiel auch eine Befestigungsvorrichtung zum Anbringen eines zu schleifenden Werkstücks aufweisen. Bei der Spindelwelle 2 würde es sich dann nicht um eine Werkzeugspindel, sondern um eine Werkstückspindel handeln. Auch für eine Abrichtspindel gelten analog diese Aussagen. Bei der Antriebseinheit muss es sich nicht zwingend um einen Elektromotor mit einer die Spindelwelle 2 umgebenden Statoreinheit und eine an der Spindelwelle 2 angebrachte Rotoreinheit handeln, sondern es sind beliebige andere Antriebe aus dem Stand der Technik denkbar wie beispielsweise ein Riemenantrieb o.a. Die erste Lagerstelle 13 und/oder die zweite Lagerstelle 14 müssen nicht zwingend konisch ausgebildet sein, sondern könnten aus jeweils einem hydrostatischen Radial- und einem hydrostatischen Axiallager gebildet werden. Eine Vielzahl weiterer Abwandlungen ist denkbar.
BEZUGSZEICHENLISTE Gehäuse 23a Erste Hülsenabstützung Spindelwelle 23b Zweite Hülsenabstützung Schleifwerkzeugflansch 24 Dritte Hülsenabstützung Schleifwerkzeug 25 Kühlkanal
Antriebseinheit 26 Erste feststehende Hülse Statoreinheit 27 Zweite feststehende Hülse Rotoreinheit 28 Fluidreservoir
Erstes Ende der Rotoreinheit 29 Antriebsmotor
Zweites Ende der 30 Erste Fluidpumpe
Rotoreinheit 31 Zweite Fluidpumpe
Halterungshülse 32a-g Fluidleitungen
Erster konischer Bereich 33 Vorspannventil
Zweiter konischer Bereich 34 Wärmetauscher
Erste Lagerstelle
a, b, c, d Lagertasche A Befestigungsabschnitt
Zweite Lagerstelle B Erster Lagerungsabschnitta, b, c, d Lagertasche C Kraftübertragungsabschnitt
Dritte Lagerstelle D Zweiter Lagerungsabschnitta, b, c, d Lagertasche
Erster Druckregler RA Rotationsachse
Zweiter Druckregler AR Axialrichtung
Dritter Druckregler RR Radialrichtung
a, b, c Winkelmessgerät
Erstes Spindelende BL Biegelinie
Zweites Spindelende
Einschubhülse α Öffnungswinkel

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine zur Feinbearbeitung von Werkstücken mit nutförmigen Profilen wie insbesondere Verzahnungen, aufweisend
eine Spindelwelle (2), welche um eine Rotationsachse (RA) drehbar gelagert ist und mit dieser Rotationsachse (RA) eine Axialrichtung (AR) und eine Radialrichtung (RR) definiert und welche in Axialrichtung (AR) der Reihe nach in einen Befestigungsabschnitt (A) zum Anbringen eines Werkzeugs (4) oder eines zu bearbeitenden Werkstücks, einen ersten Lagerungsabschnitt (B), einen Kraftübertragungsabschnitt (C) und einen zweiten Lagerungsabschnitt (D) unterteilt ist;
eine Antriebseinheit (5) zum Antreiben der Spindel welle (2) in einer Drehbewegung um die Rotationsachse (RA) mittels Kraftübertragung auf den Kraftübertragungsabschnitt (C);
eine erste Lagerstelle (13) und eine zweite Lagerstelle (14) zur Lagerung der Spindelwelle (2) im ersten Lagerungsabschnitt (B) sowie
eine dritte Lagerstelle (15) zur Lagerung der Spindelwelle (2) im zweiten Lagerungsabschnitt (D),
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und die zweite Lagerstelle (13, 14) jeweils eines oder mehrere hydrostatische Lager aufweisen und jeweils zur Aufnahme sowohl von Radial- als auch von Axialkräften ausgebildet sind, und dass die dritte Lagerstelle (15) eines oder mehrere hydrostatische und/oder hydrodynamische Lager aufweist und zur Aufnahme von Radialkräften ausgebildet ist.
2. Spindeleinheit nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder die zweite Lagerstelle
(13, 14) konisch ausgebildet ist.
3. Spindeleinheit nach Anspruch 2, wobei sowohl die erste als auch die zweite Lagerstelle (13, 14) konisch ausgebildet ist und wobei die von diesen beiden Lagerstellen (13, 14) gebildeten Koni in Bezug auf die Rotationsachse (RA) in einander entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind.
4. Spindeleinheit nach Anspruch 2 oder 3, wobei die von der ersten und/oder von der zweiten Lagerstelle (13, 14) gebildeten Koni in Bezug auf die Rotationsachse (RA) einen Öffnungswinkel (a) in einem Bereich von 10° bis 60° aufweisen.
5. Spindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Lagerstelle (15) zusätzlich zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet ist.
6. Spindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Lagerstelle (13) eine oder mehrere erste Lagertaschen (13a, 13b, 13c, 13d) aufweist und die zweite Lagerstelle (14) eine oder mehrere zweite Lagertaschen (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist und wobei zumindest ein erster Druckregler (16) vorgesehen ist, welcher zur Regelung der in den ersten Lagertaschen (13a, 13b, 13 c, 13d) heiTschenden Druckverhältnisse dient, und zudem zumindest ein zweiter Druckregler (17) vorgesehen ist, welcher zur Regelung der in den zweiten Lagertaschen (14a, 14b, 14c, 14d) herrschenden Druckverhältnisse dient und in Bezug auf den oder die ersten Druckregler (16) separat ausgebildet ist.
7. Spindeleinheit nach Anspruch 6, wobei mehrere erste Lagertaschen (13a, 13b,
13 c, 13d) und mehrere zweite Lagertaschen (14a, 14b, 14c, 14d) sowie mehrere erste Druckregler (16) und mehrere zweite Druckregler (17) vorhanden sind und wobei jede der ersten Lagertaschen (13a, 13b, 13c, 13d) jeweils einem der ersten Druckregler (16) und jede der zweiten Lagertaschen (14a, 14b, 14c, 14d) jeweils einem der zweiten Druckregler (17) zugeordnet ist.
8. Spindeleinheit nach Anspruch 6 oder 7, wobei die dritte Lagerstelle (15) ein hydrostatisches Lager mit einer oder mehreren dritten Lagertaschen (15a, 15b, 15c, 15d) aufweist und wobei zumindest ein dritter Druckregler (18) vorgesehen ist, welcher zur Regelung der in den dritten Lagertaschen (15a, 15b, 15c, 15d) herrschenden Druckverhältnisse dient und in Bezug auf den oder die ersten und den oder die zweiten Druckregler (16, 17) separat ausgebildet ist.
9. Spindeleinheit nach Anspruch 8, wobei mehrere dritte Lagertaschen sowie mehrere dritte Druckregler (18) vorhanden sind und wobei jede der dritten Lagertaschen (15a, 15b, 15c, 15d) jeweils einem der dritten Druckregler (18) zugeordnet ist.
10. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der oder die ersten, der oder die zweiten und vorzugsweise auch der oder die dritten Druckregler (16, 17, 18) jeweils als Progressiv-Mengen-Regler mit insbesondere jeweils ausschliesslich mechanischen und/oder hydraulischen Elementen ausgebildet sind.
11. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der oder die ersten, der oder die zweiten und vorzugsweise auch der oder die dritten Druckregler (16, 17, 18) jeweils eine kompakte Bauweise aufweisen, und wobei die entsprechenden Druckregelungen zum Beispiel mittels Kapillaren und/oder Drosseln und/oder Blenden und/oder mittels elektronischer Steuerung erfolgen.
12. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der oder die ersten Druckregler (16) bezogen auf die Axialrichtung (AR) jeweils im Wesentlichen auf derselben Höhe wie die erste Lagerstelle 13 angeordnet sind, wobei der oder die zweiten Druckregler (17) bezogen auf die Axialrichtung (AR) jeweils im Wesentlichen auf derselben Höhe wie die zweite Lagerstelle 14 angeordnet sind und wobei bevorzugt der oder die dritten Druckregler (18) bezogen auf die Axialrichtung (AR) jeweils im Wesentlichen auf derselben Höhe wie die dritte Lagerstelle 15 angeordnet sind.
13. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei am Befestigungsabschnitt (A) der Spindelwelle (2) eine Befestigungsvorrichtung (3) zum Anbringen eines Werkzeugs (4) oder eines zu bearbeitenden Werkstücks angebracht ist und wobei der oder die ersten Druckregler (16) entlang der Axialrichtung (AR) im Bereich der Befestigungsvorrichtung (3) und bevorzugt in Radialrichtung (RR) innerhalb der Befestigungsvorrichtung (3) angeordnet sind.
14. Spindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere Fluidkreisläufe vorgesehen sind, welcher/welche sowohl zur Schmierung als auch zur Kühlung der ersten, der zweiten und bevorzugt auch der dritten Lagerstelle (13, 14, 15) und insbesondere auch zur Kühlung der Antriebseinheit (5) dienen.
15. Spindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend mindestens ein Winkelmessgerät (19a, 19b, 19c) zur Erfassung der Drehzahl der Spindelwelle (2), welches vorteilhaft am Befestigungsabschnitt (A) oder am ersten Lagerungsabschnitt (B) oder am zweiten Lagerungsabschnitt (D), insbesondere vorteilhaft im Übergangsbereich zwischen dem ersten Lagerungsabschnitt (B) und dem Befestigungsabschnitt (A), angeordnet ist.
16. Spindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Sperrluftdichtungen vorgesehen sind, um die Lagertaschen (13a, 13b, 13c, 13d; 14a, 14b, 14c, 14d) der ersten und der zweiten Lagerstelle (13, 14), bevorzugt auch die Lagertaschen (15a, 15b, 15c, 15d) der dritten Lagerstelle (15), in Axialrichtung (AR) nach aussen hin abzudichten.
17. Werkzeugmaschine aufweisend eine Spindeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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