EP3475028A1 - Löseeinheit für eine werkzeugmaschinenspindel - Google Patents

Löseeinheit für eine werkzeugmaschinenspindel

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Publication number
EP3475028A1
EP3475028A1 EP17748753.5A EP17748753A EP3475028A1 EP 3475028 A1 EP3475028 A1 EP 3475028A1 EP 17748753 A EP17748753 A EP 17748753A EP 3475028 A1 EP3475028 A1 EP 3475028A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spindle
release unit
rotor shaft
electric motor
unit according
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Withdrawn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
EP17748753.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Van Sprang
Michael Bergbaur
Matthias SCHEFFOLD
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.)
Franz Kessler GmbH
Original Assignee
Franz Kessler GmbH
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 Franz Kessler GmbH filed Critical Franz Kessler GmbH
Publication of EP3475028A1 publication Critical patent/EP3475028A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/28—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using electric or magnetic means in the chuck
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B31/261—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle clamping the end of the toolholder shank
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B31/003—Work or tool ejection means
    • 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
    • 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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    • B23B2260/008—Bearings
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    • B23B2260/008—Bearings
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/062—Electric motors
    • 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
    • F16C21/00—Combinations of sliding-contact bearings with ball or roller bearings, for exclusively rotary movement

Definitions

  • the invention relates to a release unit for a
  • Dissolving units generated This is usually a piston-cylinder system, which is pressurized on one side. This pressure multiplied by the area of the piston acts as a release force via a pressure contact on the drawbar.
  • the pressure required to release the tool is either hydraulically generated (usually in the range of about 80 to 140 bar) or when using pneumatic release units compressed air is used (usually 5 to 6 bar), which is not only energy-intensive in hydraulic systems but it can also be dangerous for leaks.
  • Hydraulic oil connection has. A disadvantage of such hydraulic or pneumatic
  • Dissolving units is also that in addition to the electrical connection for the motor spindle or the electromagnetic
  • Machine tool a correspondingly high design and financial expense.
  • the object of the invention is in contrast, to propose a release unit for a machine tool spindle, in particular motor spindle, the constructive and / or
  • Electromagnetic drive system comprehensive electric motor is formed with a rotating about an axis of rotation, cylindrical rotor shaft that the linearly adjustable
  • Release unit can be replaced in an advantageous manner a previously existing small-sized, hydraulic release unit. Consequently, according to the invention, a separate
  • Machine tool spindle or motor spindle are omitted. That means that too
  • Pressure generating unit for generating the hydraulic pressure or pneumatic pressure is unnecessary, especially for the
  • Tool clamp actuated in particular triggers. Consequently, previously common or standardized tool clamping components corresponding machine tool spindle / motor spindle
  • Machine tool spindle / motor spindles but also for already in use machine tool spindles.
  • connection flange which essentially corresponds to a connection flange of previous hydraulic / pneumatic release units, so that, for example, a
  • connection flange can be realized.
  • Previously common hydraulic release units often have a rotary feedthrough or a media feedthrough for coolants and / or lubricants or the like, so that
  • Connections can in turn correspond to the hitherto customary connections of hydraulic release units, so that no adjustment of the media feedthrough system is necessary here. This reduces the effort for the integration of
  • Electrical release unit according to the invention or increases the compatibility of the electrical release unit according to the
  • Machine tool spindles / motor spindles
  • the rotor or spindle nut is coaxial with respect to the spindle element or linearly adjustable
  • Dual function of the electrical release unit on the one hand as an electric motor and on the other hand as a linear drive, is also a reduction of the used, needed
  • the rotor shaft of the electric motor is designed as a magnetic carrier element comprising at least one permanent magnet of the drive system. This causes the permanent magnets of the electromagnetic
  • Fixing provided for secure fixation of the permanent magnets on the rotor shaft. This can be, for example
  • the rotor shaft of the electric motor comprises at least one thread, in particular can also several threads.
  • Threads are provided. This means that the / the
  • Threads are arranged according to the invention on / on the inside / surface of the rotor shaft or at least partially form the inward / facing surface of the rotor shaft. Consequently, the rotor shaft advantageously has an internal thread of the conversion unit.
  • Threads are achieved, allowing a favorable
  • Threads can be provided, for example, metric or trapezoidal thread as well as ball screw or the like.
  • a comparatively small / small pitch of the thread (s) is provided, which advantageously leads to a relatively large / strong feed force or release force.
  • Rotor shaft or spindle nut of the conversion unit directly in contact with the corresponding thread of the
  • Spindle element is.
  • rolling elements between the spindle nut and the spindle element are arranged.
  • the conversion unit according to the invention in an advantageous manner as a roller screw, in particular planetary roller screw, or preferably designed as a ball screw. Especially with such
  • Screw drives are a very high linear
  • Non-rotating spindle element compared to a direct or immediate drive mode (ie without rolling elements) is significantly reduced, resulting in a corresponding small and energy-efficient design of the electromagnetic drive system of the electric motor leads. This is advantageous because, especially with the use of hitherto usual tool clamps or release / clamping components corresponding machine spindles / motor spindles, esp.
  • Belleville spring packs a relatively large release force, e.g. about 45kN, in the direction of the axial adjustment of the
  • Dissolving unit is to be generated can be generated in an advantageous manner by reducing the friction losses within the release unit or within the conversion unit of the electromagnetic drive system of the electric motor of the release unit according to the invention.
  • the rolling elements are substantially formed as rollers, each having axes of rotation which are each arranged as parallel to the axis of rotation of the spindle member and the rotor shaft.
  • an advantageous gear or the like is present to a common drive mode of the approximately in the circumferential direction
  • the rollers and / or the advantageous gear are advantageously driven by the spindle nut or the rotor shaft according to the invention or are in direct contact with the rotor shaft.
  • the conversion unit is advantageously as planetary roller screw
  • the conversion unit is designed as a ball screw, wherein the rolling elements are formed as balls. This will be the constructive as well as economical effort clearly
  • the conversion unit is achieved, that the spindle nut is arranged very close to the spindle element, since the trained as balls rolling elements in each case substantially just half in the thread of the spindle nut on the one hand and on the other hand in the corresponding thread of the spindle element or fill it accordingly ,
  • a significant reduction of the realizable or minimum outer diameter of the conversion unit is achieved in comparison to a roller screw drive. This is achieved because in the roller screw the thread of the spindle nut is comparatively far spaced from the thread of the spindle element or in between the respect.
  • Balls are arranged comparatively large sized rollers.
  • Ball screw of particular advantage since not only a particularly low friction can be realized, but at relatively low drive power of
  • a ball screw is characterized by a high
  • the rotor shaft of the electric motor comprises at least one return or a return channel to
  • Threads arranged. So can advantageously the Rolling or balls again one or more turns are returned or transported, insofar as they migrate in operation in the axial direction.
  • at least one sealing element is provided on the spindle nut and / or rotor shaft and / or on the thread (at the end) which, as a stop, moves out or "falls out”
  • Rolling in particular two ball bearings, formed, which are realized in so-called X or 0 arrangement. This can be absorbed not only radially but also axially forces in an advantageous manner.
  • At least one of the bearings is as
  • Tapered roller bearing formed. This ensures that a recording of relatively large axial and radial forces can be realized with a single roller bearing. This means that hereby an axial / radial bearing with only a single roller bearing is feasible, so that very little space is required for this storage.
  • the rolling elements between a first sliding bearing or first spindle bearings and arranged at least a second sliding bearing or second spindle bearings.
  • each is an advantageous seal or at least one
  • Sealing element / sealing ring per slide bearing provided.
  • at least one of the spindle bearings as rolling bearings, esp. Ball / roller bearings, for the storage of
  • the rotor shaft comprises at least a first sliding surface of the first sliding bearing and / or a stator of the electric motor at least a second sliding surface of the second sliding bearing.
  • the first slide bearing is arranged on a first end section or a first stop element for striking the tool clamp and / or the second slide bearing on
  • the first and / or second bearing of the rotor shaft is designed at least as an axial bearing of the spindle element for receiving forces oriented in the direction of the axis of rotation. So that is in an advantageous way
  • Tapered roller bearings of the rotor shaft can be recorded. This reduces the cost of storage of the rotor, or the rotor shaft, since this storage at the same time for the radial / axial mounting of the adjusting element or
  • a stator of the electric motor comprises at least one
  • Linear guide device for guiding the spindle element along the adjustment. This achieves an advantageous guidance of the spindle element in the direction of the adjustment path and thus for releasing the tool clamp.
  • the linear guide device according to the invention is also known as
  • Holding unit or stop unit for holding / striking the spindle element, with respect to a rotation in the circumferential direction, formed advantageously prevents the linear guide rotation of the spindle element during operation in an advantageous manner, so that a relative movement between the spindle nut and spindle element by the
  • Linear guide device prevents. This improves the reliability or the operation of the conversion unit.
  • the linear guide device comprises an advantageous (planar) guide surface, which is aligned substantially parallel or longitudinal to the axis of rotation.
  • Rolling in particular rollers or the like can be used.
  • a sliding guide can be realized as a linear guide.
  • At least one proximity sensor in particular inductively or capacitively or optically or magnetically, is provided.
  • a rotary encoder or incremental encoder or the like can be provided, which rotates or the
  • a relative rotary encoder for relative determination of an adjustment in the circumferential direction can be combined with a limit switch or end position sensor in an advantageous manner.
  • a limit switch or end position sensor in an advantageous manner.
  • an end position detection insofar as an absolute encoder is used, which is somewhat more complex.
  • Electric motor according to the invention are essentially combined with previously commercially available tool clamps or work together. This disc springs are often available for clamping the tool in the operating position. With the help of the electrical release unit according to the invention with
  • the release unit can be used at the same time for clamping or clamping of the tool.
  • the release unit according to the invention with the electric motor not only generates a release force or a release stroke in the direction tool along the axis of rotation, but possibly during operation also a clamping force against this direction, i. that by means of a pull rod or a tension element bracing of the tool in the tool holder or the like by corresponding stroke or linear adjustment to "back" or away from the tool side of the
  • Machine tool spindle can be generated. This would be the cost of the tool clamping or for a
  • Sensor unit for detecting an electric motor parameter provided. For example, an evaluation of the
  • an actual-target comparison is provided, e.g. a low Leerlaufström or idle power and / or an electrical release current or a lifting / Lender oriental with a (stored) target power or the like is compared to a proper
  • Figure 1 schematically shows a first section through a
  • Figure 2 schematically shows a second section through the
  • an electrical release unit 1 which has an electric motor 2 with a stator 3 and a rotor 4 includes.
  • the stator 3 with electromagnetic coils 8 has circumferentially / externally on a stator 5, which forms a hollow cylindrical or annular cooling channel 7 for cooling water with a stator 6.
  • the rotor 4 comprises a rotor shaft 9, on the circumferential side permanent magnets 10 are fixed, esp. Glued and
  • the rotor shaft 9 with a ball bearing 11 and a tapered roller bearing 12, the latter can accommodate not only radial forces, but especially axial forces.
  • the linear drive 13 is designed as a ball screw 13, so that this includes numerous balls 15 as rolling elements 15. These are on the one hand between the rotor shaft 9, which also forms the spindle nut 9 of the linear drive 13, and a spindle member 16 and on the other hand between two plain bearings 17, 18 for supporting the spindle member 16, in addition to the balls 15, a radial support / leadership of the spindle element 16 can educate.
  • An advantageous ball return for the axial return of the balls during operation is not shown in detail and is arranged in the interior of the rotor shaft 9 as a channel / formed.
  • Rotor shaft 9 the spindle member 19 is adjusted along the axis of rotation in the direction of a stroke H.
  • a thread pitch of about 5 mm is provided and a stroke H is about 8 to 20 mm long and presses with about 45kN, so that the electrical release unit 1 can replace a previously used hydraulic release unit, wherein a
  • Connecting flange 33 has corresponding fixing options or screw holes to be screwed / fixed at the rear end of a motor spindle or a tool clamp not shown.
  • Spindle element 16 is a separate element 22, e.g. Magnet for a Hall sensor or the like, introduced, which is the sensor
  • the senor 20 can detect in an advantageous manner.
  • the sensor 20 may be formed as a proximity sensor 20, so that a groove 21 or recess together with the spindle member 16, the rest position in an advantageous manner for the sensor 20th
  • FIG. 1 schematically shows a second, separate element 23, with which the
  • a (relative) rotary encoder 24 which can detect the angular position of the rotor shaft 9.
  • Encoder 25 and a ring gear 26 are provided, whereby the angular position can be detected.
  • linear drive 13 is preferably two
  • Linear guides 27 and torque supports 27 are provided. This supports the spindle element 16 in the circumferential direction on
  • Linear guides 27 each have a fixing screw 28, on which a roller bearing 29 is mounted with outer ring and rollers as rolling elements.
  • a roller bearing 29 is mounted with outer ring and rollers as rolling elements.
  • the spindle element 16 is hollow-cylindrical in order to transport or pass through a medium, in particular a cooling lubricant or the like, centrally in the interior.

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Abstract

Es wird eine Löseeinheit (1) für eine Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere Motorspindel, zum Lösen eines Werkzeugspanners, wobei die Löseeinheit (1) wenigstens ein längs eines Verstellweges (H) linear verstellbares Verstellelement (16) zum Betätigen des Werkzeugspanners umfasst, vorgeschlagen, die den konstruktiven und/oder betriebswirtschaftlichen Aufwand verringert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Löseeinheit (1) als ein elektromagnetisches Antriebssystem (8, 10) umfassender Elektromotor (2) mit einer um eine Drehachse (14) rotierenden, hohlzylinderförmigen Rotorwelle (9) ausgebildet ist, dass das linear verstellbare Verstellelement (16) als Spindelelement (16) einer Umsetzungseinheit (13) zum Umsetzen der Rotation des Elektromotors (2) in eine Linearverstellung (H) ausgebildet ist und dass die Rotorwelle (9) als um die Drehachse (14) rotierende Spindelmutter (9) der Umsetzungseinheit (13) ausgebildet ist.

Description

"Löseeinheit für eine Werkzeugmaschinenspindel"
Die Erfindung betrifft eine Löseeinheit für eine
Werkzeugmaschinenspindel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Stand der Technik
In Werkzeugmaschinen, insbesondere bei Fräsmaschinen oder dergleichen, werden sehr häufig Werkzeugspanner eingesetzt, welche einen automatischen Werkzeugwechsel ermöglichen. Dies bedeutet, das Werkzeug ist so mit der Welle der
Werkzeugmaschinenspindel verbunden, dass es automatisch gelöst werden kann. Zum Spannen verwendet man in der überwiegenden Anzahl der Fälle Werkzeugspanner, welche meist mit einem
Federpaket etc. verbunden sind. Die daraus resultierende
Spannkraft wird über die Zugstange auf Spannzangensegmente übertragen, welche wiederum das Werkzeug mit der Welle
verbinden .
Zum Lösen wird die Zugstange und damit auch das Teller-Feder- Paket mit einer axial wirkenden Lösekraft beaufschlagt, welche die Federn zusammen drückt und somit eine axiale Verschiebung der Zugstange ermöglicht, was wiederum zu einer Lösebewegung der Spannsegmente im Bereich der Werkzeugaufnahme führt. Die zum Lösen notwendige Axialkraft wird über sogenannte
Löseeinheiten erzeugt. Hierbei handelt es sich in aller Regel um ein Kolben-Zylinder-System, welches einseitig mit Druck beaufschlagt wird. Dieser Druck multipliziert mit der Fläche des Kolbens wirkt als Lösekraft über einen Druckkontakt auf die Zugstange. Der zum Lösen des Werkzeuges notwendige Druck wird entweder hydraulisch erzeugt (im Regelfall im Bereich von ca. 80 bis 140 bar) oder bei Verwendung von pneumatischen Löseeinheiten wird Druckluft verwendet (im Regelfall 5 bis 6 bar) , was gerade bei hydraulischen Systemen nicht nur energieintensiv, sondern auch bei Leckagen durchaus gefährlich sein kann.
So ist aus der DE 199 37 447 AI bereits eine Löseeinheit für eine Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere Motorspindel, bekannt, die als hydraulische Löseeinheit ausgebildet ist und somit einen hydraulischen Anschluss, insbesondere einen
Hydraulikölanschluss , aufweist. Nachteilig bei derartigen hydraulischen oder pneumatischen
Löseeinheiten ist zudem, dass neben dem elektrischen Anschluss für die Motorspindel bzw. das elektromagnetische
Antriebssystem der Motospindel zusätzlich eine hydraulische oder pneumatische Energieversorgung vorzusehen ist. Dies bedeutet für den Betreiber einer entsprechenden
Werkzeugmaschine einen entsprechend hohen konstruktiven und finanziellen Aufwand.
Aufgaben und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Löseeinheit für eine Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere Motorspindel, vorzuschlagen, die den konstruktiven und/oder
betriebswirtschaftlichen Aufwand verringert.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Löseeinheit der eingangs genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der
Erfindung möglich. Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße
Löseeinheit dadurch aus, dass die Löseeinheit als ein
elektromagnetisches Antriebssystem umfassender Elektromotor mit einer um eine Drehachse rotierenden, zylinderförmigen Rotorwelle ausgebildet ist, dass das linear verstellbare
Verstellelement als Spindelelement einer Umsetzungseinheit zum Umsetzen der Rotation des Elektromotors in eine
Linearverstellung ausgebildet ist und dass die Rotorwelle als um die Drehachse rotierende Spindelmutter der
Umsetzungseinheit ausgebildet ist.
Mit Hilfe einer derartigen als Elektromotor ausgebildeten Löseeinheit, wobei die Rotorwelle zugleich die Spindelmutter der Umsetzungseinheit ist, kann eine besonders platzsparende elektrische Löseeinheit realisiert werden. So kann bei dem oftmals in Werkzeugmaschinen sehr grenzten Platzangebot bzw. Bauraum wie dem Werkzeug- bzw. Werkstück abgewandten Bereich einer Werkzeugmaschinenspindel bzw. Motorspindel, d.h. an der "hinteren" Stirnseite der Werkzeugmaschinenspindel bzw.
Motorspindel, die erfindungsgemäße platzsparende elektrische Löseeinheit in vorteilhafter Weise angeordnet werden.
Mit der erfindungsgemäßen platzsparenden elektrischen
Löseeinheit kann in vorteilhafter Weise eine bisher vorhandene klein dimensionierte, hydraulische Löseeinheit ersetzt werden. Demzufolge kann gemäß der Erfindung auf eine separate
hydraulische bzw. pneumatische Energieversorgung für die
Werkzeugmaschinenspindel bzw. Motorspindel verzichtet werden. Das bedeutet, dass auch eine entsprechende
Druckerzeugungseinheit zur Erzeugung des Hydraulikdrucks bzw. Pneumatikdrucks entbehrlich wird, insbesondere für den
Werkzeugmaschinenhersteller und den
Werkzeugmaschinenbetreiber. Dies ermöglicht eine
wirtschaftlich besonders vorteilhafte Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine bzw.
Motorspindel/Werkzeugmaschinenspindel .
So ersetzt das gemäß der Erfindung ausgebildete, linear verstellbare Verstellelement bzw. Spindelelement der
Umsetzungseinheit die bisher vorhandene, fluidbetätigte
Kolbenstange, die die Spannvorrichtung bzw. den
Werkzeugspanner betätigt, insbesondere löst. Demzufolge können bislang übliche bzw. standardisierte Werkzeugspannkomponenten entsprechender Werkzeugmaschinenspindel/Motorspindein
weiterhin verwendet werden, ohne dass diese verändert oder an die vorteilhafte elektrische Löseeinheit gemäß der Erfindung anzupassen sind.
Darüber hinaus können auch bereits vorhandene bzw.
hergestellte und sogar seit langem im Betrieb eingesetzte Werkzeugmaschinenspindeln/Motorspindeln gemäß der Erfindung um-/nachgerüstet werden. Das bedeutet, dass beispielsweise bei einem Defekt oder einer Wartung der bisherigen hydraulischen Löseeinheit die vorteilhafte elektrische Löseeinheit gemäß der Erfindung eingebaut werden kann. Dies ist somit von besonderem Vorteil, nicht nur für neu hergestellte
Werkezugmaschinenspindel/Motorspindeln, sondern auch für bereits im Einsatz befindliche Werkzeugmaschinenspindeln.
Beispielsweise weist die elektrische Löseeinheit gemäß der Erfindung einen Anschlussflansch auf, der im Wesentlichen einem Anschlussflansch bisheriger hydraulischer/pneumatischer Löseeinheiten entspricht, so dass beispielsweise ein
Anschrauben der elektrischen Löseeinheit mittels des
vorteilhaften Anschlussflansches realisierbar ist.
Bislang übliche hydraulische Löseeinheiten weisen oftmals eine Drehdurchführung bzw. eine Mediendurchführung für Kühl- und/oder Schmiermittel oder dergleichen auf, so dass
stirnseitig von einem Ende der Löseeinheit entsprechendes Medium bzw. Kühl- und Schmiermittel oder dergleichen durch die Löseeinheit und durch das vorteilhafte Spindelelement gemäß der Erfindung hindurch zum Werkzeugspanner bzw. bis hin zum Werkzeug/Werkstück durchleitbar ist. Die entsprechenden
Anschlüsse können wiederum den bislang üblichen Anschlüssen von hydraulischen Löseeinheiten entsprechen, so dass auch hier keine Anpassung des Mediendurchführungssystems notwendig ist. Dies reduziert den Aufwand für die Einbindung der
erfindungsgemäßen elektrischen Löseeinheit bzw. erhöht die Kompatibilität der elektrischen Löseeinheit gemäß der
Erfindung mit bislang üblichen Löseeinheiten für
Werkzeugmaschinenspindeln/Motorspindeln .
Vorzugsweise ist die Rotor- bzw. Spindelmutter koaxial in Bezug zum Spindelelement bzw. linear verstellbaren
Verstellelement angeordnet, insbesondere auch eine zentral angeordnete Mediendurchführung/-leitung bzw. ein Kanal ist ebenfalls koaxial hierzu angeordnet.
Durch die Ausbildung der hohlzylinderförmigen Rotorwelle als Spindelmutter der Umsetzungseinheit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Elektromotor als vorteilhaft kompakte Baueinheit zugleich die Umsetzungseinheit aufweist. Das bedeutet, dass in der elektrischen Löseeinheit gemäß der Erfindung nicht nur die Funktion eines Elektromotors
integriert ist, sondern zugleich auch die Umsetzung der
Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Linearverstellung bzw. Linearverstelleinheit/Linearantrieb, was zu einer besondere kompakten, platzsparenden Bauweise der elektrischen Löseeinheit gemäß der Erfindung führt. Durch die
Doppelfunktion der elektrischen Löseeinheit, einerseits als Elektromotor und andererseits als Linearantrieb, wird auch eine Reduktion der verwendeten, benötigten
Bauteile/Komponenten erreicht, was nicht nur konstruktiv, sondern auch wirtschaftlich günstig ist. Weiterhin wird eine hohe Positioniergenauigkeit des
Spindelelementes durch die Ausbildung der Rotorwelle als Spindelmutter der Umsetzungseinheit durch den
erfindungsgemäßen Direktantrieb bzw. dadurch erreicht, dass Toleranzen bzw. die Gesamttoleranz minimierbar sind/ist.
Vorteilhafterweise ist die Rotorwelle des Elektromotors als ein wenigstens einen Permanentmagneten des Antriebssystems umfassendes Magnetträgerelement ausgebildet. Das führt dazu, dass die Permanentmagnete des elektromagnetischen
Antriebssystems direkt auf der Rotorwelle bzw. der
Spindelmutter angeordnet bzw. fixiert sind. Das bedeutet, dass die Permanentmagnete gemäß der Erfindung auf/an der
Außenseite/-fläche der Rotorwelle angeordnet sind bzw.
wenigstens teilweise die nach außen gerichtete/weisende
Oberfläche der Rotorwelle bilden. Gegebenenfalls sind
Fixierkomponenten zur sicheren Fixierung der Permanentmagnete an der Rotorwelle vorgesehen. Dies können beispielsweise
Bandagen und/oder eine Klebeschicht bzw. ein Kleber oder dergleichen sein.
Bevorzugt umfasst die Rotorwelle des Elektromotors wenigstens einen Gewindegang, insbesondere können auch mehrere
Gewindegänge vorgesehen werden. Das bedeutet, dass der/die
Gewindegänge gemäß der Erfindung auf/an der Innenseite/-fläche der Rotorwelle angeordnet sind bzw. wenigstens teilweise die nach innen gerichtete/weisende Oberfläche der Rotorwelle bilden. Demzufolge weist in vorteilhafter Weise die Rotorwelle ein Innengewinde der Umsetzungseinheit auf. So können der oder die Gewindegänge als Innengewinde der Rotorwelle in
vorteilhafter Weise in die Rotorwelle/Spindelmutter des
Elektromotors gemäß der Erfindung eingebracht bzw.
eingearbeitet werden.
Gerade durch die Verwendung mehrerer Gewindegänge, die in vorteilhafter Weise nebeneinander angeordnet sind, kann eine vergleichsweise große Steigung des Gewindegangs/der
Gewindegänge erreicht werden, so dass eine vorteilhafte
Umsetzung der Rotationsbewegung in eine lineare Verstellung realisiert wird. Dies kann von Vorteil sein, da bislang entsprechende Löseeinheiten vergleichsweise schnelle axiale Hubbewegungen ausführen, insbesondere ca. 0,5 bis 3 cm lange Hübe in ca. 0,01 bis 0,3 Sekunden mit einer Lösekraft von ca. 10 bis 60kN. Mit Hilfe der elektrischen Löseeinheit gemäß der Erfindung kann dies beispielsweise durch vergleichsweise große Rotationsgeschwindigkeiten von mehreren tausend
Umdrehungen pro Minute und/oder durch eine vorteilhafte
Steigung des Gewindegangs bzw. der Gewindegänge realisiert werden .
Grundsätzlich können unterschiedlichste Gewindeformen bzw.
Gewindegänge vorgesehen werden, beispielsweise metrische oder trapezförmige Gewinde als auch Kugelgewinde oder dergleichen. Vorzugsweise ist eine vergleichsweise kleine/geringe Steigung des/der Gewindegänge vorgesehen, was in vorteilhafter Weise zu einer relativ großen/starken Vorschubkraft bzw. Lösekraft führt.
So ist grundsätzlich denkbar, dass der Gewindegang der
Rotorwelle bzw. Spindelmutter der Umsetzungseinheit direkt in Kontakt mit dem korrespondierenden Gewindegang des
Spindelelements steht. In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung sind Wälzkörper zwischen der Spindelmutter und dem Spindelelement angeordnet. So ist die Umsetzungseinheit gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise als Rollgewindetrieb, insbesondere Planetenrollgewindetrieb, oder bevorzugt als Kugelgewindetrieb ausgebildet. Gerade mit derartigen
Gewindetrieben sind eine sehr hohe lineare
Vorschubbewegungsgeschwindigkeit sowie relativ große
Vorschubkräfte erreichbar, wobei der antreibende Elektromotor gemäß der Erfindung vergleichsweise klein und somit
platzsparend ausbildbar ist.
Durch die vorteilhafte Verwendung von Wälzkörpern zwischen der Spindelmutter und dem Spindelelement wird erreicht, dass die Reibung zwischen der Rotationskomponente bzw. der
Spindelmutter und dem linear verstellbaren, insb. nicht rotierendem Spindelelement im Vergleich zu einer direkten bzw. unmittelbaren Antriebsweise (d.h. ohne Wälzkörper) erheblich gemindert wird, was zu einer entsprechenden kleinen und energieeffizienten Bauweise des elektromagnetischen Antriebssystems des Elektromotors führt. Dies ist deshalb von Vorteil, da gerade bei der Verwendung von bislang üblichen Werkzeugspannern bzw. Löse-/ Spannkomponenten entsprechender Werkzeugmaschinenspindeln/Motorspindeln, insb. mit sog.
Tellerfeder-Paketen, eine relativ große Lösekraft, z.B. ca. 45kN, in Richtung der axialen Verstellung des
Verstellelementes zu generieren ist. Diese standardisierte, im Allgemeinen nicht-veränderbare Lösekraft, die von einer
Löseeinheit zu erzeugen ist, kann in vorteilhafter Weise durch eine Reduktion der Reibungsverluste innerhalb der Löseeinheit bzw. innerhalb der Umsetzungseinheit vom elektromagnetischen Antriebssystems des Elektromotors der Löseeinheit gemäß der Erfindung erzeugt werden. Das bedeutet, dass durch eine vorteilhafte Reduktion der internen Reibverluste mittels der vorteilhaften Wälzkörper, insb. Kugeln, der erfindungsgemäße Elektromotor der Löseeinheit vergleichsweise klein
dimensionierbar ist und somit nicht nur platzsparend, sondern auch energieeffizient einsetzbar ist.
Bei der Ausbildung der Umsetzungseinheit als
Planetenrollengewindetrieb sind die Wälzkörper im Wesentlichen als Rollen ausgebildet, die jeweils Drehachsen aufweisen, die jeweils möglichst parallel zur Drehachse des Spindelelements bzw. der Rotorwelle angeordnet sind. Gegebenenfalls ist ein vorteilhaftes Zahnrad oder dergleichen vorhanden, um eine gemeinsame Antriebsweise der in Umfangsrichtung nahezu
gleichmäßig um das Spindelelement angeordneten Rollen zu erreichen. So werden die Rollen und/oder das vorteilhafte Zahnrad in vorteilhafter Weise von der Spindelmutter bzw. der Rotorwelle gemäß der Erfindung angetrieben bzw. stehen in direktem Kontakt zur Rotorwelle. So ist die Umsetzungseinheit in vorteilhafter Weise als Planetenrollengewindetrieb
ausbildbar .
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Umsetzungseinheit als Kugelgewindetrieb ausgebildet, wobei die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind. Hiermit wird der konstruktive als auch wirtschaftliche Aufwand deutlich
reduziert. So wird zusätzlich eine vorteilhafte Verringerung des Außendurchmessers der Umsetzungseinheit bzw. der
Spindelmutter/Rotorwelle realisierbar. So wird bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung der Umsetzungseinheit erreicht, dass die Spindelmutter sehr nahe am Spindelelement angeordnet ist, da die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper jeweils im Wesentlichen knapp zur Hälfte im Gewindegang der Spindelmutter einerseits und andererseits im korrespondierenden Gewindegang des Spindelelements hineinragen bzw. diese entsprechend ausfüllen. So wird eine deutliche Reduktion des realisierbaren bzw. minimalen Außendurchmessers der Umsetzungseinheit im Vergleich zu einem Rollengewindetrieb erreicht. Dies wird deshalb erreicht, da beim Rollengewindetrieb der Gewindegang der Spindelmutter vergleichsweise weit vom Gewindegang des Spindelelements beabstandet ist bzw. dazwischen die bzgl.
Kugeln vergleichsweise groß dimensionierten Rollen angeordnet sind .
So ist die Ausbildung der Umsetzungseinheit als
Kugelgewindetrieb von besonderem Vorteil, da hierbei nicht nur eine besonders geringe Reibung realisierbar ist, sondern bei vergleichsweise geringen Antriebsleistungen des
elektromagnetischen Antriebssystems bzw. des Elektromotors relativ hohe Vorschubgeschwindigkeiten bzw.
Linearverstellungen erreicht werden können. Zudem zeichnet sich ein Kugelgewindetrieb auch durch eine hohe
Positioniergenauigkeit bzw. ein geringes Stick-Slip-Verhalten aus . Auch ist ein sehr geringer Verschleiß eines
Kugelgewindetriebs realisierbar, so dass eine besonders lange Lebensdauer erreichbar ist.
Vorteilhafterweise umfasst die Rotorwelle des Elektromotors wenigstens eine Rückführung bzw. einen Rückführkanal zum
Rückführen der Wälzkörper bzw. Kugeln. Bevorzugt ist die Rückführung bzw. der/die Rückführkanäle zwischen dem/den
Permanentmagneten des Antriebssystems und dem/den
Gewindegängen angeordnet. So können in vorteilhafter Weise die Wälzkörper bzw. Kugeln wieder ein oder mehrere Windungen zurückgeführt bzw. transportiert werden, insofern diese im Betrieb in axialer Richtung wandern. Gegebenenfalls ist/sind (endseitig) an der Spindelmutter und/oder Rotorwelle und/oder am Gewindegang wenigstens ein Dichtelement vorgesehen, die als Anschlag ein Herauswandern bzw. „Herausfallen" der
Wälzkörper/Kugeln verhindern.
Vorzugsweise ist zur Lagerung der Rotorwelle das
elektromagnetische Antriebssystem des Elektromotors zwischen einem ersten Lager und wenigstens einem zweiten Lager
angeordnet. Hiermit kann eine vorteilhafte Lagerung der
Rotorwelle generiert werden. Jedenfalls ist eines der Lager als Lagereinheit mit zwei
Wälzlagern, insbesondere zwei Kugellagern, ausgebildet, die in sogenannter X- oder 0- Anordnung realisiert werden. Hiermit können in vorteilhafter Weise nicht nur radial, sondern auch axial Kräfte aufgenommen werden.
Vorzugsweise ist wenigstens eines der Lager als
Schrägrollenlager ausgebildet. Hiermit wird erreicht, dass mit einem einzigen Wälzlager eine Aufnahme von relativ großen axialen und radialen Kräften realisierbar ist. Das bedeutet, dass hiermit ein Axial-/Radiallager mit nur einem einzigen Wälzlager realisierbar ist, so dass besonders wenig Bauraum benötigt wird für diese Lagerung.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind zur
Lagerung des Spindelelements die Wälzkörper zwischen einem ersten Gleitlager oder ersten Spindellager und wenigstens einem zweiten Gleitlager oder zweiten Spindellager angeordnet. Mit Hilfe der beiden Spindellager bzw. Gleitlager wird
ermöglicht, dass die Linearbewegung des Spindelelements bzw. des Verstellelementes in vorteilhafter Weise in Längsrichtung der Drehachse realisiert, insb. gleiten kann. Vorzugsweise ist (jeweils) eine vorteilhafte Dichtung bzw. wenigstens ein
Dichtelement /Dichtring pro Gleitlager vorgesehen. Beispielsweise ist wenigstens eines der Spindellager als Wälzlager, insb. Kugel-/Rollenlager, zur Lagerung des
Spindelelementes gegenüber der Rotorwelle bzw. Spindelmutter ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Rotorwelle wenigstens eine erste Gleitfläche des ersten Gleitlagers und/oder ein Stator des Elektromotors wenigstens eine zweite Gleitfläche des zweiten Gleitlagers. In einer vorteilhaften Variante ist das erste Gleitlager an einem ersten Endabschnitt bzw. einem ersten Anschlagselement zum Anschlagen des Werkzeugspanners angeordnet und/oder das zweite Gleitlager am
gegenüberliegenden Endabschnitt bzw. am werkzeugabgewendeten Ende des Spindelelements angeordnet und in Kontakt mit dem Stator des Elektromotors. Durch die vorteilhafte, relativ große Beabstandung der beiden Gleitlager ist eine sehr exakte Ausrichtung bzw. Lagerung/Anordnung des Spindelelements realisierbar .
Vorteilhafterweise ist das erste und/oder zweite Lager der Rotorwelle wenigstens als Axiallager des Spindelelements zur Aufnahme von in Richtung der Drehachse ausgerichteten Kräften ausgebildet. So ist in vorteilhafter Weise das
Schrägrollenlager der Rotorwelle als Axiallager des
Spindelelements ausgebildet. Dementsprechend nimmt das erste bzw. das zweite Lager der Rotorwelle, insbesondere das
Schrägrollenlager, die Kräfte zum Lösen des Werkzeugspanners, die axial ausgerichtet sind, über das Spindelelement auf. Zudem stehen in vorteilhafter Weise die Kräfte mittels der Spindelmutter und/oder Wälzkörper und somit bis zum Lager der Rotorwelle in Wirkverbindung bzw. werden vorteilhaft weiter- /abgeleitet, so dass sie in vorteilhafter Weise vom bereits vorhandenen Lager der Rotorwelle, insbesondere vom
Schrägrollenlager der Rotorwelle, aufgenommen werden können. Damit reduziert sich der Aufwand für die Lagerung des Rotors, bzw. der Rotorwelle, da diese Lagerung zugleich auch zur radialen/axialen Lagerung des Verstellelementes bzw.
Spindelelements verwendet wird. Hiermit wird nicht nur eine Reduktion der benötigten Lagerungskomponenten, sondern auch eine Reduktion des benötigten Bauraums in vorteilhafter Weise erreicht .
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung umfasst ein Stator des Elektromotors wenigstens eine
Linearführungsvorrichtung zum Führen des Spindelelements längs des Verstellweges. Hiermit wird eine vorteilhafte Führung des Spindelelements in Richtung des Verstellweges und somit zum Lösen des Werkzeugspanners erreicht. Beispielsweise ist die Linearführungsvorrichtung gemäß der Erfindung zugleich als
Halteeinheit bzw. Anschlagseinheit zum Halten/Anschlagen des Spindelelements, gegenüber einem Verdrehen in Umfangsrichtung, ausgebildet. Das bedeutet, dass in vorteilhafter Weise die Linearführung eine Rotation des Spindelelements im Betrieb in vorteilhafter Weise verhindert, so dass eine Relativbewegung zwischen Spindelmutter und Spindelelement durch das
elektromagnetische Antriebssystem des Elektromotors in
vorteilhafter Weise dazu führt, dass die Rotation der
Spindelmutter eine Linearverschiebung/-verstellung des
Spindelelements generiert. Somit wird ein "Mitdrehen" des Spindelelements in vorteilhafter Weise durch die
Linearführungsvorrichtung gemäß der Erfindung verhindert. Dies verbessert die Zuverlässigkeit bzw. die Betriebsweise der Umsetzungseinheit .
Vorzugsweise umfasst die Linearführungsvorrichtung eine vorteilhafte (ebene) Führungsfläche, die im Wesentlichen parallel bzw. längs zur Drehachse ausgerichtet ist.
Gegebenenfalls kann diese Führungsfläche zum Führen von
Wälzkörpern, insbesondere Rollen oder dergleichen, verwendet werden. Alternativ hierzu kann auch eine Gleitführung als Linearführung realisiert werden. Wesentlich hierbei ist, wie bereits erwähnt, das Anschlagen bzw. Verhindern eines
"Mitdrehens" des Spindelelements mit der Spindelmutter gemäß der Erfindung. Dies wird im Wesentlichen durch die Fixierung bzw. das Anschlagen des Spindelelementes mittels der
Linearführung am Stator erreicht. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist wenigstens ein Endschalter und/oder Sensor zur Erfassung einer
Endposition des Spindelelementes und/oder der Spindelmutter vorgesehen. Beispielsweise ist wenigstens ein Näherungssensor, insb. induktiv oder kapazitiv oder optisch oder magnetisch, vorgesehen. Alternativ oder in Kombination hierzu kann ein Drehgeber bzw. Inkrementalgeber oder dergleichen vorgesehen werden, der die Umdrehungen bzw. den
Verstellweg/Verstellwinkel in Umfangsrichtung ermittelt.
Hiermit ist eine indirekte Ermittlung des Linearhubs bzw. des axialen Verstellweges in Richtung Drehachse realisierbar.
Gerade ein relativer Drehgeber zur relativen Ermittlung eines Verstellweges in Umfangsrichtung kann mit einem Endschalter bzw. Endlagensensor in vorteilhafter Weise kombiniert werden. Dagegen kann auf eine Endlagenerfassung verzichtet werden, insofern ein Absolutwertgeber verwendet wird, der jedoch etwas aufwändiger ist.
Wie bereits erwähnt, kann die Löseeinheit mit dem
erfindungsgemäßen Elektromotor im Wesentlichen mit bislang bereits handelsüblichen Werkzeugspannern kombiniert werden bzw. zusammenarbeiten. Hierbei sind vielfach Tellerfedern zum Spannen des Werkzeugs in Betriebsposition vorhanden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen elektrischen Löseeinheit mit
Linearverstellung bzw. Linearhub des Spindelelements ist jedoch durchaus auch denkbar, dass die Löseeinheit zugleich zum Spannen bzw. Verspannen des Werkzeugs verwendet werden kann. Das bedeutet, dass die Löseeinheit gemäß der Erfindung mit dem Elektromotor, nicht nur eine Lösekraft bzw. einen Lösehub in Richtung Werkzeug längs der Drehachse generiert, sondern ggf. während dem Betrieb auch eine Spannkraft entgegen dieser Richtung, d.h. dass mittels einer Zugstange bzw. einem Zugelement ein Verspannen des Werkzeugs im Werkzeughalter oder dergleichen durch entsprechenden Hub bzw. Linearverstellung nach "hinten" bzw. weg von der Werkzeugseite der
Werkzeugmaschinenspindel generierbar ist. Hiermit würde sich der Aufwand für die Werkzeugspannung bzw. für eine
Werkzeugmaschinenspindel/Motorspindel weiter reduzieren. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine
Sensoreinheit zur Erfassung eines elektrischen Motorparameters vorgesehen. Beispielsweise ist eine Auswertung der
Leistung/Leistungsaufnahme und/oder des Betriebsstroms bzw. Betriebsspannung des elektrischen Antriebssystems vorgesehen. So kann in vorteilhafter Weise u.a. ein Leerlauf und/oder ein Lösebetrieb ermittelt und z.B. dahingehend ausgewertet werden, ob/dass die Löseeinheit das Spannsystem betätigt bzw. den Werkzeugspanner und/oder eine Zugstange oder dergleichen verstellt /löst und/oder ob/dass das Spannsystem bzw. der
Werkzeugspanner und/oder die Zugstange beeinträchtigt bzw.
nicht beeinträchtigt ist/sind. Vorzugsweise wird ein Ist-Soll- Vergleich vorgesehen, wobei z.B. ein geringer Leerlaufström bzw. Leerlaufleistung und/oder ein elektrischer Lösestrom bzw. eine Hub-/Löseleistung mit einer (gespeicherten) Soll-Leistung oder dergleichen verglichen wird, um ein ordnungsgemäßes
Arbeiten bzw. Einspannen des Werkzeuges und/oder die Stellung bzw. Funktion des Spannsystems und/oder der Zugstange zu erfassen/ermitteln.
Ausführungsbeispiel Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wir anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert .
Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 schematisch einen ersten Schnitt durch eine
Löseeinheit gemäß der Erfindung und
Figur 2 schematisch einen zweiten Schnitt durch die
Löseeinheit gemäß der Erfindung.
In den Figuren ist eine elektrische Löseeinheit 1 dargestellt, die einen Elektromotor 2 mit einem Stator 3 und einem Rotor 4 umfasst. Der Stator 3 mit elektromagnetischen Spulen 8 weist umfangseiteig/außen ein Statorgehäuse 5 auf, das mit einem Statorring 6 einen hohlzylinderförmigen bzw. ringförmigen Kühlkanal 7 für Kühlwasser bildet.
Der Rotor 4 umfasst eine Rotorwelle 9, an der umfangseitig Permanentmagnete 10 fixiert sind, insb. geklebt und
bandagiert. Gelagert ist die Rotorwelle 9 mit einem Kugellager 11 und einem Schrägrollenlager 12, wobei letzteres nicht nur Radialkräfte, sondern vor allem auch Axialkräfte aufnehmen kann .
Die Aufnahme von Axialkräften ist deshalb ganz besonders von Bedeutung, da „innerhalb" der hohlzylinderförmigen Rotorwelle 9 ein Linearantrieb 13 bzw. eine Umsetzungseinheit 13
angeordnet ist. Hiermit wird in vorteilhafter Weise die
Rotation des Rotors 4 bzw. der Rotorwelle 9 in eine
Linearverstellung bzw. Translation in axialer Richtung bzw. in Richtung der (konzentrischen) Drehachse 14 des Elektromotors 2 umgesetzt.
Der Linearantrieb 13 ist als Kugelgewindetrieb 13 ausgebildet, so dass dieser zahlreiche Kugeln 15 als Wälzkörper 15 umfasst. Diese sind einerseits zwischen der Rotorwelle 9, die zugleich die Spindelmutter 9 des Linearantriebs 13 bildet, und einem Spindelelement 16 angeordnet und andererseits zwischen zwei Gleitlagern 17, 18 zur Lagerung des Spindelelementes 16, die zusätzlich zu den Kugeln 15 eine radiale Abstützung/Führung des Spindelelementes 16 ausbilden können. Eine vorteilhafte Kugelrückführung zum axialen Rückführen der Kugeln im Betrieb ist nicht näher dargestellt und ist im Innern der Rotorwelle 9 als Kanal angeordnet/ausgebildet.
Bei drehendem/laufendem Elektromotor 2 bzw. rotierender
Rotorwelle 9 wird das Spindelelement 19 längs der Drehachse in Richtung eines Hubes H verstellt. Beispielsweise ist eine Gewindesteigung von ca. 5 mm vorgesehen und ein Hub H ist etwa 8 bis 20 mm lang und drückt mit ca. 45kN, so dass die elektrische Löseeinheit 1 eine bislang gebräuchliche hydraulische Löseeinheit ersetzen kann, wobei ein
Anschlussflansch 33 entsprechende Fixiermöglichkeiten bzw. Schraubenbohrungen aufweist, um am hinteren Ende einer nicht näher dargestellten Motorspindel bzw. einem Werkzeugspanner angeschraubt/fixiert werden zu können.
Zum Lösen eines derartigen Werkzeugspanners ist ein Anschlag
19 vorgesehen, der eine Zugstange betätigt bzw. löst. In den Figuren ist das Spindelelement 16 in der nicht-betätigenden
Stellung bzw. Ruhestellung dargestellt, d.h. das
Spindelelement 16 ist „eingefahren". In dieser eingefahrenen Ruhestellung kann ein Sensor 20 bzw. Endschalter 20 die
Ruheposition in vorteilhafter Weise detektieren bzw. erfassen. In der dargestellten Variante ist im hohlzylinderförmigen
Spindelelement 16 ein separates Element 22, z.B. Magnet für einen Hallsensor oder dergleichen, eingebracht, das der Sensor
20 in vorteilhafter Weise erfassen kann. Auch kann der Sensor 20 als Näherungssensor 20 ausgebildet werden, so dass eine Nut 21 bzw. Ausnehmung zusammen mit dem Spindelelement 16 die Ruheposition in vorteilhafter Weise für den Sensor 20
erfassbar macht. In Figur 1 ist zudem ein zweites, separates Element 23 schematisch dargestellt, womit die
Anschlagsposition bzw. ausgefahrene Endposition des
Spindelelementes erfassbar ist. Für die ausgefahrene
Endposition weist das Gleitlagerelement 18 in vorteilhafter Weise einen Anschlag zum Anschlagen an der Rotorwelle 9 auf.
Darüber hinaus ist ein (relativer) Drehgeber 24 vorgesehen, der die Winkelstellung der Rotorwelle 9 erfassen kann. Hierbei sind ein sog. Encoder 25 und ein Zahnkranz 26 vorgesehen, womit die Winkelposition erfassbar ist.
Weiterhin ist für den Linearantrieb 13 vorzugsweise zwei
Linearführungen 27 bzw. Drehmomentenstützen 27 vorgesehen. Diese stützt das Spindelelement 16 in Umfangsrichtung am
Stator 3 ab, wobei eine Rotation des Spindelelementes 16 wirkungsvoll verhindert wird. Hierdurch ergibt sich bei drehendem Elektromotor 2 bzw. rotierender Rotorwelle 9 eine Relativbewegung zwischen der Rotorwelle 9 bzw. Spindelmutter 9 und dem Spindelelement 16, so dass sich das Spindelelement 16 in vorteilhafter Weise in Richtung H verstellt und bei
Umkehrung der Rotationsrichtung des Elektromotors 2 bzw. der Rotorwelle 9 wieder zurückstellt (entgegen der Richtung H) . Damit kann eine Lösekraft in Richtung H als auch bei Bedarf eine Gegenkraft bzw. Spannkraft entgegen der Richtung H erzeugt werden. Die Antriebskräfte werden in vorteilhafter Weise über die Kugeln 15 und mit diesen korrespondierende
Gewindegänge 31, 32 der Rotorwelle 9 und des Spindelelementes 16 übertragen.
Die Axialkräfte werden in vorteilhafter Weise über den
Anschlag 19 bzw. das Spindelelement 16 und über die Kugeln 15 vor allem auf das Schrägrollenlager 12 geleitet.
Zur vorteilhaften Lagerung bzw. Führung weist die
Linearführungen 27 jeweils eine Fixierschraube 28 auf, an der ein Rollenlager 29 mit Außenring und Rollen als Wälzkörper gelagert ist. Hiermit wird die Reibung beim linearen Führen des Spindelelementes 16 an einer ebenen Führungsfläche 30 des Stators 3 reduziert bzw. minimiert. Das Spindelelement 16 ist hohlzylinderförmig ausgebildet, um im Innern, zentral ein Medium, insb. ein Kühlschmiermittel oder dergleichen, zu transportieren bzw. durchzuleiten.
Bezugszeichenliste
1 Löseeinheit
2 Elektromotor
3 Stator
4 Rotor
5 Gehäuse
6 Ring
7 Kühlkanal
8 Spule
9 Rotorwelle
10 Permanentmagnete
11 Lager
12 Lager
13 Linearantrieb
14 Drehachse
15 Kugeln
16 Spindelelement
17 Gleitlager
18 Gleitlager
19 Anschlag
20 Sensor
21 Nut
22 Element
23 Element
24 Drehgeber
25 Encoder
26 Zahnkranz
27 Linearführung 28 Schraube
29 Rollenlager
30 Ebene
31 Gewindegang
32 Gewindegang 33 Anschlussflansch

Claims

Ansprüche
1. Löseeinheit (1) für eine Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere Motorspindel, zum Lösen eines Werkzeugspanners, wobei die Löseeinheit (1) wenigstens ein längs eines
Verstellweges (H) linear verstellbares Verstellelement (16) zum Betätigen des Werkzeugspanners umfasst, dadurch
gekennzeichnet, dass die Löseeinheit (1) als ein
elektromagnetisches Antriebssystem (8, 10) umfassender
Elektromotor (2) mit einer um eine Drehachse (14) rotierenden, hohlzylinderförmigen Rotorwelle (9) ausgebildet ist, dass das linear verstellbare Verstellelement (16) als Spindelelement (16) einer ümsetzungseinheit (13) zum Umsetzen der Rotation des Elektromotors (2) in eine Linearverstellung (H)
ausgebildet ist und dass die Rotorwelle (9) als um die
Drehachse (14) rotierende Spindelmutter (9) der
Umsetzungseinheit (13) ausgebildet ist.
2. Löseeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (9) des Elektromotors (2) als ein wenigstens einen Permanentmagneten (10) des Antriebssystems umfassendes Magnetträgerelement (9) ausgebildet ist.
3. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (9) des Elektromotors (2) wenigstens einen Gewindegang (31) der Umsetzungseinheit (13) umfasst .
4. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wälzkörper (15) zwischen der
Spindelmutter (9) und dem Spindelelement (16) angeordnet sind.
5. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Rotorwelle (9) im
Wesentlichen das elektromagnetische Antriebssystem (8, 10) des Elektromotors (2) zwischen einem ersten Lager (11) und
wenigstens einem zweiten Lager (12) angeordnet ist.
6. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Lager (11, 12) als Schrägrollenlager (12) ausgebildet ist.
7. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des Spindelelementes (16) die Wälzkörper (15) zwischen einem ersten Gleitlager (17) und wenigstens einem zweiten Gleitlager (18) angeordnet sind.
8. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (9) wenigstens eine erste Gleitfläche des ersten Gleitlagers (17, 18) und/oder ein
Stator (3) des Elektromotors (2) wenigstens eine zweite
Gleitfläche des zweiten Gleitlagers (17, 18) umfasst.
9. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Lager (11, 12) der Rotorwelle (9) wenigstens als Axiallager (12) des
Spindelelementes (16) zur Aufnahme von in Richtung der
Drehachse (14) ausgerichteten Kräften ausgebildet ist.
10. Löseeinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stator (3) des Elektromotors (2) wenigstens eine Linearführungsvorrichtung (27) zum Führen des Spindelelementes (16) längs des Verstellweges (H) umfasst.
11. Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere Motorspindel, mit einer Löseeinheit (1) zum Lösen eines Werkzeuges von einer Haltevorrichtung zum Halten des Werkzeuges in einer
Bearbeitungsphase, dadurch gekennzeichnet, dass die
Löseeinheit (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche
ausgebildet ist.
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