JP2022539237A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

本発明は、モータスピンドルのクランプ要素に挿入するためのスピンドルインサートとしての工具ホルダに関し、工具ホルダは、ハウジングユニットと、ハウジングユニット内に配置され、駆動要素と、駆動要素に回転可能に取り付けられたシャフト要素とを備え、駆動要素に動作が結合され、工具を保持するための保持要素を有するスピンドルユニットと、ハウジングユニット上または内部に配置され、駆動要素にを供給するためのエネルギ貯蔵ユニットと、ハウジングユニット上または内部に配置され、駆動要素を制御するための制御ユニットと備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータスピンドルのクランプ要素に挿入するスピンドルインサートとしての工具ホルダ、クランプ要素を有するモータスピンドルと工具ホルダとを備えるシステム、工具ホルダの操作方法および工具ホルダの使用に関する。

ワークを加工するために、工作機械のスピンドルによって回転するように設定された工具が使用される。例えば、多軸マシニングセンタにおける加工工具のこの古典的な用途に加えて、様々な工具が工具タレットに保持された旋盤において加工を行うことも知られている。このような用途では、受動的な工具、すなわち非回転駆動工具と、能動的な回転駆動工具の両方が使用される。工具は、材料を除去することによりワークの形状を変化させるために使用され得る。しかし、工作機械のスピンドルの軸受は、加工中に大きな力を吸収しなければならない。その結果、速度の適性に限界がある。ワークの高速微細加工を高速で行うために、高い精度および表面品質が達成され、かつ、加工時間の短縮が可能な小型工具が使用される。工具に最適な速度を使用することにより、工具の寿命を延ばすことができる。しかし、小型の工具を駆動するための高速機械はコストが高く、限られた力しか吸収できない。したがって、必要に応じて高い速度を提供可能な工具が、工作機械のスピンドルに交換して使用されている。

国際公開第２０１５／０３６８４０Ａ２号公報には、アドオンパーツとして設計され、工作機械のスピンドルにシャフトによって取り付けられる流体駆動式高速スピンドルが開示されている。しかし、この高速スピンドルの速度は負荷に依存する。さらに、運用コストが比較的高い。

したがって、本発明の目的は、工具の回転速度の向上を簡易かつ安価に行うことができる改良された工具ホルダを提供することであると考えることができる。

本発明の主な特徴は、請求項１、請求項１２、請求項１３および請求項１５に記載されている。実施形態は、請求項２から請求項１１および請求項１４の対象である。

モータスピンドルのクランプ要素に挿入するためのスピンドルインサートとして、または旋盤の工具タレットおけるインサート要素としての工具ホルダにおいて、工具ホルダが、ハウジングユニットと、駆動要素と、回転可能に取り付けられ、駆動要素に動作に関して結合され、工具を保持する保持要素を有するシャフト要素とを備え、ハウジングユニット内に配置されるスピンドルユニットと、駆動要素にエネルギを供給するためにハウジングユニット上または内部に配置されたエネルギ貯蔵ユニットと、駆動要素を制御するためにハウジングユニット上または内部に配置された制御ユニットとを備え、駆動要素が、ハウジングユニットに接続されたステータと、シャフト要素に動作のために結合されたロータとを有する電動ドライブを有する工具ユニットが、本発明により提供される。

したがって、本発明は、工作機械のモータスピンドルのクランプ要素に挿入するスピンドルインサートとして、または旋盤の工具タレットのインサート要素として、電動ドライブによって工具を高速に加速することができる工具ホルダを提供する。電動ドライブは、工具ホルダのハウジングユニット内に配置され、エネルギ貯蔵ユニットによって電気エネルギが供給される。さらに、電動ドライブは、ハウジングユニットに接続されたステータと、ハウジングユニットに回転可能に取り付けられたシャフト要素に動作が結合されたロータとを有し、シャフト要素は、工具を保持するための保持要素を有する。したがって、ロータの回転は、シャフト要素の回転を引き起こし、これにより、シャフト要素の保持要素によって保持された工具の回転を引き起こす。電動ドライブは、ハウジングユニット上または内部に配置された制御ユニットによって制御され得る。工具ホルダのハウジングユニットは、工作機械のモータスピンドルまたは旋盤の工具タレットのクランプ要素に挿入できるように設計されている。そのため、工具ホルダは、工作機械のモータスピンドルまたは旋盤の工具タレットに簡単に接続することができる。さらに、工具ホルダはエネルギ貯蔵ユニットを備えているため、外部のエネルギ貯蔵装置および／または外部のエネルギ源との恒久的な電気接続を必要としない。したがって、工具ホルダ、加工工具または線盤は、例えば「プラグアンドプレイ」と表現することができるように、加工工具のモータスピンドルまたは旋盤の工具タレットに工具ホルダを挿入するだけで、調整を必要とせず、加工工具または旋盤を必要に応じて高速にすることができる。そのため、異なる工作機械／旋盤間において加工されるワークの交換回数を減らすことができる。さらに、電気駆動を採用によってコスト面でも有利になる。

工作機械における本発明の使用について、以下にたびたび説明されるが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、ここでいう「工作機械」という用語には、「旋盤」または「回転旋盤」という用語も含まれる。

好ましくは、工具ホルダのモータスピンドルとのインタフェースは、中空シャンクテーパインタフェース、シャンクテーパインタフェース、ＢＴインタフェース、またはＩＳＯ／ＣＡＰＴＯインタフェースとして設計されている。

有利には、ロータに動作が結合されたシャフト要素の最大速度は、１００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは１５０００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは２００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは２５０００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは３００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは５００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは１０００００ｒｐｍである。最高回転数は、例えば、２０００００ｒｐｍまたは無制限であってもよい。

このように、工具ホルダを高速機械として設計することができ、工作機械によって高速微細加工を行うことができる。

制御ユニットは、少なくとも１つの制御信号を受信するための少なくとも１つのスイッチング素子を有することができ、スイッチング素子は、少なくとも１つの制御信号によってロータ回転位置とロータ静止位置との間で移行可能であり、スイッチング素子は、ロータ回転位置において駆動要素をエネルギ貯蔵ユニットに電気的に接続し、ロータ静止位置において駆動要素をエネルギ貯蔵ユニットから電気的に切り離す。

一実施形態において、少なくとも１つの制御信号はロータ回転位置信号であってもよい。他の制御信号は、ロータ静止信号であってもよい。これにより、工具ホルダの取り扱いが容易になる。制御ユニットは、ロータ回転位置信号を受信すると、スイッチング素子をロータ回転位置に切り替え、ロータ静止位置信号を受信すると、スイッチング素子をロータ静止位置に切り替える。

他の実施形態において、スイッチング素子は外部から操作され、ロータ回転位置においてロータ回転位置信号を、ロータ静止位置においてロータ静止位置信号を発する。２つの信号は、制御ユニットによって受信され得る。

スイッチング素子によって、ユーザまたは外部の制御ユニットは、スイッチング素子をロータ回転位置に切り替えることによって、電動駆動装置のロータに回転を生じさせるように、エネルギ貯蔵ユニットに電動駆動装置を電気的に接続することによって、電動駆動装置にエネルギを供給することができる。さらに、ロータ静止位置にあるスイッチング素子によって、電動ドライブのロータを停止させるように、電動ドライブとエネルギ貯蔵ユニットとの間の電気的な接続が切断される。

この場合に、スイッチング素子は、流体によって作動する圧力スイッチ、機械的または誘導スイッチ、光信号受信素子、回転センサおよび／または無線非光学信号受信素子を備えていてもよい。

有利には、スイッチング素子は、流体負荷圧力スイッチであってもよく、ハウジングユニットは、流体によって工具を濡らすために保持素子に設けられた排出口に圧力スイッチを接続する、流体で満たされた流体配管を備える。

スピンドル駆動の工作機械および旋盤の両方において使用することができる、提案された回転センサによれば、モータスピンドル、または、工具タレット内または工具タレットの工具ホルダ内のドライブシャフトの回転動作が測定され、スイッチング信号として使用される。

このように、流体は２つの機能において使用される。第１に、圧力スイッチと電気スイッチとの間に流体接続を提供することである。第２に、冷却のために工具を濡らすことである。

さらに、ハウジングユニットは、モータスピンドルに突き当たる面部材を有していてもよく、位置スイッチは、この面部材に配置され、工具ホルダがモータスピンドルに挿入されていない外部位置において面部材から突出し、工具ホルダがモータスピンドルに挿入されると、動作準備完了位置に移動し、工具ホルダがモータスピンドルから外されると、動作準備完了位置から外部位置に自動的に移動する。

位置スイッチは、例えば、位置スイッチが動作準備完了位置に移動したときに、電動ドライブとエネルギ貯蔵ユニットとの間の電気的接続を実現するために使用することができる。この場合には、外部位置において、電気的接続は切断される。このようにして、位置スイッチは、ハウジングユニットがモータスピンドルに接続されるときに、モータスピンドルがハウジングユニットの面部材に正しく接触しているか否かの検出器として機能することができる。モータスピンドルが面部材に正しく接触していない場合には、電動ドライブとエネルギ貯蔵ユニットとの間の電気的接続が遮られるため、電動ドライブのスイッチを入れることはできない。代替的または追加的に、位置スイッチは、動作準備完了位置において動作準備完了位置信号を出力することができる。動作準備完了位置信号が出力され、制御ユニットによって認識されるのは、工具ホルダが動作準備可能な状態になったときである。そのため、工具ホルダの安全な動作のためには、位置スイッチの動作準備完了位置信号およびスイッチング素子のロータ回転位置信号の２つの信号（または閉じられたスイッチ）が必要である。

さらに、工具ホルダは、ハウジングユニットを密閉するためのシール要素を備えていてもよい。

この点について、工具ホルダは、複数の異なるシール要素を備えていてもよい。例えば、シール要素の１つは、シャフト要素とスピンドルユニットとの間の非接触ラビリンスシールであってもよい。代替的または追加的に、Ｏリングシールが他の場所に設けられてもよい。その他のシールがシール要素として除外されるものではない。

さらに、工具ホルダは、特に、エネルギ容量信号、速度信号、電力信号および／または他のプロセスパラメータを外部のプロセッサユニットと送受信するための双方向通信インタフェースを備えていてもよい。

双方向通信インタフェースにより、外部のプロセッサユニットは、工具ホルダの状態を検出し、工具ホルダまたは電動ドライブおよびそれとともに回転される工具の動作のための制御信号を送信することができる。

制御ユニットは、ロータの回転速度を手動で設定するために、ハウジングユニットの外側に配置されたアクチュエータ要素を備えていてもよい。

したがって、ユーザは、工具による加工速度に影響を与えるために、アクチュエータによってモータの速度を手動で調整してもよい。

さらに、制御ユニットは、流体配管接続部に配置された速度調整器を有していてもよく、速度調整器は、流体配管接続部によって伝送された流体圧力を速度に変換するように設計されている。

速度調節器は、流体配管接続部の圧力を測定する圧力センサとして設計されてもよい。制御ユニットは、測定された圧力に応じて異なる速度信号を電動ドライブに出力する。

あるいは、特に旋盤の適用例においては、工具ホルダが回転速度センサを有するか、または（例えば、工作機械または旋盤の）回転速度センサと機能的に接続され（この目的のために、対応する通信要素が工具ホルダに設けられ）、制御ユニットが回転速度調節器を備え、回転速度調節器が、回転速度センサによって伝送された回転速度を回転速度に変換するように設計されている。工具ホルダは、さらに、駆動要素の電力測定値を測定する測定ユニットと、電力測定値を評価する評価ユニットとを備えていてもよく、評価ユニットは、電力測定値が所定の閾値を下回る場合に、損傷信号を出力する。

測定ユニットおよび評価ユニットにより、工具ホルダまたは工具の状態を監視することができる。直流電圧を使用しているため、高精度な電力測定が可能である。そのため、例えば、動作中に工具の破損を検出することができる。

さらに、エネルギ貯蔵ユニットの充電状態の光学的および／または音響的な表示ユニットが設けられていてもよい。

本発明はさらに、モータスピンドルにおいて前述の説明による工具ホルダを動作させる方法であって、制御ユニットが位置スイッチからの動作準備完了位置信号と少なくとも１つのスイッチング素子からのロータ回転位置信号とを受け取ったときにのみ、電動ドライブに電力を供給する方法に関する。

方法の利点および効果ならびにさらなる実施形態は、上述した工具ホルダの利点および効果ならびにさらなる実施形態からもたらされる。したがって、この点については、先の記述を参照されたい。

本発明はさらに、クランプ要素を有するモータスピンドルと、先の説明による工具ホルダとを備えるシステムであって、工具ホルダのハウジングユニットがモータスピンドルのクランプ要素に接続されているシステムに関する。

システムの利点および効果ならびにさらなる実施形態は、上述した工具ホルダの利点および効果ならびにさらなる実施形態からもたらされる。したがって、この点については、先の記述を参照されたい。

有利なことに、システムは、工具ホルダのための受取位置を有する工具マガジンを備え、受取位置には、充電位置に載置された工具ホルダのエネルギ貯蔵ユニットを電気エネルギによって充電するための充電ユニットが設けられている。

これにより、システムは、充電位置に載置されている工具ホルダに電気エネルギを充電することができ、それによって、工具ホルダのエネルギ貯蔵ユニットのための外部の充電ユニットが不要である。

さらに、システムは、双方向通信インタフェースによって工具ホルダの制御ユニットと信号を交換するプロセッサユニットを備えていてもよく、プロセッサユニットは、特に工具ホルダの制御ユニットに作用する。

工具ホルダのロータが回転している間に、モータスピンドルのスピンドルロータは静止し、または、回転していてもよい。

安全上の理由から、モータスピンドルのスピンドルロータは静止しており、工具ホルダのロータのみを回転させることが好ましい場合がある。ただし、工具ホルダのロータを回転させながら、モータスピンドルのスピンドルロータも回転させることが排除されるべきではない。これにより、工具ホルダに保持された工具の回転速度をさらに向上させることができる。

プロセッサユニットは、工具ホルダのロータの回転およびモータスピンドルのスピンドルロータの回転を調節および制御することができる。

つまり、プロセッサユニットは、工具ホルダの電動ドライブおよび工具ホルダが挿入される工作機械の両方を調節および制御することができる。したがって、工作機械または工具ホルダのための追加のプロセッサはもはや必要ではない。

また、本発明は、モータスピンドルにおける先の説明による工具ホルダの使用に関し、ハウジングユニットを有する工具ホルダは、モータスピンドルのクランプ要素に挿入され、クランプ要素によってモータスピンドルにクランプされ、本発明によれば、駆動要素の電動ドライブによってシャフト要素が回転させられる。

さらに、本発明は、旋盤の工具タレットにおける先に述べたような工具ホルダの使用も含み、ハウジングユニットを有する工具ホルダが工具タレットのクランプ要素に挿入され、クランプ要素によって工具タレットにクランプされ、シャフト要素が駆動要素の電動ドライブによって回転させられる。

システムの利点および効果並びにさらなる実施形態は、上述した工具ホルダの利点および効果並びにさらなる実施形態からもたらされる。したがって、この点については、先の記述を参照されたい。

さらに、シャフト要素は、駆動要素によって、少なくとも１００００ｒｐｍの速度で回転させられ得る。

有利には、ロータに結合されたシャフト要素の最大回転速度は、１００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは１５０００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは２００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは２５０００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは３００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは５００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは１０００００ｒｐｍである。最大回転数は、さらに、例えば、２０００００ｒｐｍまたは無制限であってもよい。

本発明の更なる特徴、詳細および利点は、特許請求の範囲の文言および図面に基づく以下の実施形態の説明から明らかになるであろう。
本発明に係る工具ホルダの概略縦断面図である。 図１の拡大断面図である。 本発明に係る工具ホルダの制御システムの回路図である。

図中、同一または対応する要素には、それぞれ同一の参照符号を付しているので、適切である場合には再度の説明は省略する。本明細書全体に含まれる開示内容は、同一の参照符号または同一の部品名称を有する同一部品に必要な変更を加えて適用することができる。また、説明の中で選択された上、下、横などの位置表示も、直接説明され描かれた図を参照し、位置が変更された場合には、新しい位置に必要な変更を加えて移される。さらに、図示および説明した異なる実施形態からの個々の特徴または特徴の組み合わせは、独立した発明的な解決策または本発明に係る解決策を表すこともできる。

以下、図１に示すように、工具ホルダを参照符号１０で全体的に参照する。

工具ホルダ１０は、工作機械のモータスピンドル５２のクランプ要素に挿入するためのスピンドルインサートとして設計されている。工具ホルダ１０は、モータスピンドル５２に挿入可能なハウジングユニット１２を有する。この点について、ハウジングユニット１２の端部は、モータスピンドル５２の端部と適合するように形成されてもよい。工具ホルダ１０は、クランプ要素を有するモータスピンドル５２をさらに含むシステム５０の一部であってもよい。工具ホルダ１０のハウジングユニット１２は、モータスピンドル５２のクランプ要素に接続されてもよい。工具ホルダ１０のモータスピンドル５２へのインタフェースは、例えば、中空シャンクテーパインタフェース、シャンクテーパインタフェース、ＢＴインタフェース、またはＩＳＯ／ＣＡＰＴＯインタフェースであってもよい。

スピンドルユニット１４は、ハウジングユニット１２内に配置されている。スピンドルユニット１４は、回転可能に取り付けられたシャフト要素１８と、電動ドライブの形態の駆動要素１６とを有する。

回転可能に取り付けられたシャフト要素１８は、駆動要素１６に動作が結合され、工具を保持するための保持要素２０を備えている。この点について、駆動要素１６は、駆動要素１６のステータ２６に装着されるロータ２８を有する。これにより、ステータ２６は、ハウジングユニット１２内において回転できないようにハウジングユニット１２に接続されている。ロータ２８は、シャフト要素に動作が結合され、ステータ２６に対して回転可能に取り付けられている。ロータ２８の回転は、それによって、シャフト要素１８の回転を生じさせる。

ロータ２８の最大回転速度は、例えば、１００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは１５０００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは２００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは２５０００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは３００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは５００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは１０００００ｒｐｍよりも大きくてもよい。最大回転数は、さらに、例えば、２０００００ｒｐｍまたは無制限であってもよい。

さらに、駆動要素１６に電気エネルギを供給するためのエネルギ貯蔵ユニット２２がハウジングユニット１２内に配置されている。エネルギ貯蔵ユニット２２は、例えば、外部電圧源によって充電可能な蓄電器であってもよい。

制御ユニット２４は、例えば、駆動要素１６の周波数変換器であってもよい。制御ユニット２４は、少なくとも１つの制御信号を受信および／または送信するための少なくとも１つのスイッチング素子３を備えている。これにより、スイッチング素子３４は、エネルギ貯蔵ユニット２２と駆動要素１６との間に電気的に配置される。

スイッチング素子３４は、さらに、ロータ回転位置とロータ静止位置とを有し、これらの間でスイッチング素子３４を移動させることができる。ロータ回転位置において、スイッチング素子３４は、エネルギ貯蔵ユニット２２を駆動要素１６に電気的に接続する。ロータ静止位置において、スイッチング素子３４は、エネルギ貯蔵ユニット２２と駆動要素１６との間の電気的接続を切断する。

第１実施形態において、スイッチング素子３４は、ロータ回転位置信号を受信すると、ロータ静止位置からロータ回転位置へ遷移するように構成されている。さらに、スイッチング素子３４は、それによって、ロータ静止位置信号を受信すると、ロータ回動位置からロータ静止位置へ遷移するように構成されている。ロータ静止位置信号およびロータ転回位置信号は、制御ユニット２４によりスイッチング素子３４に送信されてもよい。

他の実施形態において、スイッチング素子３４は、ロータ静止位置にあるときに、ロータ静止位置信号を送信する。さらに、スイッチング素子３４は、ロータ転回位置にあるときに、ロータ転回位置信号を送信する。制御ユニット２４は、両方の信号を受信することができる。ロータ回転位置信号を受信する際に、制御ユニット２４は、駆動要素１６に電力を供給してもよい。

一例では、スイッチング素子３４は、流体が適用される圧力スイッチであってもよい。流体は、ロータ静止位置とロータ回転位置との間においてスイッチング素子３４を遷移させるための流体接続として、機械的な動きをスイッチング素子３４に伝達する。

本実施形態において、ハウジングユニット１２は、圧力スイッチを保持要素２０に配置された排出口４８に接続し、保持要素２０に保持された工具を流体で濡らす流体が充填された流体配管３８を備えていてもよい。したがって、この流体は、例えば、動作中に工具の刃先を冷却することができる。このように、流体には２つの機能がある。

他の例示的な実施形態において、スイッチング素子３４は、機械的スイッチ、光信号受信素子および／または無線非光信号受信素子を備えていてもよい。

ハウジングユニット１２には、ハウジングユニット１２がモータスピンドル５２に挿入されたときに、ハウジングユニット１２とモータスピンドル５２との間に配置される面部材４２がさらに配置されている。したがって、モータスピンドル５２は、面部材４２に突き当たる。面部材４２は、外部位置において面部材４２から突出し、装着位置または動作準備完了位置において面部材４２内に少なくとも部分的に配置される位置スイッチ３２を有する。これにより、位置スイッチ３２は、工具ホルダ１０がモータスピンドル５２に挿入されていないときには、外部位置にある。位置スイッチ３２は、工具ホルダ１０が好ましくはモータスピンドル５２に正しく挿入されているときに、動作準備完了位置にある。これにより、位置スイッチ３２は、工具ホルダ１０がモータスピンドル５２から取り外されると、装着位置から外部位置へと自動的に遷移する。自動遷移は、例えば、位置スイッチ３２を外部位置に駆動する図示しないバネ要素によって実現することができる。動作準備完了位置においては、バネ要素（図示せず）は緊張状態になっている。

ハウジングユニット１２の外側には、ロータ２８の回転速度を設定することができる操作要素３６が配置されている。したがって、操作要素３６は、制御ユニット２４の一部であり、ロータ２８の速度制御を行うものである。第１実施形態において、操作要素３６は、ポテンショメータであってもよい。

代替的にまたは追加的に、更なる実施形態において、操作要素３６は、ユーザのための圧力面であってもよい。この点に関して、制御ユニット２４は、流体配管ポート３５に配置された速度調整器３７を備えていてもよく、流体配管ポート３５は、操作要素３６に結合されていてもよい。流体配管ポート３５における圧力を変更するために、操作要素３６が用いられてもよい。速度調節器３７は、流体配管接続部３５の圧力を測定し、圧力信号として速度信号に変換し、制御ユニット２４に送信する圧力センサとして構成されている。

外部のプロセッサユニットによって工具ホルダ１０を制御および／または監視できるようにするために、工具ホルダ１０は、双方向通信点５４を有する。双方向通信点５４は、信号の送受信を行うためのものである。信号は、例えば、エネルギ容量、速度、電力および／または他のプロセスパラメータに関する情報を含むことができる。信号は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続によってプログラムに出力されてもよい。

システム５０は、双方向通信インタフェース５４によって工具ホルダ１０の制御ユニット２４と信号をやり取りする外部プロセッサユニットを備えていてもよい。特に、外部プロセッサユニットは、工具ホルダ１０の制御ユニット２４に作用する。

外部プロセッサユニットは、工具ホルダ１０のロータ２８の回転およびモータスピンドル５２のスピンドルロータの回転を調節および制御し、それにより、モータスピンドル５２のスピンドルロータは、工具ホルダ１０のロータ２８の回転中に静止または回転することができる。

工具ホルダ１０は、駆動要素１６の電力測定値を測定するための測定ユニットをさらに備えていてもよい。さらに、工具ホルダ１０は、測定された電力値を受信および評価する評価ユニットを有していてもよい。評価ユニットは、測定された電力値を所定の閾値と比較する。測定された電力値が所定の閾値を下回った場合には、評価ユニットが損傷信号を出力する。駆動要素の電動ドライブはエネルギ貯蔵ユニットからの直流電圧によって作動させられるため、電力測定値は非常に正確に測定することができる。損傷した場合、例えば、工具が破損した場合には、駆動要素１６は、工具が損傷していない通常動作時よりも少ない電力を消費する。したがって、損傷が発生すると、消費電力が所定の閾値よりも低下するので、測定された電力値に基づいて、評価ユニットにより損傷を検出することができる。

工具ホルダ１０は、エネルギ貯蔵ユニット２２の充電状態を表示することができる視覚的および／または音響的な表示装置をさらに備える。これにより、工具ホルダ１０の交換やエネルギ貯蔵ユニット２２の充電にタイムリーに取り組むことができる。

システム５０は、工具ホルダ１０の受取位置を有する工具マガジンをさらに備え、受取位置は、充電位置に載置された工具ホルダ１０のエネルギ蓄積ユニット２２を電気エネルギによって充電するための充電ユニットを備えている。

工具ホルダ１０は、ハウジングユニット１２を密閉するためのシール要素４４をさらに備えてもよい。シール要素４４は、シャフト要素１８とハウジングユニット１２との間に配置されてもよいし、非接触型ラビリンスシールとして構成されてもよい。

図２に、工具ホルダ１０のラビリンスシール周辺の領域を拡大して示す。この場合には、ラビリンスシールは、接触することなく互いにアンダーカットする少なくとも２つの環状の半体を備え、一方の半体はシャフト要素１８に、他方の半体はハウジングユニット１２に接続されている。シャフト要素１８に配置された環状の半体は、ハウジングユニット１２に配置された半体のアンダーカットに対して自由に回転することができる。

本実施形態においては、ハウジングユニット１２上のシール要素４４の近傍に排出口４８が配置されている。工具を冷却するために、流体が、排出口４８を通して、流体配管３８から保持部材２０に保持された工具に導かれる。

図３は、工具ホルダ１０の電気配線を示す回路図である。中心的な要素は、位置スイッチ３２を有する制御ユニット２４である。位置スイッチ３２は、エネルギ貯蔵ユニット２２と制御ユニット２４との間に配置されている。さらに、制御ユニット２４は、スイッチング素子３４と駆動要素１６とに接続されている。位置スイッチ３２が開いているときには、制御ユニット２４はエネルギ貯蔵ユニット２２から切り離される。これにより、エネルギ貯蔵ユニット２２から駆動要素１６に電気エネルギが伝送されない。位置スイッチ３２は、工具ホルダ１０がモータスピンドル５２に正しく配置されたときに閉じる。そして、制御ユニと２４は、スイッチング素子３４が作動すると、駆動要素１６に電気エネルギを伝送する。

他の実施形態において、位置スイッチ３２、スイッチング素子３４および駆動要素３６は、エネルギ貯蔵ユニット２２と駆動要素１６との間に直列に接続されていてもよい。したがって、この実施形態においては、制御ユニット２４は、位置スイッチ３２と、スイッチング素子３４と、駆動要素３６とによって形成されている。

モータスピンドル５２における工具ホルダ１０の動作方法は、制御ユニット２４が位置スイッチ３２から動作準備完了位置信号を、少なくとも１つのスイッチング素子３４からロータ回転位置信号を受信したときにのみ、駆動要素１６の電動ドライブに電力を供給するステップを含む。

さらに、速度信号を制御ユニット２４に送信する別のステップを含んでいてもよい。したがって、制御ユニット２４は、電動アクチュエータのロータを適切な速度で回転させるために、速度信号に従って電動アクチュエータを制御する。このステップが設けられると、スイッチング素子３４は、駆動要素３６からの速度信号を受信するように制御ユニット２４を切り替えさせる。

工具ホルダ１０を使用するために、工具ホルダ１０は、モータスピンドル５２に配置される。この点で、ハウジングユニット１２は、モータスピンドル５２のクランプ要素に挿入される。クランプ要素は、ハウジングユニット１２がモータスピンドル５２にしっかりと接続されるように、モータスピンドル５２にクランプされる。そして、駆動要素１６の電動ドライブによりシャフト要素１８が回転させられる。

それにより、シャフト要素１８は、駆動要素１６によって、少なくとも１００００ｒｐｍの速度で回転させられる。好ましくは、最高回転数は、１５０００ｒｐｍよりも大きく、好ましくは２００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは２５０００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは３００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは５００００ｒｐｍよりも大きく、さらに好ましくは１０００００ｒｐｍよりも大きい。最大回転数は、さらに、例えば、２０００００ｒｐｍまたは無制限であってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

特許請求の範囲、明細書および図面から生じる、構造上の詳細、空間配置および処理ステップを含むすべての特徴および利点は、個別に、および多種多様な組み合わせで、本発明に不可欠のものとなり得る。

Claims (15)

1. モータスピンドル（５２）のクランプ要素に挿入するためのスピンドルインサートとして、または旋盤の工具タレットの挿入要素としての工具ホルダであって、
   ハウジングユニット（１２）と、
   駆動要素（１６）と、該駆動要素（１６）に、回転可能に取り付けられかつ動作が結合され、工具を保持するための保持要素（２０）を有するシャフト要素（１８）とを備え、前記ハウジングユニット（１２）内に配置されるスピンドルユニット（１４）と、
   前記駆動要素（１６）にエネルギを供給するために前記ハウジングユニット（１２）上または内部に配置されたエネルギ貯蔵ユニット（２２）と、
   前記駆動要素（１６）を制御するために前記ハウジングユニット（１２）上または内部に配置された制御ユニット（２４）とを備え、
   前記駆動要素（１６）が、前記ハウジングユニット（１２）に接続されたステータ（２６）と前記シャフト要素（１８）に動作が結合されたロータ（２８）とを有する電動ドライブを備える工具ホルダ。
2. 前記ロータ（２８）に結合された前記シャフト要素（１８）の最大回転速度が、１００００ｒｐｍよりも大きい請求項１記載の工具ホルダ。
3. 前記制御ユニット（２４）が、少なくとも１つの制御信号を受信するための少なくとも１つのスイッチング素子（３４）を備え、該スイッチング素子（３４）が、前記少なくとも１つの制御信号によってロータ回転位置とロータ静止位置との間で遷移可能であり、前記スイッチング素子（３４）が、前記ロータ回転位置において前記駆動要素（１６）を前記エネルギ貯蔵ユニット（２２）に電気的に接続し、前記ロータ静止位置において前記駆動要素（１６）を前記エネルギ貯蔵ユニット（２２）から電気的に切り離す請求項１または請求項２に記載の工具ホルダ。
4. 前記スイッチング素子（３４）が、流体によって機能する圧力スイッチ、機械的または誘導スイッチ、光学信号受信素子、回転センサおよび／または無線非光学信号受信素子を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の工具ホルダ。
5. 前記スイッチング素子（３４）が、流体によって機能する圧力スイッチであり、前記ハウジングユニット（１２）が、流体で満たされ、前記圧力スイッチを、流体によって工具を濡らすために保持要素（２０）に配置された排出口（４８）に接続する流体配管（３８）を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の工具ホルダ。
6. 前記ハウジングユニット（１２）が、前記モータスピンドル（５２）に突き当たる面要素（４２）を備え、位置スイッチ（３２）が、前記面要素（４２）上に配置され、前記位置スイッチ（３２）は、前記工具ホルダ（１０）が前記モータスピンドル（５２）に挿入されていない外部位置において前記面要素（４２）から突出し、前記工具ホルダ（１０）が前記モータスピンドル（５２）に挿入されたときに、動作準備完了位置に変化し、前記工具ホルダ（１０）が、前記モータスピンドル（５２）から取り外されたときには、前記動作準備完了位置から前記外部位置に自動的に変化する請求項１から請求項５のいずれかに記載の工具ホルダ。
7. 前記工具ホルダが、前記ハウジングユニット（１２）を密封するためのシール要素（４４）を備え、かつ／または、前記工具ホルダが、特に、エネルギ容量信号、速度信号、電力信号および／または他のプロセスパラメータを外部プロセッサユニットに送受信するための双方向通信インタフェース（５４）を備え、かつ／または、前記制御ユニット（２４）が、ロータ（２８）の速度を手動設定するために前記ハウジングユニット（１２）の外側に配置された操作要素（３６）を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の工具ホルダ。
8. 前記制御ユニット（２４）が、流体配管接続部（３５）に配置された速度調整器（３７）を備え、該速度調整器（３７）が、前記流体配管接続部（３５）によって伝送された流体圧力を速度に変換するように設計されている請求項１から請求項７のいずれかに記載の工具ホルダ。
9. 前記工具ホルダが、回転速度センサを有するか、または該回転速度センサに作動的に接続され、前記制御ユニット（２４）が、回転速度調整器（３７）を有し、該回転速度調整器（３７）が、前記回転速度センサによって伝送された回転速度を回転速度に変換するように設計されている請求項１から請求項８のいずれかに記載の工具ホルダ。
10. 前記工具ホルダ（１０）が、前記駆動要素（１６）の電力測定値を測定する測定ユニットと、前記電力測定値を評価する評価ユニットとをさらに備え、前記評価ユニットは、前記電力測定値が所定の閾値よりも低下した場合に、損傷信号を出力する請求項１から請求項９のいずれかに記載の工具ホルダ。
11. 前記エネルギ貯蔵ユニット（２２）の充電状態のための光学的および／または音響的な表示ユニットが設けられている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の工具ホルダ。
12. 前記モータスピンドル（５２）において、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の工具ホルダ（１０）を作動させる方法であって、前記制御ユニット（２４）が前記位置スイッチからの動作準備完了位置信号と、少なくとも１つの前記スイッチング素子からのロータ回転位置信号とを受け取ったときにのみ、前記電動ドライブに電力が供給される方法。
13. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の工具ホルダ（１０）と、前記クランプ要素を有する前記モータスピンドル（５２）とを含むシステムであって、前記工具ホルダ（１０）の前記ハウジングユニット（１２）が前記モータスピンドル（５２）の前記クランプ要素に接続されているシステム。
14. 前記工具ホルダ（１０）のための受取位置を有する工具マガジンを備え、前記受取位置に、充電位置に載った前記工具ホルダ（１０）の前記エネルギ貯蔵ユニット（２２）を電気エネルギによって充電するための充電ユニットを備え、かつ／または、双方向通信インタフェース（５４）によって前記工具ホルダ（１０）の前記制御ユニット（２４）と信号を交換するプロセッサユニットを備え、該プロセッサユニットが、特に、前記工具ホルダ（１０）の前記制御ユニット（２４）に作用し、かつ／または、前記工具ホルダ（１０）の前記ロータ（２８）の回転中に、前記モータスピンドル（５２）のスピンドルロータが静止または回転し、かつ／または、前記プロセッサユニットが、前記工具ホルダの前記ロータ（２８）の回転および前記モータスピンドル（５２）の前記スピンドルロータの回転を調節および制御する請求項１３に記載のシステム。
15. 前記モータスピンドル（５２）における請求項１から請求項１１のいずれかに記載の工具ホルダの使用であって、前記ハウジングユニット（１２）を有する前記工具ホルダ（１０）が前記モータスピンドル（５２）の前記クランプ要素に挿入され、該クランプ要素によって前記モータスピンドル（５２）に、または、前記旋盤の前記工具タレットにクランプされ、前記工具ホルダ（１０）が、前記工具タレットの前記クランプ要素内に前記ハウジングユニット（１２）と共に挿入され、前記クランプ要素によって前記工具タレットにクランプされ、前記シャフト要素（１８）が、前記駆動要素（１６）の前記電動ドライブによって回転させられる工具ホルダの使用。
    

Images