KR20220061979A - 다수의 터빈을 갖는 구동 공구 홀더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 상이한 자유 제트 터빈을 구비함으로써 그것이 기계 가공 태스크에 따라 상이한 작업 회전 속도로 그리고 상이한 동작 포인트에서 동작될 수 있는 공구 홀더에 관한 것이다.

Description

다수의 터빈을 갖는 구동 공구 홀더

본 발명은 구동 공구 홀더에 관한 것이며, 그 스핀들은 자유 제트 터빈에 의해 가동된다. 자유 제트 터빈은 액체 또는 기체 유체(예를 들어, 냉각 윤활제 또는 공기) 또는 2상(two-phase) 혼합물에 의해 구동될 수 있다.

DE 10 2009 012 805 A1, EP 3 043 957 B1, EP 2 623 258 B1 및 DE 10 2016 212 896 B4는 공구 홀더의 스핀들을 구동시키기 위한 자유 제트 터빈의 사용을 설명한다.

DE 100 41 854 A1은 스핀들 헤드를 설명하며, 그 스핀들은 압축 공기로 구동된다. 비례 밸브(proportional valve)는 스핀들의 회전 속도를 조절하기 위해 설치된다. 초과 압력의 일부는 필요한 경우 스핀들의 회전 속도를 감소시키기 위해 비례 밸브에서 분해된다.

비례 밸브는 수 개의 이산 스위치 위치를 허용할 뿐만 아니라, 밸브 개방 또는 스위치 위치의 일정한 이동을 허용하는 (정적) 밸브이다. 플로우 밸브(Flow valve)는 유체의 체적 흐름[cm³/s]에 영향을 미친다. 입력 및 출력을 갖는 비례 밸브는 또한 플로우 밸브로서 지칭된다. 또한, 2개보다 많은 작업 포트를 갖는 비례 밸브가 있다.

JP 2006 102 835 A는 2개의 로터(rotor)를 포함하는 스핀들 유닛을 설명한다. 로터는 공유 압축 공기 공급장치(supply)에 연결된다. 유사한 설계는 US 3 055 12에서 설명되며, 이는 압축 공기에 의해 또한 구동되는 치과용 드릴을 설명한다.

US 3 305 214는 압축 공기에 의해 또한 구동되는 차동 터빈(differential turbine)을 설명하고, 이는 샤프트 상에서 역방향으로 회전하는 2개의 터빈 휠을 포함한다. 마찰 체결된 기계적 연결을 통해 터빈 샤프트로 터빈 휠에 의해 전달되는 토크는 두 터빈 휠의 회전 속도 사이의 차이에 의존한다.

공구 드라이브의 스핀들은 공구를 위한 공구 흡입구(intake)를 갖는다. 로우(Low) 공구 직경은 경제적이고 고품질의 처리를 용이하게 하기 위해 매우 높은 회전 속도를 필요로 한다.

자유 제트 터빈은 회전 로터 및 하나 이상의 고정 노즐을 포함한다. 유체는 고속으로 노즐(들)에서 방출된다. 유체는 로터와 접촉하여, 로터 및 스핀들이 회전하게 한다.

유체의 압력 에너지는 노즐(들)에서 운동 에너지로 전환된다. 노즐 전후의 유체의 압력차는 유체 제트의 최대 달성가능한 속도를 결정한다. 노즐에 의해 방출되는 유체 제트의 단면 및 유체의 속도의 곱은 유체의 가용 출력을 결정한다. 터빈의 회전 속도 및 토크는 로터의 직경에 의존한다.

발전에 사용되는 자유 제트 터빈(일반적으로 펠튼 터빈)은 순 주파수(net frequency)에 의해 특정되는 일정한 회전 속도로 작동한다. 노즐에 의해 방출되는 물의 속도는 또한 일정한 압력 헤드로 인해 일정하고, 흐름 속도는 물 공급에 의해 정의된다.

공구를 구동시키기 위한 소규모 터빈의 요건은 이것과 상당히 다르다. 사용되는 공구의 다양한 재료(예를 들어, 스틸 또는 알루미늄) 또는 직경(예를 들어, 1 mm 또는 3 mm 직경을 갖는 밀링 커터 또는 드릴)은 효과적인 처리를 용이하게 하기 위해 회전 속도 및 가용 토크의 조정을 필요로 한다.

사용 가능한 솔루션으로, 터빈의 출력 및 회전 속도는, 불변의 노즐 단면으로 인해, 노즐에서의 압력차, 및 따라서 유체의 제트 속도를 통해서만 조정될 수 있다.

그러한 유체-구동 공구 홀더가 작업 유체로서 냉각 윤활제를 공급받는 경우, 공구 머신 상에 존재하는 냉각 윤활제 펌프는 "오용(misappropriated)"된다. 상이한 목적(냉각 윤활제를 공구 시스(sheath)에 이송함)을 위해 의도되는 이러한 펌프는 종종 이송 압력 및 체적 흐름의 임의의 조정을 허용하지 않는다. 머신 펌프의 특성 곡선에 따라, 압력은 더 큰 체적 흐름의 경우에서 강하하고 설정 범위를 더 제한할 수 있다.

이것에 대응하기 위해, 그러한 공구 홀더의 제조업자는 광범위한 상이한 공구 홀더를 제공하며, 그 터빈은 터빈 직경, 터빈 설계, 및 노즐 배열에 따라 특정 회전 속도 범위 및 토크 범위에 대해 최적화되었다. 구동 공구 홀더의 상대적으로 좁은 작업 범위가 특정 작업 피스(work piece)의 처리에 적합하지 않은 경우, 사용자는 추가적인 공구 홀더를 획득해야만 하며, 그 터빈은 각각의 태스크(task)에 대해 적합한 작업 범위를 갖는다. 투자 비용은 공구 홀더의 수에 따라 다소 증가한다. 더욱이, 처리 동안 공구 홀더의 작업 범위의 최적화 또는 변경은 전체 공구 홀더가 스핀들의 회전 속도 또는 토크를 변경하기 위해 공구와 함께 항상 교체되어야만 함에 따라 불가능하다.

본 발명은 현재 기술 상태의 단점을 극복하는 공구 홀더를 제공하는 것을 목표로 한다. 특히, 다양한 재료 및 공구에 유연하게 적응될 수 있고, 넓은 작업 범위를 갖는 공구 홀더가 제공된다.

이것은 공구 흡입구를 갖는 스핀들 및 자유 제트 터빈을 포함하는 구동 공구 홀더로 달성되며, 그것에 의해 자유 제트 터빈은 스핀들 상에 로터를 포함하며, 자유 제트 터빈이 2개 이상의 노즐 배열체(nozzle arrangement) 및 적어도 하나의 방향 밸브(directional valve)를 포함함에 따라, 각각의 노즐 배열체는 유체 공급 라인을 할당받고, 라인은 방향 밸브로 개방 및/또는 폐쇄된다.

본 발명에 의해 설명되는 노즐 배열체는 하나 이상의 노즐을 포함한다. 본 발명의 방향 밸브(들)를 동작시킴으로써, 공구 홀더의 노즐 배열체는 가압된 작업 유체를 개별적으로 또는 공동으로 공급받을 수 있다. 이것은 자유 제트 터빈의 작업 범위를 상당히 증가시킨다. 예를 들어, 본 발명의 자유 제트 터빈의 토크는 두 노즐 배열체가 로터를 일치하게 대면하고 있는 경우 동일한 설계의 제2 노즐 배열체를 활성화시킴으로써 두 배가 될 수 있다. 노즐 배열체의 상이한 설계는, 예를 들어, 노즐의 수를 변화시키고/시키거나 및/또는 노즐의 출력 표면을 변경시킴으로써, 등가 유압 한계 조건 하의 다른 범위에서 자유 제트 터빈의 출력을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

기술 상태와 대조적으로, 본 발명은 방향 밸브와 함께 작동하며, 이는 가압 유체로 하나 이상의 노즐 배열체의 공급을 제어하기 위해 사용된다. 언어적 단순성의 이유로, 때때로 단지 "밸브"는 본 발명을 논의할 때 지칭되며; 이는 항상 "방향 밸브"를 지칭한다. 이에 따라, 하나 이상의 로터에 충돌하는 유체의 체적 흐름은 조절되거나 변경될 수 있다. 공구 홀더의 스핀들의 회전 속도 및 토크는 최소 손실을 갖는 에너지-효율적인 방식으로 조절된다. 본 발명에 의해 설명되는 회전 속도 및 토크의 조절은 충분히 정밀하고 단지 작은 설치 공간을 필요로 한다.

예를 들어, 제2 라인에 의해 제공되는 유압식 출력이 초기 라인에 의해 제공되는 것보다 두 배인 경우, 출력은 제1 라인과 제2 라인 사이의 스위칭(switching), 또는 유체 상에 동일한 압력으로 매우 넓은 범위에서 두 라인의 동시 공급에 의해 3개의 단계로 상당히 변경될 수 있다:

● 두 터빈의 동시 공급을 갖는 전체 출력.

● 제2 터빈만을 공급하는 것에 의한 전체 출력의 2/3.

● 제1 터빈만을 공급하는 것에 의한 전체 출력의 1/3.

스핀들 또는 공구 흡입구에 적용될 수 있는 토크는 라인의 활성화 또는 비활성화(폐쇄 또는 개방)에 의해 제어된다. 그들에 부착되는 라인 또는 노즐 배열체는 스핀들의 로터 또는 다양한 로터를 향하여 지향될 수 있다.

유압의 변화는 작업 범위를 심지어 더 확장시킬 수 있다.

이것은 하나 및 동일한 공구 홀더가 광범위한 처리 타입에 대해 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 요구된 토크는 방향 밸브를 활성화시킴으로써 용이하게 제어될 수 있다.

본 발명이 최적으로 설계될 때, 적어도 2개의 라인 또는 노즐 배열체로부터의 유체는 스핀들을 대향하는 회전 방향으로 구동시킨다. 방향 밸브는 회전 방향을 반전시키기 위해 단지 한 번만 활성화될 필요가 있다. 회전 방향의 반전은, 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더가 사용되고 있는 경우, 단지 하나의 로터로 실현될 수 있다. 이것은 특히 가격이 알맞고 거의 추가적인 설치 공간을 요구하지 않고, 공구 홀더는 따라서 매우 콤팩트하다. 그러나, 그것은 또한 각각의 회전 방향 및 회전 속도를 위해 하나 이상의 로터를 설치하는 것이 가능하다.

본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 작업 범위는 자유 제트 터빈이 스핀들 상에 2개 이상의 로터를 포함하고, 각각의 로터가 적어도 하나의 라인을 할당받는 경우 더 넓어질 수 있다. 다양한 로터 직경은 자유 제트 터빈의 회전 속도 및 토크가 처리되는 재료, 처리(스크러빙/평활화), 재료의 직경에 대해 최적으로 조정되는 것을 허용한다.

많은 경우에서, 그것은 그 각각의 라인을 갖는 2개 이상의 로터가 공구 홀더에 통합되는 경우 유리하다. 이것은 다수의 자유 제트 터빈이 이용가능하며, 그 각각이 하나의 작업 범위에 대해 최적화된다는 것을 의미한다. 이러한 최적화가 수행될 수 있는 하나의 방법은 서로 최적으로 조절되는 노즐의 수 및 레이아웃 또는 치수 뿐만 아니라, (로터 직경 및 로터의 스쿠프(scoop)의 폭을 포함하는) 터빈의 주요 측정 및 로터의 설계를 위한 것이다. 터빈은 개별적으로 또는 함께 동작될 수 있다. 하나의 방향 밸브만이 이것을 수행하기 위해 활성화될 필요가 있다.

본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더가 공구 흡입구에서 가능한 한 콤팩트하게 되기 위해, 로터 중 적어도 하나는 스핀들의 제2 단부에 위치될 수 있다. 제2 단부는 공구 흡입구를 갖는 스핀들의 제1 단부에 대향한다. 본 발명에 따르면, 스핀들의 제1 및 제2 단부 상에 적어도 하나의 로터가 있다. 이것은 공구 홀더의 설계에서 더 큰 자유도(freedom)를 허용한다.

공구 홀더의 스핀들은 그것이 회전될 수 있는 그러한 방식으로 공구 홀더 케이싱에 위치되고, 로터는 바람직하게는 베어링를 넘어 돌출되는 스핀들의 단부 상에 위치된다. 이것은 터빈의 작업 유체에 대해 베어링을 설치 및 밀봉하는 것을 더 용이하게 만든다.

전반적으로, 본 발명에 의해 설명되는 모든 공구 홀더를 갖는 케이스는 방향 또는 플로우 밸브가 수동식으로, 전기적으로, 기계적으로, 유압식으로, 또는 공압식으로 작동되는 것이다. 방향 밸브(들)의 특정 스위치 위치는 반복가능하고 자동화될 수 있다. 따라서, 사용자는 항상 설정을 정의하고 테스트하는 노력을 기울여야 할 필요없이 필요에 따라 적절한 설정(공구, 처리용 재료, 방향 밸브(들)의 스위치 위치, 및 펌프의 이송 출력)을 적용할 수 있다.

본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 다른 장점은 그것이 다양한 공구 머신에서 매우 유연하게 사용될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 공구 홀더가 공구 머신 상에서 사용되는 경우, 그 펌프는 냉각 윤활제를 위한 작은 이송 흐름만을 제공하며, 하나의 노즐 배열체만이 활성화된다. 보다 효율적인 펌프를 갖는 공구 머신 상에서 공구 홀더를 사용할 때, 2개 이상의 노즐 배열체가 활성화될 수 있다.

방향 밸브(들)는 설계에 따라, 활성화된 노즐 배열체 및 로터의 광범위한 조합을 가능하게 할 수 있다.

공구 홀더 및 공구 홀더가 사용되는 머신이 자동 공구 교체 시스템을 구비한 경우, 다양한 커팅 공구는 교체되고 그 다음 선택된, 매칭 터빈과 동작될 수 있다.

노즐 배열체는 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있으며, 이는 일반적으로 동일한 설계를 갖는다.

그것은 펌프에 의해 이송되는 유체가 2개 이상의 노즐 배열체 사이에 분배되는 것이 가능하다(병렬 활성화). 이것은 그 자체로 스핀들 상에 가해지는 회전 속도 및 토크의 광범위한 조절을 용이하게 한다.

스핀들 상에 가해지는 회전 속도 및 토크의 다른 변형예는 스핀들 상에 다양한 직경을 갖는 2개 이상의 로터가 있다는 점에서 본 발명에 의해 달성된다. 회전 속도 및 스핀들 토크는 로터 중 어느 것이 유체를 공급 받는지에 따라 변한다.

본 발명에 의해 용이하게 되는 두 제어 방법(다양한 노즐 배열체의 활성화 및 비활성화 그리고 다양한 로터에 유체 공급)은 공구 홀더에 의해 용이하게 되고 점증적으로 작동할 수 있다. 따라서, 하나 및 동일한 공구 홀더의 회전 속도 및 토크는 광범위하게 조절될 수 있다.

본 발명에 의해 설명되는 방향 밸브의 설계의 이상적인 변형에서, 원형 포지셔닝(positioning) 링 및 포지셔닝 링과 상호작용하는 하우징 내의 환형 또는 원뿔형 밀봉 표면(sealing surface)을 포함한다. 노즐 배열체에 가압 유체를 공급하는 라인은 중심각(α)을 통해 밀봉 표면의 원주를 따라 분포된다. 하우징에 대한 포지셔닝 링의 회전 위치에 따라, 포지셔닝 링은 라인 중 하나 이상을 폐쇄하거나 해제한다. 더 많은 라인이 개방될수록, 더 많은 유체가 전체적으로 라인을 통해 로터(들)로 흐른다. 하우징에 대해 포지셔닝 링을 회전시킴으로써, 가압 유체를 공급받는 노즐 배열체의 수는 변하고, 그 다음, 그것과 함께 유체를 공급받은 로터에 의해 스핀들 상에 가해지는 토크 및 그것은 커팅 공정을 위해 공구 흡입구에 공급된다.

이를 위하여, 포지셔닝 링의 특히 유리한 설계는 하우징의 밀봉 표면을 보상하기 위해 대항면(countersurface)을 포함하며, 이는 차례로 중심각(γ)을 갖는 원형 링 또는 원뿔로서 설계된다(도 24 참조). 중심각(γ)은 360°미만이다. 그것은 일반적으로 200°미만이고 135°보다 더 높다. 포지셔닝 링의 나머지 원주 각도(β)(β = 360° - γ)에 리세스(recess)가 있다. 이것은, 하우징에 대한 포지셔닝 링의 회전 위치에 따라, 포지셔닝 링의 대항면(countersurface)이 하우징에서 밀봉 표면으로부터 이어지는 라인 중 하나 이상을 개방 또는 폐쇄한다는 것을 의미한다. 하우징 및 포지셔닝 링은 대항면이 없고, 오히려 리세스가 있는 유체 챔버와 경계를 이룬다. 이러한 유체 챔버는 포지셔닝 링의 대항면에 의해 폐쇄되지 않는 라인에 유체를 제공한다. 유체 챔버 자체는 공급 홀을 통해서, 그러나 바람직하게는 다수의 공급 홀을 통해 가압 유체를 공급받는다.

포지셔닝 링과 함께 "이동하는" 유체 챔버가 하우징에 대한 포지셔닝 링의 회전 위치와 관계없이 가압 유체를 항상 공급받을 수 있도록, 그것은 중심 라인으로부터, 하우징에서 밀봉 표면을 적어도 부분적으로 분할하거나 관통하는 5개 또는 6개의 공급 홀이 제공되도록 권장된다.

본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 경우, 스핀들의 통합에서 공구 흡입구에 대한 2개의 가능한 수단이 있다. 제1 가능성은 스핀들이 공구가 브레이싱되는(braced) 공구 흡입구를 포함하는 것이다. 현재 기술 상태로부터 공지되는 모든 공기 흡입구는 이를 설명한다. 이러한 개념은 또한 도 1 내지 도 13에 예시된다.

제2 가능성은 공구가 스핀들에 통합되는 것이다. 이러한 통합은 추가적인 소형화를 허용하고 회전 구성요소(로터, 스핀들, 공구)의 더 적은 회전 관성(rotational inertia)을 야기한다. 이러한 개념은 도 22b, 도 22c, 및 도 22d 뿐만 아니라, 도 25 내지 도 27에 도시된다.

본 발명의 추가적인 장점 및 유리한 설계는 도면, 명세서, 및 특허 청구범위에서 발견될 수 있다. 도면, 명세서, 및 특허 청구범위에 열거되는 모든 특성은 서로 개별적으로 또는 임의의 조합으로 본 발명에 대해 관련이 있을 수 있다.

도면은 다음을 도시한다:
도 1 내지 도 18은 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 다양한 설계의 개략적인 도면이고;
도 19는 본 발명에 의해 설명되는 2개의 회전 방향을 갖는 로터이고;
도 20은 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더를 통한 절단(cut)이고,
도 21,
도 22, 도 22b, 도 22c, 도 22d, 및
도 23 내지 도 27은 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 다른 변형예의 설명이다.

도 1 내지 도 18은 본 발명의 원리를 설명하기 위해 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 다양한 설계의 매우 단순화된, 개략적인 설명을 포함한다. 동일한 참조는 모든 도면에서 동일한 구성요소에 대해 사용되고, 특정 예시적 변형예에 대해 언급된 것은 다른 예시적 변형예에 또한 적용된다. 도시된 공구 홀더는 항상 도면에서 "직선(straight)" 공구 홀더로서 제시된다. 그러나, 작업 머신에서 흡입구에 대한 스핀들(3)은 물론 임의의 공간적 위치(각도, 변위 등)를 취할 수 있다.

공구 홀더는 모든 타입의 공구 머신(밀링 센터, 회전 센터, 멀티-태스크 센터 등)에 대해 사용되고, 현재 기술 상태(예를 들어, 스팁 테이퍼, HSK, 코로만트 캡토(Coromant Capto), 실린더 샤프트 등)로부터 공지된 모든 공구 흡입구를 통해 공구 머신 상으로 장착될 수 있다.

도 1은 하우징(1) 및 하우징(1) 내의 회전 스핀들(3)을 포함하는 구동 공구 홀더(57)를 도시한다. 공구 흡입구(5)는 스핀들(3)의 초기 단부에 개략적으로 도시된다. 처리에 적합한 공구(예를 들어, 생크-타입 커터 또는 드릴)는 이러한 공구 흡입구(5)에서 브레이싱된다. 공구 흡입구(5)는 현재 기술 상태로부터 공지된 콜릿(collet) 흡입구 또는 다른 브레이싱(bracing) 시스템일 수 있다.

하우징(1) 내의 스핀들(3)의 베어링은 2개의 (롤러) 베어링(7)에 의해 표시된다.

이러한 예시적 변형예에서, 스핀들(3) 상에 총 3개의 로터(9, 11, 13)가 있다. 로터(9, 11, 13)는 (예를 들어, 프레스 피트, 납땜, 또는 용접을 통해) 스핀들에 견고하고 (비-)취소가능하게 연결되거나, 스핀들(3)과 하나의 구성요소를 형성한다. 이러한 로터(9, 11, 13) 각각은 상이한 직경을 갖는다. 로터(9, 11, 13)는 또한 하나의 구성요소를 형성하고 하나의 유닛으로서 스핀들(3)에 부착될 수 있다. 그것은 또한 하나의 피스로부터 로터(9, 11, 13) 및 스핀들(3)을 생성하는 것이 가능하다.

이러한 예에서, 각각의 로터(9, 11, 13)는 하나의 노즐 배열체(15, 17, 19)를 할당받는다. 노즐 배열체(15, 17, 19)는 각각의 라인(21, 23, 25)을 통해 유체를 각각 공급받는다.

본 발명에 의해 설명되는 구동 공구 홀더(57) 및 그 하우징(1)은, 예를 들어, 공구 머신의 리볼버(revolver)(27)에 고정된다. 공구 머신은 냉각 윤활제 또는 다른 유체가 이송될 수 있는 펌프(29)를 포함한다. 펌프(29)는 일반적으로 전기 모터(M)에 의해 구동된다. 라인(21, 23, 25)은 펌프(29)의 이송 측면(31)과 유압식으로 연결된다.

이송 측면(31)과 라인(21, 23, 25) 사이에, 예를 들어, 방향 밸브(33, 35, 37) 또는 다수의 작업 포트를 갖는 방향 밸브(미도시)가 있다. 여기에 도시된 방향 밸브(33, 35, 37) 각각은 개별적으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 방향 밸브(35, 37)가 폐쇄되고 단지 하나의 방향 밸브(33)가 개방되는 경우, 노즐 배열체(15)는 펌프(29)에 의해 이송되는 유체를 공급받는다. 노즐 배열체(25)로부터 방출되는 유체는 로터(9)를 구동시킨다.

예를 들어, 방향 밸브(33, 37)가 폐쇄되고 단지 방향 밸브(35)가 개방되는 경우, 노즐 배열체(17)는 펌프(29)에 의해 이송되는 유체를 공급받는다. 노즐 배열체(17)로부터 방출되는 유체는 로터(11)를 구동시킨다. 적어도 로터(9, 11, 13)가 상이하게 설계되기 때문에, 스핀들(3)은 노즐 배열체(15, 17, 및/또는 19) 중 어느 것이 펌프(29)로부터 유체를 공급받는지에 따라 상이한 동작 회전 속도를 나타낸다.

다양한 노즐 배열체가 동일한 로터를 향하여 지향되는 경우, 스핀들 상의 토크는 개별 라인의 활성화 및 비활성화를 통해 조절될 수 있다.

도 1, 도2, 및 도 3에 도시되는 예시적 변형예에서, 방향 밸브(33, 35, 및 (적용가능한 경우) 37)는 공구 홀더가 아닌 공구 머신의 일부이다. 이것은 공구 머신과 공구 홀더 사이에 다수의 유체 인터페이스(종종 각각의 노즐 배열체(15, 17, 19)에 대해 하나의 유체 인터페이스)를 필요로 한다. 이것은 검은 점에 의해 도면에 표시된다. 노즐 배열체(15, 17, 19)의 활성화 또는 비활성화는 모든 제어 및 스위치 요소(예를 들어, 방향 밸브(33, 35, 37))가 머신 상에 위치됨에 따라 이러한 예시적 변형예에서 매우 간단하다. 그러나, 이러한 설계는 각각의 노즐 배열체(15, 17, 19)에 대해 공구 머신과 공구 홀더(57) 사이의 연결 포인트에서 유체 인터페이스를 필요로 한다. 다시 말해서: 공구 홀더는 이때 3개의 유체 연결부를 갖는다.

방향 밸브(33, 35, 37)는 서로 독립적으로 작동될 수 있다. 방향 밸브(33, 35, 37)의 작동은 하나 이상의 로터(9, 11, 13) 사이에서 펌프(29)에 의해 이송되는 유체의 분배를 용이하게 한다. 따라서, 스핀들(3) 상에 존재하는 회전 속도 및 토크는 다양한 기계 가공 태스크(task)의 요건에 광범위하게 조절 및 적응될 수 있다.

예를 들어, 노즐 배열체(15)만이 (방향) 밸브(35, 37)가 폐쇄되고 방향 밸브(33)만이 개방된 경우 펌프(29)로부터 유체를 공급받는다. 노즐 배열체(15)는 로터(9)에게 유체를 공급한다. 3개의 로터(9, 11, 13) 중에서, 로터(9)가 최소 직경을 갖는다. 따라서, 스핀들(3)의 회전 속도는, 노즐 배열체(15, 17, 19)의 동일한 설계 동안에, 방향 밸브(33)가 개방되고 로터(9)가 유체를 공급받을 때 최고이다.

더 높은 토크가 다른 기계 가공 태스크에 대해 요구되는 경우, 예를 들어, (방향) 밸브(37)는 개방될 수 있고 방향 밸브(33, 35)는 폐쇄된다.

가장 큰 직경을 갖는 로터(13)는 노즐 배열체(19)로부터 유체를 공급받는다. 이러한 스위치 위치에서, 스핀들(3)의 동작 회전 속도는 가장 낮지만, 토크는 가장 높다.

방향 밸브(35)만이 개방된 경우, 중간 로터(11)는 유체를 공급받으며, 중간 동작 회전 속도 및 중간 토크를 야기한다.

펌프(29)의 이송 출력은 또한 변경될 수 있다.

방향 밸브(33, 35, 37)의 스위치 위치의 임의의 다른 조합은 스핀들(3) 상에 회전 속도 및 토크를 구성하는 것이 가능하다. 2개 이상의 로터는 유체를 동시에 공급받을 수 있다.

물론, 스핀들(3) 상의 회전 속도 및 토크는 또한 이송 측면(31) 상의 압력 또는 펌프(29)의 이송 출력에 의해 조절될 수 있다.

이러한 변형예는 단지 하나의 예라는 것은 말할 필요도 없다. 다른 조합이 가능하며, 그 중 일부는 도 2 내지 도 13에 설명된다.

도 2의 예시적 변형예에서, 가장 큰 로터(13)는 스핀들(3)의 제2 단부 상에 위치된다. 스핀들(3)의 제2 단부는 공구 흡입구(5)에 대향하여 위치된다. 이것은 스핀들(3)의 롤러 베어링(7) 또는 베어링이 로터(11, 13) 사이에 위치된다는 것을 의미한다. 따라서, 베어링(7) 중 하나는 스핀들(3)이 전체적으로 더 강직되도록 공구 흡입구(5)에 더 가까이 이동한다. 이것은 스핀들(3)의 베이링 상의 변형(strain)을 완화시킨다. 로터(9, 11)에 대한 설치 공간 요건은 공구 흡입구(5)가 위치되는 스핀들(3)의 제1 단부 상에서 더 낮다. 이러한 구성에서, 공구 홀더는 공구 흡입구(5) 근처에서 더 좁고, 도 2에 예시된 바와 같이, 치수 "d" 및 "D"에 의해 표시된다. 이것은 심지어 도달하기 어려운 영역에서 작업 피스의 기계 가공을 용이하게 한다.

도 3의 예시적 변형예에서, 2개의 로터(9, 11)가 있다. 로터(11)는 베어링(7) 사이에 위치된다. 베어링(7) 중 하나는 스핀들(3)의 제2 단부에 위치됨으로써, 스핀들(3)은 전체적으로 더 강직된다. 로터(11)와 부딪치는 노즐 배열체(17)의 유체 제트로부터 기인하는 동적 변형 뿐만 아니라, 로터의 불균형에서 기인하는 힘은 더 큰 안정성 및 더 적은 진동으로 베어링에 전달된다. 종종 함께 작동되고 있는 매우 높은 회전 속도로 인해, 불균형은 공구의 무진동(vibration-free) 처리 및 양호한 처리 결과에 대한 결정적 요소이다. 이러한 예시적 변형예에서, 공구 홀더는 2개의 유체 연결부를 갖는다.

그것은 일반적으로 로터를 베어링 뒤에 또는 그 사이에 위치시키고, 공구 홀더 및/또는 베어링 변형 및 진동 행동의 최적 설치 기하구조 및 최적 외부 기하구조가 달성되도록 포지셔닝을 선택하는 것이 가능하다.

더욱이, 로터(9)를 위한 설치 공간 요건은 공구 흡입구(5)가 위치되는 스핀들(3)의 제1 단부에서 매우 낮다.

도 4의 예시적 변형예에서, 방향 밸브(33, 35, 37)는 다수의 연결부 및 스위치 위치를 갖는 하나의 (방향) 밸브(39)에 통합된다. 이러한 예시적 변형예의 방향 밸브(39)는 공구 홀더(57)의 하우징(1) 안으로 통합된다. 펌프(29)에 의해 이송되는 유체는 공구 머신으로부터 공구 홀더(57)로 유압식 인터페이스를 통해 중앙으로 안내된다. 그 다음, 유체는 방향 밸브(39)에 도달한다.

방향 밸브(39)가 공구 홀더(57) 안으로 통합되는 경우, 공구 머신과 공구 홀더(57) 사이의 하나의 유체 인터페이스가 충분하다. 이러한 예시적 변형예에서, 공구 홀더는 하나의 유체 연결부를 갖는다.

이러한 예시적 변형예의 방향 밸브(39)는 4개의 스위치 위치(1, 2, 3, 4)를 갖는다. 스위치 위치(1 내지 3) 각각은 각각의 노즐 배열체(15, 17, 19)에 의해 작업 유체(work fluid)를 공급받는다.

제4 스위치 위치에서, 노즐 배열체(15 및 17)는 로터(9 및 11)에 유체를 동시에 또는 평행하게 공급한다. 이것은 로터(9, 11, 13) 중 하나만이 유체를 공급받는 경우보다 스핀들(3) 상에 더 큰 토크를 생성한다. 일반적으로, 방향 밸브(39)는, 설계 및 스위치 위치에 따라, 광범위한 조합으로 유체와 하나 이상의 노즐 배열체(15, 17, 19)의 공급을 용이하게 한다.

2개의 노즐 배열체(15 및 17)의 병렬 작동이 반드시 2개의 별개의 로터(9 및 11)를 필요로 하는 것은 아니다. 2개의 노즐 배열체가 하나의 로터에 영향을 미치도록 로터를 보다 넓게 설계하는 것이 또한 가능하다. 하나의 그러한 구성은 도 5 및 도 21에 도시된다. 로터(9, 11, 13)는 2개의 노즐 배열체가 하나의 로터에 영향을 미치도록 그렇게 넓다.

더욱이, 일관된 로터 폭으로, 다수의 노즐 배열체(15, 17, 19)를 로터의 원주 주위에 연속적으로 위치시키는 것이 가능하다. 각각의 로터는 이러한 방식으로 다양한 노즐 배열체 및 유체 조건에 대해 구성될 수 있다.

예를 들어, 노즐 배열체(15)는 유체의 최대 출력 속도가 달성되도록 구성될 수 있다. 노즐 배열체(17)는 유체의 출력 속도가 더 낮지만, 노즐 배열체(17)의 출력 단면이 더 크도록 구성될 수 있다. 따라서, 노즐 배열체(17)는 노즐 배열체(15)가 평활화를 위해 사용되는 동안, 스크러빙 작업을 위해 스핀들(3)을 가속화시키기 위해 사용될 수 있다. 노즐 배열체(15, 17) 둘 다는 동일한 로터(9)를 향하여 지향될 수 있다.

도 5에 개략적으로 도시되는 예시적 변형예와 함께, 노즐 배열체(15, 17, 19) 및 라인(21, 23, 25) 및 방향 밸브(39.1 또는 39.2)는 각각 이중화된다. 이해가능성의 이유로, 모든 라인이 참조 부호로 할당되는 것은 아니다.

따라서, 그것은, 예를 들어, 최소 로터(9)에 노즐 배열체(15.1) 및/또는 노즐 배열체(15.2)로부터의 유체를 공급하는 것이 가능하다. 따라서, 로터(11, 13)는 또한 선택적으로 노즐 배열체(17.1 및/또는 17.2 또는 19.1 및/또는 19.2)로부터 유체를 공급받을 수 있다.

따라서, 스위치 조합의 수는 두 배 이상이 되고, 공구 홀더(57)의 적용 범위는 상당히 확장된다. 공구 머신 또는 펌프(29)에 대한 유압식 연결은, 도시된 바와 같이, 인터페이스를 통해 또는 다수의 연결부를 통해 수행될 수 있다.

도 6은 2개의 로터(9, 11)가 스핀들(3) 상에 위치되는 예시적 변형예를 도시한다. 로터(9, 11)의 회전 방향, 및 따라서 노즐 배열체의 정렬은 상이하다. 이것은 도 5에서 로터(9) 상의 "R" 및 도 6에서 로터(11) 상의 "L"에 의해 표시된다. 로터(9)의 회전 방향은 시계 방향(우측-회전)이고, 로터(11)는 반-시계 방향(좌측-회전)으로 회전한다.

두 로터의 직경은 이러한 예시적 변형예에서 동일하다. 그러나, 이것은 요구되지 않는다.

로터(9)가 노즐 배열체(15)를 통해 유체를 공급받는 경우, 스핀들(3)은 시계 방향으로 회전한다. 로터(11)가 노즐 배열체(17)를 통해 유체를 공급받는 경우, 스핀들(3)은 반-시계 방향으로 회전한다. 회전 속도 및 토크는 로터(9 및 11)의 유압식 구성이 동일한 경우 두 회전 방향에서 동일하다.

본 발명에 의해 설명되는 회전 방향의 반전(reversal)은 새로운 사용 수단 및 기능, 예컨대 스핀들(3)의 능동 제동(active braking) 및 스레드 커팅을 용이하게 한다. 회전 방향의 반전은 또한 2-레벨 공구(좌측에 대한 1 레벨 커팅, 우측에 대한 제2 커팅)를 갖는 복잡한 기계 가공에 대해 유리하다. 이러한 옵션은 역 기계 가공에 대해 사용될 수 있다. 그것은 또한 머신을 설정할 때 좌측-/우측-커팅 공구에 대한 간단한 수동 리포지셔닝을 용이하게 한다.

그것은 또한 하나의 로터로 회전 방향의 이러한 반전을 실현시키는 것이 가능하며; 도 19 및 그 설명을 참조한다.

도 7의 예시적 변형예는 2개의 펌프(29.1, 29.2)를 도시한다. 두 펌프(29.1, 29.2)는 다양한 압력 및/또는 체적 흐름을 갖는 액체 작업 유체를 제공할 수 있다. 대안적으로, 하나의 펌프(예를 들어, 29.1)가 액체 유체를 이송할 수 있는 반면, 제2 펌프(29.2)는 기체 유체(공기)를 이송한다. 이러한 경우, 펌프(29.2)는, 예를 들어, 압축기이거나 유체 네트워크(압축 공기 네트워크)에 대한 연결(connection)일 것이다. 이것은 공구 홀더(57)의 작업 범위를 더 확장시킨다.

각각의 유체는 공구 머신 또는 리볼버(27)와 구동 공구 홀더(57) 사이에 전달 포인트(transfer point)를 갖는다.

도 7에 도시된 방향 밸브(39)의 스위치 위치에서, 노즐 배열체(15)는 유체를 공급받으며, 그 결과 제1 로터(9)는 제2 펌프(29.2)에 의해 이송되는 유체를 공급받는다.

방향 밸브(39)의 제2 스위치 위치에서(미도시), 노즐 배열체(15)는 제1 펌프(29.1)로부터 유체를 공급받는다. 제3 스위치 위치에서, 로터(11)에 유체를 공급하는 노즐 배열체(17)는 제1 펌프(29.1)에 의해 이송되는 유체를 공급받는다. 방향 밸브(39)의 제4 스위치 위치에서, 두 노즐 배열체(15 및 17)는, 방향 밸브의 설계에 따라, 제1 펌프(29.1) 또는 제2 펌프(29.2)로부터 유체를 공급받는다.

회전 속도는 물 또는 냉각 윤활제와 같은 유체에 의해 제한되지만, 토크는 더 크다. 작업 유체로서 압축 공기로 스위칭함으로써, 스핀들(3)의 회전 속도는 크게 증가될 수 있다. 이것은 더 큰 토크를 필요로 하는 스크러빙 공정이 작업 유체로서 물로 수행될 수 있다는 것을 의미한다. 후속 평활 공정에서, 스핀들(3)은 압축 공기로 구동된다. 매우 양호한 표면 품질은 상당히 더 높은 회전 속도로 인해 달성될 수 있다.

도 8은 하나의 로터(9) 및 별도로 작동될 수 있는 2개의 노즐 배열체(15, 17)를 갖는 공구 홀더의 예시적 변형예를 도시한다. 두 노즐 배열체(15, 17)는 동일한 로터(9)에 유체를 공급한다. 노즐 배열체(15, 17)는, 예를 들어, 노즐의 수 및/또는 노즐의 출력 표면에 관련하여 가변될 수 있다. 이것은 로터(9)와 접촉하는 유체의 유압식 출력을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 결과적으로, 스핀들(3)의 작업 회전 속도 및/또는 토크가 또한 변한다.

이러한 예시적 변형예에서, 방향 밸브(39)는 2개의 스위치 위치를 갖는다. 이러한 예는 다양한 노즐 배열체 사이에서 스위칭하는 것이 얼마나 간단한지를 명백하게 예시한다.

도 9는 2개의 스로틀(41.1, 41.2) 또는 다양한 특성을 갖는 개구부가 방향 밸브(39)로부터 하류의 라인(21)에 통합되는 예시적 변형예를 도시한다. 스로틀(41.1, 41.2)은 펌프(29)에 의해 이송되는 유체의 압력 또는 체적 흐름을 각각 감소시키고 이는 노즐에 영향을 미친다. 이것은 공구 홀더(57)의 작업 범위의 추가 조정을 허용한다. 그것은 또한 방향 밸브(39)의 출력에 하나의 스로틀(41)만을 제공하고 다른 출력을 스로틀(미도시) 없이 라인(21)으로 유도하는 것이 가능하다.

모든 예시적 변형예에서, 그것은 로터(9, 11, 및/또는 13) 중 하나 상으로 노즐 배열체(15, 17, 또는 19)에 의해 이송되는 유체가 공구 홀더의 하우징(1) 밖으로 후속 안내되는 것이 필요하다. "사용된" 유체의 이러한 배출 또는 전환은 이해가능성의 이유로 도 1 내지 도 9에 도시되지 않는다.

도 10은 로터(9, 11)에 대한 다이버터(diverter)(43, 45)의 개략적 도면을 제공한다. 이러한 예시적 변형예에서, 다이버터(43, 45)는 시일(seal)(47)에 의해 분리되며, 로터(9, 11)가 서로에 대해 상호 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 종종 달리 발생하는 와류 감소가 회피됨에 따라 터빈의 효과를 개선한다.

시일(48)은 공구 흡입구(5)와 로터(9) 사이에 표시된다.

(롤러) 베어링(7)은 일반적으로 하나 이상의 시일(49)에 의해 로터(9, 11, 또는 13)로부터 분리된다. 시일은 접촉, 비-접촉, 또는 두 조합일 수 있다.

방향 밸브(33, 35)는 공구 머신의 일부이며; 그것은 또한 공구 홀더(57)(미도시)로 통합되는 방향 밸브를 통해 노즐 배열체(15, 17)를 제어하는 것이 가능하다.

도 11은 플라이휠 매스(flywheel mass)(42)가 스핀들(3) 상으로 장착되는 예시적 변형예를 도시한다. 플라이휠 매스(42)는 스핀들(3)의 회전 관성을 증가시키고 그 평활 동작을 개선한다. 스핀들(3)의 더 낮은 질량(mass)으로 인해, 진동에 대한 문제가 실제로 발생할 수 있다. 회전 플라이휠 매스(42)는 많은 경우에서 이러한 문제를 수정하기 위해 사용될 수 있다.

그러나, 플라이휠 매스의 큰 회전 관성으로 인해, 스핀들(3)이 작은, 가속 터빈과 함께 동작 회전 속도를 달성하는 것이 어렵다.

도 11에 도시된 바와 같이, 두 로터(9, 11)는 노즐 배열체(15, 17)로부터 동시에 또는 병렬로 유체를 공급받을 수 있다. 이것은, 시동 동안, 플라이휠 매스(42)가 로터(9 또는 11) 중 하나만이 나중에 동작 회전 속도 및 후속 기계 가공에 가속을 유도하기 전에 두 로터(9, 11)에 의해 먼저 가속될 수 있다는 것을 의미한다. 도시된 예시적 변형예에서, 로터(11)에 유체를 공급하는 노즐 배열체(17)는 방향 밸브(39)의 제2 스위치 위치에서 개방된다. 물론, 로터(9, 11)는 또한 스핀들(3)을 구동시키기 위해 개별적으로 사용될 수 있다.

이러한 예시적 변형예에서, 로터(9, 11)에 대한 조인트 다이버터(43)가 있다.

도 12는 센서를 구비하는 공구 홀더(57)의 개략적인 도면을 포함한다. 도시된 센서(51)는 동작 모드의 범위를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 그것은 홀 센서를 갖는 회전 속도 센서를 포함할 수 있다. 회전 속도 센서의 출력 신호는 평가 유닛(evaluation unit)(53)으로 송신된다. 여기서부터, 회전 속도 센서의 출력 신호 또는 평가 유닛(53)의 다른 출력 크기는 수신기(55)로 무선 송신될 수 있으며, 이는 차례로 공구 머신의 제어장치(control)와 통신한다.

스핀들의 회전 속도의 평가는, 예를 들어, 다양한 노즐 배열체(15, 17, 19) 사이의 자동화된 및 최적화된 교대(alternation)를 허용한다. 제어 유닛(control unit)의 기능은 또한 평가 유닛(53)으로 통합될 수 있다. 센서(51)에 연결되는 제어 유닛은 또한 방향 밸브(들)(35 내지 39)의 작동 및 동작을 용이하게 한다.

도 13은 제어 유닛이 평가 유닛(53)에 통합되는 매우 단순화된 구성을 도시한다. 센서(51)는 평가 유닛(53)과 함께 작동하며, 그 전송자(sender)는 데이터를 수신기(55)에 송신한다. 이러한 데이터 송신은 또한 양-방향일 수 있다.

평가 유닛(53)은 방향 밸브(39) 및 조정가능한 흐름 제어 밸브 또는 스로틀(41)과 (무선 또는 그리드 연결을 통해) 직접 연결부(58)를 가짐으로써, 방향 밸브(들)(33 내지 39) 및/또는 스로틀(41)은 센서(51)에 의해 기록되는 회전 속도 또는 다른 파라미터에 따라 작동될 수 있다. 센서(51)로부터의 출력 데이터는 평가될 수 있고, 연결부(58)(예를 들어, 신호 라인)를 통해 송신되는 제어 신호는 공구 머신(57) 또는 평가 유닛(53)에서 계산될 수 있다.

평가가 평가 유닛(53)에서 수행되는 경우, 평가 유닛(53)으로 수신기(55)에 의해 송신되는 데이터는 계산에 포함될 수 있다. 평가가 공구 머신의 단부 상에서 단독으로 수행되는 경우, 제어 신호는 수신기(55)로부터 평가 유닛(53)으로 전달되고, 거기로부터 연결부(58)를 통해 밸브로 송신된다.

도 14는 회전 중심을 예로서 사용하여 공구 머신의 전체 개요를 다시 한 번 도시한다. 작업 피스(61)는 머신 스핀들에서 브레이싱된다. 공구 홀더(57)는 공구 리볼버(27) 상에 장착된다. 공구(59)는 본원에 의해 설명되는 공구 홀더(57)의 스핀들(3)의 공구 흡입구(5)에 위치된다. 공구 머신은 모터(M)를 갖는 펌프(29) 및 하나 이상의 방향 밸브(33, 35, 37)를 포함하는 유체 흡입구를 포함하며; 방향 밸브(33, 35, 37)는 펌프(29)의 이송 측면(31)과 연결된다. 방향 밸브(33, 35, 37)는 라인 및 미도시된 다른 요소 예컨대 회전 조인트 및 다른 밸브를 통해 공구 리볼버(27)와 차례로 연결되고, 리볼버(27)를 통해 그들은 구동 공구 홀더(57)와 연결된다.

이러한 구성에 기초한 방향 밸브(39)의 다양한 타입의 작동은 도 15 내지 도 18과 함께 아래에 제시된다.

도 15는 공구 홀더(57)를 통한 방향 밸브(39)의 기계적 작동을 예시적으로 도시한다. 고정 정지부(63.1, 63.2)는 리볼버(27)의 양 측면 상에 위치된다. 작동 볼트(65.1, 65.2)는 방향 밸브(39)의 양 측면 상에 위치되며, 이는 방향 밸브(39)의 액추에이터에 영향을 미친다.

방향 밸브(39)의 작동 볼트(65.1)가 정지부(63.1)에 대해 이동되는 경우, 방향 밸브(39)의 액추에이터는 활성화되고 방향 밸브(39)는 상이한 스위치 위치를 채택한다. 방향 밸브의 다른 스위치 위치는 방향 밸브(39)의 다른 측면 상의 작동 볼트(65.2)가 제2 정지부(63.2)에 대해 이동된다는 점에서 유사한 방식으로 활성화될 수 있다. 방향 밸브(39)의 이러한 기계적 활성화는 임의의 NC-제어 공구 머신을 위한 임의의 추가적인 단계 없이 가능하다. 이것은 기계 가공 공정에 대한 임의의 상당한 중단없이 기계 가공 동안 방향 밸브(39)의 다양한 노즐 배열 또는 스위치 위치 사이에서 교대하는 것을 가능하게 하며, 최적 스핀들 회전 속도가 기계 가공 공정의 각각의 단계에 대해 이용가능하다는 것을 의미한다.

도 17은 머신 오퍼레이터에 의한 방향 밸브(39)의 수동 활성화를 도시한다. 따라서, 오퍼레이터는 유체 흐름, 및 따라서 로터가 유체를 공급받는 어느 것, 방법, 및 어떤 수단을 설정할 수 있다.

도 18은 구동 공구 리볼버(27) 상의 유체-공급된, 구동 공구 홀더(57)의 설계를 도시한다. 이것은 방향 밸브를 작동시키기 위해 공구 리볼버의 드라이브(63)를 사용하는 것을 가능하게 한다. 드라이브(63)는 모터(M) 및 드라이브 샤프트를 포함한다. 드라이브(63)는 통상적으로 구동 공구로서 공지된 것을 구동시키기 위해 사용된다. 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 스핀들(3)이 유체-구동되기 때문에, 드라이브(63)의 드라이브 샤프트는 방향 밸브(39)의 활성화를 위해 제공된다. 방향 밸브(들)는 기어 및 샤프트를 통해 공구 리볼버 드라이브의 드라이브 모터와 연결된다. 드라이브 모터의 작동은 특히 방향 밸브(들)(39)를 활성화시킨다. 이것은 공구 머신의 제어를 통해 (방향) 밸브(39)의 활성화를 허용한다. 드라이브(63)에 의한 방향 밸브(39)의 활성화의 모든 상세가 도 18에 도시되는 것은 아니다.

도 19는 로터(9) 단면의 고도로 개략화된 예시적 변형예를 도시한다. 로터(9)는 양 측면 상에 오목(concave) 또는 보울-유사(bowl-like) 형상을 각각 포함하는 총 6개의 스쿠프 또는 보울(61)을 포함한다. 그들은 반경 레이(radius ray)와 관련하여 대칭이다. 이것은 로터(9)의 회전 방향이 노즐 배열체(15 또는 17) 중 어느 것이 유체를 공급받는지에 따라 변한다는 것을 의미한다. 노즐 배열체(15)가 활성인 경우, 로터(9)는 시계 방향으로 회전한다. 노즐 배열체(17)가 활성인 경우, 로터(9)는 반-시계 방향으로 회전한다.

로터(9)의 스쿠프 또는 보울(61)은 스핀들(3)의 직접적 또는 일체적 구성요소일 수 있다. 그들은 스핀들(3)에 용접되거나 스핀들(3) 상으로 장착될 수 있고 현재 기술 상태에 따라 샤프트-허브 연결을 통해 연결된다. 도 19에 도시된 단순화된 예시적 변형예에서, 보울(61)은 그것이 회전할 수 없는 그러한 방식으로 스핀들(3) 상으로 차례로 수축되거나 그렇지 않으면 스핀들(3)에 연결되는 링(63) 상에 위치된다.

도 20은 어느 정도 개략적이고 수 개의 구조적 상세를 도시하는 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더(57)의 단면을 도시한다.

다음은 예시적 변형예에 대한 일부 일반적인 언급(remark)이다.

노즐 배열체의 구성은 노즐 배열체에 의해 방출되는 유체의 제트 속도 및/또는 체적 흐름을 정의할 수 있다. 예를 들어, 노즐 배열체(15)는 유체가 상이하게 구성된 노즐 배열체(17)로부터 보다 더 높은 속도에서 노즐 배열체(15)를 빠져나가도록 구성될 수 있다.

도 21 내지 도 27은 본 발명에 의해 설명되는 공구 홀더의 다른 예시적 변형예를 도시하고 설명한다. 이러한 예시적 변형예에서, 공구는 스핀들에 통합된다. 그러나, 공구 흡입구(5)를 스핀들(3) 상에 제공하고 공구를 이러한 흡입구에 브레이싱하거나 수용하는 것이 또한 가능하다.

도 21 내지 도 27에 도시된 공구 홀더에서, 하우징(1)은 공구 머신의 대응하는 흡입구에 공구 홀더를 브레이싱하는 역할을 하는 샤프트(65)를 포함한다. 샤프트(65)의 단부는 (제1) 유체 연결부(91)를 포함한다.

하우징(1)의 중앙 부근에 칼라(collar)(67)가 있다. 본 발명에 의해 설명되는 포지셔닝 링(69)은 도 21에서 칼라(67)의 좌측에 위치된다.

추가적인 유체 연결부(92)는 포지셔닝 링(69) 상에 위치될 수 있다. 유체 연결부(91, 92) 중 하나를 통해, 공구 홀더는 적어도 하나의 터빈을 구동시키기 위해 요구되는 가압 유체를 공급받는다.

제2 유체 연결부(92)는 포지셔닝 링(69) 상의 방사상 연결부(92)이다. 분배 공간(distribution space)(86)(도 22b, 도 22c, 도 22d 참조)은 유체 연결부(91, 92) 각각을 통해 가압 유체를 공급받을 수 있다. 본 발명은 (포지셔닝 링(69)에서) (샤프트(65 또는 92) 내의) 유체 연결부(91) 중 하나만의 사용을 설명하고, 비사용된 유체 연결부를 플러그(93)로 밀봉하여, 그것에 의해 그들을 비활성화시킨다.

포지셔닝 링(69)은 너트(71)에 의해 (도 21에 비가시적인) 밀봉 표면에 대해 가압된다. 너트(71)는 하우징(1)의 (미세한) 스레드 상으로 나사 결합된다. 너트(71)를 하우징(1)의 스레드 상으로 풀거나 조이는 것은 설치 동안 하우징의 밀봉 표면과 포지셔닝 링(69)의 대항면 사이에 갭을 매우 미세하게 구성하고, 제로로 감소되거나 양호한 밀봉을 달성하기 위해 심지어 변형될 수 있고, 포지셔닝 링(69)은 칼라(67) 또는 하우징(1)에 대해 비틀어질 수 있다. 비틀림(twisting)은 개방-단부 스패너로 보조될 수 있다.

칼라(67)는 "1", "2", "3", "4", 및 "5"로 마킹된다. 포지셔닝 링(69)의 마킹(73) "제트"가 칼라(67) 상의 마킹 "1"과 정렬되는 경우, 라인은 노즐 배열체에 유체를 공급한다. 노즐 배열체로부터 방출되는 유체는 스핀들(3) 상에 위치되는 로터(9)를 구동시킨다(예를 들어, 도 22b 참조). 도 21의 포지셔닝 링(69)이 칼라(67)의 마킹 "2"가 포지셔닝 링(69)의 마킹(73) "제트"와 정렬되는 포인트까지 반-시계 방향으로 회전되는 경우, 2개의 라인은 개방되고, 그 결과 2개의 노즐 배열체는 활성화된다. 이것은 그에 상응하여 다른 마킹("3" 내지 "5")에 적용된다.

커버 또는 캡(75)은 도 21에서 공구 홀더의 좌측 단부 상에 위치된다. 캡(75)은 하우징의 내부, 특히 터빈의 로터 및 스핀들을 보호한다.

도 22a, 도 22b, 도 22c, 및 도 22d는 다양한 단면으로 도 21에 따른 공구 홀더를 도시한다.

도 22a는 공구 홀더의 상면도를 도시하고, "사용된" 유체에 대한 (참조 번호가 없는) 다이버터는 가시적이다. 그것은 스핀들 또는 공구에 동심인 다양한 작은 홀(hole)로 구성된다. 그것은 또한 커팅 공정 A-A를 갖는 도 22b, 및 커팅 공정 B-B를 갖는 도 22c 및 도 22d에 대한 커팅 레벨(cutting level)을 도시한다.

커팅 공정 B-B는 플러그(93)의 위치가 상이한 2개의 변형예로 도시된다. 도 22c에서, 플러그는 샤프트(65)에 있고 따라서 (제1) 유체 연결부(91)를 밀봉하는 반면, 포지셔닝 링(69) 상에 방사상으로 위치되는 제2 유체 연결부(측면 연결부)는 유체 공급을 위해 사용된다. 도 22d에서, 플러그는 포지셔닝 링(69)의 측면 유체 연결부(92)에 위치되고 유체는 유체 연결부(91)를 통해 공급된다.

이러한 종(lengthwise) 단면(22b, 22c, 22d)에서, 스핀들(3) 및 베어링(7) 뿐만 아니라 매우 넓은 로터(9)가 가시적이다. 하우징(1)을 통한 유체 경로는 도 22a 내지 도 22d, 도 23, 및 도 25 내지 도 27에서 더 설명된다.

제1 유체 연결부(91)는 샤프트(65) 내의 블라인드 홀(77)로 통과한다. 그 단부 상에 다수의 공급 홀(79)이 있다. 8개의 그러한 공급 홀(79)이 이러한 예시적 변형예에 도시된다.

그들은 샤프트(65)의 종(lengthwise) 축의 바로 근처의 블라인드 홀(77)의 단부 상에서 시작하며; 그들은 공구 홀더의 전방 단부로 연장되고 외측을 대면한다. 도 23에서, 하우징(1)은 추가 없이 도시된다. 이러한 도면에서, 공급 홀(79)의 방사상 외측 단부는 쉽게 인식가능하다. 공급 홀(79)의 외부 단부가 분배 공간에서 종료한다는 것은 도 22a 내지 도 22d 및 도 23으로부터 알 수 있다.

분배 공간(86)에 제2 칼라(95)가 있다. 이러한 제2 칼라(95)는 하나의 측면 상에 다수의 (축방향) 홈(groove)(89) 및 원뿔(cone)을 포함한다. 이러한 "중단된 원뿔(interrupted cone)"은 또한 밀봉 표면(81)이다. 다수의 방사상 홀은 접선 성분(tangential component)으로 홈(89) 사이의 이러한 밀봉 표면으로부터 안쪽으로 통과한다. 이러한 홀은 라인(21, 22, 23, 24, 25)이며, 이는 노즐 배열체(15, 16, 17, 18, 19)를 개방하거나 그 안으로 통과한다.

라인(21, 22, 23, 24, 25)의 코스는 도 23 및 도 25로부터 결정될 수 있다. 전반적으로, (180°를 약간 넘는 중심각 알파에 기초하여) 하우징(1)의 원주의 약 절반에 걸쳐 분포되는 이러한 예시적 변형예에서 5개의 라인이 있다.

라인(21 내지 25)의 정렬은 접선 성분을 갖는다. 노즐 배열체(15, 16, 17, 18, 19)는 라인 각각에 연결된다. 유체는 노즐 배열체(15 내지 19)를 고속으로 빠져나가고, 접선의 영향을 로터(9) 상에 가하고 그것이 회전하게 할 수 있다.

본 발명에 의해 설명되는 방향 밸브의 리포지셔닝은 다음과 같이 발생한다: 하우징(1) 또는 밀봉 표면(81)에 대해 포지셔닝 링(69)을 비틀어 놓음으로써, 개방된 또는 폐쇄된 라인(21, 22, 23, 24, 25)의 수가 설정된다. 라인(21, 22, 23, 24, 25)을 통과하고 노즐 배열체(15, 16, 17, 18, 19)를 통해 로터(9)와 접촉하는 유체의 체적 흐름은 적절히 변한다. 거기서, 유체는 접선 방향 성분을 갖는 영향을 로터 상에 가하고 그것이 회전하게 한다. 로터(9)의 토크는, 그 중에서도, 그것과 접촉하는 유체의 체적 흐름에 의존한다. 개방된 라인(21 내지 25)의 수가 포지셔닝 링(69)의 뒤틀림에 의해 변하는 경우, 로터(9)가 스핀들(3) 상에 및 따라서 공구 흡입구(5) 상에 가하는 토크는 또한 변한다. 다시 말해서: 더 많은 또는 더 적은 라인 및 노즐을 활성화시킴으로써, 공구 홀더는 다양한 재료 및 상이한 직경을 갖는 공구의 기계 가공에 용이하게 조정될 수 있다.

스핀들(3)의 토크 및 회전 속도는 또한 유체가 로터(9)와 접촉하는 속도에 의존한다.

포지셔닝 링(69)은 도 24에 보다 상세히 도시된다. 포지셔닝 링(69)은 그 내부에 대항면(83)을 포함한다. 이러한 대항면은 하우징(1) 내의 밀봉 표면(81)에 상보적이다. 이러한 대항면(83)은 포지셔닝 링(69)의 전체 원주에 걸쳐 연장되지 않지만, 오히려 원주의 약 절반에 대해 연장된다. 원주의 나머지(remainder) 상에 리세스(85)가 있다. 그 설치된 상태에서, 공구 홀더의 하우징(1)과 리세스(85) 사이에 링-형상 유체 공간(87)이 있으며, 이는 이러한 예시적 변형예에서 대략 180°의 중심각 베타(beta)를 포함한다.

도 25, 도 26, 및 도 27을 고려하는 경우, 포지셔닝 링(69)의 대항면(83)이 하우징(1)의 밀봉 표면(81)과 상호작용하는 것을 알 수 있다. 포지셔닝 링(69)이 채택하는 위치 "1" 내지 "5" 중 어느 것에 따라, 대항면(83)은 라인(21 내지 25) 중 하나 이상을 폐쇄한다.

리세스(85)가 도 22의 상부 부분에 도시됨으로써, 전술한 링-형상 유체 공간(87)은 하우징(1)의 밀봉 표면(81)과 포지셔닝 링(69) 사이에 형성된다. 유체 공간(87)은 180°의 원주 각도에 걸쳐서만 연장된다. 그것은 하나 이상의 공급 홀(79)과 하나 이상의 라인(21 내지 25) 사이에 유압식 연결을 생성하는 역할을 한다. 도 22b에 도시된 포지셔닝 링(69)의 회전 위치에서, 라인(21)은 유체 공간(87)을 통해 공급 홀(79)에 유압식으로 연결된다.

이러한 유압식 연결이 존재할 때, 대응하는 라인(21)은 노즐 배열체(15)에 블라인드 홀(77), 공급 홀(79), 분배 공간(86) 및 유체 공간(87)을 통해 라인(21)으로 흐르는 유체를 공급한다.

도 25, 도 26, 및 도 27은 본 발명에 의해 설명되는 방향 밸브의 (5개의) 상이한 스위치 위치 중 3개를 도시한다. 도 25에서, 포지셔닝 링(69)은 유체 공간(87)이 다수의 공급 홀(79)(미도시)을 통해 가압 유체를 공급받도록 하우징(1)에 대해 위치된다. 라인(21)을 통해, 유체 공간(87)으로 흐르는 유체는 노즐(15)을 향하여 이동되고, 거기서 가속된다. 유체의 압력 에너지는 운동 에너지로 전환된다. 이러한 운동 에너지는 로터(9)와 접촉하고 그것을 시계 방향으로 회전하게 만든다. 라인(22 내지 25)은 도 25에 도시된 포지셔닝 링(69)의 회전 위치에서 포지셔닝 링(69)의 대항면(83)으로부터 폐쇄된다.

도 26에서, 포지셔닝 링(69)이 하우징(1)에 대해 다소 더 회전됨으로써, 유체 공간(87)은 이제 라인(21 및 22)에 가압 유체를 공급한다. 결과적으로, 로터(9)는 2배로 유체량을 공급받음으로써, 스핀들(3) 상에 로터(9)에 의해 가해지는 토크는 동일한 조건 하에서 2배가 된다. 도 27에 도시된 스위치 위치에서, 모두 5개의 라인(21 내지 25)은 유체 공간을 통해 가압 유체를 공급받는다. 결과적으로, 로터(9)는 도 25의 유체량과 약 5배 큰 최대 유체량을 공급받는다.

1 하우징
3 스핀들
5 공구 흡입구
7 롤러 베어링
9, 11, 13 로터
15, 16, 17, 18, 19 노즐 배열체
21, 22, 23, 24, 25 라인
27 리볼버
29 펌프
31 이송 측면
33, 35, 37, 39 방향 밸브
41 스로틀
42 플라이휠 매스
43, 45 다이버터
47, 48, 49 시일
51 회전 속도 센서
53 평가 유닛(선택적 전송자를 가짐)
55 수신기
57 공구 홀더
58 신호 라인
59 공구
61 작업 피스
63 리볼버 드라이브
65 샤프트
67 칼라
69 포지셔닝 링
71 너트
73 마킹
75 커버/캡
77 블라인드 홀
79 공급 홀
81 밀봉 표면
83 대항면
85 리세스
86 분배 공간
87 유체 공간
α, β, γ 중심각
89 홈
91 후방 유체 연결부
92 측면 유체 연결부
93 플러그
95 제2 칼라

Claims (24)

1. 자유 제트 터빈을 갖는 스핀들(3)을 포함하는 구동 공구 홀더로서, 상기 자유 제트 터빈은 상기 스핀들(3) 상에 위치되는 로터를 포함하며, 상기 자유 제트 터빈은 2개 이상의 노즐 배열체(15, 16, 17, 18, 19) 및 각각의 노즐 배열체(15 내지 19)가 유체 공급을 위한 라인(21 내지 25)을 할당받는 적어도 하나의 방향 밸브(33, 35, 37, 39)를 포함하고, 상기 라인(21, 22, 23, 24, 25)은 상기 방향 밸브(들)(33, 35, 37, 39)로 개방되고/되거나 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 라인(21 내지 25)의 단부 상에 하나 이상의 노즐을 각각 갖는 노즐 배열체(15, 16, 17, 18, 19)가 있는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 라인(21, 22, 23, 24, 25) 또는 노즐 배열체(15, 16, 17, 18, 19)에 의해 방출되는 유체는 동일한 회전 방향 또는 대향하는 회전 방향으로 상기 스핀들(3)을 구동시키는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 터빈은 2개 이상의 로터(9, 11, 13)를 포함하고 각각의 로터(9, 11, 13)는 적어도 하나의 라인(21, 22, 23, 24, 25) 또는 적어도 하나의 노즐 배열체(15, 16, 17, 18, 19)를 할당받는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
5. 제4항에 있어서,
   상기 로터(9, 11, 13)는 다양한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   공구 흡입구(5)는 상기 스핀들(3)의 제1 단부 상에 위치되고, 상기 로터(13) 중 하나는 상기 스핀들(3)의 상기 제1 단부 및/또는 상기 스핀들(3)의 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부 상에 위치되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스핀들(3)은 그것이 회전할 수 있는 방식으로 상기 공구 홀더(57)의 하우징(1) 내의 베어링(7)에 통합되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
8. 제7항에 있어서,
   2개의 베어링(7) 사이에 적어도 하나의 로터(11)가 있는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방향 밸브(39)는 원형 포지셔닝 링(69) 및 상기 포지셔닝 링(69)과 상호작용하는 환형 또는 원뿔형 밀봉 표면(81)을 포함하고, 상기 라인(21, 22, 23, 24, 25)은 상기 밀봉 표면(81)의 원주 각도를 통해 분포되고, 상기 포지셔닝 링(69)은 상기 하우징(1)에 대한 그 회전 위치에 따라 상기 라인(21, 22, 23, 24, 25) 중 하나 이상을 해제하거나 폐쇄하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
10. 제9항에 있어서,
    상기 포지셔닝 링(69)은 상기 밀봉 표면(81)을 보완하는 대항면(83)을 포함하고, 상기 대항면(83)은 360°미만의 중심각(alpha)을 갖는 환형 또는 원뿔이고 상기 포지셔닝 링(69)은 상기 대항면(83) 전후에서 상기 원주에 리세스(85)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(1)은 분배 공간(86)과 경계를 이루는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 유체 연결부(91, 92)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
13. 제12항에 있어서,
    상기 포지셔닝 링(69) 상에 적어도 하나의 유체 연결부(91)가 있고/있거나 상기 하우징(1) 상에 적어도 하나의 유체 연결부(92)가 있는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 시일(47, 48, 49)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체를 위한 적어도 하나의 다이버터(43, 44, 45)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스핀들(3)의 회전 속도 및/또는 상기 공구 홀더(57)의 다른 동작 상태를 결정하기 위한 센서 배열체(51) 및/또는 평가 유닛(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
17. 제16항에 있어서,
    상기 센서 배열체(51) 및/또는 상기 평가 유닛(53)은 무선으로 또는 그리드 연결을 통해 외부 제어 유닛에 연결되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 외부 제어 유닛은 상기 방향 밸브(들)(33, 35, 37, 39)를 작동시키는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향 밸브(들)(33, 35, 37, 39)는 병진식으로 또는 회전식으로 (회전을 통해) 재위치되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 배열체(51)에 의해 기록되는 센서 데이터는 상기 방향 밸브(33, 35, 37, 39)를 제어하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 데이터는 상기 평가 유닛(53)에서 처리되며, 이로부터 상기 방향 밸브(33 내지 39)가 제어되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스핀들(3)은 플라이휠 매스(42)를 지지하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 로터(9)는 좌측-회전 및 우측-회전 동작을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스핀들(3)은 공구 흡입구(5)를 포함하거나 상기 공구는 상기 스핀들(3)에 통합되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.

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