WO1998036869A1 - Vorrichtung zur staubabsaugung am maschinenkopf einer bearbeitungsmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur staubabsaugung am maschinenkopf einer bearbeitungsmaschine Download PDF

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WO1998036869A1
WO1998036869A1 PCT/IB1998/000156 IB9800156W WO9836869A1 WO 1998036869 A1 WO1998036869 A1 WO 1998036869A1 IB 9800156 W IB9800156 W IB 9800156W WO 9836869 A1 WO9836869 A1 WO 9836869A1
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suction
air outlet
machine head
air
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PCT/IB1998/000156
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Rolf Haberstock
Dirk Haberstock
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Rolf Haberstock
Dirk Haberstock
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    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
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    • B23Q11/10—Arrangements for cooling or lubricating tools or work

Definitions

  • the present invention relates to a device for dust extraction on the machine head of a workpiece processing machine, in particular a machine tool, with a suction channel that can be connected to a suction device with a suction opening that annularly surrounds the tool-side end of the machine head and an air outlet channel that can be connected to a compressed air device with an annular suction opening of the suction channel enclosing air outlet.
  • a device for dust extraction in a high-speed milling machine suitable for milling graphite in which two suction nozzles connected to a suction device are fastened to the milling head on both sides of the milling spindle.
  • the two suction nozzles disadvantageously increase the so-called interference area of the machine head and thus the risk of collisions
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the outset which is structurally improved and can be used universally in practically all types of machine tools, including 5-axis milling machines.
  • the device according to the invention is accordingly characterized in that the suction duct and the air outlet duct are structurally integrated in the machine head and are each subdivided into a plurality of subchannels which are helically wound in the axial direction of the machine head, the windings of the subchannels of the suction duct and the windings of the subchannels of the air outlet duct one to the other have opposite turns and cross each other.
  • the suction opening of the suction channel which completely surrounds the tool-side end of the machine head, dust that is created, regardless of the direction in which it flies away from the place where it was created, is captured by the suction device.
  • the air outlet duct which can be connected to a compressed air device, with an air outlet opening that surrounds the suction opening of the suction duct in a ring (with a suitably selected shape of the air outlet opening of the air outlet duct and a suitably selected flow velocity of the exiting air) results in a closed air curtain enclosing the dust particles between the machine head and the workpiece to be machined. Due to the structural integration of the suction and air outlet duct in the machine head, it can be dimensioned very compact despite the two ducts. By dividing the suction duct and the air outlet duct into several sub-ducts, each of which is helically wound around the axis of the machine head, high mechanical stability and rigidity are achieved on the other hand with low weight.
  • the required mechanical stability of the machine head is not impaired by the two channels.
  • the winding direction of the subchannels of the suction channel and the air outlet channel in the opposite direction, the air emerging from the air outlet channel with a swirl is sucked out again via the suction channel without changing its direction of rotation.
  • the intersecting subchannels also increase the stability and rigidity of the construction.
  • the suction duct and the air outlet duct or their helically wound sub-ducts preferably extend essentially over the entire axial length of the machine head.
  • the sub-channels of the suction and / or the air outlet channel preferably have a rectangular cross section. In this case in particular, they can be easily produced using a 5-axis milling machine and by laser welding.
  • the suction can be improved under certain circumstances by providing a fan wheel rotating with the spindle in front of or in the suction opening of the suction channel. Because of the additional inertial mass of the fan wheel, which is increasingly disadvantageous at higher spindle speeds from approximately 20,000 rpm, its use may be limited to machines with relatively low spindle speeds.
  • the outlet opening of the air outlet duct can also be shaped in such a way that the air curtain tapers conically towards the workpiece as a whole, as a result of which the vast majority of the air forming the air curtain, together with the dust particles enclosed and contained in it, are captured by the suction system via the suction duct becomes.
  • the suction can also be improved by such a, preferably controllable, vacuum.
  • a hollow tool e.g. a hollow milling cutter
  • suctioning off the resulting dust additionally through the hollow tool, as is known per se, to further increase the suction power.
  • the device according to the invention can also be supplemented by effective cooling.
  • at least one further channel is provided on the outside around the suction channel, preferably radially between the suction channel and the air outlet channel, for supplying a cooling liquid to the tool.
  • a compressed air channel is preferably also provided next to or around the coolant channel, such that the cooling liquid emerging from the coolant channel is atomized against the tool to form a spray mist by the emerging compressed air.
  • the coolant and the compressed air channel can be divided into several subchannels, which are, however, preferably axially straight, ie not helically wound.
  • the coolant from the coolant channel could additionally or alternatively also be fed centrally into a hollow tool in a manner known per se. For this purpose, at least one connection would only have to be established between the coolant channel and the central channel of the hollow tool, in order to avoid the need for a drive motor with a hollow shaft, preferably again radially in the area of the tool chuck.
  • the device according to the invention is particularly suitable for milling machines and grinding machines, it can advantageously also be used with drilling machines or laser cutting machines. In particular, it can also be used with advantage in so-called hexapod constructions.
  • Figure 1 shows schematically a milling machine provided with a dust extraction according to the invention.
  • FIG. 2 shows an axial section through the milling head of the milling machine from FIG. 1 according to a first embodiment
  • Fig. 3 essentially the same milling head as Figure 2, but supplemented by a central suction.
  • Fig. 4 shows the milling head of Fig. 3, but with a central coolant supply instead of a central suction.
  • 1 denotes the machine head, 2 the milling spindle in the machine head 1, 3 a workpiece to be machined and 4 the support table for the workpiece 3.
  • the machine head 1 is provided with an extraction duct 5 and with an air outlet duct 6.
  • the suction duct 5 is arranged concentrically in the air outlet duct 6.
  • the suction opening of the suction channel 5 and the outlet opening of the air outlet channel ⁇ are arranged in the region of the lower, tool-side end of the machine head 1 at approximately the same height or axial plane and surround this end in a ring-shaped manner.
  • both channels are subdivided into a plurality of subchannels, which have a rectangular cross section and directly adjoin one another.
  • the partial channels of both channels 5, 6 are, as indicated by the broken lines in FIG. 2, each helically wound in the axial direction of the machine head, but have opposite turns. So they cross each other.
  • the construction of the two channels has a high degree of inherent stability and rigidity with a low weight, as a result of which it does not impair the stability of the construction of the entire machine head.
  • the entire machine head can be dimensioned very compactly taking this amount into account.
  • the two channels thus form an integral one Part of the machine head and are not just a structural ingredient.
  • the intake duct 5 (or its subchannels) is connected to a fan 9 via a line 8. Downstream of the fan 9 are a dust filter 10 and a heat exchanger 11. A line 12 leads from the heat exchanger 11 to the air outlet duct 6 (or to its sub-ducts).
  • the flow velocity and flow direction of the air emerging from the air outlet duct 6 are selected such that a closed air curtain 14, which encloses the dust particles, forms around the dust-filled zone around the tool (milling cutter) 13 between the outlet opening of the air outlet duct 6 and the workpiece 3 and effectively prevents it from escaping from this zone.
  • a closed air curtain 14 which encloses the dust particles, forms around the dust-filled zone around the tool (milling cutter) 13 between the outlet opening of the air outlet duct 6 and the workpiece 3 and effectively prevents it from escaping from this zone.
  • an adjustable sheet metal collar 15 it is achieved that the air curtain 14 tapers somewhat towards the workpiece 3, as a result of which the vast majority of the air forming the air curtain 14 together with the dust particles enclosed and contained in it from the suction via the suction channel 5 recorded becomes. This also creates air circulation through the entire device described.
  • the suction is improved by the fan wheel 7 rotating with the spindle 2.
  • the helical design of the subchannels of the air outlet duct 5 imposes a swirl on the air of the air curtain 14 and the intake air. Furthermore, the intake air fan imposes a swirl. The dust particles flying away from the milling cutter also have a twist.
  • the winding direction of the subchannels of the intake duct and the air outlet duct and the swirl imposed by the fan wheel of the intake air are selected so that the dust particles flying away from the milling cutter and also the air emerging from the air outlet duct 6 and reflected on the workpiece 3 can enter the intake duct without changing their direction of rotation .
  • a coolant channel 16 for the supply of a liquid coolant and a channel 17 for compressed air are additionally provided between the suction channel 5 and the air outlet channel 6.
  • the coolant is atomized into a spray by the compressed air.
  • the outlet openings of the two channels are aligned so that the spray is directed directly against the tool.
  • a hollow milling cutter 13 ' with a central channel and various openings is also used.
  • a plurality of radial connections 18 are provided, via which the central channel of the tool 13 is connected to the suction channel 5. Due to this design, dust can also enter the suction channel 5 centrally via the hollow milling cutter 13 '.
  • the central channel in the hollow milling cutter 13 ' is connected to the coolant channel 16 via connections 19 in the area of the tool chuck of the spindle 2, which is, however, only indicated schematically. In this embodiment, there is a central supply of liquid coolant directly into the tool 13 '.
  • Machine heads of processing machines are usually in need of cooling in order to dissipate the heat generated by the rotating spindle and its drive.
  • cooling channels through which a coolant flows are generally provided in the machine head.
  • Such an additional cooling can possibly be dispensed with by the dust extraction according to the invention, since excess heat can also be dissipated from the machine head via the air flowing through the suction duct and through the air outlet duct and cooled in the heat exchanger 11 and optionally via the coolant in the coolant duct.
  • the saving on the cooling channels also contributes to the fact that the construction of the machine head can be made very compact despite the dust extraction.

Abstract

Vor allem im Formenbau werden in zunehmendem Masse bei ihrer Bearbeitung staubende Materialien wie z.B. Hartschaum, Fibersilicate, Giessharze oder Graphit verwendet. Zur Vermeidung der Verschmutzung der Bearbeitungsmaschine und ihrer Umgebung durch den anfallenden Staub ist eine Vorrichtung zur Staubabsaugung vorgesehen, welche einen an eine Absaugvorrichtung anschliessbaren, eine Ansaugöffnung aufweisenden Absaugkanal (5) aufweist. Indem die Ansaugöffnung des Absaugkanals das werkzeugseitige Ende des Maschinenkopfes (1) ringförmig umschliesst, wird erreicht, dass entstehender Staub, gleich in welcher Richtung er vom Ort seiner Entstehung wegfliegt, von der Absaugung erfasst wird. Die Absaugung ist weiter durch einen die Bearbeitungszone einschliessenden Luftvorhang (14) sowie ggf. zusätzlich durch eine zentrale Absaugung durch ein hohles Werkzeug hindurch noch verbessert. Der Absaugkanal (5) und der für den Luftvorhang erforderliche Luftaustrittskanal (6) sind baulich in den Maschinenkopf (1) integriert und bestehen jeweils aus mehreren helixförmig gewundenen Teilkanälen mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt. Die Absaugluft wird nach Reinigung und Abkühlung vorzugsweise für den Luftvorhang verwendet und zirkuliert dadurch in der Vorrichtung. Sie dient gleichzeitig zur Abfuhr von Wärme aus dem Maschinenkopf. Auf eine zusätzliche Kühlung des Maschinenkopfes kann verzichtet werden. Eine Werkzeugkühlung kann dagegen in das erfindungsgemässe Konzept leicht ebenfalls noch integriert werden.

Description

BESCHREIBUNG
TITEL
Vorrichtung zur Staubabsaugung am Maschinenkopf einer
Bearbeitungsmaschine
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Staubabsaugung am Maschinenkopf einer Werkstück- Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine, mit einem an eine Absaugvorrichtung anschliessbaren Absaugkanal mit einer das erkzeugseitige Ende des Maschinenkopfes ringförmig umschliessenden Ansaugöffnung und einem an eine Druckluftvorrichtung anschliessbaren Luftaustrittskanal mit einer die Ansaugöffnung des Absaugkanals ringförmig umschliessenden Luftaustrittsöffnung .
Im Formenbau werden in zunehmendem Masse bei ihrer Bearbeitung staubende Materialien wie z.B. Hartschaum, Fibersilicat oder Giessharze verwendet. Will man eine Verschmutzung der Bearbeitungsmaschine und ihrer Umgebung durch den anfallenden Staub verhindern, müssen spezielle Massnah en getroffen werden. Als besonders wichtig hat sich dies vor allem beim Hochgeschwindigkeitsfräsen (mit Spindeldrehzahlen bis zu 120.000 Upm) von Graphitelektroden für Erodiermaschinen herausgestellt. Mit der Einführung neuer mathematischer Konzepte im CAM-Bereich (NURBS= Non uniform rational Bezier splines) werden in Zukunft zudem generell wesentlich höhere, als die bisher möglichen Fahrgeschwindigkeiten beim Fräsen erreicht werden können.
STAND DER TECHNIK
Es ist eine Vorrichtung zur Staubabsaugung bei einer für das Fräsen von Graphit geeigneten Hochgeschwindigkeits-Fräsmaschine bekannt, bei welcher zwei mit einer Absaugvorrichtung verbundene Absaugdüsen beidseits der Frässpindel am Fräskopf befestigt sind. Durch die beiden Absaugdüsen kann jedoch nur ein Teil des beim Fräsen anfallenden Staubes abgesaugt werden. Der restliche Teil entweicht in die Umgebung und macht es erforderlich, die gesamte Maschine unter einer Staubabdeckhaube zu betreiben. Durch die beiden Absaugdüsen wird der sog. Störbereich des Maschinenkopfes und damit auch die Gefahr von Kollisionen in nachteiliger Weise vergössert
Eine prinzipiell bessere Lösung zur Staubabsaugung bei einer Fräsmaschine wird in der DE-3800050 AI beschrieben. Hier ist die Spindel der Fräsmaschine von einem ringförmigen Absaugkanal umgeben. Um diesen herum ist eine ebenfalls ringförmige Düse angeordnet, welche einen Luftvorhang in Richtung des Werkstücks bläst und dadurch die Absaugung des entstehenden pulvrigen Bearbeitungsabfalls durch den Absaugkanal unterstützt. In ihrer konstruktiven Ausbildung weist die bekannte Vorrichtung jedoch noch gewisse Mängel auf, welche vor allem darin liegen, dass der Absaugkanal und die Düse am Maschinenkopf als im wesentlichen zusätzliche Elemente aussen angebaut sind und von daher nicht unerheblich dessen Stördurchmesser erhöhen. Der Anwendungsbereich der bekannten Konstruktion ist deshalb auf Maschinen beschränkt, bei denen auf Grund der Platzverhältnisse der Anbau dieser Elemente möglich ist. Dies gilt insbesondere, wenn man zusätzlich die in der DE 38000050 gar nicht dargestellten Anschlussleitungen mit einbezieht. Mit der in der DE 3800050 AI dargestellten Düsenform dürfte zudem ein homogener, geschlossener Luftvorhang nicht erzielbar sein.
Es ist weiter bekannt, den anfallenden Staub durch Verwendung eines Hohlfräsers in Kombination mit einem Fräsmotor mit Hohlwelle abzusaugen, wobei als Absaugkanal ein zentraler Kanal im Fräser bzw. in der Spindel des Fräsmotors dient. In modernen 5-achsigen Fräsmaschinen sind Motoren mit Hohlwellen allerdings kaum einsetzbar .
Schliesslich sind Werkzeuge bekannt, bei denen zentrale Kanäle zur Kühlmittelzufuhr verwendet werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche konstruktiv verbessert und universell bei praktisch allen Arten von Werkzeugmaschinen, darunter auch 5-achsige Fräsmaschinen, einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindunggemäss gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal und der Luftaustrittskanal in den Maschinenkopf baulich integriert und jeweils in mehrere, in Axialrichtung des Maschinenkopfes helixförmig gewundene Teilkanäle unterteilt sind, wobei die Windungen der Teilkanäle des Absaugkanals und die Windungen der Teilkanäle des Luftaustrittskanals einen zueinander entgegengesetzten Windungssinn aufweisen und sich überkreuzen. Durch die das werkzeugseitige Ende des Maschinenkopfes ringförmig vollständig umschliessende Ansaugöffnung des Absaugkanals wird entstehender Staub, gleich in welcher Richtung er vom Ort seiner Entstehung wegfliegt, von der Absaugung erfasst. Durch den an eine Druckluftvorrichtung anschliessbaren Luftaustrittskanal mit einer die Ansaugöffnung des Absaugkanals ringförmig umschliessenden Luftaustrittsöffnung ergibt sich (bei geeignet gewählter Form der Luftaustrittsöffnung des Luftaustrittskanals sowie geeignet gewählter Strömungsgeschwindigkeit der austretenden Luft) durch die austretende Luft ein die Staubteilchen ein- schliessender geschlossener Luftvorhang zwischen dem Maschinenkopf und dem zu bearbeitenden Werkstück. Durch die bauliche Integration des Absaug- und des Luftaustrittskanals in den Maschinenkopf kann dieser, trotz der beiden Kanäle, sehr kompakt dimensioniert werden. Durch die Unterteilung des Absaugkanals und des Luftaustrittskanals in mehrere Teilkanäle, welche jeweils helixförmig um die Achse des Maschinenkopfes gewunden geführt sind, wird andererseits bei geringem Gewicht eine hohe mechanische Stabilität und Steifigkeit erzielt. Durch die beiden Kanäle wird die erforderliche mechanische Stabilität des Maschinenkopfes nicht beeinträchtigt. Indem der Windungssinn der Teilkanäle des Absaugkanals und des Luftaustrittskanals entgegengesetzt gewählt ist, wird die aus dem Luftaustrittskanal mit Drall austretende Luft ohne Aenderung ihres Drehsinns über den Ansaugkanal wieder abgesaugt. Durch die sich überkreuzenden Teilkanäle wird auch die Stabilität und Steifigkeit der Konstruktion zusätzlich erhöht .
Der Absaugkanal und der Luftaustrittskanal bzw. ihre helixförmig gewundenen Teilkanäle erstrecken sich vorzugsweise im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Maschinenkopfes .
Für die Absaugung ist es nicht erforderlich bei Werkzeugmaschinen mit einer sich drehenden Spindel, wie z.B. Fräs-, Schleif- oder Bohrmaschinen, die Spindel als Hohlwelle auszubilden. Die erfindungsgmässe Konstruktion kann daher auch bei 5-achsigen Fräsmaschinen mit Vorteil eingesetzt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Teilkanäle des Absaug- und/oder des Luftaustrittskanals weisen vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Insbesondere in diesem Falle können sie mittels einer 5-achsigen Fräsmaschine und durch Laserschweissen einfach hergestellt werden.
Bei Werkzeugmaschinen mit einer sich drehenden Spindel kann die Absaugung unter Umständen dadurch verbessert werden, dass vor oder in der Ansaugöffnung des Absaugkanals ein sich mit der Spindel drehendes Lüfterrad vorgesehen wird. Wegen der sich bei höheren Spindeldrehzahlen ab etwa 20.000 Upm jedoch zunehmend nachteilig auswirkenden zusätzlichen trägen Masse des Lüfterrades, dürfte dessen Einsatzmöglichkeit auf Maschinen mit relativ niedrigen Spindeldrehzahlen beschränkt sein.
Die Austrittsöffnung des Luftaustrittskanals kann weiter so geformt sein, dass sich der Luftvorhang gegen das Werkstück hin insgesamt konisch verjüngt, wodurch der weitaus grösste Teil der den Luftvorhang bildenen Luft zusammen mit den von ihm eingeschlossenen und in ihm enthaltenen Staubpartikeln von der Absaugung über den Absaugkanal erfasst wird.
Es kann weiter vorgesehen sein, die Absaugluft und die aus der mindestens einen Luftaustrittsöffnung austretende Luft in einem Kreislauf zu führen, wobei in diesem Kreislauf, Staubabscheideoder Staubfiltervorrichtungen sowie ggf. Kühlvorrichtungen angeordnet sind. Wird über die Absaugung mehr Luft abgesaugt als durch den Luftaustrittskanal ausgeblasen wird, so entsteht im Absaugbereich und im Absaugkanal ein die Absaugung noch unterstützender Unterdruck. Durch einen solchen, vorzugsweise steuerbaren, Unterdruck lässt sich die Absaugung zusätzlich verbessern.
Bei grösseren Durchmessern der Fräswerkzeuge lässt sich durch Verwendung eines hohlen Werkzeuges, wie z.B. eines Hohlfräsers, und durch Absaugen des entstehenden Staubes zusätzlich durch das hohle Werkzeug hindurch, wie dies an sich bekannt ist, die Absaugleistung noch erhöhen. Im Unterschied zum Stand der Technik ist es hierzu allerdings nicht erforderlich, einen Antriebsmotor mit Hohlwelle zu verwenden. Vielmehr kann bzw. können im Bereich des Werkzeugfutters eine oder mehrere Verbindungen in radialer Richtung zwischen dem zentralen Kanal des hohlen Werkzeuges und dem erfindungsgemässen Absaugkanal hergestellt werden .
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die erfin- dungsgemässe Vorrichtung auch noch um eine effektive Kühlung ergänzt werden. Aussen um den Absaugkanal herum, vorzugsweise radial zwischen dem Absaugkanal und dem Luftaustrittskanal, wird hierzu mindestens ein weiterer Kanal für die Zufuhr einer Kühl- flüssigkeit zum Werkzeug vorgesehen. Bevorzugt ist in diesem Falle neben oder um den Kühlmittelkanal herum auch noch ein Pressluftkanal vorgesehen, derart, dass durch die austretende Pressluft die aus dem Kühlmittelkanal austretende Kühlflüssigkeit gegen das Werkzeug hin zu einem Sprühnebel zerstäubt wird.
Der Kühlmittel- und der Pressluftkanal können wie der Absaug- und ggf. der Luftaustrittskanal in mehrere Teilkanäle unterteilt sein, welche bevorzugt jedoch axial gerade, d.h. nicht helixförmig gewunden sind. Das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal könnte zusätzlich oder alternativ in an sich bekannter Weise auch zentral in ein hohles Werkzeug eingespeist werden. Hierzu müsste lediglich mindestens eine Verbindung zwischen dem Kühlmittelkanal und dem zentralen Kanal des hohlen Werkzeugs hergestellt werden, zur Vermeidung der Notwendigkeit eines Antriebsmotors mit Hohlwelle vorzugsweise wieder radial im Bereich des Werkzeugfutters .
Es könnte auch vorgesehen sein, dieselben radialen Verbindungen im Bereich des Werkzeugfutters wahlweise für eine zentrale Staubabsaugung oder eine zentrale Kühlmittelzufuhr zu verwenden.
Während die erfindungsgemässe Vorrichtung insbesondere für Fräsmaschinen und Schleifmaschinen geeignet ist, kann sie mit Vorteil auch bei Bohrmaschinen oder Laserschneidemaschinen eingesetzt werden. Insbesondere ist sie auch bei sogenannten Hexapod- Konstruktionen mit Vorteil einsetzbar.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nachfolgend Ausführungbeispiele der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigt :
Fig. 1 schematisch eine mit einer Staubabsaugung nach der Erfindung versehene Fräsmaschine;
Fig. 2 einen Axialschnitt durch den Fräskopf der Fräsmaschine von Fig. 1 gemass einer ersten Ausführungsform;
Fig. 3 im wesentlichen den gleichen Fräskopf wie Fig. 2, jedoch ergänzt um eine zentrale Absaugung; und Fig. 4 den Fräskopf von Fig. 3, jedoch mit einer zentralen Kühlmittelzufuhr anstelle einer zentralen Absaugung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Fräsmaschine ist mit 1 der Maschinenkopf, mit 2 die Frässpindel im Maschinenkopf 1, mit 3 ein zu bearbeitendes Werkstück und mit 4 der Auflagetisch für das Werkstück 3 bezeichnet.
Wie besser anhand von Fig. 2 zu erkennen ist, ist der Maschinenkopf 1 mit einem Absaugkanal 5 sowie mit einem Luftaustrittskanal 6 versehen. Der Absaugkanal 5 ist konzentrisch im Luftaustrittskanal 6 angeordnet. Die Ansaugöffnung des Absaugkanals 5 und die Austrittsöffnung des Luftaustrittskanals β sind im Bereich des unteren, werkzeugseitigen Endes des Maschinenkopfes 1 in etwa der gleichen Höhe bzw. Axialebene angeordnet und umschliessen jeweils ringfömig dieses Ende.
Beide Kanäle sind, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, in mehrere Teilkanäle unterteilt, welche einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und unmittelbar aneinandergrenzen. Die Teilkanäle beider Kanäle 5, 6 sind, wie in Fig. 2 durch die unterbrochenen Linien angedeutet ist, jeweils helixförmig in Axialrichtung des Maschinenkopfes gewunden, weisen jedoch entgegengesetzten Windungsinn auf. Sie überkreuzen sich daher.
Derart ausgebildet, weist die Konstruktion der beiden Kanäle eine hohe Eigenstabilität und -steifigkeit bei geringem Gewicht auf, wodurch sie die Stabilität der Konstruktion des gesamten Maschinenkopfes nicht beeinträchtigt. Der gesamte Maschinenkopf kann unter Berücksichtigung dieses Betrags sehr kompakt dimensioniert werden. Die beiden Kanäle bilden damit einen integralen Bestandteil des Maschinenkopfes und stellen nicht lediglich eine bauliche Zutat dar.
Mit 7 ist weiter ein Lüfterrad bezeichnet, welches unmittelbar vor der Ansaugöffnung des Ansaugkanals angeordnet und mit der Spindel 2 verbunden ist.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Ansaugkanal 5 (bzw. seine Teilkanäle) über eine Leitung 8 mit einem Ventilator 9 verbunden. Dem Ventilator 9 nachgeordnet sind ein Staubfilter 10 sowie ein Wärmetauscher 11. Vom Wärmetauscher 11 führt eine Leitung 12 zum Luftaustrittskanal 6 (bzw. zu dessen Teilkanälen) .
Durch den Ventilator 9 wird (bei Betrieb der Fräsmaschine) mit Staub versetzte Luft aus dem Bereich zwischen dem Werkstück und dem unteren Ende des Maschinenkopfes über den Ansaugkanal 5 und die Leitung 8 angesaugt und dem Filter 10 zugeführt. Im Filter 10 wird der in der Luft enthaltene Staub abgetrennt. Die gereinigte Luft wird nachfolgend im Wärmetauscher 11 abgekühlt und über die Leitung 12 und den Luftaustrittskanal 6 wieder in den genannten Bereich eingeblasen.
Die Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung der aus dem Luftaustrittskanal 6 austretenden Luft sind so gewählt, dass sich um die staubangefüllte Zone um das Werkzeug (den Fräser) 13 herum zwischen der Austrittsöffnung des Luftaustrittskanals 6 und dem Werkstück 3 ein geschlossener Luftvorhang 14 ausbildet, der die Staubteilchen einschliesst und an einem Entweichen aus dieser Zone heraus wirkungsvoll hindert. Mittels einer verstellbaren Blechmanschette 15 wird erreicht, dass der Luftvorhang 14 sich gegen das Werkstück 3 hin konisch etwas verjüngt, wodurch der weitaus grösste Teil der den Luftvorhang 14 bildenden Luft zusammen mit den von ihm eingeschlossenen und in ihm enthaltenen Staubpartikeln von der Absaugung über den Absaugkanal 5 erfasst wird. Dadurch entsteht auch eine Luftzirkulation durch die gesamte beschriebene Vorrichtung .
Durch das sich mit der Spindel 2 drehende Lüfterrad 7 wird die Absaugung verbessert.
Durch die helixförmige Ausbildung der Teilkanäle des Luftaustrittskanals 5 wird der Luft des Luftvorhangs 14 und der Ansaugluft ein Drall aufgezwungen. Weiter zwingt auch das Lüfterrad der Ansaugluft einen Drall auf. Einen Drall weisen auch die vom Fräser wegfliegenden Staubpartikel auf. Der Windungssinn der Teilkanäle des Ansaugkanals und des Luftaustrittskanals sowie der vom Lüfterrad der Ansaugluft aufgezwungene Drall sind so gewählt, dass die vom Fräser wegfliegenden Staubpartikel sowie auch die aus dem Luftaustrittskanal 6 austretende und am Werkstück 3 reflektierte Luft ohne Aenderung ihres Drehsinns in den Ansaugkanal eintreten können.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 ist zwischen dem Absaugkanal 5 und dem Luftaustrittskanal 6 zusätzlich ein Kühlmittelkanal 16 für die Zufuhr eines flüssigen Kühlmittels sowie ein Kanal 17 für Pressluft vorgesehen. Durch die Pressluft wird das Kühlmittel in einen Sprühnebel zerstäubt. Die Austrittsöffnungen der beiden Kanäle sind so ausgerichtet, dass der Sprühnebel direkt gegen das Werkzeug gerichtet ist.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist weiter ein Hohlfräser 13' mit einem zentralen Kanal sowie diversen Öffnungen verwendet. Im Bereich des Werkzeugfutters der Spindel 2 sind mehrere radiale Verbindungen 18 vorgesehen über welche der zentrale Kanal des Werkzeuges 13 mit dem Absaugkanal 5 in Verbindung steht. Durch diese Ausbildung kann Staub auch zentral über den Hohlfräser 13 ' in den Absaugkanal 5 gelangen. Im Beispiel von Fig. 4 steht der zentrale Kanal im Hohlfräser 13 ' über Verbindungen 19 im Bereich des Werkzeugfutters der Spindel 2 mit dem Kühlmittelkanal 16 in Verbindung, was jedoch lediglich schematisch angedeutet ist. Bei dieser Ausbildung ergibt sich eine zentrale Zufuhr von flüssigem Kühlmittel direkt in das Werkzeug 13 ' hinein.
Gewöhnlich sind Maschinenköpfe von Bearbeitungsmaschinen kühlungsbedürftig, um die durch die sich drehende Spindel und ihren Antrieb entstehende Wärme abzuführen. Dazu sind in der Regel von einem Kühlmittel durchströmte Kühlkanäle im Maschinenkopf vorgesehen. Durch die erfindungsgemässe Staubabsaugung kann auf eine solche zusätzliche Kühlung ggf. verzichtet werden, da über die durch den Absaugkanal und durch den Luftaustrittskanal strömende und im Wärmetauscher 11 abgekühlte Luft sowie ggf. über das Kühlmittel im Kühlmittelkanal überschüssige Wärme aus dem Maschinenkopf ebenfalls abgeführt werden kann. Die Einsparung der Kühlkanäle trägt zusätzlich dazu bei, dass die Konstruktion des Maschinenkopfes trotz der Staubabsaugung sehr kompakt ausgeführt werden kann.
Maschinenkopf
Spindel
Werkstück
Auflägetisch
Absaugkanal
Luftaustrittskanal
Lüfterrad
Leitung
Ventilator
Staubfilter
Wärmetauscher
Leitung 12
Fräser/Hohlfräser
Luftvorhang verstellbare Manschette
Kühlmittelkanal
Pressluftkanal
Verbindungen zum Ansaugkanal
Verbindungen zum Kühlmmittelkanal

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Vorrichtung zur Staubabsaugung am Maschinenkopf (1) einer Werkstück-Bearbeitungsmaschine mit einem an eine Absaugvorrichtung (9) anschliessbaren Absaugkanal (5) mit einer das werkzeugseitige Ende des Maschinenkopfes (1) ringförmig umschliessenden Ansaugöffnung und einem an eine Druckluftvorrichtung (9) anschliessbaren Luftaustrittskanal (6) mit einer die Ansaugöffnung des Absaugkanals (5) ringförmig umschliessenden Luftaustrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Absaugkanal (5) und der Luftaustrittskanal in den Maschinenkopf
(1) baulich integriert und jeweils in mehrere, in Axialrichtung des Maschinenkopfes helixförmig gewundene Teilkanäle unterteilt sind, wobei die Windungen der Teilkanäle des Absaugkanals und die Windungen der Teilkanäle des Luftaustrittskanals einen zueinander entgegengesetzten Windungssinn aufweisen und sich überkreuzen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die helixförmig gewundenen Teilkanäle des Absaugkanals und/oder des Luftauftrittskanals einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Bearbeitungsmaschinen mit einer sich drehenden Spindel (2) an der Spindel vor oder in der Ansaugöffnung des Absaugkanals (5) ein sich mit der Spindel drehendes Lüfterrad (7) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustrittsöffnung des Luftaustrittskanals (6) so geformt ist, dass die austretende Luft einen sich zur Achse des Maschinenkopfes (1) hin konisch verjüngenden Luftvorhang (14) zwischen dem Maschinenkopf und dem zu bearbeitenden Werkstück (3) erzeugt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftaustrittöffnung des Luftaustrittskanals (6) mit einer verstellbaren Manschette (15) versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugluft über einen Staubfilter (10) und ggf. zusätzlich einen Wärmetauscher (11) geleitet und nachfolgend dem Luftaustrittskanal (6) zugeführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6 , dadurch gekennzeichnet , dass aussen um den Absaugkanal (5) herum, ein Kühlmittelkanal (16) für die Zufuhr eines Kühlmittels vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Kühlmittelkanal (16) noch ein Pressluftkanal (17) für die Zufuhr von Pressluft zum Zerstäuben des eines flüssigen Kühlmittels vorgesehen ist
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet dass der Kühlmittelkanal (16) und ggf. der Pressluftkanal (17) zwischen dem Absaugkanal (5) und dem Luftaustrittskanal (6) angeordnet ist/sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (16) und ggf. der Pressluftkanal (17) in mehrere, vorzugsweise axial verlaufende Teilkanäle unterteilt ist/sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spindel (2) mindestens eine radiale Verbindungsöffnung (18) zwischen dem Bereich des Werkzeugfutters in der Spindel und dem Absaugkanal (5) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spindel (2) mindestens eine radiale Verbindungsöffnung (18) zwischen dem Bereich des Werkzeugfutters in der Spindel und dem Kühlmittelkanal (16) vorgesehen ist.
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