WO2020127085A1

WO2020127085A1 - Motorspindel mit wechselkassette

Info

Publication number: WO2020127085A1
Application number: PCT/EP2019/085403
Authority: WO
Inventors: Willy Schmid
Original assignee: Tramec Gmbh
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-06-25
Also published as: DE102018222362B4; DE102018222362A1

Abstract

Motorspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs mit einer Antriebseinheit, einer Wechselkassette und einer Spanneinheit, wobei die Wechselkassette mit der Antriebseinheit zerstörungsfrei lösbar verbindbar ist, wobei die Antriebseinheit eine Antriebswelle und die Wechselkassette einen Rotationskörper aufweist, wobei mittels der Spanneinheit die Antriebswelle mit dem Rotationskörper für eine Drehmomentübertragung verbindbar ist und wobei die Spanneinheit mindestens ein Spannelement aufweist, welches mittels eines Hydraulikmediums zum Aufbringen einer Spannkraft in radialer Spannrichtung beaufschlagbar ist.

Description

Motorspindel mit Wechselkassette

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft eine Motorspindel für eine Werkzeugmaschine zur Aufnahme eines Werkzeugs mit einer Antriebseinheit, einer Wechselkassette und einer Spanneinheit, wobei die Wechselkassette mit der Antriebseinheit zerstörungsfrei lösbar verbindbar ist, wobei die Antriebseinheit eine Antriebswelle und die Wechselkassette einen Rotationskörper aufweist und wobei mittels der Spanneinheit die Antriebswelle mit dem Rotationskörper für eine Drehmomentübertragung verbindbar ist.

Die Druckschrift EP 2 269 768 A2 zeigt eine zweigeteilte, als Motorspindel gestaltete Werkzeugspindel mit einem stehenden und sich drehenden Werkzeug, wobei das Werkzeug in einem als Spindelwelle gestalteten Rotationskörper aufgenommen ist. Die Spindelwelle ist mittels einer Zahnnabe mit einem an deiner Antriebswelle angeordneten Zahnkranzelement für eine Drehmomentenübertragung verbindbar.

AUFGABE UND LÖSUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine geteilte Motorspindel mit einer zuverlässigen Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebswelle und einem Rotationskörper, eine Wechselkassette hierfür und die Verwendung einer Wechselkassette zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die geteilte Motorspindel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , die Wechselkassette mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und die Verwendung einer Wechselkassette mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung ist eine Motorspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs mit einer Antriebseinheit, einer Wechselkassette und einer Kopplungseinheit vorgesehen, wobei die Wechselkassette mit der Antriebseinheit zerstörungsfrei lösbar verbindbar ist, wobei die Antriebseinheit eine Antriebswelle und die Wechselkassette einen Rotationskörper aufweist, wobei mittels der Kopplungseinheit die Antriebswelle mit dem Rotationskörper für eine Drehmomentübertragung koppel- oder verbindbar ist, wobei die Kopplungseinheit als Spanneinheit gestaltet ist und mindestens ein Spannelement aufweist, mittels welchem eine Spannkraft in radialer Spannrichtung und/oder in Umfangsrichtung für eine spielfreie Kopplung der Antriebswelle mit dem Rotationskörper aufbringbar ist.

Durch Aufbringen einer Spannkraft, auch als Vorspannung bezeichnet, wird eine spielfreie Kopplung realisiert.

In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Spannelement mittels eines Hydraulikmediums zum Aufbringen einer in Radialrichtung wirkenden Spannkraft beaufschlagbar ist.

Das Hydraulikmedium ist vorzugsweise ein mindestens nahezu inkompressibles Medium. Durch die Kraftbeaufschlagung wird das Spannelement in Ausgestaltungen der Erfindung in Radialrichtung verformt und/oder verstellt. Das mindestens eine Spannelement der Spanneinheit steht dabei in Wechselwirkung mit einer Spannfläche, in deren Richtung das Spannelement verform- oder verstellbar ist. Zwischen dem mindestens einen Spannelement und der Spannfläche ist eine drehfeste und spielfreie Verbindung der Antriebswelle mit dem Rotationskörper herstellbar. In anderen Ausgestaltungen wirkt das Spannelement mit einem in Radialrichtung verform- und/oder verstellbaren Klemmelement zum Aufbringen der Spannkraft in Radialrichtung zusammen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das mindestens eine Spannelement als Dehnelement mit einem Kammersystem gestaltet, wobei das Dehnelement durch Einbringen des Hydraulikmediums in das Kammersystem in der Spannrichtung aufweitbar ist. Die Spanneinheit ist in anderen Worten als Hydrodehnspanneinheit gestaltet. Das mindestens eine Dehnelement wird verformt sobald eine Kraft auf das inkompressible Medium aufgebracht wird und die Kraft mittels des inkompressiblen Mediums auf das mindestens eine Dehnelement übersetzt wird. Die Kraft auf das inkompressible Medium wird in einer Ausgestaltung mittels eines ein Volumen des Kammersystems reduzierenden Stellelements aufgebracht, beispielsweise mittels einer Schraube, die in einem eingedrehten Zustand das inkompressible Medium in dem Kammersystem mit einer Kraft beaufschlagt. Die auf das inkompressible Medium in dem Kammersystem aufgebrachte Kraft bewirkt somit eine Verformung des mindestens einen Dehnelements. In einem verformten Zustand des mindestens einen Dehnelements ist die drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Spanneinheit der Antriebswelle und der Spannfläche des Rotationskörpers hergestellt. Durch eine Bewegung des Stellelements in entgegengesetzter Richtung, beispielsweise durch ein Hinausdrehen der Schraube, ist die aufgebrachte Kraft auf das inkompressible Medium reduzierbar und eine Aufweitung des mindestens einen Dehnelements weniger bis gar nicht vorhanden. In einem nicht verformten oder aufgeweiteten Zustand des mindestens einen Dehnelements ist die drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Spanneinheit der Antriebswelle und der Spannfläche des Rotationskörpers gelöst. Somit ist die drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Rotationskörper mittels der Spanneinheit zerstörungsfrei lösbar.

In einer Ausgestaltung werden die Antriebseinheit und der Rotationskörper durch die Kraftbeaufschlagung des Spannelements formschlüssig verbunden. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist die drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Rotationskörper eine kraftschlüssige Verbindung. Die kraftschlüssige Verbindung, auch als reibschlüssige Verbindung bezeichnet, basiert auf einer erhöhten Reibung zwischen den an der Antriebswelle und dem Rotationskörper vorgesehenen Verbindungselementen. Die erhöhte Reibung ist durch die Aufweitung des mindestens einen Spannelements in Wechselwirkung mit der Spannfläche und daraus resultierende hohe Normalkräfte realisierbar.

In einer Ausgestaltung sind mehrere Spannelemente in der Spanneinheit vorgesehen, die eine gleichmäßige drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Rotationskörper ermöglichen. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist die drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Spanneinheit der Antriebswelle und der Spannfläche des Rotationskörpers eine spielfreie Kupplung der Antriebswelle mit dem Rotationskörper.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Spannelement an der Antriebswelle angeordnet ist. Das mindestens eine Spannelement ist dabei an einem dem Rotationskörper zugewandten Ende der Antriebswelle angeordnet. Durch die Anordnung des Spannelements an der Antriebswelle kann auf ein Hydrauliksystem der Wechselkassette verzichtet werden. In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Spannelement an dem Rotationskörper angeordnet. In einer weiteren Ausgestaltung ist sowohl an der Antriebswelle als auch an dem Rotationskörper jeweils ein Spannelement angeordnet. In diesem Fall bilden mindestens zwei voneinander unabhängige Spannelemente miteinander die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Rotationskörper. Die Spannelemente der Antriebswelle und die Spannelemente des Rotationskörpers sind in einer Ausgestaltung versetzt angeordnet, und stehen jeweils mit Spannflächen des Rotationskörpers oder der Antriebswelle in Verbindung.

In einer Ausgestaltung ist das Spannelement so angeordnet, dass eine Rotationsbewegung und eine daraus resultierende Fliehkraft die spielfreie drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Antriebwelle und dem Rotationskörper verstärkt, beispielsweise indem das Hydraulikmedium auf eine verformbare Wandung des als Dehnelement gestalteten Spannelements wirkt.ln vorteilhaften Ausgestaltungen sind das mindestens eine als Dehnelement gestaltete Spannelement und die Spannfläche rotationssymmetrisch und konzentrisch zueinander angeordnet. Bei einer über einen Umfang der Antriebswelle und/oder des Rotationskörpers gleichmäßigen Aufweitung des mindestens einen als Dehnelement gestalteten Spannelement ist eine konzentrische, drehfeste und spielfreie Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Rotationskörper erzielbar.

In einer alternativen Ausgestaltung sind an der Antriebswelle und dem Rotationskörper beim Verbinden ineinandergreifende, als ineinandergreifende, vorzugsweise als Außenverzahnung und Innenverzahnung gestaltete, Verzahnungsgeometrien vorgesehen, wobei das mindestens eine Spannelement zwischen den Verzahnungsgeometrien derart angeordnet ist, dass es im gekoppelten Zustand eine Spannkraft in Umfangsrichtung bewirkt. Das mindestens eine Spannelement erlaubt so eine spielfreie Kopplung des Rotationskörpers mit der Antriebswelle. Die Verzahnungsgeometrien sind je nach Anwendungsfall durch den Fachmann geeignet wählbar. Vorzugsweise sind die Verzahnungsgeometrien als ineinandergreifende Außenverzahnung und Innenverzahnung gestaltet, Die Zahl der Zähne der Außenverzahnung und der Innenverzahnung sowie eine Härte des mindestens einen Spannelements sind dabei durch den Fachmann je nach Anwendungsfall geeignet wählbar. In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Spannelement aus Polyurethan und weist eine Shore-Härte von ca. 90ShA bis ca. 100 ShA auf.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Spannelement als Klauenelement mit zwei mittels eines Stegs verbundenen Klauen gestaltet ist, welche zwischen zwei aufeinanderfolgende Zähne der Außenverzahnung oder der Innenverzahnung eingesetzt ist, wobei vorzugsweise einander zugewandte Flanken der Klauen des mindestens einen Klauenelements ballig sind, und ein zwischen den Flanken aufgenommener Zahn der Innenverzahnung oder der Außenverzahnung gerade Flanken aufweist. Die Geometrie der Flanken ist vorteilhaft, für eine spielfreie Kopplung auch bei hohen Drehzahlen. In einer Ausgestaltung ist als Spanneinheit eine beispielsweise aus CN 207 90 6314 U bekannte Klauenkupplung umfassend ein Taschenteil mit darin eingesetzten, als Elastomere bezeichneten Spannelementen und ein damit axial steckbares Nockenteil eingesetzt. Dabei ist in einer Ausgestaltung das Taschenteil der Klauenkupplung an der Antriebswelle und ein Nockenteil an dem Rotationskörper vorgesehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung einer derartigen Klauenkupplung beschränkt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle eine Buchse und der Rotationskörper einen dazu komplementären Zapfen aufweist. Die Buchse ist dabei an dem dem Rotationskörper zugewandten Ende der Antriebswelle angeordnet. In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Spannelement an dem Zapfen angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist das mindestens eine Spannelement in anderen Ausgestaltungen an der Buchse angeordnet. Das mindestens eine Spannelement ist in einer Ausgestaltung einteilig mit dem Zapfen oder der Buchse ausgebildet, in anderen Ausgestaltungen ist es mit dem Zapfen oder der Buchse dauerhaft oder lösbar verbunden. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist das mindestens eine Spannelement an der Buchse der Antriebswelle vorgesehen. In diesem Fall ist das mindestens eine Spannelement in einer Ausgestaltung einteilig mit der Buchse ausgebildet. In anderen Ausgestaltungen sind das Spannelement und die Antriebswelle als getrennte Bauteile gefertigt, wobei das Spannelement beispielsweise in die Buchse eingesetzt ist. In einer Ausgestaltung ist das Spannelement als in Spannrichtung aufweitbare Dehnhülse gestaltet, welche in die Buchse der Antriebswelle eingesetzt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wechselkassette eine erste Lagerung für den Rotationskörper und die Antriebseinheit eine zweite Lagerung für die Antriebswelle aufweist. Der Rotationskörper und die Antriebswelle sind dadurch getrennt und unabhängig voneinander gelagert. Eine Trennung der ersten Lagerung zu der zweiten Lagerung ermöglicht beispielsweise bei einem Defekt der ersten Lagerung des Rotationskörpers, dass die Wechselkassette von der Antriebseinheit trennbar und durch eine weitere Wechselkassette mit einer intakten ersten Lagerung ersetzbar ist. Entsprechend gleiches gilt für die zweite Lagerung. Die zweite Lagerung der Antriebswelle der Antriebseinheit ist von der Wechsel kassette trennbar und durch eine weitere Antriebseinheit mit einer intakten zweiten Lagerung ersetzbar.

Die Lagerungen sind in vorteilhaften Ausgestaltungen jeweils als Wälzlager ausgeführt. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagersätze der als Wälzlager ausgeführten ersten Lagerung eine O-Anordnung aufweisen. Die O-Anordnung der ersten Lagerung des Rotationskörpers der Wechselkassette ermöglicht es, sowohl axial als auch radial außerhalb der ersten Lagerung eingeleitete Kräfte aufzunehmen. Axial eingeleitete Kräfte sind Kräfte, die entlang einer Rotationsachse des Rotationskörpers angreifen. Radial eingeleitete Kräfte sind Kräfte, die orthogonal zu der Rotationsachse des Rotationskörpers angreifen. Die Rotationsachse des Rotationskörpers erstreckt sich in einer vorteilhaften Ausgestaltung in einer Verlängerung und Flucht einer Rotationsachse der Antriebswelle der Antriebseinheit.

An dem Rotationskörper ist ein Werkzeug vorsehbar. In einer Ausgestaltung ist das Werkzeug einteilig mit dem Rotationskörper verbunden. In vorteilhaften Ausgestaltungen weist der Rotationskörper eine Werkzeugaufnahme auf, in welcher ein Werkzeug zerstörungsfrei lösbar aufnehmbar ist. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wechselkassette eine Werkzeuglöseeinheit aufweist und die Antriebseinheit mindestens einen Lösekolben zur Betätigung der Werkzeuglöseeinheit aufweist. Ein mit dem Rotationskörper der Wechselkassette verbundenes Werkzeug ist mittels der Werkzeuglöseeinheit aus dem Rotationskörper ausstoßbar. Die Werkzeuglöseeinheit ist entsprechend einem an der Werkzeugaufnahme vorgesehenen Werkzeugspannsystem gestaltet. Die Werkzeuglöseeinheit weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung mindestens einen in Richtung der Längsachse der Motorspindel verstellbaren Betätigungsbolzen für das Werkzeugspannsystem auf. Weiter sind in vorteilhaften Ausgestaltungen mindestens eine Verstellhülse und mindestens ein Kraftübertragungselement vorgesehen mittels welcher eine Kraft und/oder Bewegung von dem Lösekolben der Antriebseinheit zu dem Betätigungsbolzen übertragbar ist.

In einer alternativen Ausgestaltung ist die Werkzeuglöseeinheit an der Antriebseinheit vorgesehen und anders angeordnet sein. Dann ist das mit dem Rotationskörper der Wechselkassette verbundene Werkzeug mittels der an der Antriebseinheit vorgesehenen Werkzeuglöseeinheit ausstoßbar. Beispielsweise ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass eine an der Antriebseinheit vorgesehene Werkzeuglöseeinheit eine Betätigungsstange aufweist, welche nach einer Verbindung der Antriebseinheit mit dem Rotationskörper in den Rotationskörper bis hin zu einer Werkzeugaufnahme ragt. Durch eine Bewegung der Betätigungsstange entlang der Längsachse der Antriebswelle kann somit das Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme des Rotationskörpers der Wechselkassette ausgestoßen werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Lösekolben hydraulisch betätigbar ist. Als hydraulische Betätigung wird dabei eine durch Kraftbeaufschlagung mittels eines Hydraulikmediums erfolgende Betätigung bezeichnet, wobei der Lösekolben in einer Ausgestaltung durch Kraftbeaufschlagung mittels eines Hydraulikmediums verstellbar ist.

In einer Ausgestaltung wird der Lösekolben unmittelbar auf die Werkzeuglöseeinheit. In Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein axial geführtes Kraftübertragungselement zur Übertragung einer Lösekraft und/oder Lösebewegung zwischen dem Lösekolben und der Werkzeuglöseeinheit vorgesehen. Als „axial geführt“ wird dabei ein Element bezeichnet, welches entlang seiner Längsachse verschieblich geführt ist. Die Längsachse des Kraftübertragungselements ist dabei in Ausgestaltungen der Erfindung nicht gleich der Längsachse der Motorspindel. Das mindestens eine Kraftübertragungselement ist in einer Ausgestaltung als Schubstange gestaltet und entlang ihrer Längsrichtung für eine Übertragung einer Lösekraft oder Lösebewegung geführt. Das mindestens eine Kraftübertragungselement ist so ausgebildet, dass es die Lösekraft und/oder Lösebewegung des Lösekolbens zum Ausstößen des Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme auf die Werkzeuglöseeinheit überträgt. ln Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Kraftübertragungselement an der Wechselkassette gelagert ist. In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Kraftübertragungselement und/oder die Wechselkassette so ausgebildet, dass das mindestens eine Kraftübertragungselement bei einer separaten, von der Antriebseinheit getrennten Handhabung der Wechselkassette mindestens nicht vollständig von der Wechselkassette getrennt werden kann. Das mindestens eine Kraftübertragungselement ist beispielsweise in einem Führungskanal der Wechsel kassette mittels mindestens eines Sicherungsrings gegen Hinausgleiten sicherbar.

In einer anderen Ausgestaltung ist das mindestens eine Kraftübertragungselement als Teil der Antriebseinheit ausgebildet. In einer weiteren Ausgestaltung ist das mindestens eine Kraftübertragungselement mindestens zweigeteilt ausgebildet. Dann ist beispielsweise ein erster Teil in der Wechselkassette und ein zweiter Teil in der Antriebseinheit angeordnet. Beispielsweise sind der erste und der zweite Teil jeweils an der Wechselkassette und an der Antriebseinheit in dem Führungskanal der Wechselkassette und in dem Führungskanal der Antriebseinheit mittels Sicherungsringen gegen das Hinausgleiten sicherbar.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das mindestens eine Kraftübertragungselement nicht vorhanden, da beispielsweise der mindestens eine Lösekolben direkt mit der mindestens einen Verstellhülse und darüber mit dem mindestens einen Betätigungsbolzen der Werkzeuglöseeinheit oder direkt mit dem mindestens einen Betätigungsbolzen der Werkzeuglöseeinheit in Kontakt steht. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels dem mindestens einen Lösekolben das mindestens eine Kraftübertragungselement und dadurch die Werkzeuglöseeinheit betätigbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Lösekraft und/oder Lösebewegung von dem mindestens einen Lösekolben auf die Werkzeuglöseeinheit mechanisch umgesetzt. Dazu überträgt der hydraulisch betätigte Lösekolben die Lösekraft und/oder Lösebewegung mechanisch auf die Werkzeuglöseeinheit mittels des mindestens einen Kraftübertragungselements, der Verstellhülse und/oder des Betätigungsbolzens. Die Lösekraft und/oder Lösebewegung ist aber auch beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch auf die Werkzeuglöseeinheit übertragbar.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Wechselkassette für eine Motorspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs geschaffen. Die Wechselkassette weist in einer Ausgestaltung eine Zapfen auf, welcher mit einer ein Buchse an der Antriebswelle zusammenwirkt, in welcher ein mittels eines Hydraulikmediums zum Aufbringen einer Spannkraft in radialer Spannrichtung beaufschlagbares Spannelement vorgesehen ist. In einer anderen Ausgestaltung ist die Spanneinheit als spielfreie Klauenkupplung gestaltet, wobei an der Wechselkassette ein Nockenteil vorgesehen ist, welches mit einem Taschenteil an der Antriebswelle zusammenwirkt.

Gemäß einem dritten Aspekt wird die Verwendung einer Wechselkassette für eine Motorspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs geschaffen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das nachfolgend anhand der Figuren erläutert ist. Dabei zeigen:

Fig. 1 : schematisch eine Schnittansicht entlang einer Längsachse eines Ausführungsbeispiels einer Motorspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs;

Fig. 2: schematisch eine Schnittansicht einer Wechselkassette der Motorspindel gemäß Fig. 1 ; und

Fig. 3: schematisch eine Schnittansicht einer Antriebseinheit der Motorspindel gemäß Fig. 1 ;

Fig. 4: schematisch eine Schnittansicht entlang einer Längsachse eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Motorspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs;

Fig. 5: schematisch eine Schnittansicht einer Wechselkassette der Motorspindel gemäß Fig. 4; und

Fig. 6: schematisch eine Schnittansicht einer Antriebseinheit der Motorspindel gemäß Fig. 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer zweiteiligen Motorspindel 1 für eine Werkzeugmaschine zur Aufnahme eines Werkzeugs (nicht dargestellt) mit einer Antriebseinheit 2 und einer Wechselkassette 3, wobei die Wechselkassette 3 und die Antriebseinheit 2 zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind. Die Antriebseinheit 2 weist ein Antriebsgehäuse 200 auf, in welcher eine Antriebswelle 20 und ein die Antriebswelle 20 antreibender Antriebsmotor 21 gelagert sind. Die Wechselkassette 3 weist ein Kassettengehäuse 300 auf, in welchem ein Rotationskörper 30 drehbar gelagert ist. Fig. 2 zeigt schematisch in einer Schnittansicht die Wechselkassette 3 der Motorspindel 1 gemäß Fig. 1 in Alleinstellung. Fig. 3 zeigt schematisch in einer Schnittansicht die Antriebseinheit 2 der Motorspindel 1 gemäß Fig. 1 in Alleinstellung. Die Wechselkassette 3 ist entgegen der in den Fig. 2 und 3 angezeigten Längsrichtung A mit der Antriebseinheit 2 zerstörungsfrei lösbar verbindbar.

Für eine zerstörungsfrei lösbare Verbindung der Wechselkassette 3 mit der Antriebseinheit 2 sind zum das Antriebsgehäuse 200 und das Kassettengehäuse 300 und zum anderen die Antriebswelle 20 und der Rotationskörper 30 miteinander verbunden. Die zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen dem Antriebsgehäuse 200 und dem Kassettengehäuse 300 ist eine starre Verbindung und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 304 (vgl. Fig. 2) umgesetzt. Als starre Verbindung wird im Zusammenhang mit der Anmeldung eine Verbindung bezeichnet, bei welcher eine Relativbewegung der Verbindungspartner in allen Freiheitsgraden gesperrt wird. Die zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen der Antriebswelle 20 und dem Rotationskörper 30 ist eine drehfeste und spielfreie Verbindung und mittels einer Spanneinheit 4 umgesetzt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Spanneinheit 4 eine Buchse 41 , und einen Zapfen 42 sowie ein als Dehnelement 43 gestaltetes Spannelement. Die Buchse 41 ist Teil der Antriebswelle 20 und an einem dem Rotationskörper 30 zugewandten Ende der Antriebswelle 20 in die Antriebswelle 20 eingearbeitet. Der Zapfen 42 und der Rotationskörper 30 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als separate Bauteile gefertigt, wobei der Zapfen 42an einem der Antriebseinheit 20 zugewandten Ende des Rotationskörpers 30 starr mit dem Rotationskörper 30 verbunden ist. Die starre Verbindung ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels Schrauben realisiert. Die Buchse 41 und der Zapfen 42 sind komplementär zueinander ausgebildet und der Zapfen 42 ist in die Buchse 41 wie in Fig. 1 dargestellt einführbar. Zwischen dem Zapfen 42 und der Buchse 41 ist ein Spiel vorgesehen, sodass die Buchse 41 und der Zapfen 42 voneinander trennbar ist. Eine drehfeste Verbindung des Zapfens 42 mit der Buchse 41 erfolgt mittels des Spannelements. die Spanneinheit ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein als Dehnelement 43 gestaltetes Spannelement mit einem Kammersystem 430 (vgl. Fig. 3). Das dargestellte Dehnelement 43 ist eine Dehnhülse mit zwei koaxial zu der Buchse 41 verlaufenden Wandungen, zwischen welchen das Kammersystem 430 vorgesehen ist. . Das Dehnelement 43 ist durch Einbringen eines Hydraulikmediums in das Kammersystem 430 in einer radialen Spannrichtung, d.h. orthogonal zu einer Rotationsachse des Rotationskörpers 30 aufweitbar, um so eine Spannkraft in der Spannrichtung zwischen dem Zapfen 42 und der Buchse 41 zu bewirken. Mittels der Spanneinheit 4 erfolgt eine kraftschlüssige, drehfeste, spielfreie und zerstörungsfrei lösbare Verbindung der Buchse 41 mit dem Zapfen 42. Die kraftschlüssige Verbindung ist durch eine hohe Reibung zwischen dem aufgeweiteten Dehnelement 43 und dem Zapfen 42 gekennzeichnet und erlaubt eine spielfreie Übertragung eines für den Betrieb der Motorspindel 1 ausreichend hohen Drehmoments. Das ausreichend hohe Drehmoment bemisst sich beispielsweise an einem Einsatz der Motorspindel 1 für eine spanende Bearbeitung von Materialien.

Der Rotationskörper 30 ist in dem Kassettengehäuse 300 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 20 ist unabhängig vom dem Rotationskörper 30 ist in dem Antriebsgehäuse 200 drehbar gelagert. Die dargestellte Wechselkassette 3 weist zu diesem Zweck eine erste Lagerung 39 auf, die von einer in der Antriebseinheit 2 vorgesehenen zweiten Lagerung 29 getrennt angeordnet ist. Die erste Lagerung 39 lagert den Rotationskörper 30 relativ zu dem Kassettengehäuse 300 drehbar. Die erste Lagerung 39 und die zweite Lagerung 29 sind jeweils als Wälzlager ausgeführt. Die Lagersätze der dargestellten ersten Lagerung 39 weisen eine O- Anordnung auf. Die O-Anordnung ist vorteilhaft, da diese sich besonders gut zum Aufnehmen von Momentenbelastungen, beispielsweise über ein mit dem Rotationkörper 30 verbundenes Werkzeug (nicht dargestellt), eignet. Die Lagersätze sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils paarweise vorgesehen. In anderen Ausgestaltungen sind an einem oder beiden Enden jeweils nur ein Lagersatz vorgesehen. Die zweite Lagerung 29 lagert die Antriebswelle 20 relativ zu dem Antriebsgehäuse 200 drehbar. Auch die Lagersätze der zweiten Lagerung 29 weisen eine O-Anordnung auf.

An einem von dem Antriebsgehäuse 200 abgewandten Ende des Rotationskörpers 30 ist eine Werkzeugaufnahme 38 für ein Werkzeug (nicht dargestellt) vorgesehen. In der Werkzeugaufnahme 38 ist in einer Ausgestaltung ein nicht dargestellter Spannsatz für ein Werkzeugspannsystem, insbesondere ein HSK-Spannsatz angeordnet. Die Wechselkassette 3 weist weiter eine Werkzeuglöseeinheit 5 auf. Die Werkzeuglöseeinheit 5 ist entlang einer schematisch durch einen Pfeil dargestellten Längsrichtung A verschiebbar gelagert und dazu vorgesehen, den nicht dargestellten Spannsatz für eine Entnahme des nicht dargestellten Werkzeugs in eine Löseposition zu überführen. Die Werkzeuglöseeinheit 5 ist entsprechend einem eingesetzten Werkzeugspannsystem gestaltet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Werkzeuglöseeinheit 5 einen Betätigungsbolzen 51 , eine Verstellhülse 52 und Kraftübertragungselemente 53 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Betätigungsbolzen 51 und die Verstellhülse 52 an dem Rotationskörper 30 gelagert und die mindestens zwei Kraftübertragungselemente 53 an dem Kassettengehäuse 300. Das Kassettengehäuse 300 weist mindestens ein, vorzugsweise mindestens zwei über den Umfang verteilt angeordnete Kraftübertragungselemente 53 auf. Die Kraftübertragungselemente 53 sind so angeordnet, dass sie bei einer Betätigung der Werkzeuglöseeinheit 5 die Verstellhülse 52 für eine Bewegungsübertragung kontaktieren. Die Verstellhülse 52 ist mit dem Betätigungsbolzen 51 für eine Bewegungsübertragung gekoppelt. Dadurch ist durch eine axiale Verstellbewegung der Kraftübertragungselemente 53 entlang deren Längsachse der Betätigungsbolzen 51 in Längsrichtung A verschiebbar. Der Betätigungsbolzen 51 ist in einer Ausgestaltung mit einem nicht dargestellten Spannbolzen eines HSK-Spannsatzes gekoppelt, wobei durch Verschieben des Betätigungsbolzens 51 eine Verriegelung einer ebenfalls nicht dargestellten Spannzange des HSK-Spannsatzes mit der Werkzeugaufnahme 38 gelöst wird und das Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme 38 ausgeschoben wird. Die dargestellten Kraftübertragungselemente 53 sind als Schubstangen gestaltet und entlang ihrer Längsachse verschieblich gelagert.

Die Antriebseinheit 2 weist für die Betätigung der Werkzeuglöseeinheit 5 einen Lösekolben 23 auf. Der Lösekolben 23 steht in dem in Fig. 1 dargestellten verbundenen Zustand der Motorspindel 1 in Kontakt mit den mindestens zwei Kraftübertragungselementen 53 der Wechselkassette 3, die wiederum bei der Betätigung der Werkzeuglöseeinheit 5 in Kontakt mit der Verstellhülse 52 und dem Betätigungsbolzen 51 gelangen. Eine Betätigung des Lösekolbens 23 für eine Verstellbewegung des Lösekolbens 23 erfolgt hydraulisch. Die Verstellbewegung des Lösekolbens 23 wird auf den Betätigungsbolzen 51 der Wechselkassette 3 zum Auswerfen eines nicht dargestellten Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme 38 übertragen.

Fig. 4 bis 6 zeigen schematisch eine Schnittansicht eins zweiten Ausführungsbeispiels einer zweiteiligen Motorspindel 1 für eine Werkzeugmaschine zur Aufnahme eines Werkzeugs (nicht dargestellt) mit einer Antriebseinheit 2 und einer Wechsel kassette 3 sowie die Wechsel kassette 3 bzw. die Antriebseinheit 2 in Alleinstellung.

Die Antriebseinheit 2 des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 4 bis 6 weist ebenfalls ein Antriebsgehäuse 200 auf, in welcher eine Antriebswelle 20 und ein die Antriebswelle 20 antreibender Antriebsmotor 21 gelagert sind. Die Antriebswelle 20 ist in dem Antriebsgehäuse 200 mittels einer Lagerung 29 drehbar gelagert.

Die Wechselkassette 3 weist ein Kassettengehäuse 300 auf, in welchem ein Rotationskörper 30 mittels einer Lagerung 39 drehbar gelagert ist. An einem von dem Antriebsgehäuse 200 abgewandten Ende des Rotationskörpers 30 ist eine Werkzeugaufnahme 38 für ein Werkzeug (nicht dargestellt) vorgesehen. In der Werkzeugaufnahme 38 ist in einer Ausgestaltung ein nicht dargestellter Spannsatz für ein Werkzeugspannsystem, insbesondere ein HSK-Spannsatz angeordnet.

Für eine zerstörungsfrei lösbare Verbindung der Wechselkassette 3 mit der Antriebseinheit 2 sind zum das Antriebsgehäuse 200 und das Kassettengehäuse 300 und zum anderen die Antriebswelle 20 und der Rotationskörper 30 miteinander verbunden. Die zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen dem Antriebsgehäuse 200 und dem Kassettengehäuse 300 ist eine starre Verbindung und beispielsweise mittels in den Fig. 4 bis 6 nicht dargestellter Schrauben umgesetzt. Die zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen der Antriebswelle 20 und dem Rotationskörper 30 ist eine drehfeste und spielfreie Verbindung mittels einer Spanneinheit 104.

Für eine drehfeste und spielfreie Verbindung sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 bis 6 an der Antriebswelle 20 und dem Rotationskörper 30 beim Verbinden ineinandergreifende Verzahnungsgeometrien 142, 143 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verzahnungsgeometrien 142, 143 als eine an der Antriebswelle 20 vorgesehene Außenverzahnung 142 und eine an dem Rotationskörper 30 vorgesehene Innenverzahnung 143 gestaltet, welche bei einem Verbinden der Wechselkassette 3 mit der Antriebseinheit 2 ineinandergreifen. Die Spanneinheit 104 umfasst zwischen den Verzahnungsgeometrien vorgesehene Spannelemente. Die dargestellten Spannelemente sind als Klauenelemente mit zwei mittels eines Stegs verbundenen Klauen gestaltet, welche jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende Zähne der Innenverzahnung 143 an dem Rotationskörper eingesetzt sind.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verzahnungsgeomtrien 142, 143 jeweils getrennt von der Antriebswelle 20 bzw. dem Rotationskörper 30 gefertigt und mit diesen verschraubt.

Die Wechselkassette 3 weist weiter eine Werkzeuglöseeinheit 5 mit einem verstellbar gelagerten Betätigungsbolzen 51 auf. Der Betätigungsbolzen 51 ist beispielsweise mittels einer koaxial zu der Antriebswelle 20 geführten Stange entgegen nicht dargestellter Federn zum Lösen eines Werkzeugs in Axialrichtung verstellbar.

Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft und beschränken nicht die durch die Ansprüche definierten Gegenstände. Insbesondere ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 die Anordnung des Dehnelements 43 der Spanneinheit 4 an der Buchse 41 der Antriebswelle 20 lediglich beispielhaft. In alternativen Ausgestaltungen ist ein Dehnelement an dem Rotationskörper 30, beispielsweise an einem mit diesem verbundenen Zapfen 42 vorgesehen. Weiter ist die Darstellung der Spanneinheit 4 lediglich schematisch und keinesfalls abschließend hinsichtlich ihrer Komponenten. Auch eine Anzahl und Anordnung der ersten Lagerung 39 sowie der zweiten Lagerung 29, des Lösekolbens 23, der Kraftübertragungselemente 53, der Verstellhülse 52 und des Betätigungsbolzens 51 ist lediglich beispielhaft. Ebenso ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 bis 6 die Anordnung der Außenverzahnung 142 an der Antriebswelle 20 und die Anordnung der Innenverzahnung an dem Rotationskörper 30 lediglich beispielhaft. In alternativen Ausgestaltungen ist eine Außenverzahnung an dem Rotationskörper und eine Anordnung der Innenverzahnung an der Antriebswelle vorgesehen.

Die Bezeichnung Rotationskörper ist nicht derart auszulegen, dass es sich dabei um ein integral gefertigtes Bauteil handelt, vielmehr kann der Rotationskörper in einer Ausgestaltung auch mehrere starr miteinander gekoppelte Bauteile umfassen.

Claims

Patentansprüche

1. Motorspindel (1) zur Aufnahme eines Werkzeugs mit:

- einer Antriebseinheit (2),

- einer Wechselkassette (3) und

- einer Kopplungseinheit,

wobei:

- die Wechselkassette (3) mit der Antriebseinheit (2) zerstörungsfrei lösbar verbindbar ist,

- die Antriebseinheit (2) eine Antriebswelle (20) und die Wechselkassette (3) einen Rotationskörper (30) aufweist,

- mittels der Kopplungseinheit die Antriebswelle (20) mit dem Rotationskörper (30) für eine Drehmomentübertragung verbindbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kopplungseinheit als Spanneinheit (4, 104) gestaltet ist und mindestens ein Spannelement aufweist, mittels welchem eine Spannkraft in radialer Spannrichtung und/oder in Umfangsrichtung für eine spielfreie Kopplung der Antriebswelle (20) mit dem Rotationskörper (30) aufbringbar ist.

2. Motorspindel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannelement mittels eines Hydraulikmediums zum Aufbringen einer Spannkraft in radialer Spannrichtung beaufschlagbar ist.

3. Motorspindel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannelement als Dehnelement (43) mit einem Kammersystem (430) gestaltet ist, wobei das Dehnelement (43) durch Einbringen des Hydraulikmediums in das Kammersystem (430) in der Spannrichtung aufweitbar ist.

4. Motorspindel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannelement an der Antriebswelle (20) angeordnet ist.

5. Motorspindel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (20) und dem Rotationskörper (30) beim Verbinden ineinandergreifende Verzahnungsgeometrien (142, 143) vorgesehen sind, wobei das mindestens eine Spannelement zwischen den Verzahnungsgeometrien derart angeordnet ist, dass es im gekoppelten Zustand eine Spannkraft in Umfangsrichtung bewirkt.

6. Motorspindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungsgeometrien als ineinandergreifende Außenverzahnung (142) und Innenverzahnung (143) gestaltet sind.

7. Motorspindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannelement als Klauenelement mit zwei mittels eines Stegs verbundenen Klauen gestaltet ist, welche zwischen zwei aufeinanderfolgende Zähne der Außenverzahnung oder der Innenverzahnung eingesetzt ist, wobei vorzugsweise einander zugewandte Flanken der Klauen des mindestens einen Klauenelements ballig sind, und ein zwischen den Flanken aufgenommener Zahn der Innenverzahnung oder der Außenverzahnung gerade Flanken aufweist.

8. Motorspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (20) eine Buchse (41) und der Rotationskörper (30) einen dazu komplementären Zapfen (42) aufweist.

9. Motorspindel nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechsel kassette (3) eine erste Lagerung (39) für den Rotationskörper (30) und die Antriebseinheit (2) eine zweite Lagerung (29) für die Antriebswelle (20) aufweist.

10. Motorspindel nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Wechselkassette (3) eine Werkzeuglöseeinheit (5) aufweist und die Antriebseinheit (2) mindestens einen Lösekolben (23) zur Betätigung der Werkzeuglöseeinheit (5) aufweist.

11. Motorspindel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lösekolben (23) hydraulisch betätigbar ist.

12. Motorspindel nach Anspruch 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein axial geführtes Kraftübertragungselement (53) zur Übertragung einer Lösekraft und/oder Lösebewegung zwischen dem Lösekolben (23) und der Werkzeuglöseeinheit (5) vorgesehen ist.

13. Motorspindel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kraftübertragungselement (53) an der Wechselkassette (3) gelagert ist, wobei vorzugsweise mittels des mindestens einen Lösekolbens (23) das mindestens eine Kraftübertragungselement (53) und dadurch die Werkzeuglöseeinheit (5) betätigbar ist.

14. Wechselkassette für eine Motorspindel (1) zur Aufnahme eines Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

15. Verwendung einer Wechselkassette für eine Motorspindel (1) zur Aufnahme eines Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 13.