Die Erfindung betrifft eine Maschinenspindel gemäß dem Oberbegriff des Hauptan- spruches.

Die Funktion Spannen/Lösen wird an bekannten Arbeitsspindeln entweder manuell oder durch hydraulisch bzw. pneumatisch betätigte Spanneinrichtungen realisiert, wo- bei das Druckmedium über Drehverteiler von nicht rotierenden Bauteilen auf die rotie- renden Teile übertragen werden muß. Drehverteiler sind dabei wegen entstehender Leckageverluste, Warmeentwicklung und hierdurch bedingter Begrenzung hinsichtlich Drehzahl und übertragbarem Druck problematische Komponenten in einer Maschine.

Zur Werkzeugspannung werden daher vielfach Tellerfederpakete innerhalb der rotie- renden Spindel verwendet, die dann für den jeweiligen Anwendungsfall immer exakt ausgelegt werden müssen, weil kurze realisierbare Spannwege und die Berücksichti- gung großer Lösekräfte keine flexiblen Lösungen zulassen. Zum Festsetzen der Ma- schinenspindel in einer bestimmten Winkelposition wird eine weitere hydraulisch oder pneumatisch betätigte Einrichtung an den Arbeitsspindeln benötigt.

In der Offenlegungsschrift DE 43 25 593 A1 wird eine Maschinenspindel beschrie- ben, die auf Grund besonders ausgeführter Elemente Spann-Lösefunktionen durch den Spindelantrieb selbst ausführen konn. Das Funktionsprinzip führt aber zu einer nachteiligen Rotation der Spannaufnahme beim Spann-Lösevorgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Arbeitsspindel von Bearbeitungsma- schinen und Robotern zur Verfügung zu stellen, in der Funktionen wie Rotation, Positi- onieren und Festsetzen in bestimmter Winkellage, Spannen und Lösen sowie das Greifen von Werkzeugen oder Werkstücken zu einer möglichst kompakten Einheit mit möglichst wenig Funktionselementen zusammengefaf3t sind.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfin- dungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebene technische Lehre vermittelt. Die erfinderische Maschinenspindel zur Werkzeug-oder

Werkstückaufnahme mit zweigeteilter zentraler Spindelwelle, die mit ihren beiden ge- geneinander verdrehbaren, aber axial zueinander unverschieblichen Spindelwellentei- len als eine Einheit an beiden Spindelenden in einem rotationsfesten Spindelgehause gelagert ist kennzeichnet sich dadurch, daß die beiden Spindelwellenteile der Spin- delwelle koaxial angeordnet sind, die als Einheit stabil gelagert ist, und daß durch ei- ne relative Verdrehung des ersten Spindelwellenteils gegen das zweite Sapindelwel- lenteil ein integrierter aufgabenabhangiger Spann-Lösemechanismus betätigt werden kann, wobei der Maschinenspindel wenigstens ein winkellagegeregelter Spindelan- trieb zugeordnet ist und das zweite Spindelwellenteil ohne Werkzeug-oder Werk- stückaufnahme mit dem Spindelantrieb verbunden ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus und in Kombina- tion mit den weiteren Unteransprüchen.

Beim Spannen und Lösen über den Spindelantrieb wird die erforderliche Gegenhalte- funktion je nach Ausführung entweder als Indexierung bzw. Klemmung der Spindel wirksam, oder sie wirkt in Form eines zweiten geregelten Antriebs, indem ein Spann- Lösevorgang bei jeder gewünschten Drehzahl für die Werkzeug-oder Werkstückauf- nahme möglich wird (incl. Drehzahl 0). Hierzu wird die zentrale Spindelwelle zweige- teilt ausgeführt, so daß durch relatives Verdrehen der beiden Spindelwellenteile zu- einander ein von Fall zu Fall unterschiedlicher Spann-Lösemechanismus betätigt wird.

Die Einheit der Spindelwelle ist entweder dadurch als Ganzes stabil gelagert, indem das erste Spindelwellenteil, das eine der Werkzeug-oder Werkstückaufnahme aufweist, in zwei Lagerstellen ordentlich im rotationsfesten Spindelgehause und das zweite Spindel- wellenteil seinerseits indirekt und koaxial angeordnet auf oder im ersten Spindelwellenteil gelagert ist oder indem das erste Spindelwellenteil mit der Werkzeug-oder Werkstück- aufnahme nur auf der Seite mit der Werkzeug-oder Werkstückaufnahme in einer ersten Lagerstelle direkt im Spindelgehause gelagert ist und mit dem anderen Teilwellenende indirekt im zweiten Spindelwellenteil, wobei letzteres seinerseits nur mit der zweiten La- gerstelle direkt im Spindelgehäuse gelagert ist und dabei durch das stabil gelagerte erste Spindelwellenteil gestützt wird, indem dieses innerhalb des zweiten Spindelwellenteils bis in die zweite Lagerstelle hineinreicht oder aber sehr nahe bis an diese heran.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die zweiteilige Spindel- welle koaxial von einem zwischen zwei Endstellungen axial verschieblichen Ring um-

faßt, der in seiner einen axialen Endstellung die beiden Spindelwellenteile zu einer als Einheit wirksamen Spindelwelle für den normalen Betrieb als Maschinenspindel verbin- det und in seiner anderen axialen Endstellung den ersten Spindelwellenteil mit der Werkzeug-oder Werkstückaufnahme fest mit dem nicht rotierenden Spindelgehäuse verbindet, wobei der nicht festgesetzte zweite Spindelwellenteil ausschließlich mit dem je nach Aufgabenstellung verwendeten Spann-Lösemechanismus gekoppelt ist, der über einen mit diesem Spindelwellenteil verbundenen geregelte Spindelantrieb den ~ Spannmechanismus gezielt betätigen kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Spindelwel- lenteil mit der Werkzeug-oder Werkstückaufnahme von der zweiteiligen Spindelwelle mit einem eigenen winkellagegeregelten Spindelantrieb verbunden, mit dem der erste Spindelwellenteil separat antreibbar ist, wobei die separaten Ansteuerungen für die beiden Spindelwellenteile über eine Achseninterpolation gekoppelt sind.

Die beiden Spindelwellenteile sind innerhalb der Spindelwelleneinheit axial ortsfest ge- geneinander verdrehbar angeordnet, so daß Reaktionskräfte beim Spann-Lösevorgang durch die axiale Verbindung aufgenommen werden können.

Die Spann-Lösebewegung wird vorteilhafterweise entweder am Spindelwellenende auf ein durch die gesamte Spindelwelle geführtes Betätigungselement für den Spann-Lö- semechanismus übertragen, indem das Betötigungse ! ement mit dem topfförmigen Spindelwellenteil verbunden ist oder das Betötigungse ! ement mit dem Spindelwellenteil einteilig ausgebildet ist oder die Spann-Lösebewegung wird gemäß einer anderen be- vorzugten Ausführungsform über eine Spindeldurchdringung im ersten Spindelwellenteil auf ein im Spindelwelleninneren geführtes Betatigungselement übertragen, indem das zweite Spindelwellenteil entweder teilweise selbst als Spannmutter wirkt und ausgebildet ist, oder eine separate Spannmutter, die ebenfalls koaxial und axial unverschieblich auf dem ersten Spindelwellenteil angeordnet ist, die relative Verdrehung von zweiten Spin- delwellenteil aufnimmt, wobei das als Spannmutter ausgebildete zweite Spindelwellen- teil oder die separate Spannmutter mit axial verschieblichen Segmenten in Löngsnuten am Spindelwellenteil so verbunden ist, daß ihre relative Verdrehung zu einer Axiale- wegung der Spannsegmente und des mit diesen gekoppelten Betatigungselements führt.

Der gesamte Spann-Löseweg ist funktionell aufgeteilt in eine erste Teilstrecke, auf der spezifische Spannelemente wie Spanneinsätze und Greifer als Ganzes lots-odeur fixier-

bar sind und in eine restliche Teilstrecke, auf der diese spezifischen Spannelemente _ betätigt werden.

Der koaxial angeordnete und axial verschiebliche Ring verbindet in einer seiner axia- len Endstellungen die beiden Spindelwellenteile formschlüssig, was deren Verdrehla- geposition zueinander und den daraus resultierenden Spann-Lösestatus sichert. Die- ser Ring weist eine Innenverzahnung auf, die in der einen axialen Endstellung mit ei- ner passenden Außenverzahnung auf beiden Spindelwellenteilen gleichzeitig im Ein- griff ist und in der anderen axialen Endstellung nur mit einer Außenverzahnung eines Spindelwellenteils im Eingriff ist.

Der koaxial angeordnete Ring ist in sich radial koaxial zweigeteilt, wobei das äußere Ringteil axial verschieblich aber unverdrehbar zum Spindelgehäuse ausgebildet ist und das innere Ringteil verdrehbar aber axial unverschieblich mit dem äußeren Ring- teil verbunden ist. Der äußere, nicht drehbare Ringteil ist bevorzugterweise als Ring- kolben ausgebildet ist und bildet mit dem Spindelgehäuse eine Druckkammer, die mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist. Der äußere Ringteil stellt die spielfreie Ver- bindung zwischen dem nicht rotierenden Spindelgehause und dem Spindelwellenteil mit der Werkzeug-oder Werkstückaufnahme in einer seiner axialen Endstellung her.

Im Spindelgehäuse ist ein Positionsgeber angeordnet, der die jeweiligen Drehwinkel- positionen beider Spindelwellenteile erfaßt. Weiterhin kann damit die Beibehaltung von einem bestimmten Spann-Lösestatus überwacht werden, so daß bei hohen ein- gebrachten Spann-Lösemomenten der Spindelantrieb am zweiten Spindelwellenteil den Spindelantrieb am ersten Spindelwellenteil mit ausreichendem Abstand zum Spann-Lösemoment als Parallelantrieb unterstützen kann.

Dadurch, daß der Spann-Lösemechanismus selbsthemmend ausgebildet ist, ist ein ständiges aktives Gegenhalten des Spindelantriebs am Spindelwellenteil zur Aufrecht- erhaltung der Spannkraft nicht erforderlich.

Nachfolgend sind drei Ausführungsvarianten der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Arbeitsspindel zur Verwendung als feste und als rotierende Werkzeugauf- nahme mit Spannkrafteinleitung übers Spindelende, Fig. 2 eine Arbeitsspindel zur Verwendung als feste und als rotierende Werkzeugauf- nahme mit Spannkrafteinleitung über eine Spindeldurchdringung und Fig. 3 eine Arbeitsspindel als Motorspindel mit Werkstückspanneinrichtung.

In Fig. 1 ist eine Arbeitsspindel dargestellt, deren zentrale zweiteilige Spindelwelle aus- zwei Spindelwellenteilen 1,2 koaxial von einem zwischen zwei Endstellungen axial verschieblichen Ring 3a, 3b umfaßt wird. Dabei verbindet der Ring 3a, 3b in einer sei- ner axialen Endstellungen die beiden Spindelwellenteile 1,2 zu einer als Einheit wirk- samen Spindelwelle zur Nutzung der Einrichtung als Werkzeugspindel. In seiner ande- ren axialen Endstellung verbindet der koaxiale Ring 3 den Spindelwellenteil 1 mit der Werkzeugaufnahme fest mit dem nicht rotierenden Spindelgehäuse 4, wobei in dieser Stellung mit dem geregelten Spindelantrieb 11 Werkzeuge gespannt oder gelas wer- den können oder die ganze Einheit als feste Werkzeugaufnahme genutzt werden kann. Die Spannbewegung wird hier am Spindelende auf ein durch die gesamte Spindelwelle geführtes, zweiteiliges Betätigungselement 9 übertragen, welches inner- halb der Spindelwelle die rotatorische Spann-Lösebewegung in eine axiale Bewegung umwandelt. Der Spann-Lösemechanismus ist abhängig vom verwendeten Werkzeug- system.

In Fig. 2 ist eine Variante zur Arbeitsspindel nach Fig. 1 dargestellt. Die Spann-Löse- bewegung wird hier über eine Spindeldurchdringung im Spindelwellenteil 21 zur Werkzeugaufnahme geführt. Die relative Verdrehung vom Spindelwellenteil 22 wird auf eine koaxial angeordnete, axial unverschiebliche Sponnmutter 27 am Spindelwel- lenteil 21 übertragen, die ihrerseits mit axial verschieblichen Segmenren 28 in Längs- nuten am Spindelwellenteil 21 so verbunden ist, daß ihre relative Verdrehung zu einer Axialbewegung der Spannsegmente 28 und des mit diesen gekoppelten Betatigungs- elements 29 führt.

In Fig. 3 wird eine Arbeitsspindel mit Werkstückspanneinrichtung gezeigt, die als Doppel-Motorspindel ausgeführt ist. Die beiden Spindelwellenteile 41,42 sind mit ei- genständigen Spindelantrieben 51,52 verbunden. Ein Positionsgeber 54 erfaßt per- manent die jeweiligen Drehwinkelpositionen beider Spindelwellenteile 51,52, was ü- ber eine geeignete Ansteuerung mit Achseninterpolation dann gezielte Spann-Löse- vorgänge bei jeder gewünschten Drehzahl für die Werkstückaufnahme möglich macht, indem das Spindelwellenteil 52 mit einer geregelten, abweichenden Drehung in Bezug zur Drehung des Spindelwellenteils 51 gefahren wird. Der Positionsgeber 54 überwacht auf3erhalb von Spann-Lösevorgängen auch die Beibehaltung von einem bestimmten, gewünschten Spann-Lösestatus.

Die Spann-Lösebewegung wird hier am Spindelende als Drehbewegung auf ein als Rohr ausgebildetes und durch die gesamte Spindelwelle 51,52 geführtes Betätigungs- element 49 übertragen. Über eine Gewindeverbindung mit dem unverdrehbaren, a- ber axisl verschieblichen Spann-Löse-Mechunismus 50 wird die Drehbewegung in eine Axialbewegung umgewandelt. Da die Spann-Lösebewegung als eine geregelte Achse funktioniert, kann diese funktionell aufgeteilt wirksam werden, indem z. b. der Spann-Lösemechanismus 50 in ganz vorgefahrener Stellung den kompletten Spann-' satz 53 zum Wechseln freigibt, und im übrigen Bereich der gleichen Bewegung der Spannsatz 53 zur Werkstückspannung betätigt wird.

Das rohrförmige Betätigungse ! ement 49 ermöglicht eine Verwendung dieser Arbeits- spindel zur Bearbeitung von Stangenmaterial.