| JP3509479 | MACHINE TOOL |
| JP61203254 | POWRE UNIT |
| WO/2000/062972 | METHOD AND DEVICE FOR MACHINING WORKPIECES |
SCHOLL, Stephan (Thörigenstrasse 36, Herzogenbuchsee, CH-3360, CH)
) 0
Patentansprüche
1. Drehdurchführung (1) einer Kühlflüssigkeitszuführung für eine Spindelvorrichtung (6) mit , • einem Gehäuse (12), an dem ein eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung (25) durch das Gehäuse (12) ausbildender Kühlmittelanschluss (26) angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse (12) ein axial rotierend antreibbarer Spindelabschnitt (3) in einem Rotationslager gelagert ist, der von einem Kühlkanal (20) durchsetzt ist, der an einem innerhalb des Gehäuses (12) angeordneten Innenende (21) des Spindelabschnittes (3) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelanschluss (26) eine drehfest im Gehäuse (12) angeordnete rohrförmige Verlängerung (27) der
Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung (25) aufweist, die am Innenende (21) des Spindelabschnittes (3) axial in den Spindelabschnitt (3) hineinragt, derart, dass von einem Abstand zwischen dem Spindelabschnitt (3) und der Verlängerung (27) ein eine Leckage ausbildender Dichtspalt ausgebildet ist.
2. Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (20) radial zentriert in Axialrichtung des Spindelabschnittes (3) den Spindelabschnitt (3) vollständig durchdringt.
3. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (12) eine Druckluftdurchführung (50) angeordnet ist, die über einen. Druckluftkanal mit der Mündung der Spaltdichtung (30) am Innenende (21) des Spindelabschnittes (3) verbunden ist.
4. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Innenendes (21) des Spindelabschnittes (3) im Gehäuse (12) eine Kühlflüssigkeitsablauföffnung (40) angeordnet ist.
5. Drehdurchführung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeitsablauföffnung (40) eine Druckluftauslassöffnung ausbildet.
6. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotationslager und dem Druckluftkanal eine Druckluftdichtung (55) angeordnet ist. |
Drehdurchführung einer Kühlflüssigkeitszuführung
Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung einer
Kühlflüssigkeitszuführung für eine Spindelvorrichtung mit einem Gehäuse, an dem ein eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung durch das Gehäuse ausbildender Kühlmittelanschluss angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse ein axial, d.h. um seine Längsachse, rotierend antreibbarer Spindelabschnitt in einem Rotationslager gelagert ist, der von einem Kühlkanal durchsetzt ist, der an einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Innenende des Spindelabschnittes mündet.
Spiπdeleinrichtungeπ sind häufig als Teile von Werkzeugmaschinen ausgeführt. Derartige Werkzeugmaschinen weisen eine axial, d.h. um ihre Längsachse, rotierend antreibbare Spindelwelle auf, in der üblicherweise eine axial in Längsachsenrichtung der Spindelwelle verschiebbare Zugstange zur Betätigung einer Werkzeugspanneinrichtung angeordnet ist. Die Spindelwelle ist üblicherweise über Kugellager in einem ortsfesten Spindeleinrichtungsgehäuse gelagert. In der Spindelwelle ist ein Kühlkanal angeordnet, durch den eine Kühlflüssigkeit zur Werkzeugspanneinrichtung geleitet wird, um insbesondere bei zerspanenden Bearbeitungsprozessen von Metallen ein zu bearbeitendes Werkstück und ein in der Werkzeugspanneinrichtung eingespanntes Werkzeug, z.B. einen Bohrer oder ein Fräswerkzeug, zu kühlen.
Eine gattungsgemäße Drehdurchführung einer Kühlflüssigkeitszuführung für eine Spindelvorrichtung ist in der EP 0 392 838 A2 beschrieben. Der rotierend antreibbare Spindelabschnitt ist dabei an das werkzeugspanneinrichtungabgewandte Ende der Spindelwelle angeflanscht. An den Kühlmittelanschluss wird dabei üblicherweise ein Hochdruckanschluss für die Zuführung einer Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, angeschlossen, wobei die Kühlflüssigkeit unter einem Druck von ca. 80 bar steht.
Der Anschluss der Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung an die Mündung des Kühlkanals des Spindelabschnittes wird dabei über einen Reibscheibenanschluss erreicht. Der Reibscheibenanschluss bildet also eine Verbindung des rotierbaren Spindelabschπittes mit dem Gehäusebereich des ortsfesten Gehäuses aus, der die Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung durch das Gehäuse ausbildet. Dabei
berühren sich also rotierende mit nicht rotierenden Teilen. Die Reibscheiben des Reibscheibenanschlusses sind aufgrund der dabei auftretenden starken Materialbeanspruchungen aus Hartmetall und/oder Graphit hergestellt.
Bei einer Drehdurchführung mit einem derartigen Reibscheibenanschluss tritt trotz der Verwendung derartiger Materialien ein Verschleiß auf. Weiter ist der Reibscheibenanschluss druckstoßempfindlich. Dadurch kann eine Leckage des Reibscheibenanschlusses auftreten, die zu einer Flutung der gesamten Spindelvorrichtung, insbesondere der Kugellager der Spindelvorrichtung mit der unter Hochdruck stehenden Kühlflüssigkeit führen kann. Letzteres kann während des Betriebes der Spindelvorrichtung, also wenn die Spindelwelle und der Spindelabschnitt mit einer hohen Drehzahl rotieren, zu großen Schäden, z.B. Lagerschäden, an der Spindelvorrichtung führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehdurchführung einer Kühlflüssigkeitszuführung und eine Spindelvorrichtung mit einer derartigen Drehdurchführung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden, wobei insbesondere eine weitestgehend abnutzungsfreie und stoßsichere Verbindung eines Kühlkanals in einer rotierenden Spindel mit einem ortsfesten Kühlmittelanschluss verwirklicht sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
Eine erfiπdungsgemäße Drehdurchführung einer Kühlflüssigkeitszuführung für eine Spindelvorrichtung weist ein Gehäuse auf, an dem ein eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung durch das Gehäuse ausbildender Kühlmittelanschluss angeordnet ist. Dieser Kühlmittelanschluss dient zum Anschließen einer Hochdruckleitung einer Kühlflüssigkeit. In dem Gehäuse ist ein axial, d.h. um seine Längsachse, rotierend antreibbarer Spindelabschnitt in einem Rotationslager gelagert. Der Spindelabschnitt kann z.B. durch das werkzeugspanneinrichtungabgewandte Ende einer Spindelwelle einer Spindelvorrichtung selbst ausgebildet sein oder auch zum Anflanschen an eine derartige Spindelwelle vorgesehen sein. Der Spindelabschnitt ist von einem Kühlkanal durchsetzt, der an einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Innenende des Spindelabschnittes mündet.
Erfindungsgemäß weist der Kühlmittelanschluss eine drehfest im Gehäuse angeordnete rohrförmige Verlängerung der Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung auf, die am Innenende des Spindelabschnittes axial in den Spindelabschnitt hineinragt, derart dass von einem Abstand zwischen dem Spindelabschnitt und der Verlängerung ein eine Leckage in Richtung des Innenendes des Spindelabschnittes ausbildender Dichtspalt ausgebildet ist. Während des Betriebes der Drehdurchführung rotiert der Spindelabschnitt also um die Verlängerung. Der Dichtspalt zwischen der Außenwand der Verlängerung und einer Innenwand des Spindelabschnittes ist im einfachsten Fall zylindermantelförmig ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird also eine berührungsfreie Spaltdichtung zwischen der ortsfesten Verlängerung und dem im Betrieb umdrehenden Spindelabschnitt verwirklicht. D.h., es treten keine sich berührenden Dichtflächen auf. Dabei wird eine definierte Leckage von Kühlflüssigkeit in Kauf genommen. Die Leckage beträgt dabei wenige oder weniger als ein Liter pro Minute. Der den Dichtspalt ausbildende Abstand zwischen dem Spindelabschnitt und der Verlängerung beträgt dabei nur einen Bruchteil eines Millimeters. Dadurch bildet der Dichtspalt eine Druckminderung aus. Es entsteht also ein Druckgefälle, wobei der Druck der Kühlflüssigkeit derart auf nur wenige bar, z.B. auf Umgebungsdruck, an der Leckage am Innenende des Spindelabschnittes gemindert werden kann, wodurch nur eine leicht abführbare Menge an Kühlflüssigkeit durch den Dichtspalt austritt.
Dadurch dass keine sich berührenden Dichtflächen auftreten, ist die erfindungsgemäße Drehdurchführung unempfindlich gegen Druckstöße und sehr verschleißarm. Lagerbelastungen bei Druckbeaufschlagung werden weitestgehend vermieden.
Weiter kann der Druck der Kühlflüssigkeit auf über 80 bar erhöht werden und die Drehzahl einer Spindelwelle einer Spindelvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung kann ebenfalls erhöht werden. Bei einer Rotationslagerschmierung mit Fett kann eine Drehzahl von bis zu 40 000 Umdrehungen pro Minute, bei einer Rotationslagerschmierung mit einem öl-Luftgemisch von bis zu 70 000 Umdrehungen pro Minute, erreicht werden.
Vorteilhaft ist der Kühlkanal radial zentriert in Axialrichtung des Spindelabschnittes angeordnet und durchdringt den Spindelabschnitt
vollständig. Dadurch kann eine weitestgehend durchflusswiderstandsfreie Durchleitung der Kühlflüssigkeit durch den Spindelabschnitt in Richtung einer Werkzeugspanneinrichtung erreicht werden.
Bevorzugt ist im Gehäuse eine Druckluftdurchführung angeordnet, die über einen Druckluftkanal mit der Mündung der Spaltdichtung am Innenende des Spindelabschnittes verbunden ist. Durch diese Druckluftdurchführung wird die aus dem Dichtungsspalt austretende Kühlflüssigkeitsleckage aktiv in den Tank der Kühlflüssigkeit zurückgeführt.
Zu diesem Zweck ist im Bereich des Innenendes des Spindelabschnittes im Gehäuse eine Kühlflüssigkeitsablauföffnung angeordnet. Die durch die Leckage austretende Kühlflüssigkeit wird als Luft-Kühlflüssigkeitsgemisch rückgeführt, so dass kein Kühlmittelverlust entsteht.
Bevorzugt bildet die Kühlflüssigkeitsablauföffnung eine Druckluftauslassöffnung für die Sperrluft aus, so dass die durch die Leckage auslaufende Kühlflüssigkeit von der Sperrluft ausgeblasen bzw. nahezu drucklos richtungsströmend geführt wird.
Wenn zwischen dem Rotationslager und dem Druckluftkanal eine Druckluftdichtung angeordnet ist, kann eine Verminderung der Lagerschmierung durch Einblasen von Sperrluft vermieden werden und die Rotationslager werden zusätzlich geschützt.
Bevorzugt ist das Rotationslager flüssigkeits- bevorzugt wassergekühlt und/oder weist mindestens ein Kugellager auf. Derart können besonders hohe Drehzahlen einer Spindelwelle, an die sich ein Spindelabschnitt einer erfindungsgemäßen Drehdurchfϋhrung anschließt, erreicht werden.
Eine erfindungsgemäße Spindelvorrichtung weist eine Spindelwelle und eine erfindungsgemäße Drehdurchführung auf. Bevorzugt ist in der Spindelwelle eine axial in Längsachsenrichtung der Spindelwelle verschiebbare Zugstange zur Betätigung einer Werkzeugspanneinrichtung angeordnet.
Wenn die Spindelwelle verdrehungssteif als axiale Verlängerung des Spindelabschnittes der Drehdurchführung an die Drehdurchführung angeflanscht ist, kann die erfindungsgemäße Drehdurchführung als separates Teil ausgeführt sein, was deren Verwendung durch Anflanschen an bekannte Spindelvorrichtungen ermöglicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Darstellungen der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Die einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind so dargestellt, dass ihr Aufbau gut gezeigt werden kann.
In der Figur ist eine erfindungsgemäße Drehdurchführung 1 gezeigt, wobei ein Spindelabschnitt 3 der Drehdurchführung 1 an eine Spindelwelle 5 einer erfindungsgemäßen Spindelvorrichtung 6 angeflanscht ist. Die Darstellung der Figur zeigt dabei einen Querschnitt durch die Längsachse der Spindelvorrichtung 6. Die Spindelwelle 5 ist in einem ortsfesten Gehäuse 7 der Spindelvorrichtung 6 um ihre Längsachse (Rotationsachse 9) rotierbar gelagert. In der Zeichnung ist nur das werkzeugspanneinrichtungabgewandte Ende der Spindelwelle 5 dargestellt, an das der Spindelabschnitt 3 mittels einer Steckverbindung 10, die mit dem Spindelabschnitt 3 und der Spindelwelle 5 im Betrieb mit rotiert, angeflanscht ist.
Das ebenfalls ortsfeste Gehäuse 12 der Drehdurchführung 1 ist in eine Ausnehmung am Gehäuse 7 der Spindelvorrichtung 6 verschmutzungssicher eingesteckt, wodurch die Verbindung der Spindelwelle 5 mit dem Spindelabschnitt 3 vor Verschmutzung von außen geschützt ist.
Der Spindelabschnitt 3 ist über ein zwei Kugellager 14 aufweisendes Rotationslager um seine Längsachse axial rotierbar, d.h. rotierend antreibbar, im Gehäuse 12 der Drehdurchführung 1 gelagert. Zwischen den beiden Kugellagern 14 kann eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen sein. Der Spindelabschnitt 3 ist von einem Kühlkanal 20, der entlang der Rotationsachse des Spindelabschnittes 3 verläuft, durchsetzt. Dieser Kühlkanal 20 mündet an einem innerhalb des Gehäuses 12 angeordneten Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 und führt durch das Zentrum der Spindelwelle bis zu einer nicht dargestellten Werkzeugspanneinrichtung.
Am Gehäuse 12 der Drehdurchführung 1 ist ein eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 durch das Gehäuse 12 ausbildender Kühlmittelanschluss 26 angeordnet. An diesen Kühlmittelanschluss 26 kann eine Hochdruckleitung einer Kühlflüssigkeit angeschlossen werden. Der Kühlmittelanschluss 26 weist eine drehfest im Gehäuse 12 angeordnete rohrförmige Verlängerung 27 der Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 auf, die am Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 axial in den Spindelabschnitt 3 hineinragt, so dass der Spindelabschnitt 3 im Betrieb um die Verlängerung 27 rotiert. Der Spindelabschnitt 3 ist also einige Zentimeter, z.B. 1 bis 10 cm, über die Verlängerung 27 geschoben. Der Spindelabschnitt 3 berührt die Verlängerung 27 nicht. Die Innenwand des Spindelabschnittes 3 bildet also zusammen mir der Außenwand der Verlängerung 27 eine Spaltdichtung 30 aus. Die Spaltbreite der Spaltdichtung 30 wird durch den Abstand zwischen dem Spindelabschnitt 3 und der Verlängerung 27 definiert. Diese Spaltdichtung 30 bildet einen eine Leckage ausbildenden zylindermantelförmigen Dichtspalt aus. Die Abdichtung zwischen dem Spindelabschnitt 3 und der ortsfesten Verlängerung 27 erfolgt berührungslos.
Im Bereich des Innenendes 21 des Spindelabschnittes 3 ist im Gehäuse 12 eine Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 angeordnet. Durch die von dem Dichtspalt ausgebildete Leckage austretende Kühlflüssigkeit kann so definiert durch die Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 abgeführt werden. Die Strömungen der Kühlflüssigkeit sind in der Figur durch Pfeile 42 symbolisch dargestellt.
Im Gehäuse 12 ist weiter eine Druckluftdurchführung 50 angeordnet, die über einen Druckluftkanal mit der Mündung der Spaltdichtung 30 am Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 verbunden ist. Die Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 bildet weiter eine
Druckluftauslassöffnung aus. Als Sperrluft in die Druckluftdurchführung 50 eingeblasene Druckluft (üblicherweise 5 bis 6 bar) durchströmt den in der Figur durch eine Linie mit Pfeilspitzen symbolisierten Weg 52 in Pfeilspitzenrichtung. Die Sperrluft sichert die Strömungsrichtung der Leckageflüssigkeit. Gleichzeitig wird die durch die Leckage austretende Kühlflüssigkeitsmenge von der Sperrluftströmung in Richtung Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 geleitet und tritt dort mit der Druckluft aus der Drehdurchführung 1 aus.
Um ein Eindringen der Sperrluft und der Leckageflüssigkeit in das Rotationslager sicher zu vermeiden, ist zwischen dem Rotationslager und dem Druckluftkanal eine Druckluftdichtung 55 angeordnet.
Vorgeschlagen wird eine Drehdurchführung 1 einer Kühlflüssigkeitszuführung für eine Spindelvorrichtung 6 mit einem Gehäuse 12, an dem ein eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 durch das Gehäuse 12 ausbildender Kühlmittelanschluss 26 angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse 12 ein axial rotierend antreibbarer Spindelabschnitt 3 in einem Rotationslager gelagert ist, der von einem Kühlkanal 20 durchsetzt ist, der an einem innerhalb des Gehäuses 12 angeordneten Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 mündet. Dabei weist der Kühlmittelanschluss 26 eine drehfest im Gehäuse 12 angeordnete rohrförmige Verlängerung 27 der
Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 auf, die am Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 axial in den Spindelabschnitt 3 hineinragt, derart dass von einem Abstand zwischen dem Spindelabschnitt 3 und der Verlängerung 27 ein eine Leckage ausbildender Dichtspalt ausgebildet ist.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.