[0001] Die Erfindung betrifft eine Arbeitsspindel für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Werkzeugmaschine, die sowohl zur Durchführung von Fräsarbeiten als auch zur

Durchführung von Dreharbeiten eingerichtet ist.

[0002] Werkzeugmaschinen, insbesondere Bearbeitungszentren, weisen typischerweise eine oder mehrere Arbeitsspindeln auf, die zur Aufnahme von Werkzeugen oder Werkzeughaltern eingerichtet sind. Eine Arbeitsspindel weist mindestens ei ^¬ ne drehbar gelagerte Spindelwelle auf, die mit einer An ^¬ triebseinrichtung verbunden und von dieser drehend angetrieben ist. An ihrem freien Ende ist die Arbeitsspindel zur Aufnahme besagten Werkzeugs oder Werkzeughalters einge ^¬ richtet .

[0003] Die DE 20 2011 004 123 Ul offenbart dazu eine Ar ^¬ beitsspindel mit drehbar gelagerter Spindelwelle, die an ihrem werkzeugseitigen Ende eine auswechselbare Werkzeug ^¬ aufnahme für Werkzeuge oder Werkzeughalter mit Hohlschaft ^¬ kegel aufweist. Kommt es bei längerem Gebrauch oder infolge häufigen Werkzeugwechsels dazu, dass die Werkzeugaufnahme verschleißt oder sonst wie beschädigt wird, wird lediglich die Werkzeugaufnahme ausgewechselt. Die Arbeitsspindel selbst muss jedoch nicht demontiert werden. Der Wechsel der Werkzeugaufnahme schafft jedoch bei einigen Verschleißty ^¬ pen, bspw. Lagerverschleiß, keine Abhilfe.

[0004] Der Spindelantrieb der Arbeitsspindel dient dazu, die Arbeitsspindel beispielsweise mit vorgegebener Ge- schwindigkeit anzutreiben. Es existieren aber auch Arbeitsaufgaben, bei denen die Arbeitsspindel stillstehen soll o- der muss.

[0005] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Arbeitsspindel für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die sowohl zum drehenden Antrieb wie auch zum stillstehenden Halten von Werkzeugen geeignet und leicht wartbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird mit der Arbeitsspindel nach An ^¬ spruch 1 gelöst:

[0007] Die erfindungsgemäße Arbeitsspindel weist ein auch als Spindelhals bezeichnetes Spindelgehäuse mit einer

Durchgangsöffnung auf, in der eine Spindelwelle drehbar gelagert ist. Die Spindelwelle ist an einem Ende mit einer Antriebseinrichtung kuppelbar oder verbunden und an ihrem anderen von außen zugänglichen Ende mit einer Aufnahme für ein Werkzeug oder einen Werkzeughalter versehen. Zur drehbaren Lagerung der Spindelwelle sind wenigstens zwei Wälz ^¬ lager vorgesehen, die in einem axialen Abstand zueinander auf der Spindelwelle und in dem Spindelgehäuse angeordnet sind. Die Wälzlager sind vorzugsweise der Spindelwelle zu ^¬ geordnet, d.h. bei der Demontage ist die Spindelwelle zu ^¬ sammen mit den Wälzlagern aus dem Spindelgehäuse entnehmbar. Außerdem weist die Arbeitsspindel eine Bremseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die Spindelwelle drehfest mit dem Spindelgehäuse zu verbinden. Dazu weist die Brems ^¬ einheit ein drehfest mit der Spindelwelle verbundenes Teil sowie ein drehfest mit dem Spindelgehäuse verbundenes ande ^¬ res Teil auf. Der Durchmesser des drehfest mit der Spindel ^¬ welle verbundenen Teils ist geringer als der Lageraußendurchmesser eines der Wälzlager. Dadurch kann die Spindelwelle zu Wartungszwecken axial aus dem Spindelgehäuse her ^¬ ausgezogen werden, ohne das Spindelgehäuse von der Werkzeugmaschine oder einer Antriebseinheit trennen zu müssen. Bei der Demontage der Arbeitsspindel wird das drehfest mit der Spindelwelle verbundene Teil der Bremseinheit aus dem drehfest mit dem Spindelgehäuse verbundenen anderen Teil der Bremseinheit axial herausgezogen. Die Kupplungseinrichtung zur Verbindung der Spindelwelle mit der Antriebseinrichtung ist axial nicht arretiert und kann durch axiales Auseinanderziehen getrennt werden. Die beiden Teile der Bremseinheit sind axial unverbunden und lassen sich axial auseinanderziehen. Ebenso ist vorzugsweise wenigstens eines der beiden Wälzlager in dem Spindelgehäuse axial nicht fi ^¬ xiert während es mit der Welle axial verbunden sein kann. Die Axialposition der Spindelwelle wird deswegen vorzugs ^¬ weise von lediglich einem der Wälzlager vorgegeben, das sowohl mit dem Spindelgehäuse als auch mit der Spindelwelle jeweils axial fest verbunden ist.

[0008] Vorzugsweise ist die Arbeitsspindel nach dem soge ^¬ nannten Null-Spindel-Prinzip ausgebildet. Dazu weist das Spindelgehäuse eine Axialpositionierfläche für die Spindel ^¬ welle auf, wobei an der Spindelwelle eine axiale Anlageflä ^¬ che vorgesehen ist, die in montiertem Zustand mit der Axialpositionierfläche in Anlage steht. Die Axialpositionier ^¬ fläche und die Axialanlagefläche bilden zusammen eine

Schnittstelle an vorgegebener Axialposition. Sowohl die Axialpositionierfläche als auch die Axialanlagefläche sind axial auf eine gemeinsame Bezugsebene justiert, so dass die Spindelwelle ohne erforderliche Nachjustage auswechselbar ist .

[0009] Die Durchgangsöffnung des Spindelgehäuses weist vor ^¬ zugsweise Sitzflächen für mindestens ein werkzeugnahes Wälzlager und für wenigstens ein werkzeugfernes Wälzlager auf. Die Lageraußendurchmesser der beiden Wälzlager stimmen vorzugsweise miteinander überein. Jedenfalls aber ist der Lageraußendurchmesser des werkzeugfernen Wälzlagers nicht größer als der des werkzeugnahen Wälzlagers. Dadurch kann die aus Spindelwelle und ihren Wälzlagern bestehende Bau ^¬ einheit aus dem Spindelgehäuse axial herausgezogen werden ohne dass Demontagearbeiten an dem Spindelgehäuse nötig wä ^¬ ren. Dabei ist der Sitz des werkzeugfernen Wälzlagers in dem Spindelgehäuse die engste Stelle seines axialen, zur Aufnahme der Spindelwelle dienenden Durchgangs.

[0010] Wenn die Bremseinheit aus Sicht der Werkzeugaufnahme hinter dem werkzeugfernen Wälzlager angeordnet ist und wenn der Außendurchmesser des mit der Spindelwelle verbundenen Teils der Bremseinheit geringer oder höchstens genauso groß ist wie der geringste Außendurchmesser, insbesondere der Lageraußendurchmesser des werkzeugfernen Wälzlagers lässt sich die Spindelwelle trotz der vorhandenen Bremseinheit ohne weiteres axial aus dem Spindelgehäuse entfernen, falls dies aus Wartungsgründen nötig ist.

[0011] Die Bremseinheit ist vorzugsweise eine hydraulisch betätigte Bremseinheit, bei der ein mit dem Spindelgehäuse verbundenes Teil eine Reibfläche aufweist, die radial be ^¬ weglich angeordnet ist. Die Beweglichkeit kann sich dabei auf wenige Bruchteile eines Millimeters beschränken, wie sie durch die elastische Verformbarkeit des mit dem Spin ^¬ delgehäuse verbundenen Teils gegeben sein kann. Zum Beispiel ist das mit dem Spindelgehäuse verbundene Teil der Bremseinheit ein Ring, der mit einer Umfangsfläche eine Hydraulikkammer radial nach innen abschließend angeordnet ist. Wird die Hydraulikkammer mit hydraulischem Druck beaufschlagt, bewegt sich die Reibfläche dieses Rings infolge seiner radialen Verformung nach innen, so dass ein entsprechender Bremsring der Spindelwelle festgeklemmt wird.

[0012] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung, der Zeichnung oder von Ansprüchen. Es zeigen: [0013] Figur 1 die erfindungsgemäße Arbeitsspindel, in schematisierter Blockdarstellung,

[0014] Figur 2 die Arbeitsspindel nach Figur 1, in aus ^¬ schnittsweiser Schnittdarstellung, geschnitten im Bereich ihrer Bremseinheit.

[0015] In Figur 1 ist eine Arbeitsspindel 10 einer Werk ^¬ zeugmaschine gesondert veranschaulicht. Die Werkzeugmaschi ^¬ ne kann ein Bearbeitungszentrum, eine Universalmaschine o- der dergleichen sein. Insbesondere handelt es sich bei der Werkzeugmaschine um eine Maschine mit beweglicher Werk ^¬ stückaufnahme. Insbesondere kann die Werkzeugmaschine eine Werkstückaufnahme zur linearen und/oder drehenden Bewegung eines Werkstücks aufweisen. Dazu können ein Drehtisch, ein Schwenktisch und/oder eine Linearpositioniereinrichtung vorgesehen sein.

[0016] Die Arbeitsspindel 10 ist vorzugsweise als selbstän ^¬ dige Baueinheit konzipiert, die zumindest ein Spindelgehäu ^¬ se 11 mit darin mittels Wälzlagern 12, 13 gelagerter Spindelwelle 14 und einen Motor 15 umfasst. Dieser ist mit dem Spindelgehäuse 11 verbunden oder mit diesem einteilig aus ^¬ gebildet. Der Motor 15 ist ein Elektromotor mit Stator 16 und vorzugsweise wälzgelagertem Rotor 17, der konzentrisch zu der Spindelwelle 14 angeordnet ist.

[0017] Die Spindelwelle 14 weist an ihrem dem Motor 15 zu ^¬ gewandten Ende eine Kupplungseinrichtung, wie bspw. eine Stirnverzahnung oder dergleichen auf, über die die Spindelwelle 14 drehfest mit dem Rotor 17 gekuppelt ist, der eine entsprechende Stirnverzahnung aufweisen kann. Die entsprechende Kupplungseinrichtung ist in Figur 1 an der Stelle 18 angeordnet, im Detail jedoch nicht veranschaulicht.

[0018] An der gegenüber liegenden, von dem Motor 15 fernliegenden Seite der Spindelwelle 14 weist diese eine Werk ^¬ zeugaufnahme 19, beispielsweise für Hohlschaftkegel oder dergleichen auf. In der Werkzeugaufnahme 19 können Werkzeu ^¬ ge mit geeignetem Schaft oder Werkzeughalter mit entsprechendem Schaft befestigt werden, die ihrerseits ein Werk ^¬ zeug halten. [0019] Zum Lösen von in der Werkzeugaufnahme vorgesehenen Werkzeugen oder Werkzeughaltern ist eine Lösevorrichtung 20 vorgesehen, die vorzugsweise an der von dem Spindelgehäuse 11 abliegenden Seite des Motors 15 angeordnet ist und den Rotor 17 sowie die Spindelwelle 14 mit einer zum Beispiel rohrförmigen Lösestange durchgreift. Diese ist in Figur 1 nicht dargestellt. Die Lösestange ist dazu eingerichtet, mit ihrem der Werkzeugaufnahme 19 zugewandten Ende einen Schaft in der Werkzeugaufnahme zu arretieren und fest zu ^¬ ziehen oder zu lösen. Dazu wird die Lösestange axial be ^¬ wegt .

[0020] Außerdem kann die Arbeitsspindel 10, falls ge ^¬ wünscht, eine Verstellwelle 21 aufweisen, die sich zentral durch die Spindelwelle 14, den Rotor 17 und die Lösevorrichtung 20 erstreckt. Die Verstellwelle dreht normaler ^¬ weise synchron mit der Spindelwelle 14. Sie kann jedoch vermittels einer Verstelleinheit 22 gezielt gegen die ste ^¬ hende oder laufende Spindelwelle 14 verdreht werden, um an dem Werkzeug Verstellbewegungen zu bewirken. Verstellbewegungen können zum Beispiel Radiusänderung eines Schneidwerkzeugs sein. Die Verstelleinheit 22 ist vorzugsweise aus Sicht des Motors 50 jenseits der Lösevorrichtung 20 ange ^¬ ordnet und umfasst ein Verstellgetriebe 23 sowie einen Ver- stellmotor 24. Bei ruhendem Versteilmotor 24 dreht die Verstellwelle 21 synchron zu der Spindelwelle 14. Eine Betäti ^¬ gung des Versteilmotors 24 bewirkt eine Relativverdrehung zwischen der Verstellwelle 21 und der Spindelwelle 14.

[0021] Zwischen dem Spindelgehäuse 11 und der Spindelwelle 14 ist eine Bremseinheit 25 wirksam, die dazu eingerichtet ist, die Spindelwelle 14 zu arretieren und an jeglicher Drehung gegenüber dem Spindelgehäuse 11 zu hindern. Die Bremseinheit 25 weist dazu ein drehfest mit dem Spindelge ^¬ häuse 11 verbundenes Teil 26 und ein drehfest mit der Spin- delwelle 14 verbundenes Teil 27 auf. Der Außendurchmesser des Teils 27 ist höchstens so groß, vorzugsweise geringer als der Außendurchmesser des Wälzlagers 13, das der Brems ^¬ einheit 25 benachbart oder in dessen Nähe angeordnet ist. Das andere Wälzlager 12 ist in einem axialen Abstand zu dem Wälzlager 13 vorzugsweise in der Nähe der Werkzeugaufnahme 19 angeordnet. Beide Wälzlager 12, 13 lagern die Spindel ^¬ welle 14 drehbar in einem zum Beispiel im Wesentlichen zylindrischen Durchgang 28 des Spindelgehäuses 11. Der ge ^¬ ringste Durchmesser des Durchgangs 28 ist vorzugsweise grö ^¬ ßer als der Außendurchmesser des zweiten Teils 27 der Bremseinheit 25 die vorzugsweise zwischen dem Wälzlager 13 und dem Motor 15 angeordnet ist.

[0022] Die Spindelwelle 14 ist in Bezug auf das Spindelge ^¬ häuse 12 axial justiert. Dazu weist das Spindelgehäuse 11 eine Axialpositionierfläche 29 auf, die beispielsweise durch eine Stufe in dem Durchgang 28 ausgebildet ist. Der Axialpositionierfläche 29 ist eine Axialanlagefläche 30 zu ^¬ geordnet, die in montiertem Zustand an der Axialpositio ^¬ nierfläche 29 anliegt. Die Axialanlagefläche 30 kann bei ^¬ spielsweise an einem Außenring des Wälzlagers 12, einem mit diesem in Verbindung stehenden Teil oder an dem Wälzlager 13 oder einen mit diesem in Verbindung stehenden Teil ausgebildet sein. Das Wälzlager 12 ist durch geeignete Mittel auf der Spindelwelle 14 axial fest arretiert, beispielswei ^¬ se indem sein Innenring durch Muttern, Sprengringe oder andere Befestigungsmittel an der Spindelwelle 14 arretiert ist .

[0023] Durch die Zuordnung von genau positionierter Axialpositionierfläche 29 und Axialanlagefläche 30 in einer Be ^¬ zugsebene 31 kann die Arbeitsspindel 10 als sogenannte Nullspindel ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass die Spin ^¬ delwelle 14 zu Wartungszwecken aus dem Spindelgehäuse 11 vorzugsweise unter Mitnahme der Wälzlager 12, 13 sowie des Teils 27 der Bremseinheit 25 axial herausgezogen und, wenn nötig, auch ersetzt werden kann. Durch die genaue Abstimmung der Axialposition der Axialanlagefläche 30 an einer Ersatzwelle, kann diese ohne weitere Justagemaßnahmen in das Spindelgehäuse 11 eingesetzt werden, wonach die Werk ^¬ zeugaufnahme 19 an identisch der gleichen Axialposition aufzufinden ist, wie bei der zuvor in dem Spindelgehäuse 11 gelagerten und im Rahmen des Wartungsprozesses entfernten Spindelwelle 14.

[0024] Figur 2 veranschaulicht den Aufbau der Bremseinheit 25 in detaillierterer Form. Der dargestellte Ausschnitt der Längsschnittdarstellung beschränkt sich dabei im Wesentlichen auf denjenigen Bereich der Spindelwelle 14 und des Spindelgehäuses 11, indem das Wälzlager 13 und die Brems ^¬ einheit 25 anzutreffen sind. Wie ersichtlich weist der Durchgang 28 als Sitz für das Wälzlager 13 eine zylindrische Sitzfläche 32 auf, die den kleinsten Durchmesser des Durchgangs 28 bildet. Der Außenring des Wälzlagers 13 ist an der Sitzfläche 32 gehalten. Der Innenring dieses Wälzlagers 13 sitzt hingegen auf einer entsprechenden zylindrischen Sitzfläche der Spindelwelle 14 in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Teil 27 der Bremseinheit 25. Das Teil 27 ist beispielsweise über eine Verzahnung 33 drehfest mit der Spindelwelle 14 verbunden. Eine Umfangsfläche 34 des Teils 27 ist vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei ihr Durchmesser geringer ist als der Durchmesser der Sitzfläche 32.

[0025] Die Umfangsfläche 34 umgreifend ist das Teil 26 der Bremseinheit 25 angeordnet, wobei dieses aus einem Ringkör ^¬ per 35 mit vorzugsweise zylindrischer Reibfläche 36 be ^¬ steht. Die Reibfläche 36 ist im Ruhezustand radial etwas von der Umfangsfläche 34 distanziert, so dass zwischen der Umfangsflache 34 und der Reibfläche 36 einige wenige Hun ^¬ dertstel oder Tausendstel Millimeter großer Luftspalt vor ^¬ handen ist. Der Ringkörper 35 ist drehfest in dem Spindel ^¬ gehäuse 11 gehalten. Dazu weist der Ringkörper 35 zumindest an einem Ende, beispielsweise dem dem Wälzlager 13 zuge ^¬ wandten Enden, einen Ringflansch 37 auf. Zwischen dem Spindelgehäuse 11 und dem Ringkörper 35 sitzt außerdem ein ringförmiger Körper 38, der mit dem Ringkörper 35 einen Ringspalt festlegt. Zu beiden axialen Enden hin ist dieser Ringspalt 39 mittels zweier Dichtungen 40, 41 abgedichtet.

[0026] Der Ringspalt 39 ist mit einem Hydraulikfluid beauf ^¬ schlagbar. Dazu ist in dem Spindelgehäuse 11 ein Hydraulikkanal 42 vorgesehen, der vorzugsweise durch den Ringflansch 37 hindurch und durch den Körper 38 hindurch zu dem Ringspalt 39 führt.

[0027] Zur drehfesten Sicherung des Teils 26 und somit des Ringkörpers 35 sowie des Körpers 38 sind mindestens eine, vorzugsweise aber mehrere, axial angeordnete Bolzen 43 vor ^¬ gesehen, die sich durch axiale Öffnungen des Körpers 38 und des Ringflansches 37 erstrecken und in entsprechende Boh ^¬ rungen 44 des Spindelgehäuses 11 eingeschraubt sind.

[0028] Bei normalem Betrieb ist der Hydraulikkanal 42 drucklos. Damit ist die Reibfläche 36 von der Umfangsfläche 34 distanziert und das Teil 27 kann reibungsarm oder rei ^¬ bungsfrei in dem Teil 26 der Bremseinheit 25 drehen. In diesem Zustand ist normaler drehender Betrieb der Arbeitsspindel 10 möglich. Es können mit einem in der Aufnahme 19 gehaltenen Werkzeug Bohr- oder Fräsarbeiten oder andere mit drehendem Werkzeug auszuführende Arbeiten durchgeführt wer ^¬ den .

[0029] Bedarfsweise kann die Arbeitsspindel 10 aber auch zum Ausführen von Dreharbeiten dienen. Dazu wird ein geeignetes ein- oder mehrschneidiges Werkzeug in der Werkzeug- aufnähme 19 platziert und die Arbeitsspindel 14 in die ge ^¬ wünschte Drehposition überführt. Ist diese erreicht, wird die Bremseinheit 25 aktiviert, indem der Hydraulikkanal 42 mit unter Druck stehenden Hydraulikfluid beaufschlagt wird. Der hydraulische Druck wirkt in dem Ringspalt 39 und führt zu einer geringfügigen Verformung des Körpers 35 radial nach innen. Das heißt, die Reibfläche 36 wird radial nach innen bewegt und in dieser Richtung mit Kraft gegen die Um- fangsflache 34 gedrückt. Die Spindelwelle 14 ist reib ^¬ schlüssig festgeklemmt. Es kann nun das in der Aufnahme 19 gehaltene Werkzeug mit einem bewegten Werkstück in Eingriff gebracht werden, beispielsweise um Dreharbeiten auszuführen. Auch andere mit nicht drehendem Werkzeug auszuführende Arbeiten, wie Räumarbeiten, können durch lineare Relativbewegung des Werkstücks und der Arbeitsspindel 10 ausgeführt werden .

[0030] Die erfindungsgemäße Arbeitsspindel 10 weist ein Spindelgehäuse 11 und eine Spindelwelle 14 mit Axialpositi ^¬ onierfläche 29 und Axialanlagefläche 30 auf, womit die kor ^¬ rekte Axialposition jeder passend bereitgestellten Spindelwelle 14 in dem Spindelgehäuse 11 gegeben ist. Zum drehfes ^¬ ten Halten der Spindelwelle 14 in dem Spindelgehäuse 11, vorzugsweise bei stillgesetztem Motor 15, ist eine Brems ^¬ einheit 25 vorgesehen, die ein radial äußeres Teil 26, das drehfest mit dem Spindelgehäuse 11 gekuppelt ist, und ein radial inneres Teil 27 aufweist, das drehfest mit der Spin ^¬ delwelle 14 gekuppelt ist. Der größte Außendurchmesser der Umfangsfläche 34 des inneren Teils 27 ist geringer als die engste Stelle des Durchgangs 28 des Spindelgehäuses zwi ^¬ schen der Bremseinheit 25 und dem werkzeugseitigen Ende des Spindelgehäuses 11. Deswegen lässt sich die Spindelwelle 14 ohne weiteres und ohne Demontagemaßnahmen der Bremseinheit bedarfsweise axial aus dem Spindelgehäuse 11 herausnehmen und auf umgekehrten Wege wieder einsetzen. Die erfindungsgemäße Arbeitsspindel 10 ist einfach aufgebaut und vielsei ^¬ tig einsetzbar. Dabei ist sie äußerst wartungsfreundlich.

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