Die Erfindung betrifft eine motorisch angetriebene

Werkzeugmaschineneinheit wie ein Mehrachsendrehkopf, eine Motorspindel, einen Drehtisch oder dergleichen nach dem

Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bei motorisch angetriebenen Werkzeugmaschineneinheiten wie Spindeln, insbesondere Motorspindeln, Drehtischen oder

Mehrachsendrehkopfen etc. gibt es im Grundsatz zwei

verschiedene Lageranordnungen, wie die Rotoreinheit mit ihrer Rotorwelle in/an der Statoreinheit gelagert wird. Dies kann allerdings je nach Ausführung im Detail etwas variieren.

Bei einem ersten Lagerungsprinzip werden üblicherweise jeweils ein oder zwei Schrägkugellager sowohl vorne als auch hinten an der Rotorwelle platziert. Die Schrägkugellager, zum Beispiel in sogenannter 0- oder X-Anordnung, nehmen Radialkräfte und axiale Druckkräfte auf. Die hinteren Lager nehmen Radialkräfte und axiale Zugkräfte auf. Die zweite Möglichkeit bzw. Lageranordnung wird als sogenannte „Fest-Loslager-Kombination" bezeichnet. Hierbei werden

üblicherweise die Lager derart gestaltet, dass die vordere Lagerstelle bzw. Lagereinheit als Festlager ausgebildet ist und Radialkräfte sowie Axialkräfte in beide Richtungen

aufnimmt. Die hintere Lagerstelle bzw. Lagereinheit ist hier als Loslager ausgebildet und nimmt ausschließlich Radialkräfte auf. Diese „Fest-Loslager-Kombination" ist eine aus der technischen Mechanik resultierende, sehr klar strukturierte, Kraft aufteilende Anordnung.

Beispielsweise bei Werkzeugmaschinenspindeln wird häufig im hinteren Bereich der Spindel bzw. am der Werkzeug- bzw.

Werkstückaufnahme entgegen gesetzten Ende der Rotorwelle das sogenannte Loslager mit Hilfe eines (einzigen) Wälz- bzw.

Zylinderrollenlagers realisiert. Dieses Zylinderrollenlager besteht im Allgemeinen aus einem Innenring, einem Käfig mit integrierten Rollen bzw. Wälzkörpern und einem Außenring. Der Rollenkäfig ist entweder über den Innenring oder über den Außenring geführt und gehalten.

Diese seit mehreren Jahrzehnten praktizierte Anordnung

impliziert zugleich die Unfähigkeit am hinteren Lager Kräfte axial aufzunehmen, was dazu führt, dass der größte Teil der Ausdehnungsbewegungen der Welle bzw. Rotoreinheit, unabhängig ob sie aus äußeren Kräften oder aufgrund von Wärmedehnungen bzw. Temperatureinflüssen entstehen, ausschließlich im

hinteren Bereich wirken. Dies führt wiederum dazu, dass beispielsweise bei Motorspindeln es teilweise zur

Axialbewegung im hinteren Bereich der gelagerten Motorwelle von mehreren zehntel Millimetern bzw. bis zu ca. einem

Millimeter kommt. Üblicherweise stören derartige, im/für den Werkzeugmaschinenbereich sehr großen Längenänderungen bzw. Bewegungen an dieser Stelle jedoch nicht.

Der große Vorteil der bisherigen Fest-Loslager-Kombination bei derartigen Werkzeugmaschineneinheiten ist der, dass das

Festlager, das nahe an der Werkzeugaufnahme, z.B. der Spindel sitzt, axiale Bewegungen der Spindel im vorderen Bereich auf ein Minimum reduziert. Dies führt wiederum dazu, dass das Werkzeug nur sehr geringen axialen Verlagerungen ausgesetzt ist. Dies ist vor allem im modernen Werkzeugmaschinenbau bzw. bei modernen Hochleistungsmotorspindeln oder dergleichen von enormen Vorteil, da heutzutage sehr hohe

Genauigkeitsanforderungen an entsprechende Werkzeugmaschinen wie CNC-Maschinen oder dergleichen gestellt werden. Hier müssen nicht nur hundertstel Millimeter, sondern durchaus auch tausendstel Millimeter Genauigkeit eingehalten werden.

Darüber hinaus sind in den letzten Jahren zunehmende

Anforderungen an die Zerspannung und insbesondere an

Parametern wie Vorschub, Winkelgeschwindigkeit festzustellen. So sind zwischenzeitlich auch Werkzeuge im Einsatz, wobei während der Bearbeitung die tatsächliche Dicke bzw.

Maßhaltigkeit mittels entsprechender Sensoren ermittelt und zur Steuerung der Werkzeugmaschine bzw. zur Verstellung des Werkzeugs verwendet wird. Beispielsweise sind

Ultraschallsensoren im Einsatz, die auf/an der Rotorwelle bzw. im/am (rotierenden) Werkzeug angeordnet sind. Hierfür werden in den letzten Jahren zunehmend elektrische Drehdurchführungen bzw. Energieübertragungssysteme verwendet, die elektrische Energie vom statischen Teil bzw. vom Stator der

Werkzeugmaschineneinheiten auf den rotierenden Teil bzw. den Rotor der Werkzeugmaschineneinheiten übertragen.

Dies wird zum Beispiel mit Übertragungsspulen realisiert, die im Wesentlichen aus zwei in Wirkverbindung stehenden Spulen (mit Ferritkernen) bestehen und zwischen denen ein fest eingestellter bzw. definierter Spalt vorhanden ist. Die

Maßhaltigkeit des Spaltes ist sehr wichtig, um die

Energieübertragung und/oder die Signalübertragung nicht zu beeinträchtigen. Deshalb sind diese Übertragungsspulen bislang im vorderen Bereich des Werkstücks bzw. des vorderen

Festlagers angeordnet, da bislang nur hier die Maßhaltigkeit des Spaltes gewährleistet werden kann. Nachteil ist jedoch, dass im vorderen Bereich des Werkzeugs die Gefahr besteht, dass durch Staub, Späne, Kühlschmiermittel etc. Beeinträchtigungen bzw. Verschmutzungen der

Energieübertragungseinheit und vor allem des Spaltes und somit u.a. der Signalübertragung entstehen können. Demzufolge können Fehler bei der Steuerung des Werkzeugs und somit

Bearbeitungsungenauigkeiten die Folge sein.

So nimmt die Übertragungseinheit auch Bauraum ein, der im Bereich der Werkzeugbearbeitung sehr stört und zudem besteht hierbei auch ein Kollisionsrisiko der Spindel mit dem

Werkstück .

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine

Werkzeugmaschine bzw. eine motorisch angetriebene

Werkzeugmaschineneinheit vorzuschlagen, die die zunehmenden Anforderungen an moderne Werkzeugmaschinen bzw.

Werkzeugmaschineneinheiten besser erfüllt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer

Werkzeugmaschineneinheit der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den

Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte

Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße

Werkzeugmaschineneinheit dadurch aus, dass die elektrische Energieübertragungseinheit, insbesondere zwei in

Wirkverbindung stehende Spulen mit jeweils einem vorteilhaften Ferritkern, am der Werkzeug- und/oder Werkstückaufnahme entgegen gerichteten Bereich, insbesondere hinteren

Endbereich, und/oder an der zweiten Lagereinheit bzw. am

Loslager angeordnet bzw. wenigstens teilweise fixiert ist.

Gemäß der Erfindung wird somit eine Umkehr des bisher umgesetzten und jahrzehntelang bewährten Prinzips bei Werkzeugmaschineneinheiten verwirklicht. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung nicht nur eine Abkehr, sondern vielmehr sogar im Widerspruch zum bisherigen Fest-Loslager- Prinzip bei Werkzeugmaschineneinheiten wie Motorspindeln etc. steht. Denn der Spalt zwischen den Spulen muss möglichst konstant bzw. fest eingestellt/definiert sein, um möglichst keine Fehler bzw. Beeinträchtigungen zu generieren. Die

Anordnung des Spaltes zwischen den Spulen im hinteren Bereich der Werkzeugmaschineneinheit mit den temeraturbedingten größeren Längenausdehnungen von bis ca. 1mm wurde bislang unbedingt vermieden.

Die axiale Längenänderung bzw. Ausdehnung vor allem der

Rotoreinheit bzw. der Rotorwelle beruht im Wesentlichen auf thermische Änderungen bzw. Wärmeverluste des Systems.

Relevante axiale Änderungen bzw. Ausdehnungen der Rotoreinheit werden jedoch vergleichsweise langsam wirksam.

Darüber hinaus kann die Energieübertragungseinheit im hinteren Bereich der Werkzeugmaschineneinheit bzw. auf Seiten des der Bearbeitung/Werkzeug/Werkstück abgewandten Bereiches eine vergleichsweise beliebige Platzierung und (große)

Dimensionierung der Energieübertragungseinheit realisiert werden. In diesem Bereich stört die erfindungsgemäße

Energieübertragungseinheit weder die Bearbeitung, noch besteht eine Gefahr einer Kollision mit bzw. Beschädigung des zu bearbeitenden Werkstücks oder dergleichen.

Vorzugsweise ist die zweite Lagereinheit als Loslager

ausgebildet, z.B. als ein Kugellager, oder als zwei

Schrägkugellager in 0- oder X-Anordnung. Das bedeutet, dass die zweite Lagereinheit bzw. das Loslager ausschließlich

Radialkräfte bzw. keine Axialkräfte aufnehmen kann.

Vorteilhafterweise ist ein Element vorgesehen, insbesondere ein Führungselement und/oder eine Führungshülse, die/das fest mit der zweiten Lagereinheit, insbesondere einem Außenring des hinteren Lagers bzw. Loslagers verbunden ist und die/das eine axiale Lage- bzw. Längenänderung überträgt und/oder

insbesondere relativ zu statischen Komponenten der

Statoreinheit axial bzw. relativ zueinander verschiebbar ist.

Vorzugsweise ist ein Federelement vorgesehen, womit eine Lagefixierung des Elements, insbesondere des Führungselements und/oder der Führungshülse, in vorteilhafter Weise realisiert wird .

Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Nachstelleinheit zum axialen Verstellen wenigstens des Führungselementes und/oder einer der Spulen, der elektrischen Energieübertragungseinheit vorgesehen. Mit Hilfe der vorteilhaften Nachstelleinheit kann eine temperaturbedingte Längenänderung, insbesondere der Rotorwelle, dahingehend ausgeglichen werden, dass ein Abstand beziehungsweise ein Spalt zwischen den beiden in

Wirkverbindung stehenden Spulen ausgleichbar beziehungsweise konstant gehalten werden kann. Hiermit wird eine vorteilhafte Signalübertragung beziehungsweise Qualitätssicherung und somit eine verbesserte Betriebsweise gewährleistet.

Beispielsweise kann die Nachstelleinheit als aktive

Nachstelleinheit realisiert werden, wobei beispielsweise mit Hilfe einer Erfassungseinheit zur Erfassung einer

Längenänderung, insbesondere der temperaturbedingten

Längenänderung der Rotorwelle oder dergleichen, ein Aktuator kontrolliert beziehungsweise gesteuert werden kann, der entsprechend die zweite, mit der ersten statischen Spule in Wirkverbindung stehende Spule entsprechend (axial) nach-/ verstellt. Hiermit wird eine hohe Genauigkeit bei der

Konstanthaltung des (axialen) Abstandes beziehungsweise des (in Richtung der Drehachse ausgerichteten) Spaltes zwischen den beiden in Wirkverbindung stehenden Spulen erreicht.

Vorzugsweise umfasst die Nachstelleinheit wenigstens ein Federelement. Hiermit wird der konstruktive als auch

steuerungstechnische Aufwand für die Nachstellung beziehungsweise Konstanthaltung des Spaltes beziehungsweise des Abstandes zwischen den beiden in Wirkverbindung stehenden Spulen in vorteilhafter Weise verringert bzw. minimiert. Dies führt zu einer wirtschaftlich günstigen Betriebsweise und zugleich zu einer vorteilhaften Signalübertragung

beziehungsweise Betriebsweise.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert .

Im Einzelnen zeigt:

Figur 1 ein schematischer Schnitt durch einen hinteren Bereich einer ersten Motorspindel mit einer Loslagereinheit und einer ersten elektrischen Energieübertragungseinheit gemäß der Erfindung und

Figur 2 ein schematischer Schnitt durch einen hinteren Bereich einer zweiten Motorspindel mit einer Loslagereinheit und einer zweiten elektrischen Energieübertragungseinheit gemäß der Erfindung.

In den Figuren sind schematisch zwei ähnliche

Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, wobei eine

Rotorwelle 8 im einem nicht näher dargestellten

Werkzeug/Werkstück abgewandten, sogenannten "hinteren Bereich" 18 einer Motorspindel ein hinteres Lager 19 aufweist. Das Lager 19 ist als Loslager 19 ausgebildet und über einen

Führungsring 11 mit einer Statoreinheit 16 der Motorspindel verbunden .

Am Führungsring/-element 11 ist eine erste Spule 13, insbesondere eine Ferritkernspule 13 angeordnet/fixiert, die in Wirkverbindung mit einer zweiten Spule 14 beziehungsweise Ferritkernspule 14 ist. Die zweite Ferritkernspule 14 ist an der Rotorwelle 8 angeordnet /fixiert .

Im Betrieb der Motorspindel 2, d.h. bei rotierender

Motorwelle 8, erwärmt sich unter anderem die Motorwelle 8, so dass eine Längenänderung L der Motorwelle 8 auftritt. Diese Längenänderung L in Richtung einer Drehachse D würde einen axialen Spalt 20 zwischen den beiden Motorspulen 13, 14 verändern bzw. vergrößern, was jedoch nachteilig für eine elektrische Signalübertragung von der einen Spule 13, 14 auf die andere Spule 13, 14 wäre. Gemäß der Erfindung erfolgt jedoch eine axiale Verstellung der "statischen" Spule 13 mittels des Führungsringes 11 sowie einer Feder 21.

Vorzugsweise sind mehrere Federn 21 in Umfangsrichtung möglichst gleichmäßig verteilt angeordnet.

Bei einer insbesondere temperaturbedingten Ausdehnung der Rotorwelle 8 längs der Drehachse D wird der Innenring der Lagereinheit 19 entsprechend in Längsrichtung L verstellt, was in vorteilhafter Weise über die Wälzelemente beziehungsweise Kugeln sowie dem Außenring des Wälzlagers 19 und dem

Führungsring zu einer axialen Verstellung der nichtrotierenden bzw. sog. "statischen" Spule 13 führt. Mittels der Feder 21 beziehungsweise den Federn 21 wird unter anderem eine vorteilhafte Rückstellkraft generiert beziehungsweise eine Anpresskraft des Führungsringes 11 gegen den Außenring des Wälzlagers 19.

Darüber hinaus ist ein vorteilhafter Drehgeber 22 vorgesehen, der mit der Statoreinheit 16 beziehungsweise der nichtrotierenden bzw. sog. "statischen" Spule 13 beziehungsweise dem Führungsring 11 in Wirkverbindung steht. Eine

Verzahnungsstruktur 23, die die Rotoreinheit 15 umfasst, ermöglicht eine vorteilhafte Erfassung der Position der

Rotorwelle 8 in Umfangsrichtung . Beispielsweise bei einer Temperaturänderung von ungefähr 20° bis 200°C wird eine Längenänderung L von ca. 1 mm generiert. Dies würde sich nachteilig auf die Signalübertragung zwischen den beiden Spulen 13, 14 auswirken, was jedoch gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise unterbunden wird. Denn erfindungsgemäß wird eine nachteilige Veränderung des zu übertragenden elektrischen Signals aufgrund einer

Längenänderung L der Motorwelle 8 verhindert.

Generell kann gemäß der Erfindung von der rotierenden Seite beziehungsweise von der Rotoreinheit 15 unterschiedlichste Parameter beziehungsweise Prozessparameter oder dergleichen überwacht/übermittelt werden. So kann beispielsweise die Erfindung genutzt werden für die Parameter: Stoffmenge,

Magnetismus, elektromagnetische Strahlung, Lagerung, Akustik, Temperatur, Schwingung, Abstand, Kraft, Vibration, Kollision sowie Induktion und/oder dergleichen.

Auf der statischen Seite bzw. der Statoreinheit kann in vorteilhafter Weise eine Prozessanalyse beziehungsweise

Auswertung/Steuerung/Regelung/Prozesskontrolle erfolgen, wobei unter anderem ein digitaler Filter, analoger Filter, eine sogenannte "B-Box" als auch eine Phasenregelschleife und/oder dergleichen verwendet werden kann.

Bezugs zeichenliste

2 Motorspindel

3 Spulenkabel

4 Drehgeberkabel

5 Ferritkern

6 Ferritkern

7 Wälzkörper

8 Motorwelle

10 Energieübertragungseinheit

11 Führungselement

13 Spule

14 Spule

15 Rotoreinheit

16 Statoreinheit

18 Endbereich

19 Lager

20 Spalt

21 Feder

22 Drehgeber

23 Verzahnung

L Längenände

D Drehachse