DE10257610B3

DE10257610B3 - Motorspindel mit Festhaltevorrichtung

Info

Publication number: DE10257610B3
Application number: DE10257610A
Authority: DE
Inventors: Norbert HESSBRÜGGEN
Original assignee: EMAG Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Festhaltevorrichtung für eine Werkstück- oder Werkzeugspindel, die in einem Spindelgehäuse drehbar gelagert ist. Die Festhaltevorrichtung ist an den Zentriersitzen zwischen Spindelfestlager und Spannmittel angeordnet. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Wärmeausdehnung oder Torsionssteifigkeit der Spindel die Fertigungsgenauigkeit verringern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Festhaltevorrichtung für eine Werkstück- oder Werkzeugspindel für eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der EP 0 375 783 A1 ist eine derartige Werkstückspindel mit einer Bremsscheibe dargestellt. Zum Klemmen sind in einem u-förmigen Gehäuse gegenüberliegende Kolben vorgesehen. Da die Kolben wegen ihrer Verschiebung mit Spiel in ihren Gehäusen gelagert werden, ist die damit erzielbare Fixierung nicht ausreichend steif und es können bei der Werkstückbearbeitung unerwünschte Drehschwingungen auftreten.

Eine weitere Werkstückspindel ist in der DE 195 22 711 A1 dargestellt. Sie weist an der dem Spannmittel gegenüberliegenden Spindelseite eine Klemmeinrichtung auf. Diese besteht aus einer in Umfangsrichtung steifen, in Spindelachsrichtung jedoch biegeelastischen Scheibe. Bei den Werkstückspindeln ist üblicherweise in der Nähe des Spannmittels ein Festlager und am gegenüberliegenden Spindelende ein Loslager vorgesehen. Bei der Anordnung der Klemmeinrichtung in der Nähe des Loslagers sind die Längsausdehnungen der Spindel infolge Wärmeeinwirkung zu berücksichtigen. Aufgrund der dabei erforderlichen Abstandstoleranzen lassen sich trotz biegeelastischer Scheibe Reaktionskräfte in Spindelachsrichtung nicht vermeiden. Diese Kräfte sind für die Genauigkeit bei der Werkstückbearbeitung von Nachteil. Außerdem wirkt sich die Torsionselastizität der Spindel negativ auf die Fertigungsgenauigkeit aus.

Aus der DE 39 13 139 A1 ist eine Festhaltevorrichtung für eine Spindel mit einer Hirth-Verzahnung als Verbindungsmittel zwischen Spindel und Gehäuse bekannt. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, dass Winkelpositionierungen nur innerhalb ganzer Teilungen der Verzahnung möglich sind und die zum Teil kraftschlüssige Verbindung die Spindel in Achsrichtung beeinflusst. Derartige Belastungen der Spindel in Achsrichtung sind unerwünscht, weil sie sich auf die Fertigungsgenauigkeit negativ auswirken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die negativen Einflüsse der Festhaltevorrichtung auf die Fertigungsgenauigkeit zu verringern.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Klemmeinrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Das Anordnen der Klemmeinrichtung zwischen Festlager und Spannmittel ermöglicht eine höhere Fertigungsgenauigkeit. Durch die Nähe zum Spannmittel wird der negative Einfluss der Torsionselastizität der Spindel verhindert und in der Nähe des Festlagers kann die Längsausdehnung der Spindel infolge Wärmeeinwirkung vernachlässigt werden. Die Klemmeinrichtung kann daher mit sehr engen Maßtoleranzen und einem besonders kleinen Spalt zwischen beweglichem und klemmendem Teil ausgeführt werden. Im Vergleich zum Stand der Technik reichen daher geringe Verformungen des biegeelastischen Reibelements aus, um die Spindel zu fixieren.

Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Klemmeinrichtung einen Bremskörper mit einer umlaufenden u-förmigen Nut und ein biegeelastisches Reibelement auf, welches in die u-förmige Nut eingreift. Über die Reibflächen der Nut werden die Klemmkräfte in entgegengesetzter Richtung eingeleitet, so dass sich die auf die Spindel in Richtung ihrer Achse einwirkenden Kräfte gegenseitig aufheben. Das Reibelement ist als Hohlkörper ausgeführt und kann von innen mit Druck beaufschlagt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung besteht der Hohlkörper aus zwei gegeneinander abgedichteten biegeelastischen Ringhälften, welche vorgespannt sind und selbsttätig die Ruheposition einnehmen, wenn keine innere Druckbeaufschlagung erfolgt. Dadurch wird ein vorzeitiger Verschleiß der Reibelemente in der Nut vermieden.

Bei einer weiteren Ausführung wird das Bremselement an den Außenflächen von mindestens zwei Andruckelementen fixiert. Zwei scheiben- oder ringförmige Reibelemente verhindern dabei, dass das Lagerspiel der verschiebbaren Andruckelemente Drehschwingungen bei der Werkstückbearbeitung verursacht.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Klemmeinrichtung mit geeigneten Zentriersitzen versehen und kann unmittelbar zwischen Spindel und Spannmittel eingebaut werden. Als Zentriersitze sind beispielsweise genormte Kurzkegel verbreitet, so dass die Klemmeinrichtung ohne konstruktive Veränderungen an bereits bestehende Werkzeugmaschinen nachgerüstet werden kann.

Es zeigen:

1 eine Motorspindel mit Festhaltevorrichtung und Spannmittel

2 eine ausschnittsweise Vergrößerung der Festhaltevorrichtung

3 einen Ausschnitt der Festhaltevorrichtung im betätigten Zustand

4 einen Ausschnitt der Festhaltevorrichtung mit Betätigung durch die Zugstange

5 einen Ausschnitt der Festhaltevorrichtung mit Betätigung durch Kolben

6 ein Reibelement

1 zeigt eine Motorspindel (1) mit einer Spindel (5). Die Spindel (5) ist im Spindelgehäuse (7) drehbar gelagert. Das Lager (2) ist als Festlager ausgeführt. Am unteren Ende der Spindel (5) ist die Klemmeinrichtung (4) angeflanscht, welche aus einem Bremskörper (9) und einem Reibelement (10) besteht. An der Unterseite der Klemmeinrichtung (4) ist das Spannmittel (3) angebracht.
In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Klemmeinrichtung (4) dargestellt. Der Bremskörper (9) weist an seiner Ober- und Unterseite Zentriersitze (6,6') auf, welche als genormte Kurzkegel ausgeführt sind. Über die Zentriersitze kann die Klemmeinrichtung (4) in unmittelbarer Nähe zum Festlager (2) und zum Spannmittel (3) angeordnet werden und ist daher ohne konstruktive Veränderungen an bereits bestehende Werkzeugmaschinen nachrüstbar. Der Bremskörper (9) ist im Bereich der Nut (25) geteilt. Zum Einlegen des Reibkörpers (10) in die Nut (25) sind die Bremskörper (9, 9') lösbar miteinander verbunden. In der Nähe zum Festlager (2) sind die Wärmeausdehnungen der Spindel (5) vernachlässigbar und der Luftspalt (26) zwischen Bremskörper (9, 9') und Reibkörper (10) kann besonders eng ausgeführt werden.
3 zeigt die Festhaltevorrichtung im aktivierten Zustand. Dabei sind das Reibelement (10) mit dem Spindelgehäuse (7) und die Bremskörper (9, 9') mit der Spindel (5) drehfest verbunden. Das Reibelement (10) ist als Hohlkörper ausgeführt und kann von innen mit Druck beaufschlagt werden. Der Hohlkörper besteht aus zwei ineinander greifenden biegeelastischen Ringhälften (13, 14), welche über die Dichtung (22) gegeneinander abgedichtet sind. An den Ringhälften (13, 14) befinden sich biegeelastische Teile (15, 16) welche in die Nut (25) hineinragen. Zum Aktivieren wird das Reibelement (10) mit Druck beaufschlagt.
Infolge des Druckes werden die biegeelastischen Teile (15, 16) gegen die Reibflächen (11, 12) der Nut (25) gepresst und fixieren auf diese Weise die Spindel (5) mit Spannmittel (3). Weil dabei die Klemmkräfte in entgegengesetzter Richtung eingeleitet werden, heben sich die auf die Spindel in Richtung ihrer Achse einwirkenden Kräfte gegenseitig auf. Mit der erfindungsgemäßen Festhaltevorrichtung kann die Spindel also in Umfangsrichtung fixiert werden, ohne dass Klemmkräfte in radialer oder axialer Spindelrichtung die Fertigungsgenauigkeit beeinträchtigen.
Bei einer weiteren Ausführung nach 4 ist das Reibelement (10) mit der Spindel (5) und der Bremskörper (9) ist mit dem Spindelgehäuse (7) drehfest verbunden. Da sich das Reibelement mit der Spindel dreht, wird das Druckmedium über eine Bohrung (20) in der Zugstange (19) zugeführt. Die Zugstange (19) zur Betätigung des Spannmittels (3) wird in Richtung ihrer Längsachse relativ zum Klemmelement (4) bewegt. Über die Bohrung 20' gelangt das Druckmedium in die Ausnehmung (27), welche mit der Bohrung (28) in Verbindung steht. Über die Ausnehmung (27) stehen die Bohrungen (27, 28) auch bei einer Relativbewegung der Zugstange (19) in Wirkverbindung.
In der Ausführung nach 5 erfolgt die Fixierung des Bremskörpers (9) über mindestens zwei Andruckelemente (21), welche drehfest mit dem Spindelgehäuse (7) verbunden sind. Zwei scheiben- oder ringförmige Reibelemente (17, 18) verhindern dabei, dass das Lagerspiel der verschiebbaren Andruckelemente (21) Drehschwingungen bei der Werkstückbearbeitung verursacht. Die Reibelemente (17, 18) sind in 6 dargestellt. Zur ihrer Befestigung sind Bohrungen (23) vorgesehen. Die Schlitze (24) dienen zur Begrenzung der Verformungskräfte.

1: Motorspindel
2: Festlager
3: Spannmittel
4: Klemmeinrichtung
5: Spindel
6 6': Zentriersitz
7: Spindelgehäuse
8: Spindelachse
9 9': Bremskörper
10: Reibelement
11: Reibfläche
12: Reibfläche
13: Ringhälfte
14: Ringhälfte
15: Biegeelastisches Teil
16: Biegeelastisches Teil
17: Reibelement
18: Reibelement
19: Zugstange
20 20': Bohrung
21: Andruckelement
22: Dichtung
23: Befestigungsbohrung
24: Schlitz
25: Nut
26: Luftspalt
27: Ausnehmung
28: Bohrung

Claims

Festhaltevorrichtung für die Spindel (5) einer Werkzeugmaschine, die in einem Spindelgehäuse (7) drehbar gelagert ist, mit mindestens einem Festlager (2) und mit einem Spannmittel (3) für Werkzeuge oder Werkstücke und einer Klemmeinrichtung (4), wobei das Spannmittel (3) mit der Spindel (5) drehfest verbunden ist und die Klemmeinrichtung (4) zwischen Festlager (2) und Spannmittel (3) angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung der Spindelachse (8) auf die Spindel (5) einwirkenden Kräfte der Klemmeinrichtung (4) entgegengesetzt gerichtet sind.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (4) aus einem Bremskörper (9) und mindestens einem Reibelement (10) besteht.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (10) zwischen zwei gegenüberliegenden Reibflächen (11, 12) des Bremskörpers (9) angeordnet ist.
Festhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass das Reibelement (10) mit dem Spindelgehäuse (7) und der Bremskörper (9) mit der Spindel (5) drehfest verbunden sind.
Festhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass das Reibelement (10) mit der Spindel (5) und der Bremskörper (9) mit dem Spindelgehäuse (7) drehfest verbunden sind.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (10) als Hohlkörper ausgeführt ist und innen mit Druck beaufschlagbar ist.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (10) aus zwei gegeneinander abgedichteten Ringhälften (13, 14) besteht.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhälften (13, 14) biegeelastische Teile (15, 16) aufweisen, die in Richtung der Spindelachse (8) bewegbar sind.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskörper (9) zwischen den biegeelastischen Reibelementen (17, 18) angeordnet ist.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (17, 18) mit dem Spindelgehäuse (7) oder mit einem mit dem Spindelgehäuse (7) verbundenen Bauteil drehfest verbunden sind.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die biegeelastischen Reibelemente (17, 18) eine im wesentlichen kreis- oder ringförmige Form besitzen.
Festhaltevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelemente (17, 18) im Wirkbereich der Andruckelemente (21) mit im wesentlichen in radialer Richtung angeordneten Schlitzen (24) versehen sind.
Festhaltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (4) Zentriersitze (6, 6') zur Befestigung an der Spindel (5) und zur Aufnahme des Spannmittels (3) aufweist.