DE19516986C2 - Spindelkopf für Werkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelkopf für Werkzeuge, der in eine Werk­ zeugscheibe eines Werkzeugrevolvers mit Aufnahmebohrungen nach DIN 69880 (Teil 1, Juli 1990, alle Seiten) einsetzbar ist.

Durch die DE 41 02 937 A1 ist ein Spindelkopf bekannt, der die Merkmale a) bis c) des Anspruches 1 aufweist und der für eine äußere Kühlmittelzufuhr für das jeweilige Werkzeug mit einer Düse ausgerüstet ist, welche einen Kühl­ mittelstrahl auf die Zerspanstelle richtet. Bei der dahingehenden äußeren Kühlmittelzufuhr ist bei Austauschvorgängen gegen anders geartete Werkzeuge als die bisher eingesetzten ein Einstellvorgang an der Düse notwendig, was die Rüstzeiten erhöht. Des weiteren kommt bei einer spanenden Bearbeitung, beispielsweise bei Bohrungen, der Kühlmittelstrahl nicht definiert an die Werkzeugeingriffsstelle, was zu Kühlproblemen führt.

Darüber hinaus sind auch Spindelköpfe der eingangs genannten Art (EP 0 635 332 A1) bekannt, die die Merkmale a) und d) des Anspruches 1 auf­ weisen, welche die Verwendung von Werkzeugen mit innerer Kühlmittelüber­ tragung ermöglichen. Dabei erfolgt bei den geraden Spindelköpfen die Kühl­ mittelübertragung zwischen den beiden Lagerungen der Werkzeugachse, was den Nachteil mit sich bringt, daß schon bei einer kleinen Undichtheit des Kühlmittelübertragungsweges die Lagerung des Spindelkopfes in Kontakt mit dem Kühlmittel kommt und dadurch über kurz oder lang Schaden erleidet. Bei anderen bekannten, auf dem Markt erhältlichen abgewinkelten Spindelköpfen ist die Kühlmittelübertragung hinter den Lagerungen der Werkzeugachse pla­ ziert, wo jedoch wegen der Kollisionsgefahr mit anderen Werkzeugen nur wenig Bauraum vorhanden ist, so daß bei der Bestückung des Revolvers mit Werkzeugen die Anzahl von Anbringungsmöglichkeiten für die Spindelköpfe reduziert ist.

Durch die DE 42 05 273 C1 ist ein Werkzeugrevolver mit einem Werkzeug­ träger bekannt, der die Aufnahmen für die antreibbaren Werkzeuge aufweist und in unterschiedliche Drehstellungen drehbar ist, in denen je eine der Aufnahmen sich in der Arbeitsposition für das in sie eingesetzte Werkzeug befindet. Ferner weist dieser bekannte Werkzeugrevolver eine Antriebsvorrich­ tung für die Werkzeuge auf mit einem antreibbaren Kupplungselement und mit einem korrespondierenden Kupplungselement des sich in der Arbeitsposition befindenden Werkzeuges, die durch eine Axialverschiebung kuppel- und entkuppelbar sind. Ein zusammen mit dem bewegbaren Kupplungselement bewegbarer Endabschnitt einer Kühlflüssigkeitszuführleitung gelangt bei einer Verschiebung in die eingekuppelte Stellung in eine Verbindungsposition, in die sie mit einem Kanal des Werkzeuges über eine Dichteinrichtung flüssigkeits­ dicht verbunden ist. Hierdurch ist eine Art Steckkupplung für die innere Kühlmittelzufuhr realisiert, die in axialer Richtung des Werkzeugrevolvers wiederum viel Einbauraum benötigt und zum anderen sind die für fluidführen­ de Steckkupplungen bekannten Abdichtprobleme vorhanden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spindelkopf für Werkzeuge mit innerer Kühlmittelzufuhr derart weiter zu verbessern, daß wenig Bauraum an der Werkzeugscheibe verbraucht ist, daß eine sichere Abdichtung gewährleistet ist, die die Spindellagerung keinesfalls gefährdet, und der sich im übrigen kostengünstig realisieren läßt. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Spindelkopf für Werkzeuge mit den Merkmalen des Anspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Dadurch, daß sich gemäß dem Merkmal e) des Anspruches 1 die Kühlmittel­ übertragung vor der Spindellagerung auf der Werkzeugseite befindet, lassen sich die Spindellagerungen gemäß dem Merkmal g) des Anspruches 1 sicher von der Kühlmittelzufuhr abdichten und Leckagen in Richtung der jeweiligen Spindellagerung vollständig ausschließen.

Mit den Merkmalen b), c) und f) des Anspruches 1 ist eine innere Kühlmittelzu­ fuhr für den Spindelkopf realisiert, die nur wenig Einbauraum benötigt und mit­ hin platzsparend ist. Demgemäß kann eine vermehrte Anzahl von Spindelköp­ fen an einer Werkzeugscheibe angeordnet werden, wobei ein Spindelkopf auch gleichzeitig mehrere Werkzeuge aufnehmen kann. Die erfindungsgemäße Kühl­ mittelzufuhr und ihre Abdichtung läßt sich darüber hinaus fertigungstechnisch einfach und kostengünstig realisieren, was die Herstellkosten für den Spindel­ kopf senkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abdichtung der Kühlmittel­ übergabestelle mittels einer Spaltdichtung. Zum Arbeitsraum, d. h. an der Werk­ zeugseite, befindet sich keine weitere Abdichtung. Zwischen der inneren Spalt­ dichtung und der Spindellagerung ist eine den ersten Endabschnitt berührende Dichtung vorgesehen. Außerdem verläuft von der der inneren Spaltdichtung zugekehrten Seite der berührenden Dichtung ein Drainagekanal zur Außenseite des Spindelkopfdeckels. Die sehr kleine Kühlmittelmenge, welche durch die innere Spaltdichtung hindurchtreten kann, trifft auf die berührende Dichtung. Dank des Drainagekanals kann sich aber an dieser berührenden Dichtung kein Druck aufbauen, so daß normalerweise kein Kühlmittel zwischen der berühren­ den Dichtung und der Spindel hindurchtreten kann.

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß eine berührende Dichtung einem gewissen Verschleiß ausgesetzt ist und deshalb im Laufe der Zeit ihre Dicht­ wirkung vermindert wird, kann man zwischen der berührenden Dichtung und der Spindellagerung eine zweite den ersten Endabschnitt berührende Dichtung vorsehen, wobei zweckmäßigerweise von dem Zwischenraum zwischen beiden berührenden Dichtungen ein zweiter Drainagekanal zur Außenseite des Spin­ delkopfdeckels verläuft, um auch hier zu verhindern, daß sich ein Druck im Kühlmittel aufbauen kann. Es läßt sich deshalb über sehr lange Zeiträume sicherstellen, daß keinerlei Kühlmittel zu der Lagerung der Spindel gelangt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Längsachse des in die Ringnut mündenden Kühlmittelzufuhrkanals mit der Spindellängsachse einen spitzen Winkel ein und durchdringt die vom Werkzeug überragte Stirnseite des Spindelkopfdeckels in einem solchen Abstand von dessen die Spindel enthal­ tenden Bohrung, daß der Kühlmittelzufuhrkanal von dieser Stirnseite aus ge­ bohrt werden kann. Man erspart sich dann den Verschluß der Bohrung, der notwendig ist, wenn man von der Außenmantelfläche des Spindelkopfdeckels her die Bohrung einbringt.

Der Kühlmittelzufuhrkanal verbindet bei einer bevorzugten Ausführungsform die Ringnut mit einer im Spindelkopfgehäuse vorgesehenen Bohrung, die mit einer Bohrung eines in eine Aufnahme des Spindelkopfgehäuses einführbaren Pin der Werkzeugscheibe in Verbindung steht. Diese im Spindelkopf vorgese­ hene Bohrung mündet vorzugsweise in der vom Werkzeug überragten Stirnseite des Spindelkopfdeckels. In diese Mündung kann z. B. dann eine verschließbare Düse eingesetzt werden, so daß der Spindelkopf wahlweise für Werkzeuge mit äußerer Kühlmittelzufuhr und solcher mit innerer Kühlmittelzufuhr verwendet werden kann.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels.

Eine Spindel 1 ist in ihrem Mittelabschnitt 2 mittels zweier in axialer Richtung distanzierter Wälzlager 3 in einem Spindelkopfgehäuse 4 drehbar gelagert. Der eine Endabschnitt 5 der Spindel 1 erstreckt sich durch einen am Spindelkopf­ gehäuse 4 ausgebildeten und sich an dessen eine Stirnfläche anschließenden Hohlschaft 6 hindurch und über dessen freies Ende hinaus. Die Pinbohrung 7 und der Hohlschaft 6 sind so ausgebildet, daß sich letzterer in eine Werkzeug­ aufnahme nach DIN 69880 fügen läßt. Der über den Hohlschaft 6 überstehen­ de, verzahnte Endabschnitt der Spindel 1 ist mit einer Antriebswelle kuppelbar.

Der andere Endabschnitt 8 der Spindel 1 ist in einer Bohrung des Spindelkopf­ deckels 25 angeordnet, deren Durchmesser so gewählt ist, daß die Außenman­ telfläche des Endabschnittes 8 und die Innenmantelfläche dieser Bohrung einen Dichtspalt bilden. Der Endabschnitt 8 und der Mittelabschnitt 2 der Spindel 1 enthalten eine Spannvorrichtung für den Schaft eines Werkzeuges 9, beispiels­ weise eines Bohrers. Bei diesem Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein solches mit einem inneren Kühlmittelkanal 10. Wenn der Schaft des Werkzeuges 9 vollständig in die Spannvorrichtung eingesetzt und mittels dieser fest und dicht mit der Spindel 1 verbunden ist, steht der innere Kühlmittelkanal 10 mit seinem inneren Ende in Verbindung mit einem Spannmittelraum 11, der sich, wie die Figur zeigt, im Mittelabschnitt 2 der Spindel 1 befindet.

Der Endabschnitt 8 der Spindel 1 steht über diejenige Stirnseite 12 des Spindel­ kopfdeckels 25 über, über die auch das Werkzeug 9 übersteht. In diesem Ausführungsbeispiels ist der über die Stirnseite 12 hinausragende Bereich mit einer Schlüsselfläche 13 versehen, um die Spindel 1 festhalten zu können, während eine Spannschraube 14 zum Zwecke des Spannens des Werkzeug­ schaftes gedreht wird. Die Spannschraube 14 ist zum Ansetzen eines Schlüssels mit nicht dargestellten, parallel zu ihrer zentralen Bohrung verlaufenden Lö­ chern versehen.

Die Pinbohrung 7 ist über den Kanal 15 mit einer Düse 26 verbunden, die sich in der Stirnseite 12 des Spindelkopfdeckels 25 befindet. Die Düse 26 wird dicht verschlossen, wenn ein Werkzeug mit innerem Kühlmittelkanal 10 ver­ wendet wird. Wird mittels der Spannmittel ein Werkzeug ohne inneren Kühl­ mittelkanal gespannt, wird die Düse 26 geöffnet und der Kühlmittelstrahl auf die Zerspanstelle gerichtet.

Im Abstand von der Stirnseite 12 des Spindelkopfdeckels 25 ist in dessen den Endabschnitt 8 der Spindel 1 umgebenden Innenwand eine Ringnut 16 vor­ gesehen, die, wie die Figur zeigt, im Ausführungsbeispiel eine Quer­ schnittsfläche in Form eines rechtwinkligen Dreieckes hat, wobei die der Hypotenuse entsprechenden Seite die zur Spindel hin offene Seite der Ringnut 16 bildet.

In die Ringnut 16 mündet ein Kühlmittelzufuhrkanal 17, welchere andererseits in den Kanal 15 mündet.

Wie die Figur zeigt, ist die Ringnut 16, nach außen, also zur Stirnseite 12 hin, durch eine äußere Spaltdichtung 18 und nach innen, also gegen die Wälzlager 3 hin durch eine innere Spaltdichtung 19 abgedichtet. Eine Leckage durch die äußere Spaltdichtung 18 hindurch ist nicht störend. Hingegen muß verhindert werden, daß Kühlmittel zu den Wälzlagern 3 gelangen kann. Deshalb schließt sich an die innere Spaltdichtung 19 gegen die Wälzlager 3 hin ein erster Dichtring 20 an, der in einer Nut der Wand des Spindelkopfdeckels 25 liegt und an der Außenmantelfläche der Spindel 1 anliegt. Zwischen diesem ersten Dichtring 20 und den Wälzlagern 3 ist mit geringem axialem Abstand vom ersten Dichtring 20 ein zweiter Dichtring 21 angeordnet, der ebenfalls in einer Ringnut der Wand des Spindelkopfdeckels 25 angeordnet ist und an der Außen­ mantelfläche des Endabschnittes 8 der Spindel 1 anliegt. Die Figur zeigt ferner, daß von dem Zwischenraum zwischen dem inneren Dichtspalt 19 und dem ersten Dichtring 20 ein erster Drainagekanal 22 radial nach außen führt und in der Außenmantelfläche des Spindelkopfdeckels 25 mündet. Ein zweiter Draina­ gekanal 23 führt von dem Zwischenraum zwischen dem ersten Dichtring 20 und dem zweiten Dichtring 21 radial nach außen zur Außenmantelfläche des Spindelkopfdeckels 25. Der erste Drainagekanal 22 verhindert, daß Kühlmittel, welches durch den inneren Dichtspalt 19 hindurchtritt, am ersten Dichtring 20 einen Druck aufbauen. Hierdurch wird die Dichtwirkung des Dichtringes 20 erheblich verbessert. Sofern dennoch, insbesondere nach sehr langen Laufzei­ ten, eine geringfügige Kühlmittelmenge zwischen dem ersten Dichtring 20 und der Spindel 1 hindurchtreten sollte, wird dieses Kühlmittel durch den zweiten Drainagekanal 23 hindurch abgeleitet. Vor allem der zweite Dichtring 21 ist minimal beansprucht und vermag somit auch über lange Zeiträume hinweg zuverlässig zu verhindern, daß Kühlmittel zu den Wälzlagern 3 gelangt.

Im Endabschnitt 8 der Spindel 1 ist ein Verbindungskanal 24 vorhanden, dessen in der Außenmantelfläche des Endabschnittes 8 der Spindel 1 liegende Mündungsöffnung auf die Ringnut 16 ausgedichtet ist. Das andere Ende des Verbindungskanals 24 mündet in den Spannmittelraum 11, von dem aus das Kühlmittel in den Innenkühlmittelkanal 10 des Werkzeuges 9 mit dem erforder­ lichen Druck gedrückt wird. Der Spannmittelraum 11 wird kontinuierlich mit dem Kühlmittel versorgt. Dadurch, daß der Spannmittelraum 11 in axialer Richtung gegenüber der Ringnut 16 versetzt ist, verläuft der durch eine Boh­ rung gebildete Verbindungskanal 24 in einem spitzen Winkel zur Spindellängs­ achse.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf gerade Spindelköpfe beschränkt. Auch bei Winkelspindelköpfen kann in entsprechender Weise dem Innenkühl­ mittelkanal das Kühlmittel zugeführt werden. Insbesondere kann der Übergang des Kühlmittels vom Spindelkopfdeckel 25 zur Spindel 1 in entsprechender Weise ausgebildet sein und die Abdichtung dieser Übergangsstelle eine ent­ sprechende Ausbildung haben.

Claims (12)

1. Spindelkopf für Werkzeuge, der

• a) in eine Werkzeugscheibe mit Aufnahmebohrungen nach DIN 69880 einsetzbar ist, und dessen Spannmittel für den Schaft des Werkzeuges aufweisende Spindel (1) in einem an den den Werkzeugschaft aufneh­ menden ersten Endabschnitt (8) sich anschließenden zweiten Abschnitt (5) drehbar im Spindelkopfgehäuse (4) gelagert ist, wobei
• b) sich die Kühlmittelübertragung in einem werkzeugseitigen Spindel­ kopfdeckel (25) befindet,
• c) im Spindelkopfdeckel (25) eine Ringnut (16) vorgesehen ist, in die ein Kühlmittelzufuhrkanal (17) mündet,
• d) eine innere Kühlmittelzufuhr für das jeweilige Werkzeug realisiert ist,
• e) sich die Kühlmittelübertragung vor der Spindellagerung (3) befindet und die Ringnut (16) zum ersten Endabschnitt (8) hin offen ist,
• f) der erste Endabschnitt (8) der Spindel (1) mit einem Verbindungskanal (24) versehen ist, dessen eines Ende in der auf die Ringnut (16) ausge­ richteten Ringzone der Mantelfläche des ersten Endabschnittes (8) und dessen anderes Ende in einen Spannmittelraum (11) der Spindel (1) mündet, mit dem die im Schaftende des Werkzeuges (9) vorgesehene Eintrittsöffnung des das Werkzeug (9) durchdringenden Kühlmittelkanals (10) in Verbindung steht, und
• g) die Ringnut (16) nach außen hin durch einen äußeren und nach innen zu der Spindellagerung hin durch eine innere Spaltdichtung (18, 19) abgedichtet ist, wobei sowohl die äußere als auch die innere Spaltdich­ tung (18, 19) von der Außenmantelfläche der Spindel (1) und der Innen­ mantelfläche des Spindelkopfes (25) begrenzt sind.

2. Spindelkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der inneren Spaltdichtung (19) und der Spindellagerung (3) eine den ersten End­ abschnitt (8) berührende Dichtung (20) vorgesehen ist und daß von der der inneren Spaltdichtung (19) zugekehrten Seite der berührenden Dichtung (20) ein Drainagekanal (22) zur Außenseite des Spindelkopfdeckels (25) verläuft.

3. Spindelkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der be­ rührenden Dichtung (20) und der Spindellagerung (3) eine zweite den ersten Endabschnitt (8) berührende Dichtung (21) angeordnet ist und daß von dem Zwischenraum zwischen beiden berührenden Dichtungen (20,21) ein zweiter Drainagekanal (23) zur Außenseite des Spindelkopfdeckels (25) verläuft.

4. Spindelkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede vor­ handene berührende Dichtung (20,21) durch einen in einer Ringnut des Spin­ delkopfdeckels (25) liegenden Dichtring gebildet ist und daß jeder vorhande­ ne Drainagekanal (22, 23) durch eine die Wand des Spindelkopfdeckels (25) durchdringende Bohrung gebildet ist.

5. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des in der Ringnut (16) mündenden Kühlmittelzufuhrkanals (17) mit der Spindellängsachse einen spitzen Winkel einschließt und die vom Werkzeug (9) überragte Stirnseite (12) des Spindelkopfdeckels (25) in einem solchen Abstand vom Rand des Spindelkopfdeckels (25) enthaltenden Boh­ rung durchdringt, daß der Kühlmittelzufuhrkanal (17) von der Stirnseite (12) ausgehend mit einem Bohrwerkzeug gebohrt werden kann.

6. Spindelkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Kühlmittelzufuhrkanals (17) lotrecht zu einer bezüglich der Spindellängs­ achse konischen, ersten Begrenzungsfläche der Ringnut (16) verläuft und die andere bezüglich der Spindellängsachse ebenfalls konische zweite Begren­ zungsfläche der Ringnut (16) sich rechtwinklig an die erste Begrenzungsfläche anschließt.

7. Spindelkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im ersten Endabschnitt (8) der Spindel (1) vorgesehene Verbindungskanal (24) durch eine Bohrung gebildet ist, deren Längsachse einen spitzen Winkel mit der Spindellängsachse einschließt.

8. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzufuhrkanal (17) die Ringnut (16) mit einer im Spindelkopfge­ häuse (4) vorgesehenen Bohrung (15) verbindet, die mit einer Bohrung eines in eine Aufnahme (7) des Spindelkopfgehäuses (4) einführbaren Pin der Werk­ zeugscheibe in Verbindung steht.

9. Spindelkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Spindel­ kopfgehäuse vorgesehene Bohrung (15) in der vom Werkzeug überragten Stirnseite (12) des Spindelkopfdeckels (25) mündet und in diese Mündung eine verschließbare Düse (26) einsetzbar ist.

10. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (1) über die vom Werkzeug überragte Stirnseite (12) des Spindel­ kopfdeckels (25) übersteht, eine Spannschraube (14) aufnimmt und in dem überstehenden Abschnitt mit einer Schlüsselfläche (13) versehen ist.

11. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Spannschraube (14) eine radial zur Längsachse der Spindel (1) wirkende Spannmittelbetätigung vorgesehen ist.

12. Spindelkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spindelkopfdeckel (25) in das Spindelkopfgehäuse (4) inte­ griert ist.