DE19516986C2 - Spindelkopf für Werkzeuge - Google Patents
Spindelkopf für WerkzeugeInfo
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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.
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