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Die
Erfindung betrifft eine Drehdurchführung einer Kühlflüssigkeitszuführung
für eine Spindelvorrichtung mit einem Gehäuse,
an dem ein eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung
durch das Gehäuse ausbildender Kühlmittelanschluss
angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse ein axial, d. h. um
seine Längsachse, rotierend antreibbarer Spindelabschnitt in
einem Rotationslager gelagert ist, der von einem Kühlkanal
durchsetzt ist, der an einem innerhalb des Gehäuses angeordneten
Innenende des Spindelabschnittes mündet.
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Spindeleinrichtungen
sind häufig als Teile von Werkzeugmaschinen ausgeführt.
Derartige Werkzeugmaschinen weisen eine axial, d. h. um ihre Längsachse,
rotierend antreibbare Spindelwelle auf, in der üblicherweise
eine axial in Längsachsenrichtung der Spindelwelle verschiebbare
Zugstange zur Betätigung einer Werkzeugspanneinrichtung
angeordnet ist. Die Spindelwelle ist üblicherweise über Kugellager
in einem ortsfesten Spindeleinrichtungsgehäuse gelagert.
In der Spindelwelle ist ein Kühlkanal angeordnet, durch
den eine Kühlflüssigkeit zur Werkzeugspanneinrichtung
geleitet wird, um insbesondere bei zerspanenden Bearbeitungsprozessen von
Metallen ein zu bearbeitendes Werkstück und ein in der
Werkzeugspanneinrichtung eingespanntes Werkzeug, z. B. einen Bohrer
oder ein Fräswerkzeug, zu kühlen.
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Eine
gattungsgemäße Drehdurchführung einer
Kühlflüssigkeitszuführung für
eine Spindelvorrichtung ist in der
EP 0 392 838 A2 beschrieben. Der rotierend
antreibbare Spindelabschnitt ist dabei an das werkzeugspanneinrichtungabgewandte
Ende der Spindelwelle angeflanscht. An den Kühlmittelanschluss
wird dabei üblicherweise ein Hochdruckanschluss für
die Zuführung einer Kühlflüssigkeit,
z. B. Wasser, angeschlossen, wobei die Kühlflüssigkeit unter
einem Druck von ca. 80 bar steht.
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Der
Anschluss der Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung
an die Mündung des Kühlkanals des Spindelabschnittes
wird dabei über einen Reibscheibenanschluss erreicht. Der
Reibscheibenanschluss bildet also eine Verbindung des rotierbaren
Spindelabschnittes mit dem Gehäusebereich des ortsfesten Gehäuses
aus, der die Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung
durch das Gehäuse ausbildet. Dabei berühren sich
also rotierende mit nicht rotierenden Teilen. Die Reibscheiben des
Reibscheibenanschlusses sind aufgrund der dabei auftretenden starken
Materialbeanspruchungen aus Hartmetall und/oder Graphit hergestellt.
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Bei
einer Drehdurchführung mit einem derartigen Reibscheibenanschluss
tritt trotz der Verwendung derartiger Materialien ein Verschleiß auf.
Weiter ist der Reibscheibenanschluss druckstoßempfindlich.
Dadurch kann eine Leckage des Reibscheibenanschlusses auftreten,
die zu einer Flutung der gesamten Spindelvorrichtung, insbesondere
der Kugellager der Spindelvorrichtung mit der unter Hochdruck stehenden
Kühlflüssigkeit führen kann. Letzteres kann
während des Betriebes der Spindelvorrichtung, also wenn
die Spindelwelle und der Spindelabschnitt mit einer hohen Drehzahl
rotieren, zu großen Schäden, z. B. Lagerschäden,
an der Spindelvorrichtung führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehdurchführung
einer Kühlflüssigkeitszuführung und eine
Spindelvorrichtung mit einer derartigen Drehdurchführung
bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden,
wobei insbesondere eine weitestgehend abnutzungsfreie und stoßsichere
Verbindung eines Kühlkanals in einer rotierenden Spindel
mit einem ortsfesten Kühlmittelanschluss verwirklicht sein
soll.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche
gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Eine
erfindungsgemäße Drehdurchführung einer
Kühlflüssigkeitszuführung für
eine Spindelvorrichtung weist ein Gehäuse auf, an dem ein
eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung
durch das Gehäuse ausbildender Kühlmittelanschluss
angeordnet ist. Dieser Kühlmittelanschluss dient zum Anschließen einer
Hochdruckleitung einer Kühlflüssigkeit. In dem Gehäuse
ist ein axial, d. h. um seine Längsachse, rotierend antreibbarer
Spindelabschnitt in einem Rotationslager gelagert. Der Spindelabschnitt
kann z. B. durch das werkzeugspanneinrichtungabgewandte Ende einer
Spindelwelle einer Spindelvorrichtung selbst ausgebildet sein oder
auch zum Anflanschen an eine derartige Spindelwelle vorgesehen sein.
Der Spindelabschnitt ist von einem Kühlkanal durchsetzt, der
an einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Innenende
des Spindelabschnittes mündet.
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Erfindungsgemäß weist
der Kühlmittelanschluss eine drehfest im Gehäuse
angeordnete rohrförmige Verlängerung der Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung
auf, die am Innenende des Spindelabschnittes axial in den Spindelabschnitt
hineinragt, derart dass von einem Abstand zwischen dem Spindelabschnitt
und der Verlängerung ein eine Leckage in Richtung des Innenendes
des Spindelabschnittes ausbildender Dichtspalt ausgebildet ist.
Während des Betriebes der Drehdurchführung rotiert
der Spindelabschnitt also um die Verlängerung. Der Dichtspalt zwischen
der Außenwand der Verlängerung und einer Innenwand
des Spindelabschnittes ist im einfachsten Fall zylindermantelförmig
ausgebildet.
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Erfindungsgemäß wird
also eine berührungsfreie Spaltdichtung zwischen der ortsfesten Verlängerung
und dem im Betrieb umdrehenden Spindelabschnitt verwirklicht. D.
h., es treten keine sich berührenden Dichtflächen
auf. Dabei wird eine definierte Leckage von Kühlflüssigkeit
in Kauf genommen. Die Leckage beträgt dabei wenige oder
weniger als ein Liter pro Minute. Der den Dichtspalt ausbildende
Abstand zwischen dem Spindelabschnitt und der Verlängerung
beträgt dabei nur einen Bruchteil eines Millimeters. Dadurch
bildet der Dichtspalt eine Druckminderung aus. Es entsteht also
ein Druckgefälle, wobei der Druck der Kühlflüssigkeit derart
auf nur wenige bar, z. B. auf Umgebungsdruck, an der Leckage am
Innenende des Spindelabschnittes gemindert werden kann, wodurch
nur eine leicht abführbare Menge an Kühlflüssigkeit
durch den Dichtspalt austritt.
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Dadurch
dass keine sich berührenden Dichtflächen auftreten,
ist die erfindungsgemäße Drehdurchführung
unempfindlich gegen Druckstöße und sehr verschleißarm.
Lagerbelastungen bei Druckbeaufschlagung werden weitestgehend vermieden.
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Weiter
kann der Druck der Kühlflüssigkeit auf über
80 bar erhöht werden und die Drehzahl einer Spindelwelle
einer Spindelvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Drehdurchführung kann ebenfalls erhöht werden.
Bei einer Rotationslagerschmierung mit Fett kann eine Drehzahl von
bis zu 40 000 Umdrehungen pro Minute, bei einer Rotationslagerschmierung
mit einem Öl-Luftgemisch von bis zu 70 000 Umdrehungen
pro Minute, erreicht werden.
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Vorteilhaft
ist der Kühlkanal radial zentriert in Axialrichtung des
Spindelabschnittes angeordnet und durchdringt den Spindelabschnitt vollständig. Dadurch
kann eine weitestgehend durchflusswiderstandsfreie Durchleitung
der Kühlflüssigkeit durch den Spindelabschnitt
in Richtung einer Werkzeugspanneinrichtung erreicht werden.
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Bevorzugt
ist im Gehäuse eine Druckluftdurchführung angeordnet,
die über einen Druckluftkanal mit der Mündung
der Spaltdichtung am Innenende des Spindelabschnittes verbunden
ist. Durch diese Druckluftdurchführung wird die aus dem
Dichtungsspalt austretende Kühlflüssigkeitsleckage
aktiv in den Tank der Kühlflüssigkeit zurückgeführt.
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Zu
diesem Zweck ist im Bereich des Innenendes des Spindelabschnittes
im Gehäuse eine Kühlflüssigkeitsablauföffnung
angeordnet. Die durch die Leckage austretende Kühlflüssigkeit
wird als Luft-Kühlflüssigkeitsgemisch rückgeführt,
so dass kein Kühlmittelverlust entsteht.
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Bevorzugt
bildet die Kühlflüssigkeitsablauföffnung
eine Druckluftauslassöffnung für die Sperrluft aus,
so dass die durch die Leckage auslaufende Kühlflüssigkeit
von der Sperrluft ausgeblasen bzw. nahezu drucklos richtungsströmend
geführt wird.
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Wenn
zwischen dem Rotationslager und dem Druckluftkanal eine Druckluftdichtung
angeordnet ist, kann eine Verminderung der Lagerschmierung durch
Einblasen von Sperrluft vermieden werden und die Rotationslager
werden zusätzlich geschützt.
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Bevorzugt
ist das Rotationslager flüssigkeits- bevorzugt wassergekühlt
und/oder weist mindestens ein Kugellager auf. Derart können
besonders hohe Drehzahlen einer Spindelwelle, an die sich ein Spindelabschnitt
einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung
anschließt, erreicht werden.
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Eine
erfindungsgemäße Spindelvorrichtung weist eine
Spindelwelle und eine erfindungsgemäße Drehdurchführung
auf. Bevorzugt ist in der Spindelwelle eine axial in Längsachsenrichtung
der Spindelwelle verschiebbare Zugstange zur Betätigung
einer Werkzeugspanneinrichtung angeordnet.
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Wenn
die Spindelwelle verdrehungssteif als axiale Verlängerung
des Spindelabschnittes der Drehdurchführung an die Drehdurchführung
angeflanscht ist, kann die erfindungsgemäße Drehdurchführung
als separates Teil ausgeführt sein, was deren Verwendung
durch Anflanschen an bekannte Spindelvorrichtungen ermöglicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Die
Darstellungen der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen
Gegenstand stark schematisiert und sind nicht maßstäblich
zu verstehen. Die einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen
Gegenstandes sind so dargestellt, dass ihr Aufbau gut gezeigt werden
kann.
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In
der Figur ist eine erfindungsgemäße Drehdurchführung 1 gezeigt,
wobei ein Spindelabschnitt 3 der Drehdurchführung 1 an
eine Spindelwelle 5 einer erfindungsgemäßen
Spindelvorrichtung 6 angeflanscht ist. Die Darstellung
der Figur zeigt dabei einen Querschnitt durch die Längsachse
der Spindelvorrichtung 6. Die Spindelwelle 5 ist
in einem ortsfesten Gehäuse 7 der Spindelvorrichtung 6 um
ihre Längsachse (Rotationsachse 9) rotierbar gelagert.
In der Zeichnung ist nur das werkzeugspanneinrichtungabgewandte
Ende der Spindelwelle 5 dargestellt, an das der Spindelabschnitt 3 mittels
einer Steckverbindung 10, die mit dem Spindelabschnitt 3 und
der Spindelwelle 5 im Betrieb mit rotiert, angeflanscht
ist.
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Das
ebenfalls ortsfeste Gehäuse 12 der Drehdurchführung 1 ist
in eine Ausnehmung am Gehäuse 7 der Spindelvorrichtung 6 verschmutzungssicher
eingesteckt, wodurch die Verbindung der Spindelwelle 5 mit
dem Spindelabschnitt 3 vor Verschmutzung von außen
geschützt ist.
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Der
Spindelabschnitt 3 ist über ein zwei Kugellager 14 aufweisendes
Rotationslager um seine Längsachse axial rotierbar, d.
h. rotierend antreibbar, im Gehäuse 12 der Drehdurchführung 1 gelagert. Zwischen
den beiden Kugellagern 14 kann eine Flüssigkeitskühlung
vorgesehen sein. Der Spindelabschnitt 3 ist von einem Kühlkanal 20,
der entlang der Rotationsachse des Spindelabschnittes 3 verläuft, durchsetzt.
Dieser Kühlkanal 20 mündet an einem innerhalb
des Gehäuses 12 angeordneten Innenende 21 des
Spindelabschnittes 3 und führt durch das Zentrum
der Spindelwelle bis zu einer nicht dargestellten Werkzeugspanneinrichtung.
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Am
Gehäuse 12 der Drehdurchführung 1 ist ein
eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 durch das
Gehäuse 12 ausbildender Kühlmittelanschluss 26 angeordnet.
An diesen Kühlmittelanschluss 26 kann eine Hochdruckleitung
einer Kühlflüssigkeit angeschlossen werden. Der
Kühlmittelanschluss 26 weist eine drehfest im
Gehäuse 12 angeordnete rohrförmige Verlängerung 27 der
Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 auf,
die am Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 axial
in den Spindelabschnitt 3 hineinragt, so dass der Spindelabschnitt 3 im
Betrieb um die Verlängerung 27 rotiert. Der Spindelabschnitt 3 ist also
einige Zentimeter, z. B. 1 bis 10 cm, über die Verlängerung 27 geschoben.
Der Spindelabschnitt 3 berührt die Verlängerung 27 nicht.
Die Innenwand des Spindelabschnittes 3 bildet also zusammen
mir der Außenwand der Verlängerung 27 eine
Spaltdichtung 30 aus. Die Spaltbreite der Spaltdichtung 30 wird durch
den Abstand zwischen dem Spindelabschnitt 3 und der Verlängerung 27 definiert.
Diese Spaltdichtung 30 bildet einen eine Leckage ausbildenden
zylindermantelförmigen Dichtspalt aus. Die Abdichtung zwischen
dem Spindelabschnitt 3 und der ortsfesten Verlängerung 27 erfolgt
berührungslos.
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Im
Bereich des Innenendes 21 des Spindelabschnittes 3 ist
im Gehäuse 12 eine Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 angeordnet.
Durch die von dem Dichtspalt ausgebildete Leckage austretende Kühlflüssigkeit
kann so definiert durch die Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 abgeführt
werden. Die Strömungen der Kühlflüssigkeit
sind in der Figur durch Pfeile 42 symbolisch dargestellt.
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Im
Gehäuse 12 ist weiter eine Druckluftdurchführung 50 angeordnet,
die über einen Druckluftkanal mit der Mündung
der Spaltdichtung 30 am Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 verbunden ist.
Die Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 bildet
weiter eine Druckluftauslassöffnung aus. Als Sperrluft
in die Druckluftdurchführung 50 eingeblasene Druckluft (üblicherweise
5 bis 6 bar) durchströmt den in der Figur durch eine Linie
mit Pfeilspitzen symbolisierten Weg 52 in Pfeilspitzenrichtung.
Die Sperrluft sichert die Strömungsrichtung der Leckageflüssigkeit. Gleichzeitig
wird die durch die Leckage austretende Kühlflüssigkeitsmenge
von der Sperrluftströmung in Richtung Kühlflüssigkeitsablauföffnung 40 geleitet und
tritt dort mit der Druckluft aus der Drehdurchführung 1 aus.
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Um
ein Eindringen der Sperrluft und der Leckageflüssigkeit
in das Rotationslager sicher zu vermeiden, ist zwischen dem Rotationslager
und dem Druckluftkanal eine Druckluftdichtung 55 angeordnet.
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Vorgeschlagen
wird eine Drehdurchführung 1 einer Kühlflüssigkeitszuführung
für eine Spindelvorrichtung 6 mit einem Gehäuse 12,
an dem ein eine Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 durch
das Gehäuse 12 ausbildender Kühlmittelanschluss 26 angeordnet
ist, wobei in dem Gehäuse 12 ein axial rotierend
antreibbarer Spindelabschnitt 3 in einem Rotationslager
gelagert ist, der von einem Kühlkanal 20 durchsetzt
ist, der an einem innerhalb des Gehäuses 12 angeordneten
Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 mündet.
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Dabei
weist der Kühlmittelanschluss 26 eine drehfest
im Gehäuse 12 angeordnete rohrförmige Verlängerung 27 der Kühlflüssigkeitsdurchflussöffnung 25 auf,
die am Innenende 21 des Spindelabschnittes 3 axial
in den Spindelabschnitt 3 hineinragt, derart dass von einem
Abstand zwischen dem Spindelabschnitt 3 und der Verlängerung 27 ein
eine Leckage ausbildender Dichtspalt ausgebildet ist.
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Die
Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen
Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten
denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter
Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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