DE19648251A1 - Spindeleinheit für eine Bohr- oder dergleichen Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindeleinheit für eine Bohr- oder dergleichen Werkzeugmaschine mit einer oder meh­ reren vorschub- und drehangetriebenen Werkzeugspindeln und min­ destens zwei Lagerstellen je Werkzeugspindel.

Bei bekannten Spindeleinheiten dieser Art sind die Werkzeug­ spindeln in Pinolen gelagert und diese wiederum werden im Spin­ delgehäuse axial geführt. Beispiele für diese Konstruktion sind in DT 20 11 664 B2, DE 20 10 460 B2 und DE 25 16 178 C2 zu fin­ den. Diese Lagerung ist aufgrund der Teilevielzahl aufwendig und damit kostspielig. Zudem leidet auch die Präzision der Spindella­ gerung unter der Kumulationsmöglichkeit von Toleranzen.

Die in DE 40 16 480 A1 offenbarte Spindeleinheit kommt ohne eine Pinole aus. Bei dieser Spindeleinheit wird jede Werkzeug­ spindel mittels eines im Spindelgehäuse geführten, durch ein Druckmittel beaufschlagten Kolbens vorgelegt. Dieser Kolben be­ sitzt eine zentrale Bohrung, welche den Außenring eines Kugella­ gers aufnimmt, dessen Innenring auf der Werkzeugspindel sitzt. Diese Lageranordnung bildet das hintere Lager. Am vorderen Ende jeder Werkzeugspindel ist, auf dieser sitzend, ein Klemmrollen­ freilauf angeordnet, der zusammen mit unmittelbar neben den Klemmrollen des Freilaufs angeordneten Lagern zu einer Einheit zusammengefaßt ist. Der Klemmrollenfreilauf dient der Drehmomen­ tenkopplung zwischen einem in diesem Bereich angeordneten Ober­ tragungszahnrad und der Werkzeugspindel. Das Übertragungszahnrad besitzt einen verlängerten Schaft, der zweifach im Spindelgehäuse gelagert ist, sowie eine zentrale Bohrung, welche von der Werk­ zeugspindel durchsetzt ist und den Klemmrollenfreilauf mit den beiden zugeordneten Lagern aufnimmt. Diese Lager bilden zusammen die vordere Lageranordnung. Dabei dienen die neben den Klemmrol­ len angeordneten Lager neben der reinen Lagerfunktion (in Ver­ bindung mit den Lagern des Übertragungszahnrades) der Längsfüh­ rung jeder Werkzeugspindel in deren Verschiebebereich. Auch diese Spindeleinheit weist trotz der fehlenden Pinolen die oben be­ schriebenen Nachteile auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spindelein­ heit der eingangs angeführten Art zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine sehr einfache Lagerung der Werkzeugspindel(n) auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer gattungsge­ mäßen Spindeleinheit dadurch gelöst, daß jede Werkzeugspindel oberflächengehärtet und geschliffen sowie im Verschiebebereich in Nadellagern gelagert ist, wobei die Werkzeugspindel jeweils den Innenring der Nadellager bildet und die Außenringe der Nadellager direkt an der Bohrungswandung des Spindelgehäuses gelagert sind.

Jede der rotierenden, oberflächengehärteten und geschliffenen Werkzeugspindeln schiebt sich während der Vorschub- bzw. Rück­ stellbewegung durch die Nadellager und wird dabei durch diese axial und radial geführt. Dabei übernimmt die zylindrische Werk­ zeugspindel zusätzlich die Funktion eines Lagerinnenringes. Diese Lagerung kommt mit sehr wenig Teilen aus, wodurch sie sehr ein­ fach und die Kumulationsmöglichkeit von Toleranzen eingeschränkt ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerung besteht darin, daß die Paarung Werkzeugspindel/Nadellager relativ geringe radiale Abmessungen besitzt, d. h. bei gleichem Durchmesser der Spindelgehäusebohrung kann die Werkzeugspindel stärker ausgeführt werden und damit größere Biegemomente aufnehmen. Besondere Vor­ teile bieten die geringen radialen Abmessungen der Paarung Werk­ zeugspindel/Nadellager bei Mehrspindeleinheiten. Hier können die Werkzeugspindeln entweder bei Beibehaltung ihres Achsabstandes stärker ausgeführt werden, oder aber bei Beibehaltung ihres Durchmessers kann der Achsabstand verringert werden. Diese Mög­ lichkeiten sind insbesondere interessant, wenn die erfindungsge­ mäße Lagerung mit einer neuartigen Drehmomentenkopplung zwischen dem Antrieb und den Werkzeugspindeln kombiniert wird, die sich ebenfalls durch eine relativ geringe radiale Abmessung auszeich­ net. Diese Kombination ist in einem der unten stehenden Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Spindeleinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Mehrspindeleinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Einheit gemäß Fig. 2, und

Fig. 4 einen Blick von unten auf die Einheit gemäß Fig. 3 mit einer schematischen Darstellung des gemeinsamen Riemenantriebs- und Verlaufs.

In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung kann es sich sowohl um eine Einspindel- als auch um eine Mehrspindeleinheit handeln. Des weiteren ist anstelle des beschriebenen Riemenantriebs ebenso ein Zahnradantrieb möglich.

Mit 1 ist ein Spindelgehäuse bezeichnet, an das ein Antriebs­ motor 2 über eine Konsole angeflanscht ist. Diese Anflanschung ist als Explosionszeichnung dargestellt. Auf der Motorwelle 3 sitzt eine Zahnriemenscheibe 4 mit beidseitigen Bordscheiben 5 zur Führung eines Zahnriemens 6, der zur Zahnriemenscheibe 7 ei­ ner im Spindelgehäuse 1 gelagerten Werkzeugspindel 8 führt, was in Fig. 1 nur angedeutet ist. Die Zahnriemenscheibe 7 sitzt auf einer Übertragungshülse 9, welche mittels von Lagern 10 drehbar im Spindelgehäuse 1 gelagert ist. Die Übertragungshülse 9 ist über Keile 11 formschlüssig mit der Werkzeugspindel 8 verbunden, welche mit den Keilen 11 korrespondierende Längsnuten (aus der Figur nicht ersichtlich) aufweist. Beim Vorschub der Werkzeug­ spindel 8 bzw. auch bei deren Rückstellung gleiten die Keile 11 in den Nuten. Gleichzeitig wird die Rotationsbewegung der Zahn­ riemenscheibe 7 auf die Werkzeugspindel 8 übertragen. Auf diese Weise ist eine Drehmomentenkopplung zwischen der Zahnriemenschei­ be 7 und der Werkzeugspindel 8 hergestellt. Es versteht sich da­ bei von selbst, daß sich die Längsnuten der Werkzeugspindel 8 über den gesamten Verschiebe- bzw. Vorschubbereich erstrecken.

Der Vorschub der Werkzeugspindel 8 erfolgt mittels eines pneumatischen Zylinders 16, der seitlich an das Spindelgehäuse 1 angesetzt ist. Seine Kolbenstange 15 ist an ihrem aus dem Zylin­ der 16 herausragenden Ende mit einer Verbindungsplatte 19 verbun­ den, in der das vordere Ende der Werkzeugspindel 8 gelagert ist. Bei Beaufschlagung des pneumatischen Zylinders 16 fährt der Kol­ ben 15 nach unten und nimmt bei dieser Bewegung die Werkzeug­ spindel 8 mit.

Insoweit entspricht die oben beschriebene Spindeleinheit dem Stand der Technik.

Im Unterschied dazu ist die Werkzeugspindel 8 oberflächenge­ härtet und geschliffen, was in der Figur nicht darstellbar ist. Neu sind auch die beiden Nadellager 12. Der Außenring 13 dieser Nadellager 12 ist direkt an der Bohrungswandung des Spindelgehäu­ ses 1 gelagert und die Werkzeugspindel 8 übernimmt die Funktion des Innenringes. Während der Vorschubbewegung gleitet die ro­ tierende Werkzeugspindel durch die Nadellager 12 und wird durch diese axial und radial geführt.

Diese Lageranordnung kommt mit sehr wenigen Teilen aus und ist daher kostengünstig herstellbar. Darüber hinaus wird die Werkzeugspindel sehr präzise geführt, da die geringe Anzahl der dafür erforderlichen Teile eine mögliche Kumulation von Toleran­ zen begrenzt.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 ist auch gut zu erkennen, daß die Paarung Werkzeugspindel 8/Nadellager 12 im Vergleich mit dem Stand der Technik eine relativ geringe radiale Ausdehnung besitzt. Die Werkzeugspindel 8 kann dadurch stärker ausgeführt werden, was ebenfalls zur Präzision der Bearbeitungsvorgänge, wie z. B. Bohren und Fräsen von Werkstücken, beiträgt.

In den Fig. 2-4 ist eine Mehrspindeleinheit dargestellt, in der eine erfindungsgemäße Nadellagerung der Werkzeugspindeln 8 in Kombination mit einer neuartigen Drehmomentenkopplung zwischen dem Antrieb und den Werkzeugspindeln 8 verwirklicht ist.

In diesem Ausführungsbeispiel ist jede Werkzeugspindel 8 mittels eines bekannten Kupplungsstücks 14 über eine Kolbenstange 15 mit einem pneumatischen Zylinder 16 verbunden, der oben auf das Spindelgehäuse 1 aufgesetzt ist. Aufgrund der Konstruktion des Kupplungsstücks 14 wird die bei Beaufschlagung des pneumati­ schen Zylinders 16 erfolgende axiale Bewegung der Kolbenstange 15 auf die rotierende Werkzeugspindel 8 übertragen. Der Verschiebe­ bereich der Werkzeugspindeln 8 ist aus den Fig. 2 und 3 er­ sichtlich, wobei die maximale Vorschubstellung der Werkzeug­ spindeln 8 mit gestrichelten Linien und die Ruhestellung mit Vollinien dargestellt ist. Auf ihrem Verschiebeweg gleiten die rotierenden Werkzeugspindeln 8 durch die beiden Nadellager 12. Dabei werden sie durch diese axial und radial geführt.

Ein Elektromotor 2 dient dem gemeinsamen Antrieb der Werk­ zeugspindeln 8, von denen in diesem Ausführungsbeispiel sechs vorgesehen sind, wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht. Der Elektromotor 2 ist an das Spindelgehäuse 1 angeflanscht. Auf sei­ ner Welle 3 sitzt eine Zahnriemenscheibe 4 mit beidseitigen Bord­ scheiben 5 zur Führung eines beidseitig gezahnten Zahnriemens 6.

Zur Drehmomentenkopplung ist jede Werkzeugspindel 8 mit einer Zahnriemenscheibe 17 ausgestattet, die direkt auf den Werkzeug­ spindeln 8 sitzen und kraftschlüssig mit diesen verbunden sind. Diese Zahnriemenscheiben 17 haben eine große axiale Ausdehnung, die mindestens dem Vorschubbereich der Werkzeugspindeln 8 ent­ spricht, wie aus Fig. 1 zu erkennen ist. Anhand dieser Figur er­ kennt man auch, daß die Zahnriemenscheiben 17 eine sehr geringe radiale Ausdehnung haben. Sie ergänzen sich dadurch in idealer Weise mit der ebenfalls schmal bauenden, erfinderungsgemäßen Na­ dellagerung der Werkzeugspindeln 8, da entweder deren Achsabstand bei größerem Durchmesser der Werkzeugspindeln 8 beibehalten wer­ den oder aber der Achsabstand bei gleichbleibendem Durchmesser der Werkzeugspindeln 8 verringert werden kann. Nach dem Stand der Technik waren diese Effekte nur durch Kompromisse, wie z. B. größere Achsabstände bzw. schwächere Werkzeugspindeln und Lager, oder gar nicht möglich.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, läuft der doppelseitig gezahnte Zahnriemen 6 von der Zahnriemenscheibe 4 des Motors 2 kommend zu­ nächst über eine Führungs-Zahnriemenscheibe 18, die den Werkzeug­ spindeln 8 vorgelagert ist, und dann mäanderförmig um die Zahn­ riemenscheiben 17 der Werkzeugspindeln 8. Diese mäanderförmige Zahnriemenführung ist in Umlaufrichtung des Zahnriemens gesehen, zwischen den beiden letzten Werkzeugspindeln 8 unterbrochen, da der Zahnriemen 6 von der letzten Zahnriemenscheibe 17, in bezug auf die Darstellung gemäß Fig. 4 nach oben ablaufen muß. Bei un­ gerader Werkzeugspindelanzahl kann die mäanderförmige Zahnriemen­ führung zwischen den Werkzeugspindeln 8 konsequent eingehalten werden.

Von der im Umlauf letzten Zahnriemenscheibe 17 läuft der Zahnriemen 6 über eine weitere Führungs-Zahnriemenscheibe 18 zur Motor-Zahnriemenscheibe 4 zurück.

Die beiden Führungs-Zahnriemenscheiben 18 sind beidseitig mit Bordscheiben versehen, was aus den Figuren nicht hervorgeht. Sie dienen neben einer Zwangsführung des Zahnriemens 6 im Nahbereich der Werkzeugspindeln 8 gleichzeitig als Spannscheiben für den Zahnriemen 6.

Beim Vorschub der Werkzeugspindeln 8 schieben sich diese mit den langen Zahnriemenscheiben 17 durch den laufenden Zahnriemen 6, d. h., die Rotationsbewegung wird also während des Vorschubs bis zum Hubende weiterhin direkt auf die Werkzeugspindeln 8 über­ tragen.

Aufgrund der vorgelagerten Zwangsführung des Zahnriemens 6 durch die Führungs-Zahnriemenscheiben 18 wird eine funktionsbe­ einträchtigende Auslenkung des Zahnriemens 6 während des axialen Vorschubs der Werkzeugspindeln 8/Zahnriemenscheiben 17 weitest­ gehend vermieden. Von Vorteil sind diesbezüglich auch hohe Dreh­ zahlen, die bei einer Zahnriemenbreite von ca. 20 mm zwischen 8000 bis 10 000 Umdrehungen 1/min liegen sollte, und eine runde Zahnform des Zahnriemens.

Claims (1)

1. Spindeleinheit für eine Bohr- oder dergleichen Werkzeugma­ schine mit einer oder mehreren vorschub- und drehangetriebenen Werkzeugspindeln und mindestens zwei Lagerstellen für jede Werk­ zeugspindeln, dadurch gekennzeichnet, daß jede Werkzeugspindel (8) oberflächengehärtet und geschliffen sowie im Verschiebebe­ reich in Nadellagern (12) gelagert ist, wobei jede Werkzeugspin­ del (8) jeweils den Innenring der Nadellager (12) bildet und die Außenringe (13) der Nadellager (12) direkt an der Bohrungswan­ dung des Spindelgehäuses (1) gelagert sind.