用於工具馬達芯軸的軸冷卻器的製作方法
2024-03-11 03:51:15 1
專利名稱：用於工具馬達芯軸的軸冷卻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於工具馬達芯軸(Werkzeug-Motorspindel)的軸冷卻器 (Wellenkilhlung)，該軸冷卻器帶有旋轉軸、靜止噴管(statischenLanze)以及至少一個具 有冷卻劑入口和冷卻劑出口的冷卻循環(Kiihlkreislauf)。
背景技術：
工具馬達芯軸以高轉速運行。這種高轉速對軸承布置(通過該軸承布置，芯軸以 可繞其芯軸軸線旋轉的方式而支承在芯軸殼體中)提出高要求。尤其地，軸承摩擦必須降 低到絕對最小值，以用於降低熱量的產生和摩損。因此，需要設置有軸冷卻器。在文件W0 2006/018394 A1中描述了這種軸冷卻器。在該文件中，描述了帶有軸 裝置和冷卻裝置的芯軸機構。冷卻裝置具有至少一個對流槽(Konvektionsspalt)，通過該 對流槽可有針對性地運走軸裝置的大部分散逸熱(Verlustwarme )。此外，已知這樣的工具馬達芯軸，S卩，該工具馬達芯軸在外部被冷卻 (aussenkuhlen)以用於運走損耗功率。這些已知的軸冷卻器所存在的缺點尤其在於，由於不足的冷卻效果而產生基於熱 膨脹的未足夠降低的軸增長。
發明內容
因此本發明的目的在於，提出一種軸冷卻器，該軸冷卻器一方面使軸的縱向增長 降低到最小值，並且另一方面基於較小的縱向增長在測量工件時保證高的測量精度。根據本發明由此實現該目的，即，如此地構造軸冷卻器，即，使得實現將冷卻介質 引入到靜止噴管中經由冷卻孔從內向外到旋轉的軸中。
在下文的附圖中示出了根據本發明的實施例。其中圖1顯示軸冷卻的工具馬達芯軸的截面圖，圖2顯示噴管的後部分的截面A-A，圖3顯示軸的前部分的截面B-B，圖4顯示前噴管部分的截面圖，圖5顯示唇形密封件的截面圖，圖6顯示用於示出工具錐形部清洗(Werkzeugkonus-Reinigung)和密封空氣 (Sperrluft)的截面圖，圖7顯示帶有內部迴轉接頭(Drehdurchfilhrimg)的洩漏/工具內部冷卻 (fferkzeuginnenkuhlung)的截面圖，以及圖8顯示帶有外部迴轉接頭的洩漏/工具內部冷卻的截面圖。
具體實施例方式圖1以截面圖顯示了工具馬達芯軸2。裝入芯軸套中的定子9(通常為三相馬達 繞組)驅動安裝在貫通的軸3上的轉子。軸3構造成空心軸，並且通過前軸承11和後軸承 12多重地支承在芯軸套上。此外，軸3配備有一起旋轉的夾持機構(該夾持機構由工具夾 15和夾頭10組成)並且安置在軸孔14中。該夾持機構用作藉助於夾頭10夾緊加工工具。 未在圖中示出的加工工具通過馬達而置於旋轉中。一方面引導用於工具內部冷卻的冷卻劑 通過工具夾具15的孔13，另一方面導引用於清潔工具接口(Werkzeugschnittstelle)的壓 縮空氣通過軸3。軸3具有冷卻孔8，該冷卻孔8為軸冷卻器1的組成部分。通過配備有中心孔41的噴管4，將提及的所有介質引入到旋轉的軸3中。在冷卻 循環7開始時，冷卻介質被導入冷卻劑入口 5中並且在冷卻後從冷卻劑出口 6離開。圖1的截面A-A示出在圖2中。在該示例中輸入或排出四種介質。利用16表示 冷卻劑始流(Kilhlmittelvorlauf)，並且利用17表示冷卻劑回流。冷卻劑洩漏物通過聯接 口 18排出。聯接口 19和20用作供應工具內部冷卻(冷卻潤滑劑)或者導出冷卻潤滑劑 的洩漏物。錐清洗空氣(Kegelreinigungsluft)供應到入口 21中。為將系統密封，通過管 路22輸入密封空氣。示範性地，在圖3中以截面B-B顯示了前軸部分。在這種實施形式中，軸3以偏心 且對稱地分布的方式布置有三個冷卻循環迴路(Kilhlkreislaufschlaufe)23，24和25。所 有三個冷卻迴路23，24和25實施成帶有向前伸延的軸向平行的孔26並帶有相同的位於該 孔26附近的第二回流孔(Rilckfilhrbohrung) 28。這兩個孔26和28在最前端的軸區域中利 用單側閉合的橫向孔(Querbohrung) 27互相連接，這表示冷卻循環7中的冷卻迴路。圖4以截面圖顯示了在噴管4的前部分中的冷卻系統。由冷卻設備運送且被加溫 的冷卻介質(例如添加有化學穩定添加物的水)在壓力作用下輸入到靜止的擰緊在後部的 芯軸凸緣上的噴管4的聯接口 5處。冷卻介質首先通過兩個平行延伸的孔29被運送到轉 移區域(Obergabebereich) 30中。在孔29的端部處實現徑向轉移而進入到面積相等的垂 直於縱向軸線的孔31中。此時從靜止部分流出的冷卻水通過在唇形密封件33之間產生的 環流(Umlauf)而到達三個以120°分布的始流孔26中(見圖3)。在此，在壓力作用下流 出的冷卻介質增強外部起密封作用的唇形密封件33相對於旋轉的軸內輪廓的密封性能。 在冷卻介質的徑向轉移的區域30中，該冷卻介質由於旋轉的軸3引起的離心力而獲得附加 的加速度。利用這種物理特性是實現介質轉移從靜態部分到動態部分的關鍵。始流孔31 中的冷卻介質通過反向迴路(在最前端的軸部分中的橫向孔27(圖3))到達回流孔32中。 通過使冷卻介質通過在兩個垂直於縱軸線的孔31，32中的環流37，38到達平行延伸的回流 孔34中，在噴管4的區域中實現從旋轉部分到靜止部分的徑向轉移。唇形密封件33的裝 配為了回流自然產生不同的布置，其中，在背離壓力腔的密封件處理論上存在更大的洩漏。 為了防止這種情況，在本示例中設置有兩個徑向轉移，以用於使在任何情況下降低的回流 壓力對分壓力(Druckhalbierung)。這種對稱的密封布置(高壓供應在兩側利用兩個低壓 回流而包圍)用作附加地潤溼面向內部的唇形密封件33的密封表面。由於潤滑作用這導 致處於在更大壓力下的始流密封件的使用壽命增加，如下文在圖5中所描述的那樣。洩漏 冷卻介質通過環流35以及通過自身的回流從噴管4中運送出來。冷卻劑的洩漏物到達循 環流36中。最終，通過聯接口 6實現冷卻介質回流到冷卻設備中。
在圖5中示出在從屬權利要求9中所要求保護的唇形密封件33的的密封對稱。在 旋轉軸3和靜止的噴管4之間，在噴管4處安裝有唇形密封件33。兩個外部唇形密封33比 兩個內部唇形密封件33(3bar)加載更低的壓力(lbar)。通過在本示例中顯現的始流壓力 (Vorlaufdruck)和回流壓力(Rilcklaufdruck)產生在外部起密封作用的唇形件33處出現 的不同的壓力差。通過這種對稱的布置，承受更大負載的內部的唇形密封件33被潤滑且被 冷卻，從而導致使用壽命的增加。圖6顯示在工具馬達芯軸中的錐清洗空氣以及密封空氣的引導。通過設有中心 孔41的噴管4的聯接口 44輸入錐清洗空氣。這些錐清洗空氣用於對工具錐形部進行吹 掃(Ausblasen)，並且只有在芯軸處於靜止時才接入(einschalten)。在芯軸旋轉時，錐清 洗活塞43通過壓力彈簧42被升起(abheben)離開軸3的旋轉的密封面。在停止時，錐清 洗空氣壓力能夠使活塞43向前運動，以用於為空氣使到軸3的錐清洗孔39中的通道暢通 (freilegen)。輸入到聯接口 46處的密封空氣45用於使噴管4相對於外部區域密封。兩 種洩漏介質(冷卻介質和冷卻潤滑劑)由於其不同的化學成分必須藉助於密封空氣而被分 開。密封空氣的徑向轉移在孔40的端部處通過環流和朝向軸3的兩側的小孔而實現。這 種超壓導致，一方面不會有洩漏冷卻水到達軸內部中，並且另一方面不會有洩漏冷卻潤滑 劑滲入到噴管4的區域中。圖7中顯示了洩漏物引導(Leckagenfilhrimg)和工具內部冷卻。通過外部唇形密 封件33漏出的冷卻水回流的洩漏物在環流47和48的區域中聚集。洩漏物的徑向回流通 過兩個橫向孔而實現，這兩個橫向孔垂直地通到軸向洩漏孔49中。最終，冷卻水的洩漏物通過聯接口 50引回到冷卻設備中。通過聯接口 51輸入用於工具內部冷卻的冷卻潤滑劑。該冷卻潤滑劑通過靜止的 噴管4轉移到已有的裝配的迴轉接頭的靜止部分52處。冷卻潤滑劑最終通過該迴轉接頭 的轉動部分53通過軸的剩餘部分向前導引通過孔56直到工具接口。從迴轉接頭中流出或倒流(rilckstauen)的冷卻潤滑劑作為洩漏物向後導引通過 軸向上伸延的洩漏孔54，並且通過聯接口 55從噴管4中引導出來。圖8顯示了軸冷卻器的示範性的變型。與顯示內部迴轉引入 部(Dreheinfilhrung)52，53的圖7相比，該軸冷卻器具有外部迴轉供應部 57 (Drehzufuhrung)。該迴轉供應部57可在不拆掉整個噴管4的情況下被更換。在內部冷 卻介質和軸冷卻介質之間的密封空氣隔離省去。工具內部冷卻用參考數字58表示。旋轉軸的冷卻的目的和由此得到的優點為，一方面獲得「冷的軸」，這將在溫度升 高下產生的縱向增長限制到最小程度。這導致提高各加工中心(在該加工中心處安裝根據 本發明的馬達芯軸)的加工質量。軸或工具容納件相對於芯軸凸耳的減少的縱向增長的第 二個優點是，在測量工件時提高測量精度。這使得將三維探測器插入到「冷」的工具接口中 成為可能，而敏感的探頭不會由於過熱的軸一起增長，這導致高精確度的測量結果。由於軸 和軸承殼體之間的較少的溫差，軸承可設計成帶有更小的公差帶(Toleranzband)，這導致 運行中較高的剛性和增加的馬達芯軸的使用壽命。參考標號列表1 軸冷卻器2 工具馬達芯軸
3軸
4噴管
5冷卻劑入口
6冷卻劑出口
7冷卻循環
8冷卻孔
9定子
10夾頭
11前軸承
12後軸承
13中心孔
14軸孔
15工具夾
16冷卻劑始流
17冷卻劑回流
18冷卻劑洩漏物
19工具內部冷卻
20工具內部冷卻的洩漏物
21工具清洗空氣
22密封空氣
23冷卻循環迴路
24冷卻循環迴路
25冷卻循環迴路
26用於始流的孔
27橫向孔
28用於回流的孔
29孔
30轉移區域
31孔
32回流孔
33唇形密封件
34流孔
35洩漏冷卻水
36洩漏冷卻劑
37孔
38回流
39錐清洗孔
40孔
41中心孔
42壓力彈簧
43活塞
44輸入錐清洗空氣
45輸入密封空氣
46聯接口
47環流
48環流
49冷卻水洩漏孔
50聯接口
51聯接口
52轉接頭
53轉接頭
54洩漏孔
55聯接口
56孔
57轉供應部
58工具內部冷卻
說明書
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權利要求
一種用於工具馬達芯軸(2)的軸冷卻器(1)，所述軸冷卻器(1)帶有旋轉的軸(3)、靜止噴管(4)以及至少一個具有冷卻劑入口(5)和冷卻劑出口(6)的冷卻循環(7)，其特徵在於，所述軸冷卻器(1)如此地構造，即，使得實現將冷卻介質引入到所述靜止噴管(4)中經由冷卻孔(8)從內向外到所述旋轉的軸(3)中。
2.根據權利要求1所述的軸冷卻器，其特徵在於，所述靜止的噴管(4)具有貫通的中心 孔(13,41)0
3.根據權利要求1或2所述的軸冷卻器，其特徵在於，所述軸(3)可通過多個冷卻孔 (8)利用冷卻介質而冷卻。
4.根據權利要求1，2或3中至少任一項所述的軸冷卻器，其特徵在於，多種介質可輸入 到所述噴管(4)中。
5.根據上述權利要求中至少任一項所述的軸冷卻器，其特徵在於，系統可藉助於密封 空氣(22，45)被密封。
6.根據上述權利要求中至少任一項所述的軸冷卻器，其特徵在於，所述冷卻循環(7) 具有多個循環迴路(23，24，25)。
7.根據上述權利要求中至少任一項所述的軸冷卻器，其特徵在於，冷卻劑由於所述旋 轉的軸⑶可被加載有離心力，並且因此可向外被傳送。
8.根據上述權利要求中至少任一項所述的軸冷卻器，其特徵在於，多個唇形密封件 (33)以外部密封的方式布置在靜止的、提供冷卻介質的噴管(4)處。
9.根據上述權利要求中至少任一項所述的軸冷卻器，其特徵在於，唇形密封件(33)布 置成對稱的。
全文摘要
本發明涉及一種用於工具馬達芯軸(2)的軸冷卻器(1)，該軸冷卻器(1)帶有旋轉的軸(3)、靜止噴管(4)以及至少一個具有冷卻劑入口(5)和冷卻劑出口(6)的冷卻循環(7)，其中，軸冷卻器如此地構造，即，使得實現將冷卻介質引入到靜止噴管(4)中經由冷卻孔(8)從內向外到旋轉的軸(3)中。
文檔編號H02K9/22GK101855043SQ200880115744
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月4日 優先權日2007年11月8日
發明者D·斯特芬, K·施奈德 申請人:斯特普-特克股份公司