专利名称：用于工具马达芯轴的轴冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于工具马达芯轴(Werkzeug-Motorspindel)的轴冷却器 (Wellenkilhlung)，该轴冷却器带有旋转轴、静止喷管(statischenLanze)以及至少一个具 有冷却剂入口和冷却剂出口的冷却循环(Kiihlkreislauf)。
背景技术：
工具马达芯轴以高转速运行。这种高转速对轴承布置(通过该轴承布置，芯轴以 可绕其芯轴轴线旋转的方式而支承在芯轴壳体中)提出高要求。尤其地，轴承摩擦必须降 低到绝对最小值，以用于降低热量的产生和摩损。因此，需要设置有轴冷却器。在文件W0 2006/018394 A1中描述了这种轴冷却器。在该文件中，描述了带有轴 装置和冷却装置的芯轴机构。冷却装置具有至少一个对流槽(Konvektionsspalt)，通过该 对流槽可有针对性地运走轴装置的大部分散逸热(Verlustwarme )。此外，已知这样的工具马达芯轴，S卩，该工具马达芯轴在外部被冷却 (aussenkuhlen)以用于运走损耗功率。这些已知的轴冷却器所存在的缺点尤其在于，由于不足的冷却效果而产生基于热 膨胀的未足够降低的轴增长。
发明内容
因此本发明的目的在于，提出一种轴冷却器，该轴冷却器一方面使轴的纵向增长 降低到最小值，并且另一方面基于较小的纵向增长在测量工件时保证高的测量精度。根据本发明由此实现该目的，即，如此地构造轴冷却器，即，使得实现将冷却介质 引入到静止喷管中经由冷却孔从内向外到旋转的轴中。
在下文的附图中示出了根据本发明的实施例。其中图1显示轴冷却的工具马达芯轴的截面图，图2显示喷管的后部分的截面A-A，图3显示轴的前部分的截面B-B，图4显示前喷管部分的截面图，图5显示唇形密封件的截面图，图6显示用于示出工具锥形部清洗(Werkzeugkonus-Reinigung)和密封空气 (Sperrluft)的截面图，图7显示带有内部回转接头(Drehdurchfilhrimg)的泄漏/工具内部冷却 (fferkzeuginnenkuhlung)的截面图，以及图8显示带有外部回转接头的泄漏/工具内部冷却的截面图。
具体实施例方式图1以截面图显示了工具马达芯轴2。装入芯轴套中的定子9(通常为三相马达 绕组)驱动安装在贯通的轴3上的转子。轴3构造成空心轴，并且通过前轴承11和后轴承 12多重地支承在芯轴套上。此外，轴3配备有一起旋转的夹持机构(该夹持机构由工具夹 15和夹头10组成)并且安置在轴孔14中。该夹持机构用作借助于夹头10夹紧加工工具。 未在图中示出的加工工具通过马达而置于旋转中。一方面引导用于工具内部冷却的冷却剂 通过工具夹具15的孔13，另一方面导引用于清洁工具接口(Werkzeugschnittstelle)的压 缩空气通过轴3。轴3具有冷却孔8，该冷却孔8为轴冷却器1的组成部分。通过配备有中心孔41的喷管4，将提及的所有介质引入到旋转的轴3中。在冷却 循环7开始时，冷却介质被导入冷却剂入口 5中并且在冷却后从冷却剂出口 6离开。图1的截面A-A示出在图2中。在该示例中输入或排出四种介质。利用16表示 冷却剂始流(Kilhlmittelvorlauf)，并且利用17表示冷却剂回流。冷却剂泄漏物通过联接 口 18排出。联接口 19和20用作供应工具内部冷却(冷却润滑剂)或者导出冷却润滑剂 的泄漏物。锥清洗空气(Kegelreinigungsluft)供应到入口 21中。为将系统密封，通过管 路22输入密封空气。示范性地，在图3中以截面B-B显示了前轴部分。在这种实施形式中，轴3以偏心 且对称地分布的方式布置有三个冷却循环回路(Kilhlkreislaufschlaufe)23，24和25。所 有三个冷却回路23，24和25实施成带有向前伸延的轴向平行的孔26并带有相同的位于该 孔26附近的第二回流孔(Rilckfilhrbohrung) 28。这两个孔26和28在最前端的轴区域中利 用单侧闭合的横向孔(Querbohrung) 27互相连接，这表示冷却循环7中的冷却回路。图4以截面图显示了在喷管4的前部分中的冷却系统。由冷却设备运送且被加温 的冷却介质(例如添加有化学稳定添加物的水)在压力作用下输入到静止的拧紧在后部的 芯轴凸缘上的喷管4的联接口 5处。冷却介质首先通过两个平行延伸的孔29被运送到转 移区域(Obergabebereich) 30中。在孔29的端部处实现径向转移而进入到面积相等的垂 直于纵向轴线的孔31中。此时从静止部分流出的冷却水通过在唇形密封件33之间产生的 环流(Umlauf)而到达三个以120°分布的始流孔26中(见图3)。在此，在压力作用下流 出的冷却介质增强外部起密封作用的唇形密封件33相对于旋转的轴内轮廓的密封性能。 在冷却介质的径向转移的区域30中，该冷却介质由于旋转的轴3引起的离心力而获得附加 的加速度。利用这种物理特性是实现介质转移从静态部分到动态部分的关键。始流孔31 中的冷却介质通过反向回路(在最前端的轴部分中的横向孔27(图3))到达回流孔32中。 通过使冷却介质通过在两个垂直于纵轴线的孔31，32中的环流37，38到达平行延伸的回流 孔34中，在喷管4的区域中实现从旋转部分到静止部分的径向转移。唇形密封件33的装 配为了回流自然产生不同的布置，其中，在背离压力腔的密封件处理论上存在更大的泄漏。 为了防止这种情况，在本示例中设置有两个径向转移，以用于使在任何情况下降低的回流 压力对分压力(Druckhalbierung)。这种对称的密封布置(高压供应在两侧利用两个低压 回流而包围)用作附加地润湿面向内部的唇形密封件33的密封表面。由于润滑作用这导 致处于在更大压力下的始流密封件的使用寿命增加，如下文在图5中所描述的那样。泄漏 冷却介质通过环流35以及通过自身的回流从喷管4中运送出来。冷却剂的泄漏物到达循 环流36中。最终，通过联接口 6实现冷却介质回流到冷却设备中。
在图5中示出在从属权利要求9中所要求保护的唇形密封件33的的密封对称。在 旋转轴3和静止的喷管4之间，在喷管4处安装有唇形密封件33。两个外部唇形密封33比 两个内部唇形密封件33(3bar)加载更低的压力(lbar)。通过在本示例中显现的始流压力 (Vorlaufdruck)和回流压力(Rilcklaufdruck)产生在外部起密封作用的唇形件33处出现 的不同的压力差。通过这种对称的布置，承受更大负载的内部的唇形密封件33被润滑且被 冷却，从而导致使用寿命的增加。图6显示在工具马达芯轴中的锥清洗空气以及密封空气的引导。通过设有中心 孔41的喷管4的联接口 44输入锥清洗空气。这些锥清洗空气用于对工具锥形部进行吹 扫(Ausblasen)，并且只有在芯轴处于静止时才接入(einschalten)。在芯轴旋转时，锥清 洗活塞43通过压力弹簧42被升起(abheben)离开轴3的旋转的密封面。在停止时，锥清 洗空气压力能够使活塞43向前运动，以用于为空气使到轴3的锥清洗孔39中的通道畅通 (freilegen)。输入到联接口 46处的密封空气45用于使喷管4相对于外部区域密封。两 种泄漏介质(冷却介质和冷却润滑剂)由于其不同的化学成分必须借助于密封空气而被分 开。密封空气的径向转移在孔40的端部处通过环流和朝向轴3的两侧的小孔而实现。这 种超压导致，一方面不会有泄漏冷却水到达轴内部中，并且另一方面不会有泄漏冷却润滑 剂渗入到喷管4的区域中。图7中显示了泄漏物引导(Leckagenfilhrimg)和工具内部冷却。通过外部唇形密 封件33漏出的冷却水回流的泄漏物在环流47和48的区域中聚集。泄漏物的径向回流通 过两个横向孔而实现，这两个横向孔垂直地通到轴向泄漏孔49中。最终，冷却水的泄漏物通过联接口 50引回到冷却设备中。通过联接口 51输入用于工具内部冷却的冷却润滑剂。该冷却润滑剂通过静止的 喷管4转移到已有的装配的回转接头的静止部分52处。冷却润滑剂最终通过该回转接头 的转动部分53通过轴的剩余部分向前导引通过孔56直到工具接口。从回转接头中流出或倒流(rilckstauen)的冷却润滑剂作为泄漏物向后导引通过 轴向上伸延的泄漏孔54，并且通过联接口 55从喷管4中引导出来。图8显示了轴冷却器的示范性的变型。与显示内部回转引入 部(Dreheinfilhrung)52，53的图7相比，该轴冷却器具有外部回转供应部 57 (Drehzufuhrung)。该回转供应部57可在不拆掉整个喷管4的情况下被更换。在内部冷 却介质和轴冷却介质之间的密封空气隔离省去。工具内部冷却用参考数字58表示。旋转轴的冷却的目的和由此得到的优点为，一方面获得“冷的轴”，这将在温度升 高下产生的纵向增长限制到最小程度。这导致提高各加工中心(在该加工中心处安装根据 本发明的马达芯轴)的加工质量。轴或工具容纳件相对于芯轴凸耳的减少的纵向增长的第 二个优点是，在测量工件时提高测量精度。这使得将三维探测器插入到“冷”的工具接口中 成为可能，而敏感的探头不会由于过热的轴一起增长，这导致高精确度的测量结果。由于轴 和轴承壳体之间的较少的温差，轴承可设计成带有更小的公差带(Toleranzband)，这导致 运行中较高的刚性和增加的马达芯轴的使用寿命。参考标号列表1 轴冷却器2 工具马达芯轴
3轴
4喷管
5冷却剂入口
6冷却剂出口
7冷却循环
8冷却孔
9定子
10夹头
11前轴承
12后轴承
13中心孔
14轴孔
15工具夹
16冷却剂始流
17冷却剂回流
18冷却剂泄漏物
19工具内部冷却
20工具内部冷却的泄漏物
21工具清洗空气
22密封空气
23冷却循环回路
24冷却循环回路
25冷却循环回路
26用于始流的孔
27横向孔
28用于回流的孔
29孔
30转移区域
31孔
32回流孔
33唇形密封件
34流孔
35泄漏冷却水
36泄漏冷却剂
37孔
38回流
39锥清洗孔
40孔
41中心孔
42压力弹簧
43活塞
44输入锥清洗空气
45输入密封空气
46联接口
47环流
48环流
49冷却水泄漏孔
50联接口
51联接口
52转接头
53转接头
54泄漏孔
55联接口
56孔
57转供应部
58工具内部冷却
说明书
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权利要求
一种用于工具马达芯轴(2)的轴冷却器(1)，所述轴冷却器(1)带有旋转的轴(3)、静止喷管(4)以及至少一个具有冷却剂入口(5)和冷却剂出口(6)的冷却循环(7)，其特征在于，所述轴冷却器(1)如此地构造，即，使得实现将冷却介质引入到所述静止喷管(4)中经由冷却孔(8)从内向外到所述旋转的轴(3)中。
2.根据权利要求1所述的轴冷却器，其特征在于，所述静止的喷管(4)具有贯通的中心 孔(13,41)0
3.根据权利要求1或2所述的轴冷却器，其特征在于，所述轴(3)可通过多个冷却孔 (8)利用冷却介质而冷却。
4.根据权利要求1，2或3中至少任一项所述的轴冷却器，其特征在于，多种介质可输入 到所述喷管(4)中。
5.根据上述权利要求中至少任一项所述的轴冷却器，其特征在于，系统可借助于密封 空气(22，45)被密封。
6.根据上述权利要求中至少任一项所述的轴冷却器，其特征在于，所述冷却循环(7) 具有多个循环回路(23，24，25)。
7.根据上述权利要求中至少任一项所述的轴冷却器，其特征在于，冷却剂由于所述旋 转的轴⑶可被加载有离心力，并且因此可向外被传送。
8.根据上述权利要求中至少任一项所述的轴冷却器，其特征在于，多个唇形密封件 (33)以外部密封的方式布置在静止的、提供冷却介质的喷管(4)处。
9.根据上述权利要求中至少任一项所述的轴冷却器，其特征在于，唇形密封件(33)布 置成对称的。
全文摘要
本发明涉及一种用于工具马达芯轴(2)的轴冷却器(1)，该轴冷却器(1)带有旋转的轴(3)、静止喷管(4)以及至少一个具有冷却剂入口(5)和冷却剂出口(6)的冷却循环(7)，其中，轴冷却器如此地构造，即，使得实现将冷却介质引入到静止喷管(4)中经由冷却孔(8)从内向外到旋转的轴(3)中。
文档编号H02K9/22GK101855043SQ200880115744
公开日2010年10月6日 申请日期2008年11月4日 优先权日2007年11月8日
发明者D·斯特芬, K·施奈德 申请人:斯特普-特克股份公司