(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸軸線（２０，３２０）のまわりに回転可能で、端面側に工具受容部（２８，３２８）を有し、原動機で駆動される機械主軸（１２，２１２）と、該機械主軸（１２，２１２）に交換可能に配置されている機械工具（３６）であって、前記機械主軸（１２，２１２）の前記工具受容部（２８，２２８）と互換性があり且つ前記機械主軸側に背面（３４，２３４）を備えた連結要素（３２，２３２）を有している前記機械工具（３６）と、前記工具受容部（２８，２２８）を含んでおり、前記連結要素（３２）の前記背面（３４）に対向している端面（３０，３００）と、前記機械主軸（１２，２１２）と前記機械工具（３６）との間に配置される電流またはデータ伝送用の一緒に回転する少なくとも１つの電気接点部位（３８）とを備え、該電気接点部位が、前記工具受容部（２８，２２８）の前記端面（３０，３００）に配置されている主軸側接点要素（４４，１３２，３４８）と、前記連結要素（３２）の前記背面（３４）に配置されている工具側接点要素（４６，１４２，３４２）とを有している工作機械（１０）において、
前記主軸側接点要素（４４，１３２，３４８）と前記工具側接点要素（４６，１４２，３４２）とが、前記主軸軸線（２０，３２０）のまわりでの前記機械主軸（１２，２１２）の回転の際に発生する遠心力成分の作用で互いに相対的に可動であり、且つ互いに押圧しあって接点を形成することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記主軸側接点要素（４４）または前記工具側接点要素（４６）が、前記遠心力成分の作用で１つの方向に可動であり、該１つの方向で前記主軸軸線（２０）からの間隔が増大し、且つ該１つの方向に前記主軸側接点要素（４４）または前記工具側接点要素（４６）があることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記主軸側接点要素（４４）が、前記主軸軸線（２０）と鋭角を成す傾斜受容部（６２）内に配置され、該傾斜受容部が前記機械主軸（１２）の平面部（３０）側に開口していることを特徴とする、請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記鋭角が５゜ないし４５゜であることを特徴とする、請求項３に記載の工作機械。
【請求項５】
前記鋭角が２０゜であることを特徴とする、請求項３に記載の工作機械。
【請求項６】
前記傾斜受容部（６２）が前記機械主軸（１２）の前記端面（３０）を起点として１つの方向に延在し、該１つの方向が前記主軸軸線（２０）から離間していることを特徴とする、請求項３から５までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項７】
前記傾斜受容部（６２）は、前記機械主軸（１２）の前記端面（３０）に対し、液体および塵埃が侵入しないように密封されていることを特徴とする、請求項３から６までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項８】
前記主軸側接点要素（４４）が前記機械主軸（１２）内に固設されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項９】
前記主軸側接点要素（４４）が、球冠部（４７）を備えた平坦な接触面を有していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項１０】
前記主軸側接点要素（４４）が前記機械主軸（１２）の前記端面（３０）に対し後退するように配置されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項１１】
前記工具側接点要素（４６）が前記連結要素（３２）の前記背面（３４）に対し開口している傾斜ガイド（７０）内に配置されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項１２】
前記傾斜ガイド（７０）が前記主軸軸線（２０）に対し５゜と４５゜の間の角度で配向されていることを特徴とする、請求項１１に記載の工作機械。
【請求項１３】
前記傾斜ガイド（７０）が前記主軸軸線（２０）に対し２０゜の角度で配向されていることを特徴とする、請求項１１に記載の工作機械。
【請求項１４】
前記傾斜ガイド（７０）が、前記機械工具（１２）の前記背面（３４）を起点として、前記主軸軸線（２０）に対し、該主軸軸線（２０）のほうへ向く方向成分をもって延在していることを特徴とする、請求項１１から１３までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項１５】
前記連結要素（３２）の前記背面が該連結要素（３２）を取り囲んでいる環状平面（３４）であり、前記工具受容部（２８）の前記端面（３０）が平面（３０）として形成され、該平面（３０）に対し、連結過程の際に前記環状平面（３４）が押圧されて平面当接部を形成することを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項１６】
前記工具側接点要素（４６）が前記傾斜ガイド（７０）に対し相対運動可能であることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項１７】
前記工具側接点要素が球体（４６）として形成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の工作機械。
【請求項１８】
前記球体（４６）がテーパーケージ（８０）内で案内されていることを特徴とする、請求項１７に記載の工作機械。
【請求項１９】
前記傾斜ガイド（７０）内に、前記主軸側接点要素（４４）の方向において前記球体（４６）に対し作用する弾性要素（８４）が配置されていることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の工作機械。
【請求項２０】
前記弾性要素が弾性体であることを特徴とする、請求項１９に記載の工作機械。
【請求項２１】
前記弾性要素がコイルばね（８４）であることを特徴とする、請求項１９に記載の工作機械。
【請求項２２】
前記弾性要素が弾性球体（９４）であることを特徴とする、請求項１９に記載の工作機械。
【請求項２３】
前記弾性要素が前記球体（４６）を部分的に取り囲むエラストマー体（１００）であることを特徴とする、請求項１９に記載の工作機械。
【請求項２４】
前記連結要素（３２）内の前記傾斜ガイド（７０）が前記背面（３４）の領域において液体および塵埃が侵入しないように密封されていることを特徴とする、請求項１１から２３までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項２５】
前記工具側接点要素が二重接点（９６）として形成されていることを特徴とする、請求項１から２４までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項２６】
前記工具側接点要素（４６）が前記連結要素（３２）の前記背面（３４）に対し後退するように配置されていることを特徴とする、請求項１から２５までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項２７】
前記機械主軸（１２）と前記機械工具（３６）との間でデータを伝送するために一緒に回転する接続部位（４２）が設けられ、該接続部位（４２）が主軸側データ伝送要素（１１８）と工具側データ伝送要素（１２０）とを有していることを特徴とする、請求項１から２６までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項２８】
前記接続部位（４２）が無接触データ伝送用に構成されていることを特徴とする、請求項２７に記載の工作機械。
【請求項２９】
前記接続部位（４２）が誘導性伝送経路、容量性伝送経路、電磁伝送経路、または光学伝送経路を形成していることを特徴とする、請求項２８に記載の工作機械。
【請求項３０】
前記主軸側データ伝送要素（１１８）が前記機械主軸（１２）の前記工具受容部（２８）の前記平面部（３０）の領域に設けた受容部（１２２）内に配置されていることを特徴とする、請求項２７から２９までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項３１】
前記主軸側データ伝送要素（１１８）が前記工具受容部（２８）の前記端面（３０）に対し後退するように配置されていることを特徴とする、請求項３０に記載の工作機械。
【請求項３２】
前記受容部が前記主軸軸線（２０）に対し平行に延在する穴（１２２）であることを特徴とする、請求項３０または３１に記載の工作機械。
【請求項３３】
前記工具側データ伝送要素（１２０）が前記機械工具（３６）の前記連結要素（３２）の前記環状平面部（３４）の領域に設けた受容部（１２４）内に配置されていることを特徴とする、請求項２７から３２までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項３４】
前記工具側データ伝送要素（１２０）が前記背面（３４）に対し後退するように配置されていることを特徴とする、請求項３３に記載の工作機械。
【請求項３５】
前記受容部が前記主軸軸線（２０）に対し平行に延在する穴（１２４）であることを特徴とする、請求項３３または３４に記載の工作機械。
【請求項３６】
データ伝送のために一緒に回転する前記接続部位（１２５）に、送風空気用の排出口（１４３）が付設されていることを特徴とする、請求項２７から３５までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項３７】
データ伝送のために一緒に回転する前記接続部位に、流体を蒸発させるための加熱要素が付設されていることを特徴とする、請求項２７から３６までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項３８】
前記機械主軸（１２）と前記機械工具（３６）との間に、電流またはデータ伝送のために一緒に回転する少なくとも２つの電気接点部位（１２５）が配置されていることを特徴とする、請求項１から３７までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項３９】
前記主軸側接点要素（１３２）が前記機械主軸（１２）に設けた交換可能な板（１２６）で受容されていることを特徴とする、請求項１から３８までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４０】
前記工具側接点要素（１４２）が前記機械工具（３６）の前記連結要素（３２）に設けた交換可能な板で受容されていることを特徴とする、請求項１から３９までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４１】
前記一緒に回転する電気接点部位（１２５）に送風空気用排出部（１４３）が付設されていることを特徴とする、請求項１から４０までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４２】
前記一緒に回転する電気接点部位（１２５）に、流体を蒸発させるための加熱要素が付設されていることを特徴とする、請求項１から４１までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４３】
前記主軸側接点要素（４４）が前記機械主軸（１２）に沿ってまたはその内部に敷設されるスパイラルケーブル（６６）と接続され、および／または、前記工具側接点要素（４６）が前記機械工具（３６）の前記連結要素（３２）に沿ってまたはその内部に敷設されるケーブル（７２）と接続されていることを特徴とする、請求項１から４２までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４４】
前記機械工具（３６）の前記連結要素（３２）に沿ってまたはその内部に敷設される前記ケーブル（７２）がスパイラルケーブルであることを特徴とする、請求項４３に記載の工作機械。
【請求項４５】
前記主軸側接点要素（４４）および／または前記工具側接点要素（４６）のために、少なくとも部分的にテフロン（登録商標）および／またはシリコーンおよび／またはゴムから成る支持装置（９０）が設けられていることを特徴とする、請求項１から３７までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４６】
前記工具側接点要素（３４２）が前記連結要素（２３２）の前記背面（２３４）の領域に設けた交換可能な保持装置（３５１）で受容されていることを特徴とする、請求項１から４５までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４７】
前記機械主軸（１２）の後部部分に、電気エネルギーおよび／またはデータを前記機械主軸（１２）に伝送するためのインターフェース（３８，４２，１２５）が設けられていることを特徴とする、請求項１から４６までのいずれか一つに記載の工作機械。
【請求項４８】
請求項１から４７までのいずれか一つに記載の工作機械用の機械主軸。
【請求項４９】
請求項１から４７までのいずれか一つに記載の工作機械用の連結要素を備えた機械工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主軸軸線のまわりに回転可能で、端面側に工具受容部を有し、原動機で駆動される機械主軸と、該機械主軸に交換可能に配置されている機械工具であって、前記機械主軸の前記工具受容部と互換性があり且つ前記機械主軸側に背面を備えた連結要素を有している前記機械工具と、前記工具受容部を含んでおり、前記連結要素の前記背面に対向している端面と、前記機械主軸と前記機械工具との間に配置される電流またはデータ伝送用の一緒に回転する少なくとも１つの電気接点部位とを備え、該電気接点部位が、前記工具受容部の前記端面に配置されている主軸側接点要素と、前記連結要素の前記背面に配置されている工具側接点要素とを有している工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の工作機械は公知である。機械主軸内には電気導線が設けられ、該電気導線を介して、機械主軸で受容されている機械工具に電気エネルギーを供給することができる。機械工具は連結要素を用いて機械主軸の工具受容部内に受容されている。機械主軸の工具受容部は平面部を含んでいる。機械主軸に受容されている機械工具の連結要素は、環状平面部でもって機械主軸の工具受容部に位置している。平面部と環状平面部とは連結機構を用いて互いに押圧させることができる。これにより平面当接が生じる。機械主軸の平面部と工具受容部の環状平面部とにはそれぞれ導電接点が設けられている。機械工具を機械主軸に接続すると、これらの接点は弾性力で互いに押圧し合う。その後、機械主軸内の電気導線を機械工具内の消費装置と接続させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、高回転数でも、電気エネルギーおよび／またはデータを、機械主軸の端面または平面部に形成された接点部位を介して、工具受容部に確実に伝送することで、工具受容部内にある機械工具に設けた出力大の消費装置に電流を供給できるようにした工作機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、冒頭で述べた種類の工作機械において、主軸側接点要素と工具側接点要素とが、主軸軸線のまわりでの機械主軸の回転の際に発生する遠心力成分の作用で互いに相対的に可動であり、且つ互いに押圧しあって接点を形成することによって解決される。
【０００５】
本発明の認識は、電気エネルギーを機械主軸から機械工具へ伝送するための接点部位またはインターフェース（その電気出力接点は機械主軸のテーパー受容部と機械工具連結要素のシャフトとに設けられている）は大きなコストでしか確実に作動させることができないというものである。これはこの機械部分での押圧力が大きいためである。さらに、この機械部分での出力接点の交換または保守は大きなコストをかけなければ可能でない。というのは、この機械部分はアクセスが非常に困難だからである。
【０００６】
本発明の他の認識は、電気接点要素のための受容部を、主軸軸線に対し有利には傾斜して機械主軸と機械工具の連結要素とに配置するというものである。これは、電気接点要素を遠心力で互いに押圧させることのみを可能にさせるのではない。受容部を傾斜して配置することにより、特に、比較的大型の接点要素を機械主軸の平面部または端面部に使用でき、しかもその際に、機械主軸の平面部または連結要素の背面部（たとえばＨＳＫインターフェースとして構成された機械工具の連結要素の環状平面部）の機械的負荷耐性が弱まることはない。このことは、機械主軸の平面部に、または、連結要素の環状平面部に、斜めの電気接点要素と支持装置とを形成させることができ、しかも機械主軸と機械工具を備えた工具受容部とによって形成される複合工具の安定性および振動挙動並びにねじり挙動を損なうことがないことを意味している。
【０００７】
連結要素の背面部は、特に、連結要素を取り囲む環状平面部であってよい。機械主軸の工具受容部の端面は平面である。この場合、連結要素を取り囲む環状平面部は、連結工程の際に工具受容部の平面部に対し押圧されて平面当接部を形成する。
【０００８】
好ましくは、主軸側接点要素または工具側接点要素は、遠心力成分の作用で１つの方向に可動であり、該１つの方向で主軸軸線からの間隔が増大し、且つ該１つの方向に主軸側接点要素または工具側接点要素がある。
【０００９】
主軸側接点要素は、主軸軸線と有利には鋭角を成す傾斜受容部内に配置され、該傾斜受容部は機械主軸の平面部側に開口している。好ましくは、前記鋭角は５゜ないし４５゜、特に好ましくはほぼ２０゜である。
【００１０】
傾斜受容部が機械主軸の前記端面を起点として１つの方向に延在し、該１つの方向が主軸軸線から離間していることにより、機械主軸の前記端面に堅牢な電気接点要素を設け、アクセスしやすくなった工具受容部に可動な接点要素を配置することが可能である。
【００１１】
それ故、主軸側接点要素は機械主軸内に堅牢に配置されているので好ましい。主軸側接点要素が球冠部を備えた平坦な接触面を有していることにより、主軸側接点要素に対する工具側接点要素の確実な係合が保証される。
【００１２】
主軸側接点要素が機械主軸の前記端面に対し後退するように配置されていることにより、機械主軸に、接点要素のない機械工具の従来の連結要素をも接続させることができるよう保証される。
【００１３】
有利には、工具側接点要素は連結要素の前記背面に対し開口している傾斜ガイド内に配置されている。傾斜ガイドが主軸軸線に対し５゜と４５゜の間の角度で、好ましくはほぼ２０゜の角度で配向されていることが接点要素の電気接点の品質に対し好ましいことが明らかになった。この場合、傾斜ガイドが、機械工具の前記背面を起点として、主軸軸線に対し、該主軸軸線のほうへ向く方向成分をもって延在していれば有利である。
【００１４】
有利には、工具側接点要素は傾斜ガイドに対し相対運動可能である。工具側接点要素が球体として形成されているのが好ましい。球体はテーパーケージ内で案内されていてよい。弾性要素により球体は主軸側接点要素に対し押圧される。弾性要素として弾性体、たとえばコイルばね、弾性球体、または、球体を部分的に取り囲むエラストマー体を設けることができる。
【００１５】
機械主軸の工具受容部に設けた傾斜受容部は、液体および塵埃が侵入しないように機械主軸の平面部に対し密封されている。密封のため、特にパッキンリングを設けることができる。前記背面の領域に設けた連結要素の傾斜ガイドも、液体や塵埃が侵入しないように密封されている。この場合も、密封手段として、傾斜ガイド内に配置されるパッキンリングが好ましいことが明らかになった。第２の接点要素が二重接点として形成されていることにより、特に確実な接触が可能である。
【００１６】
工具側接点要素も連結要素の前記背面に対し後退するように配置されていてよい。この場合、電気接点部位をもたない慣用の機械主軸でも機械工具を作動させることができる。
【００１７】
本発明による工作機械に対しては、データ伝送のための他の補助的な接続部位が設けられていてよい。この接続部位は無接触データ伝送用に構成されている。これにより、摩耗しにくい接続部位が提供される。無接触データ伝送用の接続部位は、たとえば誘導性または容量性カップリングまたは電磁波を用いたデータ伝送或いは光、特にレーザー光を用いたデータ伝送用に構成されている。
【００１８】
無接触データ伝送のため、機械主軸の工具受容部の平面部には、主軸側データ伝送要素用の受容部が設けられる。これに対応して、機械工具の連結要素の背面部には、たとえば環状平面部には、工具側データ伝送要素用の受容部がある。主軸側データ伝送要素が工具受容部の平面部に対し後退するように配置されていることにより、工作機械内に従来の連結要素を用いて機械工具の作動が可能になる。受容部は工具受容部の平面部に形成された穴であり、主軸軸線に対し平行に延在している。工具側データ伝送要素は機械工具の連結要素の環状平面部の領域に設けた受容部内に配置され、好ましくは後退して配置されている。第２のデータ伝送要素用の受容部は、機械工具連結要素の環状平面部に形成された穴であり、主軸軸線に対し平行に延在している。
【００１９】
機械主軸と機械工具との間に、電流またはデータ伝送のために一緒に回転する複数個の電気接点部位が配置されていることにより、特に大出力の消費装置を備えた機械工具を作動させることができ、或いは、機械主軸と機械工具との間で非常に大量のデータを交換することができる。
【００２０】
主軸側接点要素は機械主軸に設けた交換可能な板で受容されていてよい。工具側接点要素も、連結要素に受容されている、対応的に交換可能な保持装置で受容されているのが好ましい。
【００２１】
電気エネルギーおよび／またはデータを伝送するための接点部位と無接触データ伝送のための接続部位とに送風空気用排出部が付設されていることにより、汚染時の接点部位および接続部位の確実なクリーニングが可能になる。汚染前のクリーニングを可能にするため、特に冷却液による汚染前のクリーニングを可能にするため、機械主軸の接点部位および接続部位に、流体を蒸発させるための加熱要素が付設されていてもよい。
【００２２】
有利には、主軸側接点要素および／または工具側接点要素のために、少なくとも部分的にテフロン（登録商標）および／またはシリコーンおよび／またはゴムから成る支持装置が設けられている。
【００２３】
主軸側接点要素は、機械主軸に沿ってまたは機械主軸の内部に敷設されているケーブルと接続されている。工具側接点要素には、工具受容部に沿ってまたは工具受容部内部に敷設されているケーブルが接続されている。好ましくは、このケーブルはスパイラルケーブルとして実施されている。
【００２４】
機械主軸の後部部分には、電気エネルギーおよび／またはデータを機械主軸に伝送するためのインターフェースが設けられている。
【００２５】
次に、本発明を、図面に図示した実施形態に関して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】機械主軸と機械工具とを備えた工作機械の概観図である。
【図２】機械工具連結要素を接続した機械主軸の断面図である。
【図３】電気エネルギーおよび／またはデータを伝送するための図２の接点部位の拡大断面図である。
【図４】機械主軸から機械工具の連結要素に電気エネルギーおよび／またはデータを伝送するための接点部位の第２実施形態を示す図である。
【図５】機械主軸から機械工具に電気エネルギーおよび／またはデータを伝送するための接点部位の他の実施形態を示す図である。
【図６】機械主軸から機械工具に電気エネルギーおよび／またはデータを伝送するための接点部位の他の実施形態を示す図である。
【図７】機械主軸から機械工具に電気エネルギーおよび／またはデータを伝送するための接点部位の他の実施形態を示す図である。
【図８】図２のデータ伝送用接続部位の拡大断面図である。
【図９】機械工具連結要素を接続した機械主軸の他の実施形態の部分断面図である。
【図１０】図９の線Ｘ−Ｘによる機械主軸および機械工具連結要素の断面図である。
【図１１】電気エネルギーおよびデータを伝送するための図９の接点部位および接続部位の部分拡大断面図である。
【図１２】機械工具連結要素を接続した機械主軸の他の実施形態の部分断面図である。
【図１３】図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩによる機械主軸および機械工具連結要素の断面図である。
【図１４】電気エネルギーおよびデータを伝送するための図１２の接点部位および接続部位の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は工作機械１０の概観図である。工作機械機械１０は機械主軸１２を有している。機械主軸１２は台架１４に回転軸受１６で回転可能に支持されている。機械主軸１２用駆動部として、工作機械１０に電動機１８が設けられている。電動機１８により機械主軸１２を主軸軸線２０のまわりに回転させることができる。機械主軸１２は、電気エネルギーを伝達させるための電流用伝送路２２と、データ用伝送路２３とを有している。電流用伝送路２２は、機械主軸１２と相対回転不能に結合されているロータ２４を介してステータ２６から電気エネルギーの供給を受ける。ステータ２６とロータ２４とは、データをステータ２６からロータ２４へデータを伝送するため、およびその逆方向にデータをデータを伝送するため、機械主軸内に設けられている。
【００２８】
機械主軸１２は、平面部３０を備えた工具受容部２８を有している。工具受容部２８には、連結要素３２を用いてメカトロニクスの機械工具３６が接続さている。連結要素３２は機械主軸１２の工具受容部２８と互換性がある。連結要素３２は環状平面部３４を有している。工作機械１０は、電動機として構成された機械工具３６内の消費装置４０に電気エネルギーを供給するため、電気エネルギー伝送用の電気接点部位３８を有している。電気接点部位３８を介してもちろん機械工具内の測定装置または電子測定器にも電流を供給することができる。電気エネルギー用の電気接点部位３８は、主軸側の接点要素４４と、工具側の接点要素４６とを含んでいる。連結要素３２を機械主軸１２に接続する場合、主軸側の接点要素４４と工具側の接点要素４６とを電気接続させる。電気接点部位３８を介して１００ワットまたはそれ以上のオーダーの電力を機械主軸１２から機械工具３６に伝送することができる。基本的には、もちろん電気接点部位３８を介してデータ伝送も可能である。
【００２９】
工作機械１０は、電気接点部位以外に、機械工具３６内の消費装置４０の制御と消費装置作動パラメータの読み取りとを可能にするデータ用の接続部位４２を有している。データ用接続部位４２は、機械主軸１２から連結要素３２を介して機械工具３６へ、および、その逆の順序でデータを無接触伝送するように構成されている。機械主軸１２と連結要素３２との間で無接触データ伝送する場合、接続部位４２により、好ましくは数ｍＷまたは数μＷの範囲の電力が伝送される。
【００３０】
工作機械１０の機械主軸１２内には、冷却媒体および送風空気用のパイプシステム４５が設けられている。パイプシステム４５はロータ２４を介してステータ２６と結合されている。パイプシステムは冷却媒体および送風空気を連結要素３２を介して機械工具３６へ供給するのを可能にする。これにより、電気接点部位３８の平面部３０と環状平面部３４と接点要素４４，４６と接続部位４２との汚染を送風により防止することができる。これは特に工具交換の場合に重要であり、というのは工具交換は、できれば、電気接点部位３８と接続部位４２とが清潔で乾燥している場合だけ行うからである。これにより特に短絡が回避される。
【００３１】
電気接点部位３８と接続部位４２とが汚染しないようにして短絡を回避するため、接点部位３８および接続部位４２の領域にある液体を蒸発させるのに用いる加熱装置を設けてもよい。さらに、インターフェースの絶縁面を、ロータス効果の原理に従って液体を排除する材料でコーティングしても好ましい。
【００３２】
図２は、連結要素３２を接続した機械主軸１２の断面図である。連結要素３２はＨＳＫインターフェースを有している。連結要素３２は工作機械側から引張り棒４８を介して操作可能なクランプ機構を用いて機械主軸１２と連結されている。このため、引張り棒４８は連結要素３２のシャフト５２に設けた中空空間５０に係合している。
【００３３】
機械主軸１２は、電線として形成された給電ストリング５４を含んでいる。給電ストリングは、１００Ｗまたはそれ以上のオーダーの電力を伝送するように設計されている。給電ストリング５４は、機械工具３６内の消費装置４０に電気エネルギーを供給するために用いる。給電ストリング５４は機械主軸１２の周領域に設けた長溝５６内で案内されている。これとは択一的に、給電ストリング５４を機械主軸１２に設けた長穴を貫通するように敷設してもよい。機械主軸１２の回転時の給電ストリング５４の機械的負荷を軽減させるため、機械主軸２のこの部分で給電ストリング５４は合成物質に、好ましくは合成樹脂に注入されている。
【００３４】
機械主軸１２は、平面部３０として形成された端面を備える工具受容部２８を有している。連結要素３２は、環状平面部３４の形態の背面側の面でもって平面部３０に当接している。機械主軸１２と連結要素３２とを連結する際、環状平面部３４が平面部３０に対し押圧されて平面当接部を形成する。
【００３５】
基本的には、連結要素３２と機械主軸１２との連結を他のインターフェース原理に従って、たとえばＡＢＳインターフェース原理、ＨＳＥＺインターフェース原理、ショートテーパーインターフェース原理、または、Ｃａｐｔｏインターフェース原理に従って行ってもよい。しかし、重要なことは、連結要素３２が、機械主軸１２に工具受容部２８を接続する際に機械主軸１２の工具側端面３０に対向するような背面３４を有していることである。
【００３６】
主軸側の接点要素４４のために、機械主軸１２の平面部３０には、傾斜穴６２の形態の傾斜受容部が設けられている。傾斜穴６２は機械主軸１２の軸線２０に対し２０゜の鋭角で傾斜して延在している。傾斜穴６２内には接点要素４４のための支持装置６４が配置されている。接点要素４４は給電ストリンガ５４と接続されている。給電ストリンガ５４は平面部３０側の部分にスパイラルケーブルとして実施されている。これにより、保守作業を目的として支持装置６４を接続接点４４とともに傾斜穴６２から取り出すことが可能になり、しかもその際に給電ストリンガ５４と接点要素４４との接続を解除する必要がない。
【００３７】
図３は図２の部分ＩＩＩの拡大図である。機械主軸１２に設けた連結要素３２のための環状平面部３４には、傾斜穴６８として形成された傾斜受容部がある。傾斜穴６８として形成された傾斜受容部がある。傾斜穴６８は接点要素４６のための支持装置７０を含んでいる。支持装置７０内には、導電球体として形成された電気接続接点４６が受容されている。接点要素４６を介して電気エネルギーを機械工具３６の連結要素３２に設けた給電ストリンガ７２へ伝送することができる。傾斜穴６８のための支持装置７０は接点要素４６のための傾斜ガイドとして作用する。
【００３８】
連結要素３２を機械主軸１２に接続する際、傾斜穴６２は機械主軸１２の平面当接部３０において連結要素３２の環状面３４の傾斜穴６８と整列している。機械工具３６の作動の際、平面当接部３０と環状面３４とを介して、形状拘束的結合と摩擦結合とにより非常に大きなねじりモーメントを機械主軸１２から連結要素３２を介して機械工具３６へ導入することができる。穴６２と６８を平面当接部３０または環状平面部３４に傾斜して配置することにより、これらの穴を主軸軸線２０に対し平行に配向した場合に比べて機械主軸１２および工具受容部３２の剛性が高くなる。すなわち、傾斜配置によりマテリアルブリッジが存在することになり、該マテリアルブリッジにより平面当接部３０の領域での機械主軸１２の安定性および環状平面部３４の領域での連結要素３２安定性が高くなる。
【００３９】
支持装置７０および工具側接点要素４６での保守作業を可能にするため、連結要素３２に設けた給電ストリンガ７２も同様にスパイラルケーブル部分を有している。この場合、機械主軸１２の場合と同様に、保持装置７０と接点要素４６とを傾斜穴６８から取り出すことができ、しかもこのために電気接点を解除する必要がない。
【００４０】
主軸側接点要素４４はディスク状導電体であり、支持装置として作用する筒状プラスチック体６４の端面部分に挿着されている。接点要素４４はプラスチック体６４の端面に設けた円形繰り抜き部６５内にある。プラスチック体６４はパッキンリング７６を用いて傾斜穴６２内に保持されている。パッキンリング７６は、工作機械１０の作動の際に使用される冷却媒体が傾斜穴７８を介して接点要素４４に到達することを阻止する用をも成している。給電ストリンガ５４はプラスチック体６４の中央の穴６７を貫通するように敷設されて、機械主軸１２の平面部３０に設けた傾斜穴７８を介して機械主軸１２の長溝５６へ通じている。電気接点要素４４を備えた支持装置６４は平面部３０に対し後退するように機械主軸１２に配置されており、すなわち接点要素４４は平面部３０から突出していない。接点要素４４には凹状球冠部４７が形成され、凹状球冠部４７は接続要素４６に適合している。これは、エネルギーまたはデータを伝送するためのインターフェースを設けずに機械主軸１２に通常の工具受容部を難なく接続できることを保証している。
【００４１】
接点要素４６は、導電材料から成っている球体である。球体４６はスリーブ状のテーパーケージ８０内で案内されている。
【００４２】
スリーブ状のテーパーケージ８０によって形成されて球体４６を受容している中空空間の横断面は、テーパーケージ８０の、連結要素３２の環状平面部３４側の部分で先細りになっている。
【００４３】
球体４６は、コイルばね８４により、テーパーケージ８０の先細り領域内へ押圧される。テーパーケージ８０の先細り部は、球体４６にばね力が作用しているにもかかわらず球体４６がテーパーケージ８０から抜け出さないよう保証している。
【００４４】
テーパーケージ８０の先細り部は、球体４６が球冠部分８６でもってテーパーケージ８０の端面領域から突出するように構成されている。従って球体４６は、工具受容部３２が機械主軸１２に接続されたときに機械主軸１２内で電気接点要素４４と接触する。これは、保持装置６４が機械主軸１２に後退するように配置されているにもかかわらず、電気接点要素４６として作用する球体が電気接点要素４４に当接することを保証する。
【００４５】
テーパーケージ８０は電気絶縁材料から成っている。テーパーケージはパッキンリング８２により工具受容部３２の傾斜穴６８内で保持されている。パッキンリング８２は、特に、冷却媒体が給電ストリンガ７２用の通路７１を介してテーパーケージ８０内へ侵入するとを阻止する。
【００４６】
テーパーケージ８０内のばね８４は、導電材料から成っている。ばね８４はテーパーケージ８０内に設けたガイド９０内に配置されている。ばね８４は、工具受容部３２内で給電ストリンガ７２と接続されている電気接続部材９２で支持されている。
【００４７】
工作機械１０の作動時、機械主軸１２と連結要素３２とは高速度で主軸軸線２０のまわりを頻繁に回転する。テーパーケージ８０の先細り部は、球体４６が接点要素４４の方向に移動することができるように構成されている。この場合、球体４６と主軸軸線２０との間隔は大きくなる。すなわち、テーパーケージ８０内の球体４６のためにわずかな遊びが存在する。その結果、球体４６はそれに作用する遠心力または遠心力成分により接点要素４４のほうへ排除される。従って、球体４６に作用するばね力は遠心力によって増幅する。その時球体４６は接続接点４４に圧接する。
【００４８】
工作機械１０の場合、接点部位３８は、主軸側電気接点要素４４と工具側接点要素４６とを有している。これらの接点部位を介して、機械工具３６内の消費装置４０の位相接続部が機械主軸内の給電ストリンガ５４と接続されている。これに対し、消費装置４０の電気アースは、機械工具連結要素３２の環状面３４と機械主軸１２の平面部３０とを通じて、回転軸受を介してアースされている機械主軸１２において行われている。これとは択一的に、機械工具内に１個または複数個の一緒に回転する電気接点部位を設け、該電気接点部位が、機械工具内の消費装置に対し、主軸側接点要素および工具側接点要素を介してそれぞれ位相接続とアース接続とを可能にするようにしてもよい。
【００４９】
図４は、電気エネルギーを機械主軸１２から連結要素３２へ伝送するための、図１の接点部位３８の他の実施形態を示している。接点部位３８の機械主軸側部分は、図２および図３を用いて説明した実施形態のように実施されている。しかし、前記接点部位の工具側部分は、コイルばねの代わりに、導電性材料から成る弾性球体９４を有している。図２および図３を用いて説明した接点部位の実施形態の場合のように、弾性球体９４は接点要素として作用する球体４６を接点要素４４に対し押圧させる。これは、機械主軸１２の回転時に遠心力ＦＺの遠心力成分ＦＮによって補助される。
【００５０】
図５は、電気エネルギーを機械主軸１２から連結要素３２へ伝送するための、図１の接点部位３８の他の実施形態を示している。接点部位３８の機械主軸側部分は、図２および図３を用いて説明した実施形態のように実施されている。この接点部位は、連結要素３２に、弾性二重接点９６として形成された電気接点要素を有している。弾性二重接点９６も、スリーブ９８として構成された支持装置または保持装置内に受容されている。ここでも二重接点９６と接点要素４４との当接は遠心力によって補助される。
【００５１】
図６に図示した、電気エネルギーを機械主軸１２から連結要素３２へ伝送するための接点部位の実施形態では、傾斜穴６８は、連結要素３２の環状平面部３４に対し開口しているテーパー部９９を備えている。このテーパー部９９にはエラストマー体１００が配置されている。エラストマー体１００は、工具側接点要素４６として作用する球体を、球冠部分１０４を除いて取り囲んでいる。球体４６は給電ストリンガ７２に接続されている。給電ストリンガ７２の一部分はエラストマー体１００によって取り囲まれている。エラストマー体１００はＯリング１０６を用いて連結要素３２で保持されている。エラストマー体１００は波形外側輪郭１０８を有し、該波形外側輪郭１０８により補助密封作用が得られる。エラストマー体１００は弾性作用を有しており、連結要素３２が機械主軸１２に接続されているときに球体４６を主軸側接点要素４４に対し押圧させる。この実施形態でも、球体４６と接点要素４４との当接は遠心力ＦＺの成分ＦＮによって補助される。同時に、エラストマー体１００は工具側接点要素として作用する球体４６を安定させる。接点部位のこの実施形態では、次のようにして工具受容側部分を非常に簡単に取り付けることができるので有利である。まず、球体４６をエラストマー体１００の中に埋設する。次に、エラストマー体１００を傾斜穴６８の中へ挿入または圧入する。その後エラストマー体を圧入位置で固定またはロックさせる。エラストマー体１００はたとえばシリコーン等のゴム材料から成っており、その硬度を調整することができる。これとは択一的に、エラストマー体１００をテフロン（登録商標）材料から実施してもよい。このときエラストマー体は非常に高い作動温度に耐えることができる。また、工作機械への適用分野においては、テフロン（登録商標）の防塵特性も有利である。
【００５２】
図７は、電気エネルギーを機械主軸１２から連結要素３２へ伝送するための、図１の接点部位３８の他の実施形態を示している。接点部位３８の機械主軸側部分は、図２および図３を用いて説明した実施形態のように実施されている。接点部位は、電気接点要素として、連結要素３２に球体４６を有している。球体４６は電気絶縁材料から成るテーパーケージ８０内に配置されている。この場合テーパーケージ８０は、球体４６が球冠部分でもってテーパーケージ８０の端面領域８８から突出するように構成されている。テーパーケージ８０内では、球体４６が導電体１０８に当接しており、導電体１０８内には傾斜穴１１０が設けられている。導電体１０８はシャフト１１２を有し、シャフト１１２はＯリング１１４によって取り囲まれている。導電体１１０は、テーパーケージ８０内にあるガイド１１６内に受容されている。
【００５３】
図８は図２の部分ＶＩＩＩの拡大図である。データ伝送用のインターフェース部位４２は、機械主軸１２内に配置されている誘導性データ伝送要素１１８を有している。データ伝送用のインターフェース部位４２は、機械工具３６の連結要素３２内にある誘導性データ伝送要素１２０を含んでいる。データ伝送要素１１８は機械主軸１２の平面部３０に設けた穴１２２内にある。穴１２２は機械主軸１２内で主軸軸線２０に対し平行に延在している。データ伝送要素１２０のために、連結要素３２の環状平面部３４に穴１２４が設けられている。この穴１２４も連結要素３２内で機械主軸１２の主軸軸線２０に対し平行に延在している。連結要素３２が機械主軸１２に当接すると、穴１２４は穴１２２と整列する。
【００５４】
無接触データ伝送のための前記接続部位は、基本的には、容量性カップリングを用いたデータ伝送、電磁波を用いたデータ伝送、または光を用いたデータ伝送に対しても構成することができる。この場合、データ伝送要素１１８，１２０は対応的に容量部として、電磁送受信器または光導体として構成されていなければならない。
【００５５】
図９は、部分断面図として、工具受容部２８を備えた機械主軸１２の択一的実施形態を示している。工具受容部２８内には連結要素３２が受容されている。連結要素３２もＨＳＫインターフェースを有している。ここでは電気エネルギーおよびデータを伝送するための共通の接点・接続部位１２５のみが設けられている。
【００５６】
図１０は図９の線Ｘ−Ｘによる断面図である。接点・接続部位１２５の機械主軸側部分は、平面部として形成された機械主軸１２の端面３０に設けた交換可能な板１２６に受容されている。交換可能な板１２６は固定ねじ１２８を用いて機械主軸１２に固定されている。板１２６は機械主軸１２の平面部３０と整列している。板１２６は安定な材料から成り、たとえばエポキシ樹脂または鋼から成っている。板１２６は機械主軸１２の平面部３０を安定化させる。板１２６には、第１の電気接点要素１３０と他の電気接点要素１３２とが受容され、これら電気接点要素は、電気エネルギーを機械主軸１２の第１および第２の給電ストリンガ１３６から機械工具３６の連結要素３２へ伝送するために用いる。
【００５７】
図１１は図９の部分ＸＩの拡大図である。電気接点要素１３０，１３２は板１２６に傾斜穴として形成された受容部１３８内にある。
【００５８】
受容部１３８内には、Ｏリング１３９を備えた主軸側電気接点要素１３２が固定されている。主軸側接点要素１３２は凹状表面１４０を有している。この凹状表面は付属の接点要素１４２を係合させるために形成されたもので、該接点要素１４２は球体として形成され、機械工具３６の連結要素３２内にある。
【００５９】
工具側接点要素１４２はエラストマー体１４４に設けた接点要素３２に配置され、エラストマー体１４４のためには、連結要素３２の環状平面部３４に傾斜穴１４６の形態の受容部が設けられている。
【００６０】
傾斜穴１４６は、連結要素３２を機械主軸１２に接続した時に、傾斜穴１３８として機械主軸１２に形成された凹部と整列する。しかし、基本的には、傾斜穴１３８，１４６が互いに角度を成すようにしてもよい。
【００６１】
球体として形成された工具側接点要素１４２は、球冠部分１４８でもってエラストマー体１４４から突出している。図７を用いて説明した接点部位の実施形態の場合のように、球体状の工具側接点要素１４２のエラストマー体１４４は主軸側接点要素１３２に対し押圧される。この押圧力は、機械主軸１２の回転時の遠心力の作用で増幅される。インターフェース１２５の機械主軸側部分の交換およびクリーニングのためには、板１２６用の固定ねじ１２８を外すだけでよい。
【００６２】
さらに、板１２６にはデータ伝送要素１５０が組み込まれている。データ伝送要素１５０は、交換可能な板１２６の、主軸軸線２０に対し好ましくは平行に配向された穴１４４であって受容部として作用する前記穴１４４に、受容されている。
【００６３】
機械主軸１２は送風空気用の通路を有し、該通路は板１２６に出口１４３を有している。これにより、エネルギーおよびデータ伝送用の接点・接続部位の汚染を送風空気でもって防止することが可能になる。
【００６４】
図１２は、工具受容部２２８を備えた工具主軸２１２の他の択一的実施形態の部分断面図である。工具受容部２２８内には連結要素２３２が受容されている。連結要素２３２はショートテーパー部２３８を備えたインターフェースを有している。この実施形態でも、電気エネルギーおよびデータ伝送用の共通の接点・接続部位３２５が設けられている。連結要素２３２にはグリップ溝２３３が形成され、グリップ溝２３３は背面２３４を有し、背面２３４は主軸軸線３２０を備えた機械主軸２１２の工具受容部２２８の端面３００に対し対向している。この背面２３４はセグメント状に形成されていてもよい。ここでは、連結要素２３２の背面２３４と工具受容部２２８の端面３００との間に空気間隙２３５が設けられている。すなわち、ここでは、連結要素２３２の背面２３４と工具受容部２２８の端面３００とは平面当接部を形成している。
【００６５】
図１３は図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩによる断面図である。接点・接続部位３２５の機械主軸側部分は、図１０を用いて説明した実施形態と同様に実施されている。この機械主軸側部分は、機械主軸２１２の工具受容部３２８の端面３００に設けた交換可能な板３２６内に設けられている。機械主軸側接点・接続部位のアッセンブリの説明に関しては、図１０に関する前記説明を指摘しておく。なお、図１３では、図１０の参照符号に２００を加えたものを使用している。板３２６内には第１の電気接点要素３３０と他の電気接点要素３３２とが受容され、これらの電気接点要素は第１および第２の給電ストリンガ３３６からの電気エネルギーを機械主軸２１２から機械工具の連結要素２３２へ伝送するために用いる。
【００６６】
図１４は図１２の部分ＸＩＶの拡大図である。電気接点要素３３０，３３２は、傾斜穴として板３２６に形成した受容部３３８内にある。すなわち、主軸側電気接点要素３３２は受容部３３８内にＯリング３３９を用いて固定されている。主軸側接点要素３３２は凹状表面３４０を有している。この凹状表面３４０は付属の接点要素３４２を係合させるために形成され、接点要素３４２は球体として形成され、機械工具の連結要素２３２内にある。工具側接点要素３４２は交換可能な保持装置３５１内にある。保持装置３５１は、連結要素２３２の背面２３４に設けたグリップ溝機構２３３のセグメントに受容されている。保持装置３５０には、工具側接点要素３４２がエラストマー体３４４内に配置され、エラストマー体３４４に対しては、傾斜穴３４６の形態の受容部が設けられている。
【００６７】
傾斜穴３４６は、連結要素２３２を機械主軸２１２に接続した時に、傾斜穴３３８として機械主軸２１２に形成された凹部と整列する。しかし、基本的には、傾斜穴３３８，３４６が互いに角度を成していてもよい。
【００６８】
球体として形成された工具側接点要素３４２は、球冠部分３４８でもってエラストマー体３４４から突出している。図７を用いて説明した接点部位の実施形態の場合と同様に、球体状の工具側接点要素３４２のエラストマー体３４４は主軸側接点要素３３２に対し押圧される。機械主軸２１２の回転時の遠心力の作用でこの押圧力は増幅される。
【００６９】
機械主軸２１２に設けた板３２６にはデータ伝送要素３５０が組み込まれている。データ伝送要素３５０は、主軸軸線２０に対し好ましくは平行に配向された穴３４４であって受容部として作用する前記穴３４４に受容されている。データ伝送要素３５０には、保持装置３５１内の穴内にあるデータ伝送要素３５２が付設されている。
【００７０】
データ伝送要素３５０，３５２は、データを機械主軸２１２から連結要素２２８へ、およびその逆の方向に無接触伝送するように構成されている。連結要素２２８で受容されている、電気接点要素３４２およびデータ伝送要素３５２用の保持装置３５１は、機械主軸の連結要素２３２に設けた板３２６にわずかな空気間隙をもって位置している。塵埃の進入を回避するため、この空気間隙は好ましくは数マイクロメートルにすぎない。しかし、保持装置３５１の表面と板３２６とが互いに直接当接していてもよい。
【００７１】
以上を総括すると、以下のようになる。本発明は、主軸軸線２０のまわりに回転可能で原動機で駆動される機械主軸１２を備えた工作機械に関わる。機械主軸１２は端面側に工具受容部２８を有している。機械主軸１２には、交換可能に機械工具３６が配置されている。機械工具は、前記機械主軸１２の前記工具受容部２８と互換性がある連結要素３２を有している。連結要素３２は、前記機械主軸側に背面３４を備えている。工具受容部２８は、前記連結要素３２の前記背面３４に対向している端面３０を有している。工作機械は、前記機械主軸１２と前記機械工具３６との間に配置される電流またはデータ伝送用の一緒に回転する少なくとも１つの電気接点部位３８を備えている。該電気接点部位３８は、前記工具受容部２８の前記端面３０に配置されている主軸側接点要素４４と、前記連結要素３２の前記背面３４に配置されている工具側接点要素４６とを有している。前記主軸側接点要素４４と前記工具側接点要素４６とは、前記主軸軸線２０のまわりでの前記機械主軸１２の回転の際に発生する遠心力成分の作用で互いに相対的に可動であり、且つ互いに押圧しあって接点を形成する。
【図１】
0005642158.tif 000002
【図２】
0005642158.tif 000003
【図３】
0005642158.tif 000004
【図４】
0005642158.tif 000005
【図５】
0005642158.tif 000006
【図６】
0005642158.tif 000007
【図７】
0005642158.tif 000008
【図８】
0005642158.tif 000009
【図９】
0005642158.tif 000010
【図１０】
0005642158.tif 000011
【図１１】
0005642158.tif 000012
【図１２】
0005642158.tif 000013
【図１３】
0005642158.tif 000014
【図１４】
0005642158.tif 000015