(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータユニット（１６）と回転軸線の周りに回転可能な少なくとも１つのローター軸（８）を有するローターユニット（１５）とを有する、多軸回転ヘッド、モータースピンドル（２）、回転テーブル等のような電動工作機械ユニット（２）であって、
前記ローターユニット（１５）は、ツール入れおよび／または工作物入れの端部領域内に配置された少なくとも１つの第１軸受ユニットと、前記ステータユニット（１６）内に前記ローター軸（８）を取り付けるための、反対端部領域（１８）内に配置された第２軸受ユニット（１９）と、を備え、
前記ステータユニット（１６）と前記ローターユニット（１５）との間に電気エネルギを伝達するための少なくとも１つの電気エネルギ伝達ユニット（１０）が設けられ、
前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）は、少なくとも２つの動作可能に連結されたコイル（１３，１４）を有し
前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）が、前記ツール入れおよび／または工作物入れと反対の前記端部領域（１８）内で且つ前記第２軸受ユニット（１９）に対して軸方向に配置され、
回転軸（Ｄ）の方向に配向された軸方向間隔（２０）またはギャップ（２０）が、前記２つの動作可能に連結されたコイル（１３，１４）の間に設けられ、
前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）の前記コイル（１３，１４）の少なくとも一方を軸方向に調整するための少なくとも１つの再調整ユニット（２１）が設けられ、
前記再調整ユニット（２１）は、少なくとも１つのスプリングエレメント（２１）を備える、ことを特徴とする電動工作機械ユニット（２）。
【請求項２】
前記第２軸受ユニット（１９）をガイドするために、少なくとも１のガイドエレメント（１１）が前記第２軸受ユニット（１９）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電動工作機械ユニット。
【請求項３】
前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）の少なくとも１部および／または前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）の前記コイル（１３）の少なくとも１つは、前記ガイドエレメント（１１）および／または前記第２軸受ユニット（１９）に対して軸方向に配置され、または前記ガイドエレメント（１１）に固定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動工作機械ユニット。
【請求項４】
前記再調整ユニット（２１）は、前記ガイドエレメント（１１）を軸方向に再調整する請求項３に記載の電動工作機械ユニット。
【請求項５】
前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）は、前記ローターユニット（１５）の回転位置を感知するための回転式エンコーダデバイス（２２）を少なくとも部分的に備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動工作機械ユニット。
【請求項６】
前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）は、前記回転式エンコーダデバイス（２２）のための少なくとも１つの検出構造体を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動工作機械ユニット。
【請求項７】
前記電気エネルギ伝達ユニット（１０）の前記検出構造体が前記回転式エンコーダデバイス（２２）のセンサに動作可能に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載の電動工作機械ユニット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動工作機械ユニット（２）を有している工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による、多軸回転ヘッド、モータースピンドル、回転式テーブル等のような電動工作機械ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピンドル等の電動工作機械ユニット、特に、モータースピンドル、回転式テーブルまたは多軸回転ヘッド等では、ローターユニットが、そのローター軸を手段としてステータユニット内／上にどのように取り付けられるかに関して、２つの異なる軸受配置が原理としてある。しかし、その詳細は、実施形態に応じて多少変化し得る。
【０００３】
第１の軸受原理では、各場合において、１つまたは２つの段付き玉軸受は、ローター軸の前部および後部の両方に通常位置決めされている。例えば、いわゆるＯまたはＸ配置として知られているものの中に配置された段付き玉軸受は、半径方向力および軸方向圧縮力を吸収する。後部軸受は半径方向力および軸方向引張力を吸収する。
【０００４】
第２の可能性または軸受配置は「固定された／浮動している軸受の組み合わせ」と呼ばれている。この場合、軸受は、前部軸受位置または軸受ユニットが固定軸受の形をとり、半径方向力および軸方向力を両方向で吸収するように通常設計されている。後部軸受位置または軸受ユニットは、この場合は、浮動軸受けとして構成され、半径方向の力のみを吸収する。この「固定された／浮動している軸受の組み合わせ」は、工学的力学に起因する非常に明白に構造化された力分散配置である。
【０００５】
例えば、工作機械スピンドルにおいて、浮動軸受として知られているものは、（単一の）転がり軸受または円筒ころ軸受の援助により、ツール入れもしくは工作物入れから、スピンドルの後部領域内またはローター軸の反対端にしばしば実現されている。この円筒ころ軸受は、一般的に、内レース、一体化されたローラーまたは転動体を備えたケージおよび外レースから成る。ローラーケージは内レースまたは外レースのいずれかを介してガイドされ保持されている。
【０００６】
数十年間、実際に用いられているこの配置は、後部軸受が軸方向力を吸収することができないことも示唆している。その結果、シャフトまたはローターユニットの膨張動作の大部分が、それらが外力もしくは熱膨張の結果または温度影響かどうかに関係なく、後部領域にのみ作用する。まわり回って、これは、例えば、モータースピンドルにおいて、１０分の数ミリメートル、または約１ミリメートルまでの軸方向移動が、取り付けられたモーター軸の後部領域内に時々発生するという結果を有する。しかし、工作機械領域において／にとって非常に大きい長さのそのような移動または変化は、この時点では、いかなる破壊的影響も通常有していない。
【０００７】
そのような工作機械ユニットにおける前述の固定された／浮動している軸受の組み合わせの大きな利点は、ツール入れ近くに取り付けられている固定軸受が、前部領域内のスピンドルの軸方向移動を最小限に低減しているということである。これは、まわり回って、ツールが非常に小さな軸方向変位にのみ晒されるという結果を有する。これは、特に現代の工作機械工業または現代の高性能モータースピンドル等において非常に有利である。なぜならば、超高精度は、ＣＮＣ機械等のような対応する工作機械の今日の要求であるからである。ここで、精度は、さらに、１００分の１ミリメートルだけでなく、１０００分の１ミリメートルも是非維持される必要がある。
【０００８】
さらに、近年、機械加工のために、特に送り込みや角速度等のパラメータのために増加の要求を満たす必要がある。それにより、その間に、ツールがさらに用いられるようになり、そこにおいては、機械加工中に、実際の厚さまたは寸法精度が、対応するセンサにより判定され、工作機械を制御またはツールを調整するために用いられる。例えば、ローター軸上に、または（回転する）ツール内に／上に配置される超音波センサが用いられるようになった。この目的のために、近年、電気的回転式フィードスルーまたはエネルギ伝達システムがますます使用され、それらは工作機械ユニットの静止部品またはステータから工作機械ユニットの回転部品またはローターへ電気エネルギを伝達する。
【０００９】
これは、例えば伝達コイルを使用して達成される。伝達コイルは、伝達コイルは、（フェライトコアを備えた）２つの動作可能に接続されたコイルから実質的に成ると共に間に非調整可能または規定されたギャップが存在する。ギャップの寸法精度は、エネルギ伝達および／または信号送信を害さないために非常に重要である。したがって、ギャップの寸法精度がこれまでここで保証されることだけができているので、これらの伝達コイルは、工作物または前部固定軸受の前部領域内にこれまで配置されている。
【００１０】
しかし、欠点は、ツールの前部領域では、埃、チップ、冷却潤滑剤等の結果として、エネルギ伝達ユニットおよび特にギャップの損傷または汚染、したがって、とりわけ、信号送信の損傷が発生するリスクがあるということである。その結果、ツールの制御におけるエラーおよび、したがって機械加工の不正確が生じる。
【００１１】
それにより、伝達ユニットは、設置空間も占め、ツール機械加工の領域では非常に破壊的であり、加えて、ここでは、工作物と衝突するスピンドルのリスクもある。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的および効果
この背景に対して、本発明の目的は、現代の工作機械または工作機械ユニットの増加する要求にうまく適合する、工作機械または電動工作機械ユニットを提案することである。
【００１３】
導入で言及されたタイプの工作機械ユニットから進んで、本目的は請求項１の特徴により達成される。本発明の有利な実施形態および開発は、従属クレームで言及された手段により可能である。
【００１４】
したがって、本発明による工作機械ユニットは、電気エネルギ伝達ユニット、特に、各々が有利なフェライトコアを有する２つの動作可能に接続されたコイルが、ツールおよび／または工作物入れと反対の領域、特に、後端領域内に、および／または第２軸受ユニット上または浮動軸受上に配置または少なくとも部分的に固定されていることを特徴とする。
【００１５】
したがって、本発明によれば、先に実施された原理の逆が実現されている。先に実施された原理は、工作機械ユニットにおいて数十年間成功していると証明した。。これは、本発明が、モータースピンドル等のような工作機械ユニットにおける先の固定／浮動軸受原理から逸脱するだけでなく、矛盾することを意味している。これは、できるだけ誤差や損傷が発生しないように、コイル間のギャップが可能な限り一定にされる、または非調整可能／規定される必要があるためである。これまで、基本的には、約１ｍｍまでの長さの温度関連の比較的大きな増加を伴う、工作機械ユニットの後部領域のコイル間のギャップの配置を避けていた。
【００１６】
特にローターユニットまたはローター軸の長さまたは膨張の軸方向変化は、実質的にシステムにおける熱変化または熱損失に基づいている。しかし、ローターユニットの関連する軸方向の変化または膨張は、比較的ゆっくり効力を生じる。
【００１７】
しかも、工作機械ユニットの後部領域内のエネルギ伝達ユニット、または機械加工／ツール／工作物から離れた側のエネルギ伝達ユニットと、エネルギ伝達ユニットの比較的任意の位置決めおよび（大きい）寸法取りとが実現されることができる。この領域では、本発明によるエネルギ伝達ユニットは、機械加工を妨げないし、また、機械加工される工作物等との衝突またはそれらへの損傷のいかなるリスクもない。
【００１８】
好ましくは、第２軸受ユニットは、浮動軸受、例えば玉軸受、またはＯもしくはＸ配置の２つの段付き玉軸受の形をしている。これは、第２軸受ユニット、または浮動軸受が半径方向力だけを吸収することができ、軸方向力を吸収できないことを意味している。
【００１９】
有利なことに、エレメント、特に、ガイドエレメントおよび／またはガイドスリーブが設けられていて、そのエレメントは第２軸受ユニット、特に、後部軸受または浮動軸受の外レースにしっかりと接続され、また、そのエレメントは軸方向の位置または長さの変化を伝達し、および／または特にステータユニットの静止部品に対して軸方向にまたは互いに対して変位可能である。
好ましくは、スプリングエレメントが設けられ、そのエレメントにより、特に、ガイドエレメントおよび／またはガイドスリーブが有利に位置固定されている。
【００２０】
有利なことに、少なくともガイドエレメントおよび／または電気エネルギ伝達ユニットのコイルの１つを軸方向に調整するための少なくとも１つの再調整ユニットが設けられている。有利な再調整ユニットの支援により、特にローター軸における長さの温度関連の変化を、２つの動作可能に接続されたコイル間の間隔またはギャップを等しくし、または一定に維持することができるという点で補償することができる。これは有利な信号送信または品質保証ひいては改善された動作を確実にする。
【００２１】
例えば、再調整ユニットは、能動的な再調整ユニットとして実現することができ、そこにおいては、例えば、長さの変化、特にローター軸等の長さの温度関連の変化を感知するための感知ユニットの支援で、アクチュエータは制御されることができ、その結果、第１静止コイルに動作可能に接続された第２コイルを（軸方向に）（再）調整する。このように、２つの動作可能に接続されたコイル間の（軸方向の）間隔または（回転軸の方向に配向された）ギャップを維持することにおいて高精度が達成されている。
【００２２】
好ましくは、再調整ユニットは、少なくとも１つのスプリングエレメントを備えている。このようにして、２つの動作可能に接続されたコイル間のギャップまたは間隔を再調整または一定にするための建設的な経費および制御テクノロジの構築の経費は、有利に縮小または最小限にされる。これは、経済的に好ましい動作および有利な信号送信または動作を同時にもたらす。
【００２３】
例示的実施形態
本発明の例示的実施形態が図面に示され、図を参照しつつより詳細に以下の文に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による、浮動軸受ユニットと第１電気エネルギ伝達ユニットとを備えた第１モータースピンドルの後部領域を通る概略断面図を示す。
【図２】本発明による、浮動軸受ユニットと第２電気エネルギ伝達ユニットとを備えた第２モータースピンドルの後部領域を通る概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図は、本発明の２つの類似した実施形態を概略的に示し、ローター軸８は、「後部領域」１８として知られる領域内に後部軸受１９を有している。後部領域１８は、モータースピンドルのツール／工作物（より詳細には示されていない）から離れている。軸受１９は、浮動軸受１９の形態をとり、ガイドリング１１を介してモータースピンドルのステータユニット１６に接続されている。
【００２６】
ガイドリング／エレメント１１上に配置され／固定されているのは、第１コイル１３、特にフェライトコアコイル１３であり、それは第２コイル１４またはフェライトコアコイル１４に動作可能に接続されている。第２フェライトコアコイル１４は、ローター軸８上に配置され／固定されている。
【００２７】
モータースピンドル２の動作中、即ち、ローター軸８が回転している時、ローター軸８は特に、熱くなり、したがって、ローター軸８の長さＬに変化が生じる。回転軸Ｄ方向の長さＬにおけるこの変化は、２つのモーターコイル１３、１４間の軸方向ギャップ２０を変化または拡大させ、これは一方のコイル１３、１４から他方のコイル１３、１４への電気信号送信には不利である。本発明によれば、しかしながら、「静止」コイル１３の軸方向調整は、ガイドリング１１およびスプリング２１により行なわれる。好ましくは、数個のスプリング２１が円周方向に可能な限り規則的に分配された方法で配置されている。
【００２８】
回転軸Ｄに沿ったローター軸８の、特に温度関連の膨張が生じた場合には、軸受ユニット１９の内レースは、したがって、長手方向Ｌに調整され、これは、転動体またはボールおよび、また、転がり軸受１９の外レースおよびガイドリングを介して、非回転または「静止」コイル１３の軸方向調節を有利に生じさせる。１つのスプリング２１または複数のスプリング２１により、有利な復元力が、特に、発生させられ、または、転がり軸受１９の外レースへのガイドリング１１の圧力が発生させられる。
【００２９】
さらに、有利な回転式トランスデューサ２２が設けられ、それは、ステータユニット１６、または非回転もしくは「静止」コイル１３、またはガイドリング１１に動作可能に接続されている。ローターユニット１５を備えている歯部構造２３は、円周方向のローター軸８の位置を有利に感知することを可能にする。
【００３０】
例えば、約２０°から２００°Ｃへの温度の変化が生じた場合には、約１ｍｍの長さＬの変化が発生させられる。これは、２つのコイル１３、１４間の信号送信上に負の影響を有し、しかし、これは、本発明により有利に抑えられている。これは、本発明によれば、モーター軸８の長さＬが変化することにより、送信される電気信号の不利な変化が防止されるからである。
【００３１】
一般に、本発明によれば、異なるパラメータまたはプロセスパラメータ等は、回転している側、またはローターユニット１５によりモニターされ／通信される。したがって、例えば、本発明は、パラメータ、即ち、物質量、磁気、電磁放射、取り付け、音響、温度、振動、間隔、力、振動、衝突および誘導および／または同様のもののために使用されることができる。
【００３２】
静止側、またはステータユニットでは、プロセス分析または評価／制御／調整／プロセス制御が有利に行なわれることができ、特に、ディジタルフィルタ、アナログフィルタ、「Ｂボックス」として知られているもの、また、位相ロックループおよび／または同様のものが使用されることができる。
【符号の説明】
【００３３】
２          モータースピンドル
３          コイルケーブル
４          回転式エンコーダケーブル
５          フェライトコア
６          フェライトコア
７          転動体
８          モーター軸
１０        エネルギ伝達ユニット
１１        ガイドエレメント
１３        コイル
１４        コイル
１５        ローターユニット
１６        ステータユニット
１８        端部領域
１９        軸受
２０        ギャップ
２１        スプリング
２２        回転式エンコーダ
２３        歯部
Ｌ          長さの変化
Ｄ          回転軸
【図１】
0006691927.tif 000002
【図２】
0006691927.tif 000003