[发明专利]具有多个涡轮的从动工具架

说明书

本发明涉及一种工具架，其具有多个不同的自由射流涡轮，使得其可以根据加工任务以不同的工作转速和不同的操作点操作。

技术领域

本发明涉及一种从动工具架，其主轴借助于自由射流涡轮驱动。该自由射流涡轮可由液态或气态的流体(例如，冷却润滑剂或空气)或两相混合物驱动。

背景技术

DE102009012805A1、EP3043957B1、EP2623258B1和DE102016212896B4描述了使用自由射流涡轮来驱动工具架的主轴。

DE10041854A1描述了一种主轴头，其主轴由压缩空气驱动。安装有比例阀以调节主轴的转速。一部分过压在比例阀中被分解，以根据需要降低主轴的转速。

比例阀是一种(静态)阀，其不仅允许几个离散的切换位置，而且允许阀开口或切换位置的恒定转移。流量阀影响流体的体积流量[cm³/s]。具有输入和输出的比例阀也被称为流量阀。还存在具有多于两个工作端口的比例阀。

JP2006102835A描述了包括两个转子的主轴单元。转子连接到共享的压缩空气源。US305512中描述了类似的设计，其描述了由压缩空气驱动的牙科钻头。

US3305214描述了一种差动涡轮，其同样由压缩空气驱动并且包括在轴上沿相反方向旋转的两个涡轮叶轮。经由摩擦接合的机械联动装置，由涡轮叶轮传递到涡轮轴的扭矩取决于两个涡轮叶轮之间的转速差。

工具驱动的主轴具有用于工具的工具接收部。小工具直径需要非常高的转速，以便于经济的和高质量的加工。

自由喷射涡轮包括旋转转子和一个或多个固定喷嘴。流体以高速离开喷嘴。流体与转子接触，从而使转子和主轴旋转。

在喷嘴中，流体的压力转换成动能。喷嘴之前和之后的流体的压力差决定了流体射流的最大可实现速度。流体的速度和由喷嘴发射的流体射流的横截面的乘积确定了流体的可用输出。涡轮的转速和扭矩取决于转子的直径。

发电中使用的自由射流涡轮(通常为Pelton涡轮)以由净频率规定的恒定转速工作。由于恒定的压头，喷嘴喷出的水的速度也是恒定的，并且流速由供水限定。

用于驱动工具的小型涡轮的要求与之有很大不同。所使用的工具的各种材料(例如钢或铝)或直径(例如直径为1mm或3mm的铣刀或钻头)需要调节转速和可用扭矩以便于有效加工。

在现有的解决方案中，由于喷嘴横截面不能改变，所以涡轮的输出和转速仅能通过喷嘴中的压力差来调节，并因此流体的喷射速度也能单独调节。

如果这种流体驱动的工具架提供有作为工作流体的冷却润滑剂，则存在于工具机上的冷却润滑剂泵被“盗用”。这些用于不同目的(将冷却润滑剂输送到工具护套)的泵通常不允许任意调节输送压力和体积流量。根据机器的泵的特性曲线，在较大体积流量的情况下，压力可能下降并且进一步限制设置范围。

为了抵消这种情况，这种工具架的制造商提供了各种不同的工具架，其涡轮已经根据涡轮直径、涡轮设计和喷嘴装置而针对某些转速范围和扭矩范围进行了优化。如果从动工具架的相对窄的工作范围不适于加工特定的工件，则用户必须获得额外的工具架，该工具架的涡轮具有用于相应任务的合适的工作范围。投资成本或多或少地与工具架的数量一致地增加。另外，在加工过程中无法优化或改变工具架的工作范围，因为必须始终用工具更换整个工具架才能改变主轴的转速或扭矩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从动工具架，其克服了当前技术状态的缺点。特别地，提供了一种能够灵活适应各种材料和工具并且具有宽的工作范围的工具架。