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DE102011116704A1 - Motor-propelled machine tool unit e.g. rotatable motor spindle, has stator assembly including bearing housing for holding rolling body, and rotor shaft and bearing housing including running paths of rolling body - Google Patents

Motor-propelled machine tool unit e.g. rotatable motor spindle, has stator assembly including bearing housing for holding rolling body, and rotor shaft and bearing housing including running paths of rolling body Download PDF

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DE102011116704A1
DE102011116704A1 DE201110116704 DE102011116704A DE102011116704A1 DE 102011116704 A1 DE102011116704 A1 DE 102011116704A1 DE 201110116704 DE201110116704 DE 201110116704 DE 102011116704 A DE102011116704 A DE 102011116704A DE 102011116704 A1 DE102011116704 A1 DE 102011116704A1
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Germany
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unit
bearing
bearing housing
rotor shaft
rolling body
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Withdrawn
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DE201110116704
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German (de)
Inventor
Joachim van Sprang
Börne Rensing
Oswald Bayer
Uwe Rondé
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Franz Kessler GmbH
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Franz Kessler GmbH
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Publication date
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Abstract

The unit e.g. rotatable motor spindle (2), has a rotor assembly (10) including a rotor shaft (12) that rotates around rotational axis and including a bearing unit (1) arranged in an end region of a tool-and/or work piece receiver (3) and another bearing unit for bearing the rotor shaft in a stator assembly (9). The bearing units include a rolling body (5), and the stator assembly includes a bearing housing (8) for holding the rolling body. The rotor shaft of the rotor assembly and a bearing housing of the stator assembly include running paths (6, 7) of the rolling body.

Description

Die Erfindung betrifft eine motorisch angetriebene Werkzeugeinheit wie ein Mehrachsendrehkopf, eine Motorspindel, ein Drehtisch oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a motor-driven tool unit such as a multi-axis turning head, a motor spindle, a turntable or the like according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Bei motorisch angetriebenen Werkzeugmaschineneinheiten wie Spindeln, insbesondere bei Motorspindeln, oder bei Drehtischen oder Mehrachsendrehköpfen etc. gibt es im Grundsatz zwei verschiedene Lageranordnungen, wie die Rotoreinheit mit ihrer Rotorwelle in/an der Statoreinheit gelagert wird. Dies kann allerdings je nach Ausführung im Detail etwas variieren.In motor-driven machine tool units such as spindles, especially in motor spindles, or turntables or multi-axis turrets, etc., there are in principle two different bearing arrangements, as the rotor unit is mounted with its rotor shaft in / on the stator. However, this may vary somewhat in detail depending on the version.

Bei einem ersten Lagerungsprinzip werden jeweils ein oder zwei Schrägkugellager sowohl vorne als auch hinten an der Rotorwelle platziert. Die Schrägkugellager, zum Beispiel in so genannter O- oder -X-Anordnung, nehmen Radialkräfte und/oder axiale Druckkräfte auf. Die hinteren Lager nehmen Radialkräfte und axiale Zugkräfte auf.In a first storage principle, one or two angular contact ball bearings are placed both at the front and at the rear on the rotor shaft. The angular contact ball bearings, for example in so-called O or X arrangement, absorb radial forces and / or axial compressive forces. The rear bearings absorb radial forces and axial tensile forces.

Die zweite Möglichkeit bzw. Lageranordnung wird als so genannte Fest-Loslager-Kombination bezeichnet. Hierbei werden die Lager derart gestaltet, dass die vordere Lagerstelle bzw. Lagereinheit Radialkräfte und Axialkräfte in beide Richtungen aufnimmt, wobei die hintere Lagerstelle bzw. Lagereinheit ausschließlich Radialkräfte aufnimmt. Diese Fest-Loslager-Kombination ist eine aus der technischen Mechanik resultierende, sehr klar strukturierte Kraft aufteilende Anordnung.The second possibility or bearing arrangement is referred to as a so-called fixed-floating bearing combination. Here, the bearings are designed such that the front bearing or bearing unit receives radial forces and axial forces in both directions, the rear bearing or bearing unit receives only radial forces. This fixed-floating bearing combination is a resulting from the technical mechanics, very clearly structured force dividing arrangement.

Beispielsweise bei Werkzeugmaschinenspindeln wird häufig im hinteren Bereich der Spindel bzw. am der Werkzeug-/Werkstückaufnahme entgegen gesetzten Ende der Rotorwelle das so genannte Loslager mit Hilfe eines Zylinderrollenlagers aufgebaut. Diese Zylinderrollenlager bestehen bisher aus einem Innenring, einem Käfig mit integrierten Rollen bzw. Wälzkörpern und einem Außenring. Der Rollenkäfig ist entweder über den Innenring oder über den Außenring geführt und gehalten.For example, in the case of machine tool spindles, the so-called floating bearing is often constructed in the rear region of the spindle or on the end of the rotor shaft opposite the tool / workpiece holder with the aid of a cylindrical roller bearing. These cylindrical roller bearings consist of an inner ring, a cage with integrated rollers or rolling elements and an outer ring. The roller cage is guided and held either over the inner ring or over the outer ring.

Die zum Betrieb notwendige Vorspannung des Lagers wird über das Einstellen des so genannten Hüllkreises der Rollen bzw. Wälzkörper gewährleistet. Hierzu muss der Innenring, der die Laufbahn der Wälzkörper bzw. Rollen umfasst, auf einem geschliffenen Lagersitz axial verschoben werden und die den Innenring fixierenden Elemente wie Ringe und Gewinderinge müssen entsprechend angepasst werden.The necessary for operation bias of the bearing is ensured by setting the so-called enveloping circle of the rollers or rolling elements. For this purpose, the inner ring, which includes the raceway of the rolling elements or rollers must be moved axially on a ground bearing seat and the inner ring fixing elements such as rings and threaded rings must be adjusted accordingly.

Nachteilig bei derartigen Lagern ist der vergleichsweise große Aufwand.The disadvantage of such bearings is the relatively large effort.

Aufgabe und Vorteile der ErfindungPurpose and advantages of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine motorisch angetriebene Werkzeugmaschineneinheit vorzuschlagen, die mit im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Aufwand hergestellt bzw. betrieben wird.The object of the invention is in contrast to propose a motor-driven machine tool unit, which is produced or operated with reduced complexity compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Werkzeugmaschineneinheit der einleitend genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.This object is achieved on the basis of a machine tool unit of the aforementioned type by the features of claim 1. The measures mentioned in the dependent claims advantageous embodiments and developments of the invention are possible.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschineneinheit dadurch aus, dass die Rotorwelle der Rotoreinheit oder das Lagergehäuse der Statoreinheit wenigstens eine Laufbahn der Wälzkörper aufweist.Accordingly, a machine tool unit according to the invention is characterized in that the rotor shaft of the rotor unit or the bearing housing of the stator unit has at least one raceway of the rolling elements.

Mit Hilfe der Erfindung kann entweder auf den Innenring oder auf den Außenring der ersten und/oder zweiten Lagereinheit verzichtet werden. Demzufolge reduziert sich die Anzahl der Einzelteile für eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschineneinheit bzw. für die erfindungsgemäßen Lagereinheiten. Insbesondere sind hierbei nicht mehrere bzw. aufwendige Fixierelemente für die Lagerung vorzusehen bzw. zu montieren. So entfallen derartige Fixierelemente wie Fixierringe und Befestigungselemente für den nicht vorhandenen Innenring oder den nicht vorhandenen Außenring des Lagers bzw. der Lagereinheit. Dementsprechend deutlich wird eine Reduzierung der Einzelteile und somit darüber hinaus auch eine Reduzierung des De-/Montageaufwands erreicht, insbesondere bei der Wartung oder Reparatur beeinträchtigter Lagereinheiten.With the aid of the invention, either the inner ring or the outer ring of the first and / or second bearing unit can be dispensed with. As a result, the number of individual parts for a machine tool unit according to the invention or for the storage units according to the invention is reduced. In particular, in this case not to provide or mount multiple or complex fixing for storage. Thus, such fixing such as fixing rings and fasteners for the non-existent inner ring or the non-existent outer ring of the bearing or the storage unit omitted. Accordingly, a reduction of the items and thus also a reduction of the disassembly / assembly effort is achieved, especially in the maintenance or repair impaired storage units.

Die für den Betrieb vorzusehende Vorspannung der erfindungsgemäßen Lagereinheit kann beispielsweise durch eine gezielte Sortierung der Wälzkörper bzw. der Wälzkörperdurchmesser und/oder durch eine vorteilhafte Anpassung der der erfindungsgemäßen Laufbahn gegenüberliegenden, zweiten Laufbahn der Wälzkörper hergestellt werden.The preload of the bearing unit according to the invention to be provided for the operation can be produced, for example, by a targeted sorting of the rolling elements or the rolling element diameter and / or by an advantageous adaptation of the raceway according to the invention, second raceway of the rolling elements.

Vorteilhafterweise ist die Laufbahn der Rotorwelle oder des Lagergehäuses als gehärtete Laufbahn ausgebildet. Das bedeutet, dass die Rotorwelle und/oder das Lagergehäuse wenigstens teilweise oder vollständig eine gehärtete Oberfläche zumindest im Bereich der erfindungsgemäßen Laufbahn aufweist.Advantageously, the raceway of the rotor shaft or the bearing housing is formed as a hardened raceway. This means that the rotor shaft and / or the bearing housing has at least partially or completely a hardened surface at least in the region of the raceway according to the invention.

Vor allem für die erfindungsgemäße Variante, bei der die Rotorwelle der Rotoreinheit die erfindungsgemäße Laufbahn der Wälzkörper aufweist, ist von besonderem Vorteil, dass aufgrund der zum Teil enormen Belastungen moderner Motorspindelrotorwellen diese bereits bisher gehärtet werden. Demzufolge muss für die Härtung der Rotorwelle kein zusätzlicher Herstellungsaufwand in Kauf genommen werden, sondern vielmehr kann das bereits übliche Härten der Rotorwelle zusätzlich zur Herstellung der Laufbahn der erfindungsgemäßen Lagereinheit verwendet werden. Das bedeutet, dass die gehärtete Rotorwelle eine Doppelfunktion aufweist.Especially for the variant according to the invention, in which the rotor shaft of the rotor unit has the rolling element according to the invention of the rolling bodies, it is of particular advantage that due to the sometimes enormous loads modern Motorspindelrotorwellen this already been cured. Accordingly, no additional manufacturing effort has to be accepted for the hardening of the rotor shaft, but rather the already customary hardening of the rotor shaft can additionally be used for producing the raceway of the bearing unit according to the invention. This means that the hardened rotor shaft has a double function.

In vorteilhafter Weise wird die Laufbahn durch Schleifen oder dergleichen hergestellt. Bevorzugt wird beispielsweise die Rotorwelle oder das Lagergehäuse wenigstens teilweise gehärtet und anschließend wird unter anderem die erfindungsgemäße Laufbahn der Wälzkörper bevorzugt durch Schleifen generiert. Hierbei kann die für moderne Werkzeugmaschinenspindeln oder dergleichen notwendige Genauigkeit sicher gewährleistet werden.Advantageously, the raceway is made by grinding or the like. For example, the rotor shaft or the bearing housing is preferably at least partially hardened, and then, inter alia, the raceway of the rolling elements according to the invention is preferably generated by grinding. In this case, the accuracy necessary for modern machine tool spindles or the like can be reliably ensured.

Vorzugsweise umfasst die erste und/oder die zweite Lagereinheit wenigstens ein Zylinderrollenlager. Es hat sich gezeigt, dass für die erfindungsgemäße Lagereinheit ein Zylinderrollenlager von besonderem Vorteil ist, um in vorteilhafter Weise besonders große Querkräfte aufnehmen zu können.Preferably, the first and / or the second bearing unit comprises at least one cylindrical roller bearing. It has been found that a cylindrical roller bearing is of particular advantage for the bearing unit according to the invention, in order to advantageously be able to absorb particularly large transverse forces.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die erste Lagereinheit als Loslager der Rotorwelle ausgebildet. Gerade diese Variante, bei der die im Endbereich der Werkzeug- und/oder Werkstückaufnahme angeordnete Lagereinheit als Loslager und vorzugsweise als Zylinderrollenlager ausgebildet ist, ist von besonderem Vorteil.In a particular embodiment of the invention, the first bearing unit is designed as a movable bearing of the rotor shaft. Especially this variant, in which the arranged in the end region of the tool and / or workpiece holder bearing unit is designed as a movable bearing and preferably as a cylindrical roller bearing, is of particular advantage.

Grundsätzlich ist beispielsweise durch die Reduzierung der verwendeten Teile, insbesondere durch den Wegfall der Fixierelemente, beispielsweise für den nicht vorhandenen, separaten Lagerinnenring, gerade bei den beengten Platzverhältnissen bei modernen Motorspindeln oder dergleichen die Erfindung von erheblichem Vorteil. So kann das vordere bzw. erste Lager besonders nahe am Ort der Krafteinwirkung angeordnet bzw. platziert werden. Beispielsweise können im Bereich der Werkstück- und Werkzeugaufnahme vergleichsweise kurze Drehmomente bzw. Hebel generiert werden, die auf das erfindungsgemäße vordere Lager einwirken.Basically, for example, by reducing the parts used, in particular by eliminating the fixing elements, for example, for the non-existent, separate bearing inner ring, just in the cramped conditions in modern motor spindles or the like, the invention of considerable advantage. Thus, the front or first bearing can be arranged or placed particularly close to the location of the force. For example, comparatively short torques or levers, which act on the front bearing according to the invention, can be generated in the area of the workpiece and tool holder.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der einzigen Figur nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained with reference to the single figure below.

1 zeigt schematisch einen vorderen Bereich einer Motorspindel mit einer vorderen Lageeinheit gemäß der Erfindung, zum einen in einer ersten Variante ohne Außenring und zum anderen in einer zweiten Variante ohne Innenring. 1 schematically shows a front portion of a motor spindle with a front layer unit according to the invention, on the one hand in a first variant without outer ring and the other in a second variant without inner ring.

Ein vorderes Lager 1 einer Motorspindel 2 im Bereich einer Werkzeugaufnahme 3 ist nicht nur wie allgemein üblich einmal in einer gelösten Stellung (Bereich II) und in einer nicht gelösten Stellung (Bereich I) abgebildet, sondern stellt zudem auch zwei erfindungsgemäße Varianten des vorderen Lagers 1 dar.A front camp 1 a motor spindle 2 in the area of a tool holder 3 is not only shown as usual in a released position (area II) and in a non-released position (area I), but also provides two variants of the front bearing according to the invention 1 represents.

Im Bereich I ist das vordere Lager 1 ohne einen wie beim Stand der Technik üblichen Außenring realisiert. Das vordere Lager 1 im Bereich I weist lediglich einen Innenring 4 und mehrere Wälzkörper 5 sowie vorzugsweise einen nicht näher dargestellten Lagerkäfig auf.In area I is the front bearing 1 realized without an usual as in the prior art outer ring. The front bearing 1 in area I has only one inner ring 4 and several rolling elements 5 and preferably a non-illustrated bearing cage.

Die Wälzkörper 5 sind in Kontakt mit bzw. laufen auf einer ersten Laufbahn 6 auf der Außenseite des Lagers 1. Auf der Innenseite des Lagers 1 laufen die Wälzkörper 5 auf einer zweiten Laufbahn 7 des Innenrings 4.The rolling elements 5 are in contact with or run on a first career 6 on the outside of the warehouse 1 , On the inside of the warehouse 1 the rolling elements run 5 on a second career 7 of the inner ring 4 ,

Demzufolge weist ein Stator- bzw. Lagergehäuse 8 der Statoreinheit 9 die Laufbahn 6 des vorderen Lagers 1 auf.Consequently, a stator or bearing housing has 8th the stator unit 9 the career 6 of the front bearing 1 on.

In vorteilhafter Weise ist das Lagergehäuse 8 wenigstens teilweise gehärtet und anschließend zumindest im Bereich der Lauffläche 6 geschliffen, um den hohen Genauigkeitsanforderungen von modernen Motorspindeln Genüge zu tun.Advantageously, the bearing housing 8th at least partially cured and then at least in the tread area 6 honed to meet the high accuracy requirements of modern motor spindles.

Bei der zweiten erfindungsgemäßen Variante, die in 1 dargestellt ist, weist das vordere Lager 1 im Bereich II lediglich einen Außenring 11 und entsprechend Wälzkörper 5 sowie vorzugsweise einen wiederum nicht näher dargestellten Lagerkäfig auf. Hierbei weist eine Rotorwelle 12 der Rotoreinheit 10 die innere Laufbahn 7 der Wälzkörper 5 auf und der Außenring 11 der Lagereinheit 1 weist die zweite Laufbahn 6 bzw. die äußere Laufbahn 6 der Lagereinheit 1 auf.In the second variant according to the invention, which in 1 is shown, the front bearing 1 in area II only an outer ring 11 and corresponding rolling elements 5 and preferably a again not shown bearing cage. This has a rotor shaft 12 the rotor unit 10 the inner career 7 the rolling elements 5 on and the outer ring 11 the storage unit 1 has the second career 6 or the outer raceway 6 the storage unit 1 on.

Bei dieser zweiten Variante der Erfindung im Bereich II ist die Rotorwelle 12 in vorteilhafter Weise wenigstens an ihrer Oberfläche gehärtet, zumindest im Bereich der inneren Laufbahn 7 der Lagereinheit 1, wobei die Laufbahn 7 vorzugsweise durch Schleifen generiert wurde.In this second variant of the invention in the region II, the rotor shaft 12 hardened in an advantageous manner at least on its surface, at least in the region of the inner raceway 7 the storage unit 1 , where the career 7 preferably generated by grinding.

In 1 wird weiterhin deutlich, dass je nach erfindungsgemäßer Variante verschiedene Fixierelemente für den entsprechend nicht vorhandenen Innenring 4 oder Außenring 11 entfallen. Demzufolge verringert sich die Anzahl der Einzelteile für die Lagereinheit 1 nicht nur durch das Weglassen des entsprechenden Lagerrings 4, 11, sondern auch durch die entsprechend nicht benötigten Fixierelemente.In 1 It is also clear that, depending on the variant according to the invention, different fixing elements for the corresponding non-existing inner ring 4 or outer ring 11 omitted. As a result, the number of items for the storage unit decreases 1 not only by omitting the corresponding bearing ring 4 . 11 , but also by the corresponding unneeded fixing.

Dagegen sind Fixierelemente für die vorhandenen Lagerringe bei der Variante gemäß dem Bereich I in 1 für den Innenring 4 notwendig. Dieser wird durch zwei Fixier- bzw. Festigungselemente 15, 14 fixiert.In contrast, fixing elements for the existing bearing rings in the variant according to the area I in 1 for the inner ring 4 necessary. This is done by two fixing or strengthening elements 15 . 14 fixed.

Entsprechend wird im Bereich II der Außenring 11 des Lagers 1 durch das Statorgehäuse 8 sowie durch einen Fixierring 13 gehalten.Accordingly, in area II the outer ring 11 of the camp 1 through the stator housing 8th as well as by a fixing ring 13 held.

Ohne nähere Darstellung ist denkbar, dass alternativ oder in Kombination zur in 1 dargestellten Variante auch ein hinteres bzw. der Werkzeugaufnahme 3 abgewandtes, nicht dargestelltes, zweites Lager der Motorspindel 2 gemäß der Erfindung ausgebildet werden kann.Without further illustration, it is conceivable that, alternatively or in combination with the in 1 variant shown also a rear or the tool holder 3 remote, not shown, second bearing of the motor spindle 2 can be formed according to the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lagercamp
22
Motorspindelmotor spindle
33
Werkzeugaufnahmetool holder
44
Innenringinner ring
55
Wälzkörperrolling elements
66
Laufbahncareer
77
Laufbahncareer
88th
Lagergehäusebearing housing
99
Statorstator
1010
Rotoreinheitrotor unit
1111
Außenringouter ring
1212
Rotorwellerotor shaft
1313
Fixierelementfixing
1414
Fixierelementfixing
1515
Fixierelementfixing

Claims (5)

Motorisch angetriebene Werkzeugmaschineneinheit (2) wie ein Mehrachsendrehkopf, eine Motorspindel (2), ein Drehtisch oder dergleichen mit einer Statoreinheit (9) und einer wenigstens eine um eine Drehachse drehbare Rotorwelle (12) aufweisende Rotoreinheit (10), wobei die Rotoreinheit (10) wenigstens eine im Endbereich einer Werkzeug- und/oder Werkstückaufnahme (3) angeordnete, erste Lagereinheit (1) sowie wenigstens eine zweite Lagereinheit zum Lagern der Rotorwelle (12) in der Statoreinheit (9) umfasst, wobei die erste und die zweite Lagereinheit (1) jeweils Wälzkörper (5) aufweisen, wobei die Statoreinheit (9) wenigstens ein Lagergehäuse (8) zum Halten der Lagereinheit (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (12) der Rotoreinheit (10) oder das Lagergehäuse (8) der Statoreinheit (9) wenigstens eine Laufbahn (6, 7) der Wälzkörper (5) aufweist.Motor-driven machine tool unit ( 2 ) like a multi-axis turret, a motor spindle ( 2 ), a turntable or the like having a stator unit ( 9 ) and at least one rotatable about an axis of rotation rotor shaft ( 12 ) having rotor unit ( 10 ), wherein the rotor unit ( 10 ) at least one in the end region of a tool and / or workpiece holder ( 3 ), first storage unit ( 1 ) and at least one second bearing unit for supporting the rotor shaft ( 12 ) in the stator unit ( 9 ), wherein the first and the second storage unit ( 1 ) rolling elements ( 5 ), wherein the stator unit ( 9 ) at least one bearing housing ( 8th ) for holding the storage unit ( 1 ), characterized in that the rotor shaft ( 12 ) of the rotor unit ( 10 ) or the bearing housing ( 8th ) of the stator unit ( 9 ) at least one career ( 6 . 7 ) of the rolling elements ( 5 ) having. Werkzeugmaschineneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (6, 7) als gehärtete Laufbahn (6, 7) ausgebildet ist.Machine tool unit according to claim 1, characterized in that the track ( 6 . 7 ) as a hardened career ( 6 . 7 ) is trained. Werkzeugmaschineneinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Lagereinheit (1) wenigstens ein Zylinderrollenlager (1) umfasst.Machine tool unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second storage unit ( 1 ) at least one cylindrical roller bearing ( 1 ). Werkzeugmaschineneinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinheit (1) als Loslager (1) der Rotorwelle (12) ausgebildet ist.Machine tool unit according to one of the preceding claims, characterized in that the first bearing unit ( 1 ) as a floating bearing ( 1 ) of the rotor shaft ( 12 ) is trained. Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugmaschineneinheit (2) nach einem der vorgenannten Ansprüche.Machine tool with a machine tool unit ( 2 ) according to one of the preceding claims.
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