Spindellagerung Die heutzutage insbesondere an Schleif- spindeln gestellten Anforderungen bedingen Lagerkonstruktionen, die eine dauernd gleich bleibende Laufgenauigkeit der Spindel bei den verschiedensten Betriebszuständen ge währleisten.
Es bestehen bereits mehrere Spindellage- rungen, die mit konischen Gleitlagern ausge rüstet sind, wobei die beiden Lagerbüchsen gleichzeitig als Quer- und Längslager dienen. Die Spindel besitzt an den Lagerstellen zwei gegeneinandergerichtete Kegelstumpfe; die Lagerstellen werden mit Schmieröl versorgt.
Die beim Lauf der Spindel vorhandene Lagerreibung verursacht Wärme, und diese ihrerseits führt zwangläufig zur Ausdehnung der Spindel. Um auch bei diesen veränderten Verhältnissen ein dauernd gleichbleibendes Lagerspiel aufrechterhalten zu können, wurde nur eine Lagerbüchse unbeweglich befestigt, die andere hingegen in der Axialriehtung verschiebbar angeordnet und mit federnden Mitteln dauernd gegen die Spindel gedrückt. Das zwischen ,Spindel und Lagerbüchsen vor handene Lagerspiel wird dargestellt durch die Dicke des dazwischen befindlichen 'Schmieröl films.
Bei Spindeln, die für sehr genaue Ar beiten Verwendung finden, sind nur sehr kleine Lagerspiele zulässig. Anderseits ist zu erwähnen, dass es mit geeignet ausgewählten Schmierölen durchaus möglich ist, einen ein mal erzeugten ausserordentlich dünnen Ölfilm auf die Dauer intakt. zu halten. Ein dünner Ölfilm bzw. das zugeordnete kleine Lager spiel kann bei konisch ausgebildeten Lager stellen nur erzeugt werden, wenn der den Kegelstumpf an der Spindel umhüllende Öl- mantel zusammengepresst wird.
Dazu sind axiale Kräfte erforderlich, das heisst, die im vorliegenden Fall genannten federnden Mittel müssen um so kräftiger dimensioniert werden, je höher die Arbeitsdrehzahl der 'Spindel ist, um dem Schmieröldruck, der durch die Ro tation der Spindel hervorgerufen wird, Gleich gewicht bieten zu können.
Diese axialen, der Arbeitsdrehzahl der Spindel angepassten Kräfte wirken auch im Stillstand auf die bewegliche Lagerbüchse. Die Spindel darf deshalb im Ruhezustand als ein Körper betrachtet werden, der zwischen den beiden Lagerbüchsen eingespannt und mit beträchtlichen axialen Kräften belastet ist.
Die in ihrer Grundkonzeption als vorzüg lich erkannte Spindellagerung konnte bisher nur in beschränktemUmfange angewendet wer den, weil sich während des Betriebes erhebliche Schwierigkeiten zeigten. Diese bestanden darin, dass die Bildung eines Ölfilms beim An laufen der zwischen den beiden Lagerbüchsen eingespannten Spindel nicht mehr möglich war, sobald die durch die federnden Mittel verursachte axiale Belastung eine gewisse Maximalgrenze überschritt.
Dieser Nachteil liess sieb. vermeiden, so lange das Anlaufen der 'Spindel im kalten Zustand erfolgen konnte, indem man die ver sehiebbar angeordnete Lagerbüchse beispiels weise durch eine Ansehlagsfläelie am um- ,gehenden Spindelgehäuse daran hinderte, auf die Spindel zu drücken. Bei diesen Verhält nissen wurde für den Stillstand im kalten Zustande ein gewisses Lagerspiel durch die Wahl geeigneter Abmessungen gewährt, so dass beim Anlaufen der Spindel die Bil- dun- eines ölfilms möglie'h war.
Wenn aber - was bereits naeli kurzer Laufzeit, der Fall war - die verschiebbar an geordnete Büchse infolge der Wärizieausdeh- nnng der Spindel eine Lageveränderung er fuhr und von der besagten Anschlagfläche abgehoben wurde, so kam beim Stillsetzen der Spindel die verschiebbare Lagerbüchse zwanglä.ufig zum Aufsitzen auf den zugeord neten Kegelstumpf an der .Spindel.
Wenn an schliessend daran die 'Spindel nochmals diesmal aus dem erwärmten Zustande heraus - gestartet werden musste, so hatte dies un ter veränderten, erschwerten Umständen zu gesehelien, wobei meistens ein Anfressen von Spindel und Lager eintrat. Bei der erfin dungsgemäss ausgeführten. Spindellagerung können diese schwerwiegenden Nachteile ver mieden sein.
Der Erfindungsgedanke liegt darin, da.ss Mittel vorgesehen sind, durch die ein bei an- waehsender Drehzahl der Spindel ebenfalls anwachsender Flüssigkeitsdruck erzeugt und bewirkt wird, dass dieser Druck zusätzlich und in gleicher Richtung wie der durch die federnden Mittel hervorgerufene Druck auf die axial-verschiebbare Lagerbiichse ausgeübt wird.
Die bei den bereits bekannten Lagerkon struktionen verwendeten federnden Mittel sind zweckmässig bei der erfindungsgemässen Lagerung nur noch so stark dimensioniert, dass die bewegliche Lagerbüchse den infolge von Temperatureinflüssen bedingten Längen änderungen der Spindel jederzeit zu folgen vermag.
Nachstehend werden die auf der Zeieh- nung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Auf derZeiehnung zeigt: Fig.l einen Längsschnitt dLireh eine La gerkonstruktion für eine Schleifspindel, Fis. ? einen Querschnitt nach der Linie 11-1I der Fig.1. Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig.1,
Fig. -1 einen Längsselinitt durch eine Va riante zur Lagerkonstruktion für eine Schleif spindel in Fig. 1.
In einem Lagergehäuse 1 ist die Spindel 2 in den beiden konischen Lagerbüchsen 2 und -1 gelagert. Die beiden Lagerstellen der :Spindel sind als zwei gegeneinandergerichtete Kegel stumpfe ausgebildet, so dass die Spindel so wohl axial als auch radial gelagert. ist. Das rechts befindliche zvliirdrisehe @pindelenfle 30.1 sowie das benachbarte Ende 12'1 der An triebswelle 12 für die Spindel werden von der Kupplungshülse 11 umfasst. Zur L-bertragung der Drehbewegung dienen nebst der erwähn ten Kupplungshülse 11 die beiden Keile 31 und 32.
Das links befindliche Spindelende 302 ist ebenfalls als Kegelstumpf ausgebildet. Darauf ist mit Hilfe der Mutter 19 ein Sc'lieibenflaiiseh 1.8 festgeklemmt, auf dein mittels Gegenflansch eine Sehleifseheibe 17 aufgespannt ist.
Die links angeordnete Lagerbüchse \? ist mit einer Anzahl Sehrauben 20 unbeweglich am Lagergehäuse 1 befestigt. Die konische Lagerbohrung ist mit einer spiralförmig ver laufenden Schmiernut 201 versehen. Damit Schmierölverluste vermieden werden können, ist ein Dichtungsring 16 im äussern Ende der Lagerblichse 2 eingesetzt. Am rechten Ende des Lagergehäuses 1 ist der Absehlussdeckel 10 mit Hilfe der Sehrauben<B>15</B> befestigt. Das Auslaufen von Schmieröl wird hier durch den im besagten Deckel 10 festgehaltenen Dich tungsring 13 verhindert.
Im Deckel 10 befin den sieh eine Anzahl - im dargestellten Bei spiel fünf (siehe Fig. 3) - Löcher 101, die den darin steckenden Druckfedern 14 als Führung dienen. Diese auf dem Boden der Löcher 101 abgestützten Federn drücken die verschiebbare Lagerbüchse .l dauernd nach links. Die Lagerbüchse 4 umhüllt den zuge ordneten Kegelstumpf an der Spindel 3. In der konischen Lagerbohrung der Büchse befindet sich ebenfalls eine spiralförmig ver laufende Schmiernut 4011.
Die Kugelführung 5 für die axiale Ver- sehiebba.rkeit der Büchse 4 im Gehäuse 1 be- stelit aus dem Kugelkäfig 501. und zwei in parallelen, zur Spindelachse senkrechten Ebenen angeordneten Reihen von Kugeln. Die Kugelführung 5 wird durch den Innen durchmesser der im Gehäuse 1 angeordneten Büchse 6 zentriert. Die Kugeln der Kugel führung 5 sind unter Vorspannung zwischen die Büchse 6 und die Lagerbüchse 4 einge setzt.
Mit Hilfe dieser unter Vorspannung ein gesetzten Kugeln wird erreicht., dass eine axiale Verschiebung der Lagerbüchse 4 mit geringstem Kraftaufwand möglich und zu dem eine spielfreie Führung der Lagerbüchse 4 gewährleistet ist. Die Büchse 6 wird mit Hilfe der Sehraube 34 an Ort und Stelle im Gehäuse 1. festgehalten.
Der in der Lagerbüchse 4 befestigte Stut zen 243 durchdringt den Kugelkäfig 501 und (las Lagergehäuse 1 in für die Verschiebbar keit des Stutzens bei der axialen Bewegung der Büchse dimensionierten Öffnungen 50'2. Er wird ausserhalb des Lagergehäuses 1 an die nachgiebig montierte Rohrspirale der Schmierölleitung 24 angeschlossen.
Die Öff nung 102 im Lagergehäuse 1 ist schlitzförmig ausgebildet. Durch diese Massnahme werden Drehbewegungen der Lagerbüchse 4 im CTe- häuse 1 verhindert, während axiale Versehie- bungen möglich sind. Die Form der beweg lichen Lagerbüchse 4 ist so gewählt., dass von ihr, vom Deckel 10 und vom umgebenden Lagergehäuse 1 eine kreisringförmige Kam mer 3@0 gebildet wird. Diese Kammer 30 wird durch die beiden Dichtungsringe 8, 9, die durch die Lagerbüchse 4 geführt sind, abge dichtet.
Zwischen den Lagerbüchsen 2, 4 ist die Büchse 25 mit Gleitsitz auf den zylindrischen Mittelteil der Spindel 3 aufgesetzt. Die Büchse 25 steckt ihrerseits in der Büchse 26. Die Büchsen 25 und 26 werden gegenseitig mit Hilfe des zylindrischen Zapfens 27 fixiert. Sie werden ausserdem durch den in der Büchse 2,6 eingeschraubten Ölzufuhrstutzen 242, der in einer Bohrung des Lagergehäuses 1 geführt ist, an der Ausführung von Dreh bewegungen und axialen Verschiebungen ge hindert. Die äussere Büchse 26 ist mit zwei Ringnuten 261 und 26'2 versehen, während die innere Büchse 25 auf dem Spindelumfang eine Anzahl - im dargestellten Beispiel vier - im Querschnitt mondsichelförmige Kam mern 251 bildet.
Die Ringnut 2161 ist. durch vier Löcher 2'5-3, die Ringnut 2i6'2 durch vier Löcher 252 mit den vier !Kammern 251 verbunden. Es ist zu beachten, dass je ein Loch 25'3 in bezug auf die Drehrichtung der Spindel 3 betrachtet am Anfang einer Kammer 2'51, je ein Loch 252 dagegen am Ende derselben Kammer an geordnet sind.
Das für die beiden Lagerstellen benötigte Schmieröl wird dem Behälter '?3 entnommen. Die Zahnradpumpe 211 fördert das Schmieröl in die Druckleitung 24. Der maximal zuläs sige Schmieröldruck wird mit Hilfe des Druck regelventils 22- eingestellt. Er wird nur so hoch gewählt, dass eine dauernde Versorgung der Lagerbüchsen 2, 4 und der Büchse 25 mit Schmieröl gewährleistet ist. Daslschmieröl fliesst durch den Stutzen 241 zur Lagerbüchse 2 in die dort. angeordnete iSpiralnut 201, fer ner durch den Stutzen 24'2 in die Ringnut 261 und von dort durch die Löcher 253 in die Kammern 25,1.
Ferner werden von dort aus über die Löcher 25<B>2</B> die Ringnot 2 6'2, die Lei tung 2'8 und die Kammer 30 mit Schmieröl aufgefüllt. Der in der Lagerbüchse 4 be- festigte, an der nachgiebig angeordneten Rohrspirale der Leitung 24 angeschlossene Stutzen 243 leitet das Schmieröl zur Schmier ölnut 401.
Die bisher beschriebenen Verhältnisse gel ten für die im .Stillstand befindliche 'Spindel 3. Die Federn 14 drücken auf die Lager büchse 4, die ihrerseits am rechts angeord neten Spindelkegelstumpf anliegt, so dass die Spindel 3 als zwischen den beiden Lager büchsen 2 und 4 eingespannt betrachtet wer den darf. Beim Anlaufen treibt. die Antriebswelle 12 über den Keil 32, die Kupplungshülse 11 und den Keil<B>31</B> die Spindel 3 an. Sobald eine Drehbewegung einsetzt, wird das in den beiden Schmiernuten 201 und 401 vorhandene Schmieröl von der rotierenden Spindel 3 mit gerissen, so dass die beiden Kegelstumpfe bald von einem Schmierölmantel umhüllt sind.
Die Resultierende des durch die Federn 14 aus geübten Axialdruckes ist so bemessen, dass sie einerseits die Bildung eines Ölfilms beim Starten der Spindel 3 zulä.sst, anderseits aber jederzeit die Lagerbüchse 4 nach links zur Anlage an den zugeordneten Spindelkegel- stumpf zu bringen vermag, wenn keine an dern Kräfte auf die Lagerbüchse 4 einwir ken.
Der unter dem Einfluss der immer rascher rotierenden Spindel 3 stehende :Schmierölfilm hat. das Bestreben, auszuweichen und verur sacht deshalb einen mit dem Anwachsen der Drehzahl grösser werdenden Axialsehub. Da die links befindliche Lagerbüchse \? unverrück bar befestigt, die Lagerbüchse 4 aber beweg lich angeordnet ist, würde der durch das Schmieröl hervorgerufene Axialse'hub infolge der schwach dimensionierten Federn 1.1 bald eine Verschiebung der Lagerbüchse 4 nach rechts verursachen.
Um diese Verschiebung nach rechts zu verhindern, wird nun auf die bewegliche Lagerbüchse 4 ein zusätzlicher nach links, das heisst. in der gleichen Rich tung wie der durch die Federn 14 hervorge rufene Druck wirkender Axialsehub ausgeübt. Dieser Axialsehub kommt folgendermassen zu stande Wie bereits früher erwähnt wurde, strömt. :Sehinieröl. aus der Ringnut 261 durch die Löcher 253 in die Kammern 251 ein.
Beim Rotieren der Spindel 3 entsteht in der in bezug auf die Drehrichtung am Ende der ein zelnen Kammern \?51 liegenden Zonen ein Schmierölstaudruek. Dieser ist um so grösser, je schneller sieh die Spindel 3 dreht. Das in der erwähnten Zone vorhandene Drucköl strömt durch die Löcher<B>252</B> in die Ringnut 262 ein und gelangt von dort über die Lei tung 28 in die Kammer 30. Der infolgedessen in dieser Kammer 3'0 herrschende Flüssigkeits druck drückt die bewegliche Lagerbüchse 4 wie einen Kolben nach links.
Die dem Flüssigkeits druck ausgesetzte Kreisringfläehe 40,2 an der Lagerbüchse 4 ist so bemessen, da.ss der aus dem. Produkt Flüssigkeitsöldruck X Kreis- ringfläelie resultierende Axialsehub genügt, um eine Rechtsverschiebung der beweglichen Lagerbüchse 4 als Folge des durch die Schmierölfilme hervorgerufenen Axia.lschubes zu verhindern.
In die Leitung 28 ist ein Druck regelventil 29 cingebati@. Damit kann der maximal zulässige Druck in der- Leitung 28 und in der Kammer 3' eingestellt werden. Auf diese Weise gelingt es, einerseits ein sanftes Anlaufen der Spindel 3 bei sehr ge ringer Axialbelastung derselben zu erreichen, anderseits bei der mit Arbeitsdrehzahl rotie renden Spindel 3 einen Gleiebgewiehtszustand herzustellen und aufrechtzuerhalten, der dauernd ein sehr kleines Lagerspiel bzw. einen dünnen Ölfilm zulässt.
Wenn durch Stillsetzen des Antriebsorgans die Drehzahl der Spindel 3 sinkt und diese schliesslich zum Stillstand kommt, so ist wäh rend dieser Abstellperiode eine analoge Ver änderung des Druckes in der Kammer 30 fest zustellen. Beim Abfallen der Drehzahl ver mindert sich auch der Staudruck in der Druckzone der Kammern 251, und demzufolge sinkt zwangläufig auch der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 30 bzw. die axiale Bela stung der beweglichen Lagerbüchse 4. Sobald ein Stillstand eingetreten ist, wirken nur noch die fünf Federn 1.4 auf die bewegliche Lager büchse 4, so dass ein weiteres Starten der Spindel 3 jederzeit. ohne Gefahr erfolgen kann.
Sofern während des Laufes der Spindel 3 infolge der unvermeidlichen Erwärmung eine Ausdehnung stattgefunden hat, so hat auch die Lagerbüchse 4- infolge ihrer mittels der Kugelführung 5 axial verschiebbaren An ordnung sieh selbsttäti- den Längenänderun gen der Spindel 3 angepasst.
Das in Fig.4 dargestellte Ausführungs beispiel zeigt eine @Spindellagerung, bei wel eher der zur zusätzlichen Belastung der Lager büchse 4 bei rotierender Spindel erforder- liehe Druck in der festen Lagerbüchse 2 er zeugt und auch von dort entnommen wird.
Bei dieser Anordnung fliesst die mit an steigender Spindeldrehzahl durch Stauung des \Sehmieröls entstehende Druckflüssigkeit aus der Nut 201 über die Leitung 281 in die Leitung 28. Diese Bauart hat den Vorteil, dass die beiden auf der .Spindel 3 sitzenden Büchsen 25, 26 nicht benötigt werden.
Eine weitere Möglichkeit bestände darin, die beiden Büchsen 2,5, 2'.6 mit einem zylin drischen Lager der Antriebswelle 1'2 zu kom binieren. Das durch den ;Stutzen 2!f2 zuge- Mhrte Schmieröl würde dann sowohl zum ;Schmieren des erwähnten Lagers der Antriebs welle 12 als auch zum Belasten der beweg lichen Lagerbüchse 4 verwendet werden.