DD221409A1 - Praezisionslagerung einer welle - Google Patents

Abstract

Praezisionslagerung einer Welle in einer Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifmaschine, als achseinstellende Wellenlagerung, wobei der Lagerungssitz der Wellenlagerung gegenueber Lagerbelastungskraeften, die ein Schraegstellen der Wellenachse zur Normallage der Lagerungsachse verursachen, sich der Schraegstellung der Welle anpasst, bei Veraenderung der Schraegstellung, der Lagerungssitz sich in die Folgelage nachstellt bzw. in die Ausgangslage der Welle zurueckkehrt. Ziel ist es, achseinstellende Wellenlagerungen zu vereinfachen, ihre Anwendungs- bzw. Einsatzmoeglichkeiten zu erweitern und verbessern. Unter Verwendung einer Lagerbuchse bei Gleitlagerung bzw. eines Lageraufnahmekoerpers und Waelzlager bei Waelzlagerung der Welle ist im Bereich des Umgriffes der Lagerbuchse bzw. des Lageraufnahmekoerpers als Lagerungselemente, der Lagerungssitz der Wellenlagerung in der Form einer duennwandigen elastisch deformierbaren Wellenhuelse ueber einem Freiraum der Welle angeordnet und auf derselben drehfest befestigt. Die Lagerungselemente sind radial zentriert und axial fixiert in einem Lagergehaeuse aufgenommen. Die einstellenden bzw. rueckstellenden elastischen Bewegungen der mit der Welle drehfestverbundenen Wellenhuelse erfolgt allein durch die Lagerbelastungskraefte und wirken stick-slip-frei. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung Präzisionslagerung einer Welle

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die, Präzisionslagerung einer Welle, vorzugsweise in einer Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifmaschine, in der Art einer sich achseinstellenden Wellenlagerung, wobei der Lagerungssitz der Wellenlagerung gegenüber Lagerbelastungskräften, hauptsächlich Belastungskräften, die ein Schrägstellen der Wellenachse zur Normallage der Lagerungsachse verursachen, sich der Schrägstellung der Welle anpaßt, und bei Veränderung der Schrägstellung der Welle, der Lagerungssitz sich in die Folgelage der Welle nachstellt bzw. in die Ausgangslage der Welle zurückkehrt.

Zweckmäßig ist die Erfindung anzuwenden, wenn Kantenpressungen zwischen dem Lagerungselement und der Welle einer Wellenlagerung zu Gunsten einer hohen Lagerungs- und Laufgenauigkeit einer Welle, auch bei hohen Wellenumdrehungen vermieden werden sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das korrigierende Nachstellen des Lagerungssitzes einer Wellenlagerung, insoweit die Welle derselben in eine Schrägstellung zur Lagerungsachse durch Kraftzwänge im Lager bewirkt wird, ermöglichen sogenannte Pendellager. Ein derartiges Lager für die Lagerung einer Welle, die dem Zwang einer Belastung auf die Welle durch nachvollziehendes Schrägstellen des Wellenlagerungselementes zur Lage-

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rungsachse selbsttätig nachkommt, beruht auf eine kugelformpendelnde Halterung des Wellenlagerungselementes im Lagerungsaufnahmekörper/ Lagergehäuse. In dem Falle einer Wellen-Wälzlagerung sind dafür Pendelwälzlager einsetzbar, die über den Wälzlageraußenring noch einen weiteren Lagerungsring angeordnet haben, und hier ist zwischen beiden Ringformkörpern die kugelformpendelnde Halterung ausgestaltet.

Diese spezifische Ausführung solcher Pendellager hat den Nachteil, daß einerseits ein durchgehendes Lagerspiel zwischen Wellenlagerungselement und Welle und andererseits zwischen Wellenlagerungselement und Lagerungsaufnahmekörper/ Lagergehäuse vorhanden ist. Beide durchgehende Lagerspiele wirken sich aber auf die erzielbare Lagerungs- sowie Laufgenauigkeit degressiv aus. Die Lagersteifigkeit ist beeinträchtigt und die Arbeitsgenauigkeit der mit solchen Lagerungsmitteln ausgerüsteten Werkzeugmaschinen, insbesondere bei hochtourig laufender Welle einer Schleifmaschine, läßt zu wünschen übrig. Auch stick-slip-Bewegungsphasen der gelagerten Welle im Zuge des Einpendeins der Wellenlagerungselemente in die erzwungene Schrägstellung der Welle gegenüber der Normallage der Wellenachse bleiben nicht ausgeschlossen.

Die Ausführung eines hydrostatischen Gleitlagers, bei dem eine hülsenförmige Lagerschale, die durch axiale Schlitze in eine Anzahl elastisch nachgiebige Segmente unterteilt ist, das nachführende Einstellen dieser Lagerschale als Lagerungselement der Welle bei Schrägstellung derselben mittels Druckflüssigkeitspolster zwischen der Lagerschale und dem Lagergehäuse bewirkt, ist nach CH-PS Nr. 496 905 (IPK: F 16 c 17/16) bekannt als "Einstellbares hydrostatisches Gleitlager". Druckflüssigkeitspolster sind in zwei Reihen angeordnet und korrespondieren mit ebenfalls zwei Reihen Drucktaschen innerhalb der Lagerschale, die mit Drucköl von einer zentralen Pumpe aus versorgt, die Welle hydrostatisch tragen. Dabei sind je zwei nicht in einer Reihe befindlichen und wechselseitig außen zu innen angeordnete Druckräume rohrverbunden. Bei

Schrägstellung der Welle ergibt sich ein Annähern derselben an die eine Drucktasche und zugleich ein Entfernen dieser Welle von der anderen. Es entsteht ein Druckunterschied in den verbundenen Druckräumen und im Ausgleich dieses Differenzdruckes, bekräftigt durch die dabei gegen die Lagerschale wirkenden Druckflüssigkeitspolster der Außenreihen, folgen als Lagerungselement der Welle, die elastisch nachgebenden Segmente der Lagerschale der Schrägstellung der Welle. Die Rückstellung wird gleichermaßen durch Wirkungsumkehr der Druckverhältnisse in den Drucktaschen der Segmente der Lagerschale bzw. der Druckflüssigkeitspolster in den Außenreihen erreicht.

Nachteile dieses auf eine Schrägstellung der Welle einstellende hydrostatische Lager sind begründet in den hohen technischen und damit ökonomischen Aufwand für seine Fertigung sowohl, als auch den Betrieb desselben. Desweiteren ist durch den hohen technischen Mittelaufwand nur eine geringe Montage- und Servicefreundlichkeit vorhanden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, bekannte einstellende Wellenlagerungen zu vereinfachen, ihre Anwendungs- bzw. Einsatzmöglichkeiten zu erweitern und zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Ursache für den wesentlichen Mangel der zum Stand der Technik genannten bekannten Lösungen achseinstellender Wellenlagerungen ist es, daß für das Ingangsetzen sowohl als auch für das Erbringen der nachfolgenden Einstellung von Lagerungselementen einer Welle und damit des Lagerungssitzes der Wellenlagerung aufgrund einer Schrägstellung der Welle zur Lagerungslaufachse, zusätzliche technische Mittel erforderlich sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne den vorgenannten wesentlichen Mangel eine Präzisionslagerung einer Welle von der Art einer sich einstellenden Wellenlagerung, vorzugsweise für eine

Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifmaschine, zu schaffen, wobei das Lagerungselement für die Welle, das in einem Lagei— gehäuse aufgenommen zur Lagerungslaufachse radial zentriert und axialgehalten ortsgebunden befestigt ist, einen glattzylindrischen Teil der Welle als Lagerungssitz der Welle umschließt und dieser Lagerungssitz der Welle gegenüber Lagerbelastungskräften, hauptsächlich Belastungskräften, die ein Schrägstellen der Wellenachse zur Normallage der Lagerungsachse verursachen, sich der Schrägstellung der Welle anpaßt und bei Veränderung der Schrägstellung der Welle der Lagerungssitz sich in die Folgelage der Welle nachstellt bzw.in die Ausgangslage der Welle zurückstellt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Lagerungselemente für eine hydro- oder aerostatische bzw. eine hydro- oder aerodynamische Gleitlagerung der Welle eine dementsprechend ausgerüstete Lagerbuchse bzw. für eine Wälzlagerung der Welle ein oder mehrere Präzisionswälzlager, befestigt in einem Lageraufnahmekörper, verwendet sind und mindestens im Bereich des Durchgriffes der Welle bei Gleitlagerungsanordnung der Wellenlagerung durch die Lagerbuchse bzw. bei Wälzlagerungsanordnung derselben durch jeweils den Innenring der Präzisionswälzlager, auf der Welle eine dünnwandige elastisch deformierbare Wellenhüise angeordnet und drehfest befestigt ist und zwischen der Welle und der Wellenhülse mindestens ein Freiraum vorhanden ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung als Wellenhülse eine dünnwandige rohrartige Hülse verwendet ist, die mittig dem Lagerungssitz der Wellenlagerung angeordnet mit den Hülsenenden auf der Welle drehfest befestigt ist und zwischen den Befestigungsstellen der Wellenhülse als Freiraum eine ringnutförmige Aussparung in die Welle außenperipher eingearbeitet ist oder, bei erforderlicher gleichzylindrisch durchgehender Welle am Lagerungssitz der Wellenlagerung eine als Freiraum desgleichen angeordnete ringnutförmige Aussparung in die Wellenhülse innenperipher eingearbeitet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Wellenhülse eine dünnwandige rohrartige Hülse verwendet ist, die mittig dem Lagerungssitz der Wellenlagerung angeordnet mit dem Mittelstück der Wellenhülse auf der Welle drehfest befestigt ist und beiderseits der Befestigungsstelle der Wellenhülse als Freiraum je eine ringnutförmige bzw., wenn der Freiraum nahezu am Wellenende der Welle gelegen, dort eine ringbundförmige Aussparung in die Welle außenperipher eingearbeitet ist oder, bei erforderlicher gleichzylindrisch durchgehender Welle am Lagerungssitz der Wellenlagerung, je eine desgleichen als Freiraum angeordnete ringbundförmige Aussparung in die Wellenhülse innenperipher eingearbeitet ist, die ringnutförmigen Aussparungen in der Welle sind dabei in ihren Längsachserstreckungen jeweils bis über die zugehörige Hülsenstirnseite der Wellenhülse berührungsfrei hinausgehend ausgeführt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles (in zwei Ausführungsformen) näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: den Halbschnitt der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung in der Ausführungsform einer hydro- oder aerostatischen Gleitlagerung ,

Fig. 2: den Halbschnitt der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung in der Ausführungsform einer Wälzlagerung,

Fig. 3: den Halbschnitt der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung nach Fig. 1 im Detail einer Ausführungsvariante der Wellenhülse ,

Fig. 4: wie Fig. 3, jedoch in einer zweiten Ausführungsvariante . der Wellenhülse,

Fig. 5: wie Fig. 3, jedoch in einer dritten Ausführungsvariante der Wellenhülse.

Nach Fig. 1 ist über einer ringnutförmigen Aussparung als Freiraum 4 in einer Welle 1 eine Wellenhülse 2 ausgeführt als eine dünnwandige rohrartige Hülse, mit den Hülsenenden drehfest auf der Welle 1 befestigt. Eine hydro- oder aerostatische Gleitlagerbuchse 3 von der Breite K. der Längserstreckung des Freiraumes 4 umfaßt die Welle 1 zugleich mit der Wellenhülse 2 mittig des Freiraumes 4. Dabei ist die Gleitlagerbuchse 3 in einem Lagei— gehäuse 5 und zugleich in einem Lagerdeckel 7 radial zentriert und axial durch eine Schraubverbindung 6 fixiert. Die Druckmedienzuführung einschließlich der Drosselstellen sind auf der Zeichnung nicht dargestellt.

Die erfindungsgemäße Präzisionslagerung der Ausführungsform nach Fig. 1 reagiert in Funktion auf ein Schrägstellen der Welle 1 gegenüber der Normallage" der Lagerungsachse, indem die ringföi— migen Abströmstege/Randbunde der Gleitlagerbuchse 3 einschließlich der an diesen Stellen herrschenden Druckmedien-Abströmung auf die Wellenhülse 2 drücken, die Wellenhülse 2 sich dadurch elastisch nachgebend deformiert und sich der Schrägstellung der Welle 1 bei vollständig verbleibendem Lagerungssitz gegenüber der im Lagergehäuse 5 starr befestigten Lagerbuchse 3 fortgesetzt umlaufend anpaßt.

Nach Fig. 2 ist, wie auf Fig. 1, über eine ringnutförmige Aussparung als Freiraum 4 in einer Welle 1 eine Wellenhülse 2 , ausgeführt als eine dünnwandige rohrartige Hülse, mit den Hülsenenden drehfest auf der Welle 1 befestigt. Die Wellenhülse 2 ist von mehreren Wälzlagern umfaßt, die mit jeweils dem Innenring dei— selben auf dieser Wellenhülse 2 und mit den Außenringen der Wälzlager lösbar fest in einem Lageraufnahmekörper 3.1 befestigt sind. Die Längsachserstreckung des Lagerungssitzes der Wälzlageranordnung auf der Wellenhülse 2 ist dabei wesentlich kürzer als die Längsachserstreckung des Freiraumes 4, der sich mittig der Wälzlageranordnung zusammen mit der Wellenhülse 2 erstreckt und beiderseits weitergreift. Der Lageraufnahmekörper 3.1 ist in einem Lagergehäuse 5 und zugleich in einem Lagerdeckel 7 radial

zentriert und axial durch eine Schraubverbindung 6 fixiert. Im Lagergehäuse 5 sind außerdem Freiräume vorhanden für eine mögliche Ölnebel- oder Ölumlaufschmierung; die Medienzuführung ist jedoch nicht dargestellt.

Die erfindungsgemäße Präzisionslagerung der Ausführungsform nach Fig. 2 reagiert in Funktion auf ein Schrägstellen der Welle 1 gegenüber der Normallage der Lagerungsachse, indem insbesondere durch die in der Wälzlageranordnung außenseits befindlichen Wälzlager reaktiv der in die Wellenlagerung eingeleiteten Lagerbelastungskraft zufolge der Schrägstellung der Welle 1 auf die Lagerhülse 2 in Richtung der Schrägstellung der Welle 1 ein mehr oder weniger starker Druck ausgeübt wird. Die Wellenhülse 2 paßt sich dabei, fortgesetzt umlaufend elastisch nachgebend deformiert und diesem Druck folgend spielunveränderlich in den Wälzlagern der Schrägverlagerung der Welle 1 gegenüber der Normallage der Lagerungsachse im Lageraufnahmekörper 3.1 an bei vollsändig vei— bleibendem Lagerungssitz der Wälzlager auf der Wellenhülse 2 als auch im Lageraufnahmeköper 3 . 1 .

Nach Fig. 3 ist die Wellenhülse 2 der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung nach Fig. 1 als dünnwandige rohrartige Hülse ausgeführt jedoch mit verstärkten Hülsenenden zur drehfesten Befestigung der Wellenhülse 2 auf der Welle 1 . Der Freiraum 4 ist dabei innenperipher in die Wellenhülse 2 eingearbeitet.

Nach Fig. 4 ist die Wellenhülse 2 der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung nach Fig. 1 wie daselbst als dünnwandige rohrartige Hülse ausgeführt, die aber mittig aus dem Lagerungssitz der Wellenlagerung angeordnet, mit dem Mittelstück ihrer Längsachserstreckung auf der Welle 1 befestigt ist. Beiderseits der Befestigungsstelle ist als ein Freiraum 4 eine ringnutförmige und, da die Wellenlagerung am Wellenende der Welle 1 gelegen ist, außerdem eine ringbundförmige Aussparung als Freiraum 4.1 in die Welle 1 eingearbeitet.

Nach Fig. 5ist die Wellenhülse 2 der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung nach Fig. 1 ebenfalls als dünnwandige rohrartige Hülse ausgeführt jedoch mit einem zur Achsmitte gerichteten verstärkten Hülsenmittelstück für die drehfeste Befestigung der Wellenhülse 2 auf der Welle I.Der Freiraum -4 und 4.1 ist dabei innenperipher beidseitig dem Hülsenmittelstück in die Wellenhülse 2 eingearbeitet.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung einer Welle sind insbesonders das selbsttätige nachfolgende Einstellen/Anpassen des Lagerungssitzes der Welle bei einer Schrägstellung der Wellenachse zur Normallage der Lagerungsachse ohne jegliche zusätzliche technische Mittel für das Ingangsetzen und Erbringen derselben. Allein die Lagerbelastungskräfte, die ein Schrägstellen der Welle verursachen, erbringen direkt und zwingend die Einstellung des Lagerungssitzes der Wellenlagerung und die Rückführung desselben in umgekehrter Wirkungsfolge. Das Nachfolgeeinstellen geschieht dabei elastisch nachgebend ohne stick-slip-Bewegungsphasen und wesentliche Reibungsverluste in der Lagerung resp. der Lagerungselemente im Lagerungsaufnahmekörper/Lagergehäuse.

Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Präzisionslagerung einer Welle ist zu werten, daß die Erfindung auch anwendbar ist bei einer Wellenlagerung bei stehender Welle (Achse) mit einem umlaufenden Lagerungselement.

Claims (3)

Erfindung s an spruch

1. Präzisionslagerung einer Welle, vorzugsweise für eine Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifmaschine, von der Art einer sich achseinstellenden Wellenlagerung wobei mindestens ein Wellenlagerungselement, das in einem Lagergehäuse aufgenommen, zur Lagerungslaufachse radial zentriert und axial gehalten ortsgebunden befestigt ist, einen glattzylindrischen Bereich einer Welle als Lagerungssitz der Wellenlagerung umschließt und dieser Lagerungssitz gegenüber Lagerbelastungskräften, hauptsächlich Belastungskräften, die ein Schrägstellen der Wellenachse zur Normallage der Lagerungsachse verursachen, sich der Schrägstellung der.Welle anpaßt und bei Veränderung der Schrägstellung der Welle, der Lagerungssitz sich in die Folgelage der Welle nachstellt bzw. in die Ausgangslage der Welle zurückstellt, dadurch gekennzeichnet,

daß als Lagerungselement für eine hydro- oder aerostatische bzw. eine hydro- oder aerodynamische Gleitlagerung der Welle (1) eine dementsprechend ausgerüstete Lagerbuchse (3) bzw. für eine Wälzlagerung der Welle (1) ein oder mehrere Präzisionswälzlager, befestigt in einem Lageraufnahmekörper (3.1), verwendet sind und mindestens im Bereich des Durchgriffes der Welle (1) bei Gleitlagerungsanordnung der Wellenlagerung durch die Lagerbuchse (3) bzw. bei Wälzlagerungsanordnung derselben durch jeweils den Innenring der Präzisionswälzlager, auf der Welle (1) eine dünnwandige, elastisch deformierbare Wellenhülse (2) angeordnet und drehfest befestigt ist und zwischen der Welle (1) und der Wellenhülse (2) mindestens ein Freiraum (4; 4.1) vorhanden ist.

2. Präzisionslagerung nach Punkt 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Wellenhülse (2) eine dünnwandige rohrartige Hülse verwendet ist, die mittig dem Lagerungssitz der Wellenlagerung

angeordnet mit den Hülsenenden auf der Welle (1) drehfest befestigt ist und zwischen den Befestigungsstellen der Wellenhülse (2) als Freiraum (4) eine ringnutförmige Aussparung in die Welle (1) außenperipher eingearbeitet ist oder, bei erforderlicher gleichzylindrisch durchgehender Welle (1) am Lagerungssitz der Wellenlagerung, eine als Freiraum (4) desgleichen angeordnete ringnutförmige Aussparung in die Wellenhülse (2) innenperipher eingearbeitet ist.

3. Präzisionslagerung nach Punkt 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Wellenhülse (2) eine dünnwandige rohrartige Hülse verwendet ist, die mittig dem Lagerungssitz der Wellenlagerung angeordnet mit dem Mittelstück der Wellenhülse (2) auf der Welle (1) drehfest befestigt ist und beiderseits der Befestigungsstelle der Wellenhülse (2) als Freiraum (4; 4.1) je eine ringnutförmige bzw., wenn der Freiraum (4.1) nahezu am Wellenende der Welle (1) gelegen,dort eine nngbundförmige Aussparung in die Welle (1) außenperipher eingearbeitet ist oder, bei erforderlicher gleichzylindrisch durchgehender Welle (1) am Lagerungssitz der Wellenlagerung, je eine desgleichen als Freiraum (4; 4.1) angeordnete ringbundförmige Aussparung in die Wellenhülse (2) innenperipher eingearbeitet ist, die ringnutförmigen Aussparungen in der Welle (1) sind dabei in ihren Langsachserstrekkungen jeweils bis über die zugehörige Hülsenstirnseite der Wellenhülse (2) berührungsfrei hinausgehend ausgeführt.

- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen -