DE1289384B - Spindellagerung fuer Werkzeugmaschinen mit rotierender Werkstueck- oder Werkzeugspindel - Google Patents

Spindellagerung fuer Werkzeugmaschinen mit rotierender Werkstueck- oder Werkzeugspindel

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DE1289384B DEP29641A DEP0029641A DE1289384B DE 1289384 B DE1289384 B DE 1289384B DE P29641 A DEP29641 A DE P29641A DE P0029641 A DEP0029641 A DE P0029641A DE 1289384 B DE1289384 B DE 1289384B
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindellagerung für Werkzeugmaschinen mit rotierender Werkstück- oder Werkzeugspindel, bei der das vordere Ende der Spindel über ein einreihiges Kegelrollenlager mit sich zum Arbeitsende der Spindel hin erweiternden Laufbahnen oder über ein zweireihiges Kegelrollenlager mit sich nach beiden Enden der Spindel hin erweiternden Laufbahnpaaren und das hintere Ende der Spindel über ein sich gegen dieses Ende erweiterndes, einreihiges Kegelrollenlager abgestützt ist, dessen Außenlaufring mittels eines Kranzes parallel zur Längsachse angeordneter, am Gehäuse abgestützter Druckfedern über die Kegelrollen gegen den auf der Spindel befestigten Innenlaufring andrückbar und bis zur Anlage in der Gehäusebohrung aufweitbar ist.
Bei einer bekannten Spindellagerung der genannten Art werden die Lager zur Vermeidung eines Spiels durch axiales Verschieben der Laufringe gegeneinander vorgespannt. Die Vorspannung muß dabei z. B. mit einer axial wirkenden Spannmutter von Zeit zu Zeit nachgestellt werden. Dadurch wird die innere Lagerreibung vergrößert, was bei großer Spindeldrehzahl zu unzulässig hoher Erwärmung und daraus resultierender übergroßer radialer Ausdehnung der Laufringe führen kann, wodurch das Lager unter Umständen zerstört wird.
Dieser Gefahr wird bei einer anderen in gleicher Weise vorzuspannenden Spindellagerung (Zeitschrift »Machinery«, 27. März 1952, Bd. 80, S. 537) dadurch begegnet, daß der Außenlaufring des hinteren Kegelrollenlagers mit strammem Sitz in einem fest in der Gehäusebohrung sitzenden Stützring aufgenommen ist, welcher in seinem über der Rollenlaufbahn liegenden Bereich ein Spiel gegenüber der Gehäusebohrung aufweist. Dieses Spiel läßt eine bei hoher Drehzahl auftretende Wärmedehnung des Lagers zu. Läuft die Spindel mit niedriger Drehzahl, so tritt keine oder nur geringe Erwärmung auf, so daß dann das Spiel nicht aufgehoben wird und die Lagerung unter der Wirkung der an der Spindel angreifenden Kräfte nachgibt. Das ist z. B. beim Schruppen mit großem Vorschub der Fall. Die dabei auftretenden hohen Schnittkräfte erzeugen große radiale Lagerkräfte, die zu einem elastischen Nachgeben des hinteren Teils des Stützringes bis zur Anlage an der Wand der Gehäusebohrung und damit zu einer starken Minderung der Schnittleistung führen.
Diese bekannte Lagerung gibt also nur eine Lösung zu dem Problem, Lagerschäden infolge der bei hohen Spindeldrehzahlen auftretenden thermischen Ausdehnung des Lagers zu vermeiden. Dabei ändert sich die axiale Vorspannung des Lagers im Betrieb mit zunehmender Erwärmung. Bei zu großer Erwärmung kommt der aufweitbare Abschnitt des Stützringes zur Anlage an der Wand der Gehäusebohrung, so daß das Lager unter ungünstigen Bedingungen blockiert. Die Funktionsfähigkeit dieses Lagers hängt zudem von der Größe der eingestellten Vorspannung ab, die von vornherein das genannte Spiel zwischen dem Stützring und der Gehäusebohrung teilweise wieder aufhebt.
Schließlich ist eine Spindellagerung der genannten Art bekanntgeworden, deren dem Arbeitsende der Spindel zugewandtes vorderes Lager als ein zweireihiges Kegelrollenlager mit sich zu den Enden der Spindel hin erweiternden Laufbahnen ausgebildet ist und deren hinteres Lager von einem einreihigen Kegelrollenlager gebildet ist. Der äußere Laufring dieses Lagers sitzt mit Spiel in seiner Aufnahmebohrung und ist der Wirkung von an seinem Umfang verteilten Druckfedern ausgesetzt, die sich am Gehäuse abstützen und den Laufring nach hinten drücken. Die Anordnung ist so getroffen, daß die durch die Druckfedern am äußeren Laufring des hinteren Lagers hervorgerufene Belastung dem vorderen Lager mitgeteilt wird, so daß die beiden Lager durch den Federdruck ίο gegeneinander vorgespannt sind. Wegen der nur sehr kleinen axialen Bewegungen der Laufringe bleibt der Federdruck und damit die Vorspannung auch bei einem Ausdehnen oder Sichzusammenziehen der Spindel praktisch gleich. Bei dieser bekannten Spindellagerung besteht jedoch die Gefahr, daß unter gewissen Umständen und insbesondere dann, wenn der Spindelantrieb, der eine Umfangskraft auf die Spindel ausübt, in der Nähe des hinteren Lagers — zwischen oder außerhalb dem hinteren und dem vor-
ao deren Lager der Spindellagerung — angreift, der Außenring des hinteren Lagers in seiner Aufnahmebohrung verkanten kann und dann aufhört zu gleiten, so daß dann bei Längsausdehnung der Spindel in dem Lager inneres Spiel entsteht. Außerdem ist die
a5 Festlegung des Spiels zwischen dem Außenring des hinteren Lagers und seiner Aufnahmebohrung problematisch. Während ein zu kleines Spiel das Gleiten verhindert, kann ein zu großes Spiel infolge des Schwimmens der Spindel zu einer Instabilität des Spindellaufes führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spindellagerung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Lager in allen Betriebszuständen spielfrei unter praktisch konstanter Vorspannung laufen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der äußere Laufring des hinteren Kegelrollenlagers über einen im Querschnitt schwächeren Verbindungsteil um einen hohlzylindrischen Abschnitt gleichen Außendurchmessers und etwa gleieher axialer Breite verlängert ist, der an seiner Stirnseite eine Vielzahl axialer Bohrungen besitzt, in denen die Druckfedern aufgenommen sind.
Die mit der Spindellagerung nach der Erfindung erzielbaren Vorteile ergeben sich insbesondere daraus, daß das Spiel, das z. B. durch Durchbiegungen der Spindel oder Abnutzung der Laufbahnen verursacht ist, ständig selbsttätig kompensiert wird und daß selbsttätig das Passungsspiel des hinteren äußeren Laufrings in seiner Aufnahmebohrung aufgehoben wird, ohne daß dieser Laufring verkantet, wenn er dabei durch Ausdehnen oder Zusammenziehen der Spindel verschoben wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Spindellagerung nach der Erfindung ist der Verbindungsteil
durch sich innen und außen gegenüberliegende, im Querschnitt kreisbogenförmige Rillen geschwächt, die untereinander durch radiale Bohrungen verbunden sind, wobei in die äußere Rolle eine Schmierleitung mündet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Spindellagerung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 und 3 einen Axialschnitt bzw. eine Draufsieht des in F i g. 1 linken Kegelrollenlagers.
Die Spindel 1 trägt an ihrem in F i g. 1 rechts gelegenen vorderen Ende la ein nicht gezeigtes Spannfutter zum Einspannen eines Werkstücks oder eines
Werkzeugs. An diesem Ende ist die Spindel in dem Gehäuse 2 mittels eines zweireihigen Kegelrollenlagers mit sich nach beiden Enden der Spindel hin erweiternden Laufbahnen gelagert. Dieses Lager umfaßt einen einzigen, durch einen Bolzen 11 gegen Verdrehung gesicherten äußeren Laufring 3 und zwei innere Laufringe 4 und 5 für die beiden Kegelrollenkränze 6 und 7. Die inneren Laufringe 4 und 5 sind auf den Tragabschnitt Ib der Spindel 1 aufgeschoben und zwischen der Schulter 10 der Spindel und der Spannmutter 8 festgehalten. Dem Lager wird Schmieröl mittels der durch das Gehäuse geführten Schmierleitung 9 zugeführt und daraus mittels des Sammelrings 10 über den axial im Gehäuse 2 verlaufenden Kanal 10 a wieder abgeführt.
Durch sorgfältig gewählte Passungen zwischen Laufringen und Welle bzw. Bohrung und durch genaues Einstellen der Mutter 8 ist beim Einbau jedes Spiel in dem zweireihigen Kegelrollenlager 3 bis 7 ausschaltbar. Infolge von Abnutzung, von Wärmedehnung oder von während des Betriebes auf die Spindel einwirkenden Kräften kann sich jedoch wieder ein Spiel einstellen.
Das hintere Ende Id der Spindel (links in F i g. 1) ist über ein einreihiges Kegelrollenlager mit sich zu diesem Ende hin erweiternden Laufbahnen in dem Gehäuse 2 unterstützt. Dieses Lager umfaßt einen inneren Laufring 12, der zwischen der Spannmutter
13 und der Schulter 1 e der Spindel gehalten ist, einen äußeren Laufring 14 und einen Kranz von Kegelrollen 15. Die Kegelrollen 15 sind in bekannter Weise axial durchbohrt und mittels eines Blechkäfigs 16 geführt. Der Käfig 16 hat auf beiden Seiten des Rollenkranzes mit den Öffnungen für die Rollen fluchtende axiale Bohrungen. Er wird von dem Sprengring 18 mit dem inneren Laufring 12 zusammengehalten (Fig. 2).
Der äußere Laufring 14 umfaßt zwei Abschnitte 14a und 14& (Fig. 2). Am inneren Umfang des Abschnitts 14 a ist die äußere Laufbahn der Rollen 15 vorgesehen. Der hohlzylindrisch ausgebildete Abschnitt 14 & erstreckt sich axial von dem Abschnitt
14 a zum vorderen Spindelende hin und ist mit dem Abschnitt 14 a über einen im Querschnitt schwächeren Verbindungsteil 14 c verbunden. Der Verbindungsteil 14 c ist durch sich innen und außen gegenüberliegende, im Querschnitt kreisbogenförmige Rillen 19 und 20 geschwächt. Die Rillen 19 und 20 sind miteinander durch radiale Bohrungen 21 verbunden, die durch die Schmierleitung 22 (F i g. 1) zugeführtes Öl durchlassen. Ein Sammelring 23 sorgt für den Rücklauf des Öls über den axial im Gehäuse verlaufenden Kanal 24.
In den hohlzylindrischen Abschnitt 14 b sind axial gerichtete Bohrungen 25 eingebracht, in denen Federn 26 aufgenommen sind. Diese Federn stützen sich am Gehäuse 2 über eine mittels Schrauben 28 daran befestigte Platte 27 ab.
Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, ist eine große Anzahl von Federn vorgesehen, so daß die durch den Federdruck am Laufring 14 erzeugte Druckverteilung über den Umfang des Laufrings 14 gleichmäßig ist.
Die Hauptabmessungen des hinteren Kegelrollenlagers 12, 14,15 sind wie folgt gewählt:
Der Kegelwinkel α des Kegelrollenlagers ist klein (zwischen 10 und 20°) gehalten. Die mittlere Wandstärke des Abschnitts 14 a des Lauf rings 14 ist mit zehn bis fünfzehn Hundertstel seines Außenradius verhältnismäßig schwach bemessen. Der Laufring 14 sitzt mit einem Spiel, das zwischen einem Fünftausendstel und einem Zehntausendstel seines Durchmesser beträgt, in seiner Gehäusebohrung, so daß er in unaufgeweitetem Zustand leicht darin gleiten kann. Die axiale Breite des gesamten Laufrings 14 ist groß — etwa entsprechend seinem Radius —~ bemessen, so daß er beim Gleiten in seiner Aufnahmebohrung nicht verkanten kann.
ίο Die Spindellagerung gemäß der Erfindung wirkt in folgender Weise: Die Federn 26 drücken den äußeren Laufring 14 gegen die Kegelrollen 15. Dabei tritt eine infolge des kleinen Kegelwinkels des Kegelrollenlagers 12, 14, 15 starke Keilwirkung auf, die den verhältnismäßig dünnwandigen Abschnitt 14 a des Laufrings 14 so stark aufweitet, daß das Spiel zwischen seinem äußeren Umfang und seiner Aufnahmebohrung aufgehoben wird. Die Aufweitung des Abschnitts 14 a geschieht wegen der geringen Festig-
ao keit des die beiden Abschnitte 14 a und 14 b zusammenhaltenden Verbindungsteils 14 c weitgehend unabhängig von dem Abschnitt 14 b des Lauf rings 14. Die Federkräfte der Federn 26 werden über die Rollen 15 auf den inneren Laufring 12 des Lagers übertragen und üben somit eine Zugkraft auf die Spindel 1 aus. Diese Zugkraft teilt sich dem äußeren Laufring 3 des vorderen Lagers 3 bis 7 über die Schulter 1 c der Spindel, den inneren Laufring 4 und die Rollen 7 des vorderen Lagers mit. Dadurch werden die beiden Lager 12, 14, 15 und 3 bis 7 unter Ausschaltung jeglichen inneren als auch äußeren Spiels mit aus der Kraft der Federn 26 resultierender Vorspannung gegeneinander verspannt.
Beim Dehnen der Spindel (z. B. infolge von Erwärmung) schieben die Federn 26 den Laufring 14 den Kegelrollen 15 nach.
Beim Zusammenziehen der Spindel (z. B. infolge von Abkühlung) drücken die Kegelrollen 15 den Laufring 14 gegen die Federn 26. Dabei ist ein Verklemmen des äußeren Laufrings 14 infolge von Selbsthemmung aus folgenden Gründen ausgeschlossen: der Reibwert zwischen den Kegelrollen und ihrer Laufbahn auf dem äußeren Laufring ist bei laufenden Rollen sehr klein. In seiner Aufnahmebohrung ist der Laufring 14 mit über die äußere Rille 20 zugeführtem Öl geschmiert, wodurch der Reibwert an dieser Stelle klein gehalten ist.
Die auf das Lager 12, 14, 15 wirkende axiale Kraft ist also stets gleich der Summe aller Federkräfte der Federn 26. Diese Kraft ändert sich praktisch nicht, da die durch Dehnen und Zusammenziehen der Spindel erzeugten Federwege im Vergleich zur Länge der Federn 26 verschwindend klein sind.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Spindellagerung für Werkzeugmaschinen mit rotierender Werkstück- oder Werkzeugspindel, bei der das vordere Ende der Spindel über ein einreihiges Kegelrollenlager mit sich zum Arbeitsende der Spindel hin erweiternden Laufbahnen oder über ein zweireihiges Kegelrollenlager mit sich nach beiden Enden der Spindel hin erweiternden Laufbahnpaaren und das hintere Ende der Spindel über ein sich gegen dieses Ende erweiterndes, einreihiges Kegelrollenlager abgestützt ist, dessen Außenlaufring mittels eines Kranzes parallel zur Längsachse angeordneter, am Ge-
Muse abgestützter Druckfedern über die Kegelrollen gegen den auf der Spindel befetigten Innenlaufring andrückbar und bis zur Anlage in der Gehäusebohrung aufweitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Laufring (14 a) des hinteren Kegelrollenlagers (12, 14, 15) über einen im Querschnitt schwächeren Verbindungsteil (14 c) um einen hohlzylindrischen Abschnitt (14 b) gleichen Außendurchmessers und etwa gleicher axialer Breite verlängert ist, der an seiner Stirnseite eine Vielzahl axialer Bohrungen besitzt, in denen die Druckfedern (26) aufgenommen sind.
2. Spindellagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsteil (14 c) durch sich innen und außen gegenüberliegende, im Querschnitt kreisbogenförmige Rillen (19, 20) geschwächt ist, die untereinander durch radiale Bohrungen (21) verbunden sind, und daß in die äußere Rille (20) eine Schmierleitung (22) mündet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEP29641A 1961-06-17 1962-06-18 Spindellagerung fuer Werkzeugmaschinen mit rotierender Werkstueck- oder Werkzeugspindel Pending DE1289384B (de)

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