DE2503858B2 - Spindellagerung fuer eine werkzeugmaschine - Google Patents

Spindellagerung fuer eine werkzeugmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Spindellagerung für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Drehbank, mit wenigstens zwei Kegelrollenlagern mit gegensinnig sich erweiternden Laufbahnen und einer druckmittelbetätigbaren Vorrichtung, mit der auf einen der Laufringe eines Kegelrollenlagers eine Vorspannkraft aufbringbar ist, die durch Einstellen des Druckmitteldruckes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Spindel einstellbar ist.
Bei einer bekannter. Spindellagerung dieser Art (CH-PS 4 68 864) wird der Druck in dem die Vorspannkraft auf den äußeren Lagerring ausübenden Druckmittel in Abhängigkeit von der Drehzahl der Spindel entweder in zwei Stufen verändert, indem das auf den Außenlaufring wirkende Druckmittel über ein Magnetventil mit einer Druckmittelquelle (kleine Drehzahl) oder mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelbehälter verbunden wird, oder abgestuft über ein regelbares Druckminderventil. Im einen Fall ist die Druckänderung in Abhängigkeit von der Drehzahl zu grob und im anderen Fall sehr aufwendig, wobei in beiden Fällen nur abgestufte Druckänderungen vorgenommen werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindellagerung der eingangs beschriebenen Art einfacher und feinfühliger zur selbsttätigen Abhängigkeit von der Drehzahl einstellbar zu gestalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die druckmittelbetätigte Vorrichtung einen Ringraum zwischen dem vorzuspannenden Laufring und dem Spindeigehäuse, eine Drossel in der Druckmittelleitung und einen Druckmittelabfluß mit ein laminares Abströmen des Druckmittels bewirkenden Ringspalten umfaßt und daß die Drossel bei stillstehender Spindel einen Druckabfall gleicher Größenordnung wie im Druckmittelabfluß hat.
Bei der Erfindung sind zur Veränderung des Druckes die örtlichen Temperaturschwankungen ausgenutzt, die sich bei Drehzahländerungen der Spindel ergeben. Bei zunehmender Drehzahl steigt die Temperatur, der Durchsatz und damit der Druckabfall, so daß der Druck im Ringraum ebenfalls abnimmt.
Konstruktiv ist eine bevorzugte Ausführung einer solchen Spindellagerung dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum auf der dem Laufring axial entgegengesetzten Seite von einem Anschlagring in Form einer in die Lageraufnahme eingesetzten Büchse begrenzt ist, welche sich mit einem Bund an der dem Laufring axial abgewandten Seite an einem Sicherungsring abstützt, daß ein axiales Verlängerungsstück des Laufringes auf einen im Querschnitt schwächeren Teil der Büchse gleitet und daß ein zusätzlicher Ring auf der Spindel sitzt, der mit der Büchse die Ringspalte bildet.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können zusätzlich zu der druckmittelbetätigbaren Vorrichtung Schraubenfedern auf den vorzuspannenden Laufring des Kegelrollenlagers wirken; die Erzeugung einer Vorspannkraft der Schraubenfedern allein ist an sich bekannt (DT-PS 12 89 384). Bei der kombinierten Aufbringung der Vorspannkraft gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Grundvor spannung durch die Schraubenfedern aufgebracht. Die hydraulisch aufgebrachte Vorspannkraft kann deshalb verhältnismäßig klein gehalten werden, so daß gegenüber der bekannten Spindellagerung mit hydraulischer Aufbringung der Vorspannkraft allein ein erheblich verringerter Energieverbrauch erzielbar ist. Vor allem stellen die Schraubenfedern aber auch bei Druckausfall stets eine Mindestanpreßkraft zur Verfügung, so daß ein übergroßes Lagerspiel, das für die Lebensdauer der Spindellagerung abträglich wäre, auch bei Druckausfall vermieden ist.
Bei der Erfindung variieren die auf den Außenlaufring aufgebrachten axialen Kräfte in Abhängigkeit von der Drehzahl beträchtlich. Dies gilt entsprechend für die Dehnung bzw. Aufweitung des Außenlaufringes im Betrieb. Da diese Aufweitung um so stärker ist, je dünnwandiger der konische Außenlaufring wird, kann es leicht zu einem Verkanten des Außenlaufringes unter der Einwirkung der Lagerrollen kommen. Um dieses auf unterschiedliche Dehnung bzw. Aufweitung beruhende Verkanten zu vermeiden, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der die Rollenlaufbahn tragende Teil des von der Vorrichtung beaufschlagten Außenlaufringes außen konisch verjüngt ist, wobei die Neigung der Erzeugenden zwischen 1 :3000 und 1 :5000 beträgt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer
schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten erläutert Die Zeichnung zeigt einen axialen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch ein mit Spielausgleich gemäß der Erfindung versehenes Lager einer Spindellagerung.
Gemäß der Zeichnung, aus der die allgemeine Anordnung einer Spindellagerung hervorgeht, ist eine Spindel 1 =in einem Werkzeugmaschinengestell 2 drehbar gelagert
Bei dem gezeigten Beispiel ist eine Spindelnase 3 in einem zweireihigen Kegelrollenlager 4 aufgenommen.
Das Beispiel weist zur Unterstützung dieser Spindelnase ein einreihiges Kegelrollenlager 5 auf, dessen Laufbahnen sich nach außen erweitern.
Es sind mit der Spindel Antriebszahnräder 6 und 7 drehfest verbunden, die von einer Spannmutter 8 an den Innenlaufring 9 für den der Spindelnase abgewandten Rollenkranz bzw. an den Innenlaufring 10 des einreihigen Kegelrollenlagers 5 angepreßt sind.
Eine Spindel 1 ist an ihrem hintere.! Ende, d. h. an der der Spindelnase abgewandten Seite, durch ein Wälzlager 11 unterstützt, dessen Konizität derjenigen eines der Spindelnase benachbarten, nicht gezeigten Wälzlagers entgegengesetzt ist, d. h. diese beiden äußeren Wälzlager weisen nach außen sich erweiternde Laufbahnen auf.
Ein Innenlaufring 12 des Wälzlagers 11 ist durch eine Mutter 13, die von einer Beilag- oder Sicherungsscheibe 14 festgehalten ist, an eine Schulter der Spindel angepreßt.
Der Außenlaufring 15 dieses Wälzlagers ist durch einen im Querschnitt schwächeren Mittelteil 15c in Achsenrichtung in zwei Teile 15a und 15t unterteilt. Um die getrennte Verformung dieser beiden Teile zu begünstigen, weist der im Querschnitt schwächere Mittelteil radiale Bohrungen 16 auf.
Der nach hinten gelegene Teil 15a des Außenlaufringes weist eine maschinell bearbeitete Innenfläche auf, die die Laufbahn für Rollen 18 bildet. Der vordere Teil 156 dieses Außenlaufringes bildet ein zylindrisches Verlängerungsstück.
Der Außenlaufring ist maschinell so bearbeitet, daß er ohne Spiel in einer Bohrung 17 im Werkzeugmaschinengestellt gleitet.
In einer Vielzahl am Umfang des zylindrischen Verlängerungsstückes 156 verteilten axialen Bohrungen 22 sind Federn 25 aufgenommen, wolche die auf den Außenlaufring 15 wirkende axiale Kraft erzeugen, mit der eine Vorspannung zum Ausgleichen des axialen Spindelspieles gewährleistet ist, das zwischen den beiden die Spindel unterstützenden äußeren Wälzlagern mit gegensinnig sich erweiternden Laufbahnen auftreten kann.
Weiterhin kann der größte Durchmesser des Teiles 15a etwas kleiner sein als der des Teiles 156, um zu vermeiden, daß der infolge der Keilwirkung durch die Rollen 18 gedehnte bzw. aufgeweitece Außenlaufringteil 15a nicht mehr in der Bohrung 17 gleiten kann, da gerade zur Begünstigung dieser aufweitenden Wirkung am Teil 15a und, umgekehrt, zur Sicherung der axialen Stellung der Spindel der Spitzenwinkel dieser Rollen 18 gegenüber dem Spitzenwinkel bei üblichen Kegelrollen verhältnismäßig klein gewählt sein kann.
Der zylindrische Teil 156 gleitet mit seiner Innenbohrung auch an der Wand eines im Querschnitt schwächeren Teiles 19a einer Büchse 19, die über einen Bund 196 spielfrei in der Bohrung 17 aufgenommen ist und sich an einem elastischen Sicherungsring 21 abstützt, der in eine Ringnut in dieser Bohrung eingesetzt ist
Der Bund 196 der Büchse 19 weist zur Aufnahme des anderen Endes der Federn 25 den Bohrungen 22 im Außenlaufringteil 15a gegenüberliegende Sacklochbohrungen 23 auf. Es lassen sich daher Federn 25 von großer Länge verwenden, d. h. Federn, bei denen die relative Änderung der axialen Kraft mit der Längenänderung vernachlässigbar klein ist
ίο Ein Ring 24, der in einer Außenringnut des im Querschnitt schwächeren Teiles 19a aufgenommen ist, hält die Büchse 19 bei der Demontage des Aggregates trotz der Entspannung der Federn 25 untrennbar mit dem Außenlaufring 15 verbunden.
Eine in die Bohrung 17 mündende, im Maschinengestell 2 ausgebildete Bohrung 26 gestattet die Zuführung von Drucköl zwischen die nach vorn weisende ringförmige Stirnfläche des Verlängerungsstückes 15Zj und die Stirnfläche der die Büchsenteile 19a und 196 voneinander trennenden Schulter. Auf diese Weise wird durch Reaktion an der Büchse 19, die sich am Sicherungsring 21 abstützt, auf den Außenlaufring 15 eine axiale Kraft ausgeübt.
Diese axiale Kraft drückt den Außenlaufringteil 15a in Achsenrichtung an die Rollen 18 an und führt zu einer gleichstarken, jedoch entgegengesetzt gerichteten Beanspruchung des der Spindelnase zunächst gelegenen nicht gezeigten Kegelrollenlagers, dessen Laufbahnen sich in zum hinteren Wälzlager 11 umgekehrter Richtung erweitern. Diese axiale Kraft kommt zu der von den Federn 25 ausgeübten Vorspannkraft hinzu.
Ist die mit den Federn erzielbare Vorspannung nach dem mit dem guten Funktionieren der Spindel bei der höchsten Drehzahl und bei geringer Belastung kompatibelen Minimalwert eingestellt worden und arbeitet die Maschine unter diesen Betriebsbedingungen, dann ist der dem Kanal 26 zugeführte Fluiddruck Null. Soll die Spindel der betrachteten Maschine jedoch bei kleiner Drehzahl und unter Belastung durch starke radiale Kräfte arbeiten, wird die Stabilität der Spindel durch Verstärken der Vorspannung durch Erhöhen des über den Kanal 26 zugeführten Öldruckes verstärkt.
Da? folgende Zahlenbeispiel gibt eine Vorstellung von der Größenordnung der auftretenden Kräfte und Drucke:
Durchmesser der Bohrung 17 140 mm
Außendurchmesser des Teiles 19a
der Büchse 19 115 mm
Wirksame Fläche zur Aufnahme
des Öldruckes 50 cn2
Kleinste, durch die Federn 25
erzeugte Vorspannung 50 kp
Größte, durch die Federn 25 und
den Öldruck erzeugte Vorspannung 450 kp
Differenz 4QQ 400 kp
Größter Druck bei Regelung, -^ 8 bar
Die durch Regelung des Druckes bestimmte axiale Kraft läßt sich abhängig vom Maschinenzyklus steuern und damit ständig so einstellen, daß die zur ständigen Gewährleistung der besten Maschinenausnutzung optimale Vorspannung sichergestellt ist.
Somit bleibt die Geometrie des hinteren Wälzlagers unabhängig von den Längenänderungen der Spindel gegenüber dem Maschinengestell erhalten, da die drei Hauptbauteile dieses Wälzlagers, nämlich der Innenlaufring 12, der Satz Rollen 18 und der Außenlaufring 15
sich ständig in derselben Richtung und um einen gleichen Betrag verstellen. Der Konvergenzpunkt der Erzeugenden dieser Bauteile bleibt somit auf der Drehachse, eine für das gute Funktionieren der Kegelrollenlager unbedingt zu erfüllende Forderung. Diese Konvergenz bliebe nicht erhalten, wenn die Dehnung zwischen Spindel und Maschinengestell durch Relativverstellung eines einzigen der Lagerbauteile gegenüber den anderen ausgeglichen würde.
Bei dem gezeigten Beispiel kann ein in der Zeichnung ι ο erkennbarer Spalt d zwischen sich gegenüberliegenden ringförmigen Stirnflächen des Außenlaufringes 15 und der Büchse 19 zwischen einigen Hundertstel mm und 3 mm je nach Ausführung des nicht gezeigten Lagers an der Spindelnase betragen. Dies vereinfacht die Justierung und die Nachstellungen und gewährleistet die Betriebssicherheit.
Auf diese Weise könnte selbst eine zufällige, wenn auch unwahrscheinliche Belastung durch eine der Vorspannung entgegengerichtete und diese übersteigende Kraft kein merkliches Schwimmen der Spindel zur Folge haben.
Bei Werkzeugmaschinen mit automatischer Programmsteuerung durch Lochstreifen oder Magnetband läßt sich der den Öldruck im Kanal 26, d. h. die Größe der Vorspannung bestimmende Befehl dadurch festlegen, daß man auf den genannten Informationsträgern die den Öldruck bestimmende Information aufzeichnet.
Um bei einem bestimmten Speisedruck eine konstante axiale Kraft zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn die hydraulischen Leckströme aus dem ringförmigen Raum konstant sind, d. h. wenn die Temperaturschwankungen in diesem Raum praktisch nur geringfügig sind, um Viskositätsänderungen oder maßliche Veränderungen der Spalte zwischen relativ zueinander gleitenden Bauteilen zu vermeiden.
Zu diesem Zweck ist der Innendurchmesser der Büchse 19 viel größer als der Spindeldurchmesser gewählt, damit zwischen der Spindel und dieser Büchse jegliche Wärmeübertragung vermieden ist
Bei der gezeigten Konstruktion, bei der die hydraulische axiale Kraft den Federdruck ergänzt, ist es dennoch möglich, den im ringförmigen Raum herrschenden Druck annähernd und selbsttätig abhängig von der Spindeldrehzahl zu regeln, wobei für diese Regelung die örtlichen Temperaturschwankungen ausgenutzt werden.
Hierzu ist auf der Spindel 1 mittels des Innenlaufringes 12 ein zusätzlicher Ring 28 befestigt Dieser weist einen Bund 28a auf, der mit dem ringförmigen Raum zwischen den sich gegenüberliegenden Teilen 15Zj und 19i> in Verbindung steht bzw. diesem gegenüberliegt Diesem Bund gegenüberliegend ist in der Büchse 19 eine Ringnut 29 ausgebildet, die durch eine oder mehrere Bohrungen 30 an den genannten Ringraum angeschlossen ist
Auf diese Weise sind zwei Ringspalte 31 gebildet, die sich beiderseits der Ringnut 29 zwischen der Büchse 19 und dem Bund 28a befinden, und von einem definierten Leckstrom durchströmt werden. Die Breite dieser Ringspalte ist sehr klein und beträgt beispielsweise zwischen 0,01 und 0,03 mm.
In den Kanal 26 ist eine Drossel 32 eingesetzt, die einen Druckabfall hervorruft, der im wesentlichen gleich dem Druckabfall über die Ringspalte 31 bei stillstehender Maschine ist.
Wird somit dem Kanal 26 ein Druck Pzugeführt, dann herrscht im Ringraum ein Druck von ziemlich genau WiP.
Bei sich drehender Spindel verhält sich diese Einrichtung wie eine an sich bekannte drehbare Druckübertragungsverbindung, d.h. bei den niedrigen Drehzahlen nimmt der Durchsatz dieser Verbindung langsam zu, wobei der wirksame Druck bei nahe '/2 P bleibt. Die Scherung in den ölgrenzschichten ist dann tatsächlich gering.
Bei zunehmender Geschwindigkeit steigt die Erwärmung in dieser Verbindung an. Der Durchsatz, und damit der Druckabfall, wird ebenfalls größer, so daß der Druck im Ringraum abnimmt.
Bei der höchsten Drehzahl ist der Leckstrom derart, daß aufgrund der Durchsatzbegrenzung durch die Drossel 32 der Druck im Ringraum vernachlässigbar klein wird. Es ist dann nur der Federdruck wirksam.
Auch in diesem Falle wird wenigstens ein Teil des austretenden Öls aufgefangen und zur Schmierung des Wälzlagers 11 verwendet
Es sei darauf hingewiesen, daß die Federn 25 in allen Fällen eine Sicherheitseinrichtung für den Fall einer Störung der Druckölversorgung darstellen. Sie verhindern im übrigen jegliches Schwimmen der Spindel beim Einschalten oder Stillsetzen der Maschine.
Die auf die Spindel wirkenden axialen Kräfte variieren in beträchtlichem Maße. Gleiches gilt für die mögliche Dehnung bzw. Aufweitung des Außenlaufringteils 15a unter der Keilwirkung der Rollen 18.
Diese Dehnung bzw. Aufweitung ist um so stärker, je dünnwandiger der Teil 15a ist Wie in den Zeichnungen zur besseren Verdeutlichung übertrieben dargestellt ist, ist das hintere Ende des Teils 15a außen konisch verjüngt. Die Neigung des halben Spitzenwinkels dieses Kegels beträgt mit Vorteil zwischen 1 :5000 und 1 :3000.
Bei niedriger Drehzahl und maximaler Vorspannung wird auf diese Weise jedes Verkanten des Außenlaufrings 15 in der Bohrung 17 vermieden, das sich aus einer ungleichmäßigen Dehnung bzw. Aufweitung des Außenlaufringteils 15a unter der Keilwirkung der Rollen ergeben könnte.
Zwischen der Bohrung 17 und den Bauteilen 15 und 19 ist keinerlei Dichtung erforderlich. Derartige Dichtungen könnten den sehr kleinen, sich aus Längenänderungen der Spindel ergebenden Relativbewegungen dieser Bauteile entgegenwirken.
Die hydraulischen Leckströme, die sich infolge Fehlens von Dichtungen zwischen der Bohrung 17 und dem Außenlaufring 15 ergeben, tragen zur Schmierung des Wälzlagers bei, erleichtern die Realtivgleitbewegungen und verhindern die Kontaktoxidatioa
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
f569

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Spindellagerung für eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Drehbank, mit wenigstens zwei Kegelrollenlagern mit gegensinnig sich erweiternden Laufbahnen und einer druckmittelbetätigbaren Vorrichtung, mit der auf einen der Laufringe eines Kegelrollenlagers eine Vorspannkraft aufbringbar ist, die durch Einstellen des Druckmitteldruckes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Spindel einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die druckmittelbetätigte Vorrichtung einen Ringraum zwischen dem vorzuspannenden Laufring (15) und dem Spindelgehäuse (2), eine Drossel (32) in der Druckmittelleitung (26) und einen Druckmittelabfluß (29,30,31) mit ein laninares Abströmen des Druckmittels bewirkenden Ringspalten (31) umfaßt und daß die Drossel bei stillstehender Spindel (1) einen Druckabfall gleicher Größenordnung wie im Druckmittelabfluß (29,30,31) hat
2. Spindellagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der druckmittelbetätigten Vorrichtung Schraubenfedern (25) auf den vorzuspannenden Laufring (15) des Kegelrollenlagers wirken.
3. Spindellagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum auf der dem Laufring (15) axial entgegengesetzten Seite von einem Anschlagring in Form einer in die Lageraufnähme (17) eingesetzten Büchse (19) begrenzt ist, welche sich mit einem Bund (i9b) an der dem Laufring (15) axial abgewandten Seite an einem Sicherungsring (21) abstützt, daß ein axiales Verlängerungsstück (i5b) des Laufringes auf einen im Querschnitt schwächeren Teil (19a) der Büchse (19) gleitet und daß ein zusätzlicher Ring (28, 2Sa) auf der Spindel (1) sitzt, der mit der Büchse (19) die Ringspalte (31) bildet.
4. Spindellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Rollenlaufbahn tragende Teil (15a,} des von der Vorrichtung beaufschlagten Außenlaufringes (15) außen konisch verjüngt ist, wobei die Neigung der Erzeugenden zwischen 1 :3000 und 1 :5000 beträgt.
DE19752503858 1974-01-31 1975-01-30 Spindellagerung für eine Werkzeugmaschine Expired DE2503858C3 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR865262A FR1300201A (fr) 1961-06-17 1961-06-17 Perfectionnement au montage des broches de machines-outils
FR7403218 1974-01-31
FR7403218A FR2259663A2 (en) 1974-01-31 1974-01-31 Spindle bearing for machine tool

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2503858A1 DE2503858A1 (de) 1975-08-07
DE2503858B2 true DE2503858B2 (de) 1976-12-09
DE2503858C3 DE2503858C3 (de) 1977-11-24

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ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0144786A1 (de) * 1983-11-14 1985-06-19 TREMAG Trennmaschinen-Gesellschaft mbH i.K. Trennvorrichtung

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Also Published As

Publication number Publication date
GB945923A (en) 1964-01-08
US3144283A (en) 1964-08-11
DE1289384B (de) 1969-02-13
US3948577A (en) 1976-04-06
JPS50143172A (de) 1975-11-18
GB1491132A (en) 1977-11-09
IT1027313B (it) 1978-11-20
JPS5754266B2 (de) 1982-11-17
DE2503858A1 (de) 1975-08-07
FR1300201A (fr) 1962-08-03

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