WO2002032618A1 - Lagerung einer maschinenspindel - Google Patents

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Karl-Heinz Wiemers
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Wiemers Innovative Technik Gmbh
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    • F16C2322/39—General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Definitions

  • the invention relates to a machine spindle according to the preamble of claim 1.
  • Such bearings are very expensive to manufacture and also have the disadvantage that they are mechanically passive and no exact concentricity can be guaranteed.
  • the object of the present invention is therefore to develop a bearing for machine spindles with which the disadvantages of the solutions of the known prior art are avoided.
  • a bearing for machine spindles which is designed so that the machine spindles are stored in magnetic bearings and by means of centering magnets be positioned, the bearing being designed in such a way that the centricity, thus the central concentricity of the machine spindle, is monitored by means of a sensor system provided and, if necessary, a regulating action is taken on the bearing, which takes place via the centering magnets provided.
  • a vertically arranged machine spindle 3 is shown here, which is mounted in a spindle housing 1 in a vertically adjustable manner.
  • the bearing is carried out by means of sliding, rolling, air, liquid bearings 2 or magnetic bearings 4.
  • An additional bearing is carried out by centering magnets 6, which are integrated in a centering magnet housing 5.
  • the preferably four centering magnets 6 are arranged circumferentially around the machine spindle 3 at a very short distance.
  • the entire machine spindle bearing includes a sensor system 10 which is positioned directly in relation to the machine spindle 3 in such a way that the Position or the concentricity of the machine spindle 3 can be detected in any working position.
  • the proposed mounting of the machine spindle 3 via the magnetic bearing 4 can also be designed such that directly in the area of the magnetic bearing 4 within the
  • a second sensor system 10 ' is arranged in the area of the bearing.
  • the storage system presented can also be used for horizontally mounted machine spindles 3.
  • centering magnets 6; 6 '; 4 C positioned circumferentially to the machine spindle 3 or to the shank 8 of the tool holder.
  • sensor systems 10; 10 ' provided.
  • the centering magnets 6; 6 '; 4 ' arranged circumferentially, preferably also in a number of four pieces.
  • a magnetic bearing 4 can also be used.
  • the direction of movement 9 is then understandably to be viewed horizontally.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerung einer Maschinenspindel (3) in Werkzeugmaschinen und auch anderen Bearbeitungsmaschinen, die teleskopierend/nicht teleskopierend in Spindelgehäusen gelagert sind. Die Lagerung der Maschinenspindeln (3) innerhalb des Spindelgehäuses erfolgt mittels eines Gleit-, Wälz-, Luft-, Flüssigkeits- (2) oder Magnetlagers (4) mit zugeordnetem Sensorsystem (10). Ausserhalb des Spindelgehäuses (1) erfolgt diese Lagerung durch mehrere Zentriermagnete (6), die in einem Zentriermagnetgehäuse (5) angeordnet sind, in dem sich auch ein Sensorsystem befindet, das den Zentriermagneten zugeordnet ist.

Description

Lagerung einer Maschinenspindel
Die Erfindung betrifft eine Maschinenspindel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt, Maschinenspindeln, je nach ihrem Verwendungszweck in horizontaler oder vertikaler Lage in entsprechenden Werkzeugmaschinen zu integrieren und auch zu lagern.
Dabei bedarf es bei der vertikalen Anordnung einer Maschinenspindel einer besonderen Lagerung, damit die auftretenden Kräfte während des Arbeitsprozesses aufgenommen und abgeleitet werden können, um möglichst einen harmonischen Arbeitsprozess ablaufen zu lassen.
Dies ist insbesondere bei Werkzeugmaschinen für die mechanische Bearbeitung von Bedeutung, da durch die Bearbeitung selbst Vibrationen entstehen, die, wenn diese nicht ausgeschlossen werden, sich negativ auf die zu bearbeitenden Oberflächen und Bearbeitungstoleranzen der Werkstücke auswirken.
So wurden bereits Lagerungen geschaffen, die teleskopartig ausgebildet sind, um auch beim ausgefahrenen Zustand einer Maschinenspindel eine stabilere Lagerung und Positionierung derselben zu erreichen.
Derartige Lagerungen sind sehr kostenaufwendig herzustellen und ferner mit dem Nachteil behaftet, dass diese mechanisch passiv sind und kein exakter Rundlauf gewährleistet werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung für Maschinenspindeln zu entwickeln, mit denen die Nachteile der Lösungen des bekannten Standes der Technik vermieden werden.
So wurde eine Lagerung für Maschinenspindeln geschaffen, die so ausgebildet ist, dass die Maschinenspindeln in Magnetlagern gelagert und mittels Zentriermagneten positioniert werden, wobei die Lagerung so ausgebildet ist, dass die Zentrizität, somit der zentrische Rundlauf der Maschinenspindel mittels eines vorgesehenen Sensorsystems überwacht und erforderlichenfalls regelnd auf die Lagerung eingewirkt wird, was über die vorgesehenen Zentriermagnete erfolgt.
Es gehört auch zur Erfindung, dass eine Kombination aus herkömmlicher Lagerung und Magnetlagerung zur Anwendung kommen kann, wobei dann die Magnetlagerungen vorrangig zur Positionierung, also für den exakten Rundlauf der Maschinenspindeln genutzt werden.
Insbesondere bei z. B. vertikal gelagerten Maschinenspindeln bei Werkzeugmaschinen ist es erforderlich, diese exakt mittig zu positionieren, da derartige Maschinenspindeln über eine nicht erhebliche Länge aus ihrer Lagerung herausgefahren werden müssen, um die Werkstücke mechanisch zu bearbeiten. Dadurch treten erhebliche Belastungen auf, die ein Ausbrechen der Maschinenspindel aus ihrer exakten Mittenlagerung hervorrufen. Dies wird über die vorgesehenen Zentriermagnete erfasst, und es wird über das entsprechende Steuersystem so auf diese Zentriermagnete eingewirkt, dass der zentrische Rundlauf der Maschinenspindel gewährleistet ist.
Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden, in der dazugehörigen Zeichnung ist beispielhaft die Lagerung einer Maschinenspindel dargestellt.
Wie aus der beigefügten Zeichnung ersichtlich, ist hier eine vertikal angeordnete Maschinenspindel 3 wiedergegeben, die in einem Spindelgehäuse 1 vertikal verstellbar gelagert ist. Die Lagerung erfolgt mittels Gleit-, Wälz-, Luft-, Flüssigkeitslager 2 oder Magnetlager 4. Eine zusätzliche Lagerung erfolgt durch Zentriermagnete 6, die in einem Zentriermagnetgehäuse 5 eingebunden sind. Die vorzugsweise vier Zentriermagnete 6 sind dabei in sehr geringem Abstand umfänglich um die Maschinenspindel 3 angeordnet. Ferner gehört zur gesamten Maschinenspindellagerung ein Sensorsystem 10, welches unmittelbar so zur Maschinenspindel 3 positioniert wird, dass die Lage bzw. der Rundlauf der Maschinenspindel 3 in jeder Arbeitsposition erfasst werden kann.
Die vorgestellte Lagerung der Maschinenspindel 3 über die Magnetlager 4 kann ferner so ausgebildet sein, dass unmittelbar im Bereich der Magnetlager 4 innerhalb des
Spindelgehäuses 1 Zentriermagnete 4' eingelagert sind und unmittelbar in diesem
Bereich der Lagerung ein zweites Sensorsystem 10' angeordnet ist.
Neben der vertikalen Anordnung einer Maschinenspindel 3, wie in der Zeichnung dargestellt und oben beschrieben, kann das vorgestellte Lagersystem auch für horizontal gelagerte Maschinenspindeln 3 zum Einsatz kommen.
Auch bei dieser Ausführungsform sind die Zentriermagnete 6; 6'; 4C umfänglich zur Maschinenspindel 3 oder zum Schaft 8 der Werkzeugaufhahme positioniert. Gleichfalls sind auch bei einer horizontalen Lagerung die Sensorsysteme 10; 10' vorgesehen.
Auch bei dieser Ausführungsvariante sind die Zentriermagnete 6; 6'; 4' umfänglich angeordnet, vorzugsweise auch in einer Anzahl von vier Stück. Ferner kann neben den Lagern 2 auch ein Magnetlager 4 eingesetzt werden. Die Bewegungsrichtung 9 ist dann verständlicherweise horizontal zu betrachten.

Claims

Patentansprüche
1. Lagerung einer Maschinenspindel in Werkzeugmaschinen und anderen Maschinen, die teleskopierend/nicht teleskopierend in Spindelgehäusen gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagerung der Maschinenspindel (3) innerhalb des Spindelgehäuses (1) mittels Gleit-, Wälz-, Luft-, Flüssigkeits- (2) oder Magnetlager (4) mit zugeordnetem Sensorsystem (10') erfolgt, außerhalb des Spindelgehäuses (1) erfolgt diese Lagerung durch mehrere Zentriermagnete (6), die einem Zentriermagnetgehäuse (5) angeordnet sind, in dem sich auch ein Sensorsystem (10) befindet, das den Zentriermagneten (6) zugeordnet ist.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnetlagerung (4) im Spindelgehäuse (1) ebenso aus Zentier- magneten (4') und diesen zugeordneten Sensoreinheiten (10') besteht und die axiale Verschiebung der Maschinenspindel (3) in einer geeigneten, nicht näher beschriebenen Art, fünktionell ausgeführt bzw. ausgeschlossen wird.
3. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Lagerung der Maschinenspindel (3) im Spindelgehäuse (1) als Kombination aus Gleit-, Wälz-, Luft- oder Flüssigkeitslagern (2) und Magnetlagern (4) mit zugeordnetem Sensorsystem (4') ausgeführt ist.
4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zentriermagnetgehäuse (5) im Bereich des ausfahrbaren/ nicht ausfahrbaren Schaftes (8) der Maschinenspindel (3) axial verstellbarffest vorgesehen ist.
5. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass
vorzugsweise je vier Zentriermagnete (6; 4') mit den dazu angeordneten Sensorsystemen (10; 10') im Spindelgehäuse (1) und im Zentriermagnetgehäuse (5) angeordnet sind.
6. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die gesamte Lagerung der Maschinenspindel (3) sowohl in vertikaler wie auch in horizontaler Bauart ausführbar ist.
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