WO2010049328A2 - Lageranordnung einer vertikal stehenden antriebsspindel - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a bearing arrangement of a vertically standing drive spindle, in particular a vertical feed axis of a machine tool.
  • the invention is therefore based on the problem to provide a bearing assembly that provides an accurate and axially well-sustainable spindle bearing.
  • a bearing assembly of the type described by two successively interconnected in the axial direction bearings one of which is an axial angular contact ball bearings and the other is a radial angular contact ball bearings, the axial angular contact ball bearings - seen in the direction of the force applied in the axial direction weight of the drive spindle - the radial angular contact ball bearing is connected downstream.
  • an axial angular contact ball bearing and a radial angular contact ball bearing are combined with particular advantage.
  • the bearing arrangement takes advantage of both types of bearings, namely on the one hand, the high rigidity and accuracy of the axial angular contact ball bearing, on the other hand, the high axial load capacity of the radial angular contact ball bearing. This results in a compact storage unit for vertical drive axles, which makes an integrated weight compensation makes possible and has a very long service life.
  • both angular contact ball bearings are supported directly or indirectly with their outer rings in a common bearing bracket. This makes it possible to build a ready-to-install bearing unit, which is a compact component.
  • a particularly expedient development of the invention provides for biasing the radial angular contact ball bearing against the direction of the weight force via one or more spring elements.
  • the radial angular contact ball bearing thus acts weight relieving the axial angular contact ball bearings, that is, that the axial angular contact ball bearings is relieved of static weight forces by the biased via the springs radial angular contact ball bearings. This is to the advantage of a lifting of the unloaded rows of storage is avoided by a one-sided high load.
  • the axial angular contact ball bearing only needs to absorb the loads from the dynamics of the drive spindle or the moving masses, which offers the opportunity to use a smaller bearing with higher permissible speed for this purpose.
  • the radial angular contact ball bearing primarily absorbs the static weight, so it is designed with respect to this. As a result of the bearing preload via the spring elements, the respective weight force can therefore be incorporated. and thus the load on the warehouse can be further reduced. Overall, in particular from the spring preload of the radial angular contact ball bearing results in a very high bearing life of both bearings with good speed suitability and low installation dimensions.
  • the bearing assembly For concrete realization of the bias voltage and to enable a compact construction of the bearing assembly is further provided to arrange the outer ring of the radial angular contact ball bearing on a preloaded via the spring or the bearing support ring, the one or more spring elements axially on the bearing holder or a support ring of the bearing holder are superimposed.
  • the spring elements themselves are preferably coil springs, which are accommodated in provided on the outer ring of the radial angular contact ball bearing or bearing support ring holes. They are expediently spaced equidistantly in order to realize a symmetrical bias.
  • the figure shows a bearing assembly 1 comprising a bearing holder 2, in which via a radial angular contact ball bearing 3 and a double row axial angular contact ball bearing 4, a drive spindle 5, which extends vertically in the installed position as shown in the figure, is rotatably mounted.
  • the bearing holder 2 has a stepped central bearing receptacle 6, in which the radial angular contact ball bearing 3 is accommodated in a first recess section 6a, while the radial angular contact ball bearing 3 is viewed in the direction of the weight force F G.
  • switched axial angular contact ball bearings 4 is arranged in a recess portion 6b.
  • the radial angular contact ball bearing 3 is rotatably connected with its inner ring 7 via a bearing sleeve 8 with the drive shaft 5.
  • the outer ring 9 of the radial angular contact ball bearing 3 is arranged on a bearing support ring 10.
  • This in turn has a plurality of holes 11, which are designed as blind holes and in which spring elements 12, here in the form of coil springs, are added.
  • the holes 11 as the spring elements 12 are axially directed, that is, the spring elements 12 bias the radial angular contact ball bearing 3 against the weight F G before.
  • the spring elements 12 With its lower end, the spring elements 12 are supported on a support ring 13 of the bearing holder 2, which in turn rests on the shoulder 14 of the recess 6a.
  • the axial angular contact ball bearing in turn is with its inner ring 15 (shown here are two separate inner ring halves) rotatably connected to the drive shaft 5, while the outer ring 16 is received positively in the recess portion 6b.
  • the radial angular contact ball bearing is biased against the weight F G via the equidistantly distributed spring elements 12.
  • the radial angular contact ball bearings can be designed for the respective male, static load, so the static weight and the bearing load can be reduced to a minimum.
  • the radial angular contact ball bearing relieves the axial angular contact ball bearings from the static weight forces, which means that the axial angular contact ball bearings in turn primarily only have to absorb the loads from the drive spindle movement or the mass movement.
  • a relatively small axial angular contact ball bearing can be used, as can be seen in the figure.
  • the requirements for the tolerances of the bearing holder 2, so the housing of the bearing assembly are kept low by the resilient employment of the radial angular contact ball bearing, which is received on the bearing support ring 10 with a slight clearance in the recessed portion 6a, a costly vote of the two Bearing each other is not required.
  • the integrated weight compensation via the spring preload of the radial angular contact ball bearing design requirements continue to apply to the adjacent construction, as would otherwise be required for a mechanical counterbalance with pneumatic or hydraulic elements, gas springs or counterweights.

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Abstract

Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel, insbesondere einer senkrechten Zustellachse einer Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch zwei einander in Achsrichtung hintereinander geschaltete Wälzlager, von denen eines ein Axial-Schrägkugellager (4) und das andere ein Radial-Schrägkugellager (3) ist, wobei das Axial-Schrägkugellager (4) - gesehen in Richtung der in Achsrichtung anliegenden Gewichtskraft der Antriebsspindel (5) - dem Radial-Schrägkugellager (3) nachgeschaltet.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel, insbesondere einer senkrechten Zustellachse einer Werkzeugmaschine.
Viele Maschinen wie beispielsweise Werkzeugmaschinen weisen vertikal ste- hende Antriebsspindeln auf, die beispielsweise im Falle einer Werkzeugmaschine eine vertikale Zustellachse für ein Werkzeug bilden. Solche Antriebsspindeln oder Gewindetriebe sind in der Regel einer hohen einseitigen Belastung ausgesetzt. Die Achse selbst hat oft ein hohes Eigengewicht, soll aber aufgrund von sehr kleinen Zykluszeiten sehr schnell verfahren werden, das heißt, dass die Antriebsspindel wegen ihrer üblicherweise realisierten kleinen Steigung mit hoher Drehzahl betrieben wird, wobei häufig auch hohe Einschaltdauern aufgrund der kurzen Zyklen realisiert sind.
Hintergrund der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Lageranordnung anzugeben, die eine genaue und axial gut tragfähige Spindellagerung bietet.
Zur Lösung dieses Problems ist eine Lageranordnung der beschriebenen Art durch zwei einander in Achsrichtung hintereinander geschaltete Wälzlager gekennzeichnet, von denen eines ein Axial-Schrägkugellager und das andere ein Radial-Schrägkugellager ist, wobei das Axial-Schrägkugellager - gesehen in Richtung der in Achsrichtung anliegenden Gewichtskraft der Antriebsspindel - dem Radial-Schrägkugellager nachgeschaltet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist mit besonderem Vorteil ein Axial-Schrägkugellager und ein Radial-Schrägkugellager kombiniert. Die Lageranordnung nützt die Vorteile beider Lagertypen, nämlich zum einen die hohe Steifigkeit und Genauigkeit des Axial-Schrägkugellagers, zum anderen die hohe axiale Tragfähigkeit des Radial-Schrägkugellagers. Hieraus resultiert eine kompakte Lagereinheit für senkrechte Antriebsachsen, die einen integrierten Gewichtsausgleich möglicht macht und eine sehr hohe Gebrauchsdauer aufweist.
Zur weiteren Kompaktierung der Gesamtbaueinheit ist es vorteilhaft, wenn beide Schrägkugellager mit ihren Außenringen in einer gemeinsamen Lagerhalterung direkt oder indirekt abgestützt sind. Dies ermöglicht es, eine einbaufertige Lagereinheit aufzubauen, die ein kompaktes Bauteil darstellt.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, das Radial-Schrägkugellager über ein oder mehrere Federelemente entgegen der Richtung der Gewichtskraft vorzuspannen. Das Radial-Schrägkugellager wirkt somit gewichtsentlastend für das Axial-Schrägkugellager, das heißt, dass das Axial-Schrägkugellager durch das über die Federn vorgespannte Radial- Schrägkugellager von statischen Gewichtskräften entlastet wird. Dies ist dahingehend von Vorteil, als ein Abheben der unbelasteten Lagerreihen durch eine einseitig wirkende hohe Belastung vermieden wird. Das Axial- Schrägkugellager braucht also nur noch die Belastungen aus der Dynamik der Antriebsspindel beziehungsweise der bewegten Massen aufzunehmen, was die Möglichkeit bietet, hierfür ein kleineres Lager mit höherer zulässiger Drehzahl einzusetzen. Das Radial-Schrägkugellager nimmt primär die statische Gewichtskraft auf, ist also bezüglich dieser ausgelegt. Durch die Lagervorspannung über die Federelemente kann folglich die jeweilige Gewichtskraft einge- stellt und somit die Belastung des Lagers weiter reduziert werden. Insgesamt resultiert insbesondere aus der Federvorspannung des Radial- Schrägkugellagers eine sehr hohe Lagergebrauchsdauer beider Lager bei guter Drehzahleignung und geringen Einbaumaßen.
Zur konkreten Realisierung der Vorspannung sowie zur Ermöglichung eines kompakten Aufbaus der Lageranordnung ist ferner vorgesehen, den Außenring des Radial-Schrägkugellagers an einem über das oder die Federelemente vorgespannten Lagerhalterungsring anzuordnen, wobei das oder die Federele- mente axial an der Lagerhalterung oder einem Stützring der Lagerhalterung aufgelagert sind. Die Federelemente selbst sind vorzugsweise Schraubenfedern, die in am Außenring des Radial-Schrägkugellagers oder am Lagerhalterungsring vorgesehenen Bohrungen aufgenommen sind. Sie sind zweckmäßigerweise äquidistant beabstandet, um eine symmetrische Vorspannung zu rea- lisieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figur zeigt eine Lageranordnung 1 umfassend eine Lagerhalterung 2, in der über ein Radial-Schrägkugellager 3 sowie ein doppelreihiges Axial- Schrägkugellager 4 eine Antriebsspindel 5, die in der Einbaustellung wie in der Figur gezeigt vertikal verläuft, drehgelagert ist. Die Lagerhalterung 2 weist eine gestufte mittige Lageraufnahme 6, in der die das Radial-Schrägkugellager 3 in einem ersten Ausnehmungsabschnitt 6a aufgenommen ist, während das dem Radial-Schrägkugellager 3 in Richtung der Gewichtskraft FG gesehen nachge- schaltete Axial-Schrägkugellager 4 in einem Ausnehmungsabschnitt 6b angeordnet ist.
Das Radial-Schrägkugellager 3 ist mit seinem Innenring 7 drehfest über eine Lagerhülse 8 mit der Antriebswelle 5 verbunden. Der Außenring 9 des Radial- Schrägkugellagers 3 ist an einem Lagerhalterungsring 10 angeordnet. Dieser wiederum weist eine Vielzahl von Bohrungen 11 auf, die als Sackbohrungen ausgeführt sind und in denen Federelemente 12, hier in Form von Schraubenfedern, aufgenommen sind. Die Bohrungen 11 wie die Federelemente 12 sind axial gerichtet, das heißt, die Federelemente 12 spannen das Radial- Schrägkugellager 3 entgegen der Gewichtskraft FG vor. Mit ihrem unteren Ende sind die Federelemente 12 an einem Stützring 13 der Lagerhalterung 2 aufgelagert, der seinerseits auf der Schulter 14 der Ausnehmung 6a aufliegt.
Das Axial-Schrägkugellager seinerseits ist mit seinem Innenring 15 (gezeigt sind hier zwei separate Innenringhälften) drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden, während der Außenring 16 in dem Ausnehmungsabschnitt 6b formschlüssig aufgenommen ist.
Ersichtlich ist das Radial-Schrägkugellager über die äquidistant verteilten Federelemente 12 entgegen der Gewichtskraft FG vorgespannt. Durch die Wahl der Federelemente und damit die Wahl der Vorspannung kann das Radial- Schrägkugellager auf die jeweilige aufzunehmende, statische Belastung, also die statische Gewichtskraft ausgelegt werden und die Lagerbelastung auf ein Minimum reduziert werden.
Das Radial-Schrägkugellager entlastet das Axial-Schrägkugellager von den statischen Gewichtskräften, das heißt, dass das Axial-Schrägkugellager seinerseits primär nur noch die Belastungen aus der Antriebsspindelbewegung respektive der Massenbewegung aufnehmen muss. Infolgedessen kann ein relativ kleines Axial-Schrägkugellager verwendet werden, wie in der Figur ersichtlich ist. Die Anforderungen an die Toleranzen der Lagerhalterung 2, also des Gehäuses der Lageranordnung, werden durch die federnde Anstellung des Radial- Schrägkugellagers, das über den Lagerhalterungsring 10 mit leichtem Spiel in dem Ausnehmungsabschnitt 6a aufgenommen ist, niedrig gehalten, eine auf- wändige Abstimmung der beiden Lager aufeinander ist nicht erforderlich. Infolge des integrierten Gewichtsausgleichs über die Federvorspannung des Radi- al-Schrägkugellagers entfallen weiterhin konstruktive Anforderungen an die Anschlusskonstruktion, wie sie ansonsten für einen mechanischen Gewichtsausgleich mit pneumatischen oder hydraulischen Elementen, Gasdruck- federn oder Gegengewichten erforderlich wären.
Bezugszahlenliste
1 Lageranordnung
2 Lagerhalterung
3 Radial-Schrägkugellager
4 Axial-Schrägkugellager
5 Antriebsspindel
6 Lageraufnahme
6a Ausnehmungsabschnitt
6b Ausnehmungsabschnitt
7 Innenring
8 Lagerhülse
9 Außenring
10 Lagerhalterungsring
11 Bohrungen
12 Federelemente
13 Stützring
14 Schulter
15 Innenring
16 Außenring

Claims

Patentansprüche
1. Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel, insbesondere einer senkrechten Zustellachse einer Werkzeugmaschine, gekennzeich- net durch zwei einander in Achsrichtung hintereinander geschaltete
Wälzlager, von denen eines ein Axial-Schrägkugellager (4) und das andere ein Radial-Schrägkugellager (3) ist, wobei das Axial- Schrägkugellager (4) - gesehen in Richtung der in Achsrichtung anliegenden Gewichtskraft der Antriebsspindel (5) - dem Radial- Schrägkugellager (3) nachgeschaltet ist.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beide Schrägkugellager (3, 4) mit ihren Außenringen (9, 16) in einer gemeinsamen Lagerhalterung (2) direkt oder indirekt abgestützt sind.
3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Radial-Schrägkugellager (3) über ein oder mehrere Federelemente (12) entgegen der Richtung der Gewichtskraft (FG) vorgespannt ist.
4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (9) des Radial-Schrägkugellagers (3) an einem über das oder die Federelemente (12) vorgespannten Lagerhalterungsring (10) angeordnet ist, wobei das oder die Federelemente (12) axial an der Lagerhal- terung (2) oder einem Stützring (13) der Lagerhalterung (2) aufgelagert sind.
5. Lageranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Federelemente (12) Schraubenfedern sind, das oder die in am Außenring des Radial-Schrägkugellagers oder des Lagerhalterungsrings (10) vorgesehenen Bohrungen (11 ) aufgenommen sind.
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