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Schleifspindeleinheit mit verringerter thermisch bedingter axialer Verlagerung eines Profilschleifkörpers - Dokument DE4011390A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4011390A1 31.10.1990
Titel Schleifspindeleinheit mit verringerter thermisch bedingter axialer Verlagerung eines Profilschleifkörpers
Anmelder VEB Werkzeugmaschinenkombinat "7. Oktober" Berlin, DDR 1120 Berlin, DD
Erfinder Ulrich, Hans-Joachim, Dipl.-Ing., DDR 1156 Berlin, DD;
Roediger, Falko, DDR 1310 Bad Freienwalde, DD
DE-Anmeldedatum 07.04.1990
DE-Aktenzeichen 4011390
Offenlegungstag 31.10.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.1990
IPC-Hauptklasse B24B 41/04
Zusammenfassung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vom Festlager ausgehende axiale Verlagerung eines Profilschleifkörpers durch die in der Schleifspindeleinheit auftretende Wärme zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß thermisch beaufschlagte Hülsen 3; 4 der Spindelwelle 1 und der Schleifscheibenaufnahme 2 zugeordnet sind. Die Hülse 3 liegt stirnseitig am Bund 5 der Spindelwelle 1 an, die Hülse 4 liegt stirnseitig am Bund 6 der Schleifscheibenaufnahme 2 an.

Beschreibung[de]
Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist anwendbar für das Schleifen von nacheinanderfolgenden Profilen, wobei die Folge der Profile vorzugsweise mit einer geringen Toleranz auszuführen ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte Schleifspindeleinheiten besitzen in ihrer konstruktiven Ausführung ein zum Schleifkörper gerichtetes Festlager für die Spindelwelle, die mit zylindrischen und kegeligen Ansätzen für die Aufnahme einer Schleifscheibenaufnahme versehen ist.

Der axiale Abstand vom Festlager der Spindelwelle bis zum bestimmenden Profil des Schleifkörpers unterliegt hierbei thermischen Einflüssen, die in Abhängigkeit der Belastung des Schleifkörpers und der Drehzahl der Spindelwelle auftreten.

Bei Präzisionswerkzeugmaschinen mit Profilschleifkörpern wirken sich thermisch bedingte axiale Spindeldehnungen sehr negativ auf die Arbeitsgenauigkeit aus.

Einen wesentlichen Einfluß auf axiale Spindeldehnungen haben u.a. die thermischen Ausdehnugskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe. Bei Stahl beträgt dieser in etwa 11,1×10-6/k, während er bei keramischen Werkstoffen wesentlich niedriger liegt.

Diesen Vorteil nutzend, wurde für eine Schleifspindeleinheit eine Keramikspindel für die Aufnahme des Schleifkörpers und eine axial nachgeordnete Stahlspindel für dessen Antrieb vorgeschlagen (G. Spur u.a., Konstruktion 39 (1987), Seite 41-44; Springer Verlag, Berlin).

Die Keramikspindel besteht aus dem Keramikgrundkörper, durch den ein Stahlzuganker geführt ist, einer aufgeschrumpften Stahlbuchse für die Lagersitze und einer auf der Antriebsseite angeordneten Kupplung, um das Drehmoment wegen der geringen Zug- und Biegefestigkeit der Keramik querkraftfrei einzuleiten. Der querkraftfreie Antrieb erfordert zusätzliche Lagerungen und ist daher eine zusätzliche Wärmequelle. Problematisch ist auch die Pressverbindung zwischen Keramikkörper und Stahlbuchse, da durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Werkstoffe bei Temperaturänderungen hohe Spannungen im Fügebereich auftreten. Weiterhin ist die Länge einer solchen Spindel durch die Herstellungsverfahren begrenzt.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht durch die Anzahl der zu fertigenden Einzelteile für die axial angeordneten Spindeln mit ihren Lagerungen und der angeordneten Kupplung zur Leistungsübertragung. Ein weiterer Nachteil ist auch gegeben durch die relativ lange Bauweise dieser Schleifspindeleinheit.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine hohe Konstanz in der Qualität beim Profilschleifen zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vom Festlager ausgehende axiale Verlagerung eines Profilschleifkörpers durch die in der Schleifspindeleinheit auftretende Wärme zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mechanisch- thermisch beauflagte Hülsen der Spindelwelle und der Schleifscheibenaufnahme zugeordnet sind. Eine Hülse liegt stirnseitig am Bund der Spindelwelle an, während die andere Hülse stirnseitig am Bund der Schleifscheibenaufnahme anliegt.

Die Hülsen besitzen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der in vorteilhafter Weise im Bereich von (1,5 bis 3,0) 10-6/K liegt.

Die Wirklänge l der Hülsen ist gegeben durch ihre Anlage vom Bund der Spindelwelle (Festlager) bis zum Bund in der Schleifscheibenaufnahme. Die Wirklänge l ist um einen Betrag x länger als das Maß l&sub0; vom Bund der Spindelwelle (Festlager) bis zum bestimmten Maß des Profilschleifkörpers.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Die zugehörige Zeichnung zeigt:

einen Schnitt durch eine Schleifspindeleinheit mit einer Schleifscheibenaufnahme.

In einem Spindelgehäuse 9 ist eine Spindelwelle 1 durch ein Festlager 7 und ein Loslager 15 gelagert. Der Antrieb der Spindelwelle 1 erfolgt über eine Riemenscheibe 10.

Mit der Spindelwelle 1 ist die Hülse 3 durch eine stoffschlüssige elastische Fügestelle verbunden. Zusätzlich wird die Hülse 3 über das Federpaket 11 und Schraube 12 an den Bund 5 der Spindelwelle 1 gedrückt. Die Hülse 3 hat einen zylindrischen Innendurchmesser und einen Außenkegel. Die Hülse 4 hat einen entsprechenden Innenkegel und ein zylindrischen Außendurchmesser, der ebenfalls durch eine stoffschlüssige elastische Fügestelle mit der Schleifscheibenaufnahme 2 verbunden ist und stirnseitig am Bund 6 anliegt. Die Schleifscheibenaufnahme 2 wird durch das Federpaket 13 und Schraube 14 axial elastisch über die Hülsen 3 und 4 gegen die Spindelwelle 1 vorgespannt. Die axiale Vorspannung durch die Federpakete 11 und 13 wurde so groß gewählt, daß ausreichend Sicherheit vorhanden ist, um ein Lösen der Hülsen 3 und 4 von den Bunden 5 und 6 durch Bearbeitungs- und thermische Kräfte auszuschließen. Die elastische Fügestelle wurde so bemessen, daß sowohl das Drehmoment, als auch radiale Kräfte sicher übertragen werden können.

Anstelle der Hülsen 3; 4 kann auch in vorteilhafter Weise eine zylindrische Hülse zum Einsatz kommen, die mit der Schleifspindelaufnahme 2 verbunden ist und an den Bunden 5; 6anliegt. Bei dieser Ausführung ist die Schraube 14 mit der Spindelwelle 1 verbunden; das Federpaket 11 und die Schraube 12 entfallen. Die Schleifscheibenaufnahme 2 ist mit einem doppelkegelförmigen Profilschleifkörper 8 zum Schleifen von Zahnrädern versehen. Andere Profilformen des Schleifkörpers, z.B. für das Schleifen von Gewindespindeln, sind einsetzbar. Bei Belastungs- bzw. Drehzahländerungen ändert sich der vom Festlager 7 erzeugte Wärmestrom. Dieser bewirkt eine Änderung des Temperaturfeldes und damit eine Längenänderung der Bauteile der Schleifspindeleinheit. Der Betrag der Längenänderung ist abhängig vom thermischen Ausdehungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung kommen als Werkstoffe für die Hülsen 3 und 4 solche mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zur Anwendung. Die Hülsen 3 und 4 sind so angeordnet, das sie die axiale Lage des Profilschleifkörpers 8 bestimmen, unabhängig von der Längenänderung der Spindelwelle 1.

Die Länge 1 der Hülsen 3 und 4 wurde um den Betrag x größer gewählt als der Abstand l&sub0; der Profilschleifkörpermitte zum Festlager 7, um bei einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aH der Hülsen 3 und 4 größer Null, die Ausdehnung der Hülsen 3 und 4 zu kompensieren.

Der Betrag x errechnet sich aus der Beziehung:



Die Differenz d der Längenänderungen der Hülsen 3 zu 4 und der Spindelwelle 1 beträgt

d = 1 · (αs - αH) · ΔTm

Um diese Längenänderung auszugleichen, und trotzdem die radiale und axiale Steifigkeit gegenüber herkömmlichen Schleifscheibenaufnahmen nicht zu vermindern, wurde eine stoffschlüssige elastische Verbindung zwischen den Hülsen 3 und 4 und der Spindelwelle 1 bzw. der Schleifscheibenaufnahme 2, sowie axial federnde Vorspannelemente gewählt.

Der Wärmeleitwiderstand der Hülsen 3 und 4 ist in dem Anwendungsbeispiel klein, um die Wärmeabfuhr zu verbessern und einem Wärmestau entgegenzuwirken.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, bei unterschiedlichen Drehzahlen und Belastungen die axiale Verlagerung des Profilschleifkörpers, infolge der Wärmedehnung vernachlässigbar klein zu halten und damit eine hohe Bearbeitungsqualität zu garantieren.

Durch die Anordnung thermisch beauflagter Hülsen auf der Spindelwelle und in der Schleifscheibenaufnahme kann eine verhältnismäßig geringe Baulänge der Schleifspindeleinheit erzielt werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Spindelwelle

2 Schleifscheibenaufnahme

3 Hülse

4 Hülse

5 Bund

6 Bund

7 Festlager

8 Profilschleifkörper

9 Spindelgehäuse

10 Riemenscheibe

11 Federpaket

12 Schraube

13 Federpaket

14 Schraube

15 Loslager

l&sub0; Abstand der Profilschleifkörpermitte zum Bund 5

l Wirklänge der Hülsen 3; 4

x Kompensationslänge der Hülsen 3; 4

αH Wärmeausdehnungskoeffizient der Hülsen 3; 4

αs Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl

ΔTm mittlere Temperaturerhöhung im Lagerbereich


Anspruch[de]
  1. 1. Schleifspindeleinheit mit verringerter thermisch bedingter axialer Verlagerung eines Profilschleifkörpers, wobei die Spindelwelle Aufnahmeelemente für die Zentrierung einer Schleifscheibenaufnahme aufweist, gekennzeichnet dadurch,
    1. - daß mechanisch-thermisch beauflagte Hülsen (3; 4) der Spindelwelle (1) und der Schleifscheibenaufnahme (2) zugeordnet sind,
    2. - daß die Hülse (3) stirnseitig am Bund (5) der Spindelwelle (1) und die Hülse (4) stirnseitig am Bund (6) der Schleifscheibenaufnahme (2) anliegt.
  2. 2. Schleifspindeleinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hülsen (3; 4) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von (1,5 bis 3,0)×10-6/K besitzen.
  3. 3. Schleifspindeleinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Wirklänge l der Hülsen (3; 4) um den Betrag x größer ist als das Maß l&sub0; vom Bund (5) zum Profilschleifkörper (8).






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