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Dokumentenidentifikation DE3722572C2 15.11.1990
Titel Lageranordnung für die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine
Anmelder Boehringer Werkzeugmaschinen GmbH, 7320 Göppingen, DE
Erfinder Kuhn, Siegfried, Ing.(grad.), 7321 Dürnau, DE;
Philipp, Bernhard, Dipl.-Ing., 7332 Eislingen, DE;
Schulten, Hermann, 7321 Birenbach, DE
Vertreter Hansmann, A., Dipl.-Wirtsch.-Ing.; Vogeser, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 08.07.1987
DE-Aktenzeichen 3722572
Offenlegungstag 19.01.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.11.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.1990
IPC-Hauptklasse B23Q 1/08
IPC-Nebenklasse B23B 19/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, die Arbeitsspindel z.B. einer Drehmaschine im Bereich der Spindelnase in Wälzlagern mit Kugel-Zylinderrollen, in Wälzlagern mit Kegelrollen, in Gleitlagern, in hydrostatischen Lagern oder in hydrodynamischen Lagern zu lagern. Übliche Schrägkugellager werden vom Hersteller mit verschiedenen Vorspannungen geliefert. Normalerweise verwendet man Lager mit geringer Vorspannung. Um bei doppelreihigen Zylinderlagern mit kegeliger Bohrung hinsichtlich der im Einsatz erforderlichen Vorspannung optimale Verhältnisse zu erzielen, ist es weiterhin bekannt, den Kegel auf der Hauptspindel in der Steigung positiv auszubilden, um den Zylinderrollenreihen eine unterschiedliche Vorspannung zu verleihen. Dies erfordert jedoch eine entsprechende Ausbildung der Lagerbohrung.

Der Grund, weshalb man bestimmte Vorspannungsverhältnisse anstrebt, ist die Tatsache, daß der wirksame Kragarm der Spindel, d.h. der Hebelarm, der an einem bestimmten Lager angreift und für die Durchbiegung der Spindel maßgebend ist, möglichst kurz und möglichst definiert sein sollte.

Bei einer üblichen Arbeitsspindellagerung mit Schrägkugellagern in Tandem-O-Anordnung ist dieser Kragarm häufig nicht exakt zu definieren, da man nicht gewährleisten kann, daß das äußere Lager die größte Vorspannung und damit auch die größte Steifigkeit hat. Dieser Kragarm, der bei der Berechnung der Steifigkeit mit der dritten Potenz eingeht, kann sich bei nicht ausreichend definierter Vorspannung der einzelnen Lager bis in das mittlere Lager erstrecken, was sich auf Leistung und Genauigkeit der gesamten Lageranordnung nachteilig auswirkt. Dieser Nachteil tritt vor allem dann auf, wenn das zu bearbeitende Werkstück ohne zusätzliche Abstützung nur in einem Spannfutter aufgenommen wird.

Die US-PS 26 26 842 zeigt eine Lagerung, bestehend aus mehreren Lagern, bei der die Last gleichmäßig bzw. definiert auf die einzelnen Lager verteilt werden soll. Dies geschieht dadurch, daß die in ihrem Durchmesser unterschiedlichen Lagerringe der einzelnen Lager in axialer Richtung nicht unmittelbar am Gehäuse abgestützt sind, sondern auf einen dazwischen angeordneten, elastisch deformierbaren Ring drücken, welcher die an ihm angreifenden Kräfte gleichmäßig bzw. entsprechend der Kontaktflächen zu den einzelnen Lagern teilt.

Der Nachteil besteht darin, daß die Verteilung der angreifenden Kräfte nur bei den Axialkomponenten der angreifenden Kräfte wirkt und hierfür außerdem die Lagerringe der einzelnen Lager deutlich unterschiedlichen Durchmesser aufweisen müssen, da die Übertragung wenigstens eines der Lager zu dem elastischen Ring hin außen oder innen am anderen Lager vorbei erfolgen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lageranordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der wirksame Kragarm möglichst kurz und seine Länge möglichst definiert ist und unter Belastung annähernd konstant bleibt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch den größeren Durchmesser der Arbeitsspindel im Bereich des äußeren Lagers erhält dieses Lager eine größere Vorspannung als die anderen Lager. Hierdurch erreicht man, daß sich der Kragarm, der die Steifigkeit der Spindel entscheidend mitbestimmt, nur bis etwa zur Mitte dieses äußeren Lagers erstreckt. Durch entsprechende Dimensionierung kann man erreichen, daß diese optimale Länge des Kragarms auch unter den üblichen Belastungen konstant bleibt und sich damit die Betriebsbedingungen genau definieren lassen.

Da es bei Lageranordnungen der eingangs genannten Art erforderlich ist, hinsichtlich der Vorspannung eine ausgeglichene Konstruktion zu erzielen, strebt man an, das äußere und das innere Lager mit etwa der Vorspannung zu beaufschlagen, während das mittlere Lager vorspannungsfrei sein soll. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zwischen dem mittleren und dem inneren Lager ein Distanzstück eingesetzt wird, das aus einem äußeren Ring und einem dazu konzentrischen inneren Ring besteht, der eine geringere Breite als der äußere Ring hat. Bei Verwendung eines solchen Distanzstückes kann erreicht werden, daß die geringe Vorspannung, die das mittlere Lager im nicht eingebauten Zustand hat, kompensiert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Arbeitsspindel einer Drehmaschine im Bereich der Spindelnase, und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Bei der Lageranordnung gemäß der Erfindung handelt es sich um eine Anordnung mit Schrägkugellagern in Tandem-O-Anordnung mit einem äußeren Lager 11 und einem mittleren Lager 12, die beide um den gleichen Winkel geneigte Wirkungslinien haben, und mit einem inneren Lager 13 mit entgegengesetzt geneigter Wirkungslinie. Die Lager 11 bis 13 sind in der Bohrung des Maschinengehäuses 17 einer Drehmaschine angeordnet und sitzen auf deren Arbeitsspindel 16.

Wie Fig. 2 zeigt, hat die Spindel 16 im Bereich des äußeren Lagers 11 eine Stufe 21 und damit einen größeren Durchmesser als im Bereich des mittleren Lagers 12 und des inneren Lagers 13. Aufgrund des größeren Durchmessers ist das äußere Lager 11 stärker vorgespannt als die übrigen Lager, so daß der Kragarm, der in Fig. 1 mit a bezeichnet ist, eine genau definierte Länge hat und nur bis etwa in die Mitte dieses Lagers reicht, während sich bei nicht ausreichend großer Vorspannung des äußeren Lagers 11, d.h. bei einer größeren Vorspannung z.B. des mittleren Lagers 12, der Kragarm a bis zum mittleren Lager 12 erstrecken kann.

Der Abschnitt der Spindel 16, der einen größeren Durchmesser aufweist, erstreckt sich über den Bereich des äußeren Lagers 11 hinaus. Außerhalb des äußeren Lagers 11 befindet sich eine Labyrinthdichtung 19. Weiterhin ist die Lageranordnung nach außen durch einen Abdeckring 20 gesichert, der am Maschinengehäuse 17 durch Schrauben befestigt ist. Der Abschnitt der Spindel 16, der einen größeren Durchmesser aufweist, ist zur Verdeutlichung mit einer verstärkten Linie wiedergegeben.

Um eine vorspannungsmäßig ausgeglichene Lageranordnung zu erreichen, ist zwischen das mittlere Lager 12 und das innere Lager 13 ein Distanzstück eingesetzt, das aus einem äußeren Ring 14 und einem dazu konzentrischen inneren Ring 15 besteht, der eine geringere Breite als der äußere Ring hat. Durch ein so ausgebildetes Distanzstück erreicht man, daß das äußere Lager 11 und das innere Lager 13 mit etwa der gleichen Vorspannung beaufschlagt werden, während das mittlere Lager 12 vorspannungsfrei ist. Die Lageranordnung wird in axialer Richtung durch einen üblichen Zweistufen- Preßverband vorgespannt.


Anspruch[de]
  1. 1. Lageranordnung für die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, z.B. einer Drehmaschine, bestehend aus Schrägkugellagern in Tandem-O-Anordnung mit einem inneren, einem mittleren und einem äußeren Kugellager, bei der wenigstens das äußere Lager mit einer größeren Vorspannung als die übrigen Lager beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei durchmessergleichen Lagern (11 bis 13) die Spindel (16) im Bereich des äußeren Lagers (11) einen größeren Durchmesser als im Bereich der übrigen Lager (12, 13) aufweist.
  2. 2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (16) am Übergang zwischen dem mittleren Lager (12) und dem äußeren Lager (11) eine Stufe (21) aufweist.
  3. 3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abschnitt der Spindel (16), der einen größeren Durchmesser aufweist, über den Bereich des äußeren Lagers (11) hinaus erstreckt.
  4. 4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Distanzstück zwischen dem inneren Lager (13) und dem mittleren Lager (12), das aus einem äußeren Ring (14) und einem dazu konzentrischen inneren Ring (15) besteht, der eine geringere Breite als der äußere Ring hat.






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