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Dokumentenidentifikation EP0322710 27.05.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0322710
Titel Lagerung für Hochgeschwindigkeits-Spindeln von Werkzeugmaschinen.
Anmelder Junker, Erwin, 7618 Nordrach, DE
Erfinder Junker, Erwin, 7618 Nordrach, DE
DE-Aktenzeichen 3880463
Vertragsstaaten CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, SE
Sprache des Dokument De
EP-Anmeldetag 20.12.1988
EP-Aktenzeichen 881212856
EP-Offenlegungsdatum 05.07.1989
EP date of grant 21.04.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.05.1993
IPC-Hauptklasse B24B 41/04
IPC-Nebenklasse B23Q 1/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Lagerung für Hochgeschwindigkeits-Spindeln von Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen, mit wenigstens einem vorderen, nahe dem Spindelflansch angeordneten und einem hinteren Lager, die jewei!s wenigstens drei winkelgleich an der Spindel angreifende Stützrollen größeren Durchmessers als die Spindel aufweisen.

An Spindeln bzw. Antriebswellen moderner Werkzeugmaschinen werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit gestellt. Dies erfordert bei umlaufenden Werkzeugen, z. B. Schleifscheiben, hohe Drehzahlen am Werkzeug bzw. der sie treibenden Spindel. So werden beim Hochgeschwindigkeitsschleifen Spindeldrehzahlen über 100.000 l/min erforderlich, die sich mit herkömmlichen Wälz- oder Gleitlagern nicht mehr beherrschen lassen, insbesondere ist es aufgrund der auftretenden extremen Fliehkräfte nicht möglich, in der Lagerung die notwendige Steifigkeit zu erzielen, die für eine genaue Bearbeitung erforderlich ist.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, diese Steifigkeit durch Abkehr von der konventionellen Lagertechnik zu erreichen, indem beispielsweise die Spindel zwischen Stützrollen größeren Durchmessers aufgenommen wird, die ihrerseits als planetarisch umlaufende Rollen in einem stationären Außenring des Spindelgehäuses gelagert sind. Aufgrund des größeren Durchmessers der umlaufenden Stützrollen findet eine Drehzahlerniedrigung statt, so daß sich zumindest theoretisch die Fliehkräfte in der Lagerung besser beherrschen lassen. In der Praxis allerdings versagt diese Methode, da die enorm hohen Genauigkeitsanforderungen, die an Werkzeugmaschinen der hier zur Rede stehenden Art gestellt werden, sich nicht realisieren lassen. Aufgrund der vielen Lagerflächen in unterschiedlicher räumlicher Anordnung, nämlich Spindel/Stützrollen und Stützrollen/Außenring, ist diese Lagerung auch bei genauester Fertigung und Montage der Lagerteile zwangsläufig spielbehaftet und damit nicht steif genug, um eine präzise Bearbeitung zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung zu schaffen, die bei Drehzahlen bis in den Bereich von 150.000 l/min noch eine ausreichende Steifigkeit aufweist, um auch bei diesen Höchstgeschwindigkeiten noch eine präzise Bearbeitung zu ermöglichen.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Lagerung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stützrollen ortsfest angeordnet und mit beidseitig vorgesehenen Rollenzapfen in Präzisionslagern kleinen Durchmessers in dem die Spindel und die Stützrollen aufnehmenden Gehäuse gelagert sind.

Durch die Aufnahme der Spindel zwischen größeren Stützrollen findet auch beim Gegenstand der Erfindung zunächst eine Drehzahlreduzierung an den Stützrollen im Verhältnis Spindel- Durchmesser zu Stützrollen-Durchmesser statt. Diese kleinere Drehzahl läßt sich lagertechnisch in kleinen Präzisionskugellagern, beispielsweise mit einem Bohrungsdurchmesser von 15 mm aufgrund der ortsfesten Anordnung der Stützrollen relativ problemlos aufnehmen. Aufgrund der ortsfesten Anordnung der Stützrollen weist die Lagerung eine große Steifigkeit auf und es lassen sich auch die für die Bearbeitungsgenauigkeit notwendigen engen Toleranzen innerhalb der gesamten Lagerung verwirklichen.

Um jegliches Spiel - auch nach längerer Betriebsdauer - auszuschließen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Spindel als Lagerflächen gegeneinander geneigte Kegelabschnitte aufweist und daß die Stützrollen mit ihrer Achse parallel zur Mantelfläche der Kegelabschnitte angeordnet und wenigstens die Stützrollen eines Lagers achsparallel zur Spindel verstellbar sind.

Aufgrund der vorgenannten Merkmale ist es möglich, die Lagerung vorzuspannen, indem die Stützrollen wenigstens eines Lagers verstellbar sind. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Stützrollen wenigstens eines Lagers einzeln und/oder gemeinsam achsparallel zur Spindel verstellbar sind.

Durch die Verstellung einzelner Stützrollen, wie auch aller Stützrollen gemeinsam, können die Lager in Achsrichtung der Spindel vorgespannt werden, also eine spielfreie Lagerung erzielen und auch während langer Betriebsdauer aufrechterhalten werden.

Zur Vorspannung einzelner Rollen oder zur gemeinsamen Verstellung aller Rollen wird mit Vorteil ein Druckmittel - hydraulisch oder pneumatisch - oder eine Federkraft vorgesehen, während eine gemeinsame Verstellung aller Stütz rollen eines Lagers auch über einen Stellmotor erfolgen kann.

Das Verstellen einzelner Rollen gibt ferner die Möglichkeit, die Spindel unter definierten Winkeln schräg zu stellen bzw. zu neigen, so daß Konizitäten mit kleinem Konuswinkel geschliffen werden können oder die Schleifscheibe gegenüber dem Werkstück angestellt und somit ein Freiwinkel am Werkzeug gebildet werden kann.

Vorzugsweise erfolgt die Vorspannung ausschließlich an den Stützrollen des hinteren Lagers, das dem Spindelflansch mit dem Werkzeug ferner liegt.

Um ein korrektes Ablaufen der Stützrollen zu gewährleisten, ist deren Lauffläche vorzugsweise ballig ausgebildet, so daß - zumindest theoretisch - nur eine Punktberührung der Stützrolle am Kegelabschnitt der Spindel gegeben ist.

Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Spindel mittels eines auf ihr sitzenden HF-Motors angetrieben ist und daß die Lager beiderseits des HF-Motors angeordnet sind.

Durch diese Ausbildung wird eine kurze und kompakte Bauweise der Lagerung erreicht.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

  • Figur 1 einen Längsschnitt der Spindel und ihrer Lagerung;
  • Figur 2 einen Schnitt II - II gemäß Figur 1 und
  • Figur 3 eine vergrößerte Detailansicht einer Stützrolle.

In Figur 1 ist das insgesamt mit 1 bezeichnete Gehäuse einer Spindel 2 erkennbar, die an ihrem vorderen Ende den Spindelflansch 3 zur Aufnahme eines Werkzeugs, z. B. einer Schleifscheibe, aufweist. Auf der Spindel 2 sitzt der Rotor 4 eines HF-Motors, der mittels Spannringen 5 auf der Spindel 2 befestigt ist. Konzentrisch zum Rotor 4 des HF-Motors ist dessen Stator 6 angeordnet, der vom Motorgehäuse 7 umgeben ist. Der Stator 6 und das Motorgehäuse 7 werden über einen Zufluß 8 und einen Abfluß 9 mit Kühlmittel versorgt.

Das Motorgehäuse 7 ist Teil des Spindelgehäuses 1, das im übrigen aus einem vorderen Gehäuseteil 10 und einem hinteren Gehäuseteil 11 besteht. In beiden Gehäuseteilen 10, 11 ist je ein Lager 12 bzw. 13 angeordnet, die zusammen die Lagerung für die Spindel 2 bilden. Die Lager 12 und 13 weisen je drei Stützrollen 14 auf, die, wie aus Figur 2 ersichtlich, auf einem Umfangskreis winkelgleich angeordnet sind. Ferner weist die Spindel im Bereich der Lager je einen Kegelabschnitt 15, 16 auf, die die Lagerflächen der Spindel bilden und auf denen die Stützrollen 14 abrollen. Während der Kegelabschnitt 15 des vorderen Lagers Teil der Spindel 2 ist, ist der Kegelabschnitt 16 am hinteren Lager 13 an einer auf der Spindel sitzenden Lagerbuchse 17 ausgebildet, die zu diesem Zweck eine Einschnürung aufweist.

Die Stützrollen 14 des vorderen und hinteren Lagers 12, 13 sind an ihrer Lauffläche 18, wie aus Figur 3 ersichtlich, ballig ausgeführt, so daß sie auf den Kegelabschnitten 15, 16 im wesentlichen linienförmig abrollen.

Die Stützrollen 14 sind mit beidseitig angeordneten Zapfen 19, 20 in Präzisions-Schrägkugellagern 21, 22 kleinen Durchmessers gelagert, die ihrerseits in Lagergehäusen 23, 24 (vorderes Lager) bzw. 25, 26 (hinteres Lager) sitzen. Dabei sind die jeweils außenliegenden Präzisions-Schrägkugellager 21 als Loslager, die jeweils innenliegenden 22 als Festlager ausgebildet. Ferner sind sämtliche Präzisions-Schrägkugellager 21, 22 mit je einem Deckel 27, 28 vorspannbar, um die Stützrollen 14 spielfrei zu lagern.

Die Stützrollen 14 weisen, wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich, einen nennenswert größeren Durchmesser als die mit ihnen zusammenwirkenden Lagerflächen der Spindel auf, so daß die Stützrollen mit entsprechend verminderter Drehzahl umlaufen. Wie ferner aus Figur 1 ersichtlich sind die Kegelabschnitte 15, 16 unter gleichem Winkel gegeneinander geneigt. Die Stützrollen sind mit ihrer Achse jeweils parallel zu den Kegelabschnitten ausgerichtet, so daß die Umlaufebene der Stützrollen senkrecht auf den Kegelabschnitten steht.

Um die Lager 12, 13 vorspannen zu können, sind zumindest die Stützrollen 14 des hinteren Lagers 13 achsparallel zur Spindel 2 verstellbar. Zu diesem Zweck sitzen die Lagergehäuse 25, 26 an einem Stellkolben 29, der einerseits im hinteren Gehäuse 11, andererseits über eine Kolbenstange 30 und einen Bund 31 in einem außenliegenden Zylinder 32 geführt ist. Der Kolben 29 wird mittels einer im Zylinder 32 untergebrachten Feder 33 im Sinne einer Vorspannung der Stützrollen 14 nach außen gedrängt. Statt dessen ist auch eine Druckmittel-Beaufschlagung möglich und ferner kann auch ein auf alle drei Kolben 29 wirkender Stellmotor zur gleichmäßigen Verstellung sämtlicher Stützrollen vorgesehen sein. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Lagerung lassen sich die hohen Drehzahlen an den Lagerrollen mit konventionellen Spindellagern (Präzisions-Schrägkugellagern) und herkömmlicher Ölnebel-Schmierung beherrschen.


Anspruch[de]
  • 1. Lagerung für Hochgeschwindigkeits-Spindeln von Werkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen, mit wenigstens einem vorderen, nahe dem Spindelflansch angeordneten und einem hinteren Lager, die jeweils wenigstens drei winkelgleich an der Spindel angreifende Stützrollen größeren Durchmessers als die Spindel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (14) ortsfest angeordnet und mit beidseitig vorgesehenen Rollenzapfen (19, 20) in Präzisionslagern (21, 22) kleinen Durchmessers in dem die Spindel (2) und die Stützrollen (14) aufnehmenden Gehäuse (1) gelagert sind.
  • 2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) als Lagerflächen gegeneinander geneigte Kegelabschnitte (15, 16) aufweist und daß die Stützrollen (14) mit ihrer Achse parallel zur Mantelfläche der Kegelabschnitte angeordnet und wenigstens die Stützrollen (14) eines Lagers (12, 13) achsparallel zur Spindel (2) verstellbar sind.
  • 3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (14) wenigstens eines Lagers (12, 13) einzeln und/oder gemeinsam achsparallel zur Spindel (2) verstellbar sind.
  • 4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Stützrolle (14) durch Druckmittel oder Federkraft (13) verstellbar ist.
  • 5. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (14) eines Lagers (13) mittels eines Stellmotors gemeinsam verstellbar sind.
  • 6. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (14) nur des hinteren Lagers (13) achsparallel zur Spindel (2) verstellbar sind.
  • 7. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrollen (14) eine ballige Lauffläche (18) aufweisen.
  • 8. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) mittels eines auf ihr sitzenden HF-Motors (4, 6) angetrieben ist und daß die Lager (12, 13) beiderseits des HF-Motors angeordnet sind.






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