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Dokumentenidentifikation DE4232563A1 31.03.1994
Titel Wälzlager zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel
Anmelder INA Wälzlager Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Rippollés Ortiz, Francisco, Barcelona, ES
DE-Anmeldedatum 29.09.1992
DE-Aktenzeichen 4232563
Offenlegungstag 31.03.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.03.1994
IPC-Hauptklasse B23Q 1/08
IPC-Nebenklasse B23B 19/02   B23C 9/00   F16C 19/52   B24B 41/04   B23Q 5/40   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1) zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel (2), bestehend aus einem Außenring (3) und einem Innenring (4), zwischen denen vorzugsweise zylindrische Wälzkörper (7) abrollen und bei dem zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) einerseits und im Abstand von diesen angeordneten und mit der Spindel (2) verbundenen Wellenscheiben (6) andererseits Wälzkörper (5) abrollen, wobei die Wellenscheiben (6) zum Einstellen ihre Vorspannung auf der Spindel (2) verschiebbar angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Wälzlager (1) zeichnet sich dadurch aus, daß die radiale und axiale Ausdehnung von Außenring (3) und Wellenscheiben (6) so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) und den Wellenscheiben (6) ein Dämpfungsspalt (10) entsteht, der über einen Zuführungskanal (14) im Außenring (3) mit Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagbar ist.
Dadurch wird erreicht, daß in Vorschubrichtung der Spindel (2) auftretende Schwingungen, die als Erschütterungen mit ihren negativen Folgen auf die Bearbeitungswerkzeuge bzw. auf den Werkzeugtisch weitergegeben werden, nur gedämpft oder überhaupt nicht übertragen werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel, bestehend aus einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen vorzugsweise zylindrische Wälzkörper abrollen, und bei dem zwischen den Stirnflächen des Außenringes einerseits und im Abstand von diesen angeordneten und mit der Spindel verbundenen Wellenscheiben andererseits Wälzkörper abrollen, wobei die Wellenscheiben zum Einstellen ihre Vorspannung auf der Spindel verschiebbar angeordnet sind.

Ein derartig kombiniertes Nadel-Axial-Zylinderrollenlager spielt beispielsweise bei der Lagerung von Wälzschraubtrieben eine bedeutende Rolle. Dabei handelt es sich um zweiseitig wirkende Axial-Rollenlager, deren Zwischenscheibe gleichzeitig den Außenring eines Radial-Nadellagers bildet. Solche Lager werden in der Regel an den Enden von Gewindespindeln auf an das Spindelgewinde anschließenden Absätzen angeordnet, wobei sich die eine Wellenscheibe gegen den Spindelabsatz anlegt, während die zweite Wellenscheibe mittels einer gegen sie anliegenden Gewindemutter angestellt wird, die in ein besonderes Gewinde auf den Wellenabsatz eingreift (INA-Sonderdruck aus "Antriebstechnik", Heft 10, Oktober 1990).

In diesem Zusammenhang ist auch bekannt, daß im Werkzeugmaschinenbau in Vorschubrichtung wirkende Axialschwingungen als Erschütterungen auf die Spindel und somit auf das Bearbeitungswerkzeug bzw. auf den Werkzeugtisch übertragen werden und dadurch zu Ungenauigkeiten hinsichtlich der Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstückes bzw. zu Positionierungenauigkeiten des Werkzeugtisches führen.

Dämpfungsmaßnahmen zur Verringerung von Schwingungen sind im Werkzeugmaschinenbau ebenfalls bekannt. So wird beispielsweise in dem DE-GM 72 01 256 eine Anordnung zur Lagerung von Achsen oder Wellen in Gehäusen, insbesondere eine Spindellagerung für Werkzeugmaschinen beschrieben. Dabei wird eine als Stufenhülse ausgebildete, ölbeaufschlagte Dämpfungsbüchse verwendet, die sich dadurch auszeichnet, daß die Stufenhülse am Außenumfang eine durch an beiden Enden vorgesehene Kragen gebildete, ringförmige Vertiefung aufweist, die durch eine Bohrung mit Öl gefüllt wird, welches hier als Dämpfungsmedium wirkt.

Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß einerseits nur Schwingungen in radialer Richtung gedämpft werden und andererseits ein relativ großer axialer Bauraum benötigt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Wälzlager zu entwickeln, bei dem einwirkende Schwingung in axialer Richtung auf benachbarte Teile nicht oder nur gedämpft übertragen werden. Darüberhinaus soll die Dämpfungsmaßnahme nur wenig zusätzlichen Bauraum beanspruchen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die radiale und axiale Ausbildung von Außenring und Wellenscheiben so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen den Stirnflächen des Außenringes und den Wellenscheiben ein Dämpfungsspalt entsteht, der über einen Zuführungskanal im Außenring mit Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagbar ist.

Durch die zwischen den Stirnflächen des Außenringes und den Wellenscheiben gebildeten Dämpfungsspalten wird erreicht, daß Schwingungen in Vorschubrichtung der Spindel nur gedämpft übertragen werden. Bei einer durch Schwingungen ausgelösten axialen Bewegung von Außenring und Wellenscheiben gegeneinander tritt in dem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Dämpfungsspalten eine dämpfende Quetschwirkung auf Basis des Squeeze-Effektes ein.

Eine derartige Schwingungsdämpfung wirkt sich bei Einsatz einer Hauptbzw. Vorschubspindel in einer Werkzeugmaschine positiv auf die Oberflächengüte der zu bearbeitenden Teile sowie hinsichtlich der Standzeit der Werkzeuge und auf die Positioniergenauigkeit des Werkzeugtisches aus.

Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die dämpfende Wirkung mit eigenen Bestandteilen des Wälzlagers realisiert wird. Dazu sind Lageraußenring und Wellenscheiben in ihren Ausmaßen nur geringfügig zu vergrößern, so daß vergleichsweise wenig Bauraum in radialer und axialer Richtung benötigt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 erläutert.

So soll nach Anspruch 2 für eine wirksame Dämpfung der Dämpfungsspalt eine Breite von 0,02 bis 0,03 mm aufweisen. Je kleiner der Dämpfungsspalt ist, desto größer wird die Dämpfung, da in der Dämpfungsgleichung für einen Squeeze-Film-Dämpfer die Filmbreite in der 3. Potenz im Nenner steht.

Aus Anspruch 3 geht hervor, daß der Zuführungskanal für die Dämpfungsflüssigkeit in der Mitte des Außenringes angeordnet sein soll. Dadurch wird eine gleichmäßige Beaufschlagung beider Dämpfungsspalten mit Dämpfungsflüssigkeit gesichert.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist vorgesehen, daß die Dämpfungsflüssigkeit aus dem zur Schmierung der Wälzkörper verwendetem Öl besteht.

In zweckmäßiger Ausbildung des Wälzlagers nach Anspruch 5 weist der Außenring an seiner Innenseite im Randbereich kreisringförmige Nuten zur Aufnahme der Wälzkörper auf. Die Wälzkörper wälzen in diesem Fall zwischen den Wellenscheibe und dem durch die ringförmige Nut zurückgesetzten Teil der Stirnflächen des Außenringes ab. Der Dämpfungsspalt bzw. die Dämpfungsspalten werden in diesem Fall von den Stirnflächen des Außenringes und den Wellenscheiben gebildet.

Nach einem zusätzlichen weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 6 sollen an den Stirnseiten des Außenringes Distanzringe angeordnet sein, die mit der äußeren Mantelfläche des Außenringes abschließen und in Richtung Lagermittelpunkt soweit reichen, daß die zwischen den Stirnflächen des Außenringes und den Wellenscheiben angeordneten Wälzkörper ungehindert abwälzen können.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung braucht der Außenring zwar nicht mit kreisringförmigen Nuten versehen werden, es ist jedoch die Anfertigung von separaten Distanzringen erforderlich. Der Dämpfungsspalt wird in diesem Fall von den Wellenscheiben und einer Stirnseite der Distanzringe gebildet.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Lagerung für eine Vorschubspindel einer Werkzeugmaschine mit erfindungsgemäßer Lagerdämpfung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Lagerung für eine Vorschubspindel einer Werkzeugmaschine mit erfindungsgemäßer Lagerdämpfung in abgewandelter Ausführungsform.

Aus Fig. 1 ist die Lagerung einer Vorschubspindel 2 einer Werkzeugmaschine in einem kombinierten Nadel-Axial-Zylinderrollenlager 1 ersichtlich. Es handelt sich hierbei um ein zweiseitig wirkendes Axial-Rollenlager, das aus zwei Wellenscheiben 6 und aus einer Zwischenscheibe 3 besteht, zwischen denen zwei in Käfigen geführte Wälzkörperkränze 5 abrollen.

Die Zwischenscheibe 3 des Axial-Rollenlagers bildet gleichzeitig einen Außenring 3 eines Radial-Nadellagers, zwischen dem und einem Innenring 4 in einem Käfig achsparallel geführte Lagernadeln 7 abrollen.

Der Innenring 4 des Radial-Nadellagers und die Wellenscheiben 6 des Axial-Rollenlagers sind mit der Spindel 2 fest verbunden. Die Wellenscheiben 6 sind jedoch auf der Spindel 2 verschiebbar. Ein derartig kombiniertes Nadel-Axial-Zylinderrollenlager 1 liegt an einem Absatz 9 der Spindel 2 an und wird mittels einer Lagerstellmutter 8 mit einer zur verschleißarmen und exakten Funktion des Lagers benötigten Vorspannung beaufschlagt. Die Lagerstellmutter 8 greift dabei in ein nicht näher bezeichnetes Gewinde auf der Spindel 2 ein.

Der Außenring bzw. die Zwischenscheibe 3 des kombinierten Nadel-Axial- Zylinderrollenlagers 1 wird in einer Gehäusebohrung eines zweiteiligen Gehäuses 12 gehalten. Beide Teile des Gehäuses 12 werden durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Schraube 11 zusammengehalten.

Erfindungsgemäß sind Außenring 3 bzw. Zwischenscheibe 3 und Wellenscheiben 6 in ihren radialen und axialen Ausmaßen so aufeinander abgestimmt, daß zwischen den Stirnflächen des Außenringes 3 und den Wellenscheiben 6 zwei definierte Dämpfungsspalte 10 entstehen. Dazu ist es erforderlich, daß gegenüber einem üblichen kombinierten Nadel- Axial-Zylinderrollenlager der Außenring 3 in axialer Richtung etwas verbreitert wird und die Wellenscheiben 6 in Umfangsrichtung vergrößert werden.

Diese Dämpfungsspalte 10 werden über einen im Außenring 3 angebrachten Zuführungskanal 14 mit Dämpfungsflüssigkeit versorgt. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß als Dämpfungsflüssigkeit das zur Schmierung des Lagers vorgesehene Schmieröl verwendet wird. Das Schmieröl gelangt über einen im Gehäuse 12 bzw. im Außenring 3 angeordneten Zuführungskanal 14 zunächst in den Laufbahnbereich der Lagernadeln 7 bevor es über den Laufbahnbereich der zylindrischen Wälzkörpergrenze 5 den bzw. die Dämpfungsspalten 10 erreicht. Überschüssiges Öl kann über einen axialen Spalt zwischen dem Lagergehäuse 12 und der Wellenscheibe 6 abgeleitet werden.

Im Gegensatz zu Fig. 1, wo die Wälzkörper 5 in einer kreisringförmigen Nut 15 des Außenringes 3 untergebracht sind, sind die Wälzkörper 5 in Fig. 2 in einem Raum untergebracht, der vom Außenring 3, vom Innenring 4, den Wellenscheiben 6 und den Distanzringen 13 begrenzt wird. Die Distanzringe 13 schließen mit der äußeren Mantelfläche des Außenringes 3 ab und reichen in Richtung Lagermittelpunkt soweit, daß die Wälzkörper 5 einschließlich ihres Käfigs ungehindert abwälzen können. Der bzw. die Dämpfungsspalte 10 werden in diesem Fall von den Wellenscheiben 6 und einer Stirnseite der Distanzringe 13 gebildet.

Bezugszeichen

1 Wälzlager

2 Spindel

3 Außenring, Zwischenscheibe

4 Innenring

5 Wälzkörper

6 Wellenscheiben

7 Lagernadeln

8 Lagerstellmutter

9 Absatz

10 Dämpfungsspalt

11 Schraube

12 Gehäuse

13 Distanzring

14 Zuführungskanal

15 kreisringförmige Nut


Anspruch[de]
  1. 1. Wälzlager (1) zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel (2), bestehend aus einem Außenring (3) und einem Innenring (4), zwischen denen vorzugsweise zylindrische Wälzkörper (7) abrollen und bei dem zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) einerseits und im Abstand von diesen angeordneten und mit der Spindel (2) verbundenen Wellenscheiben (6) andererseits Wälzkörper (5) abrollen, wobei die Wellenscheiben (6) zum Einstellen ihrer Vorspannung auf der Spindel (2) verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale und axiale Ausdehnung von Außenring (3) und Wellenscheiben (6) so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) und den Wellenscheiben (6) ein Dämpfungsspalt (10) entsteht, der über einen Zuführungskanal (14) im Außenring (3) mit Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagbar ist.
  2. 2. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsspalt (10) eine Breite von 0,02 bis 0,03 mm aufweist.
  3. 3. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal (14) in der Mitte des Außenringes (3) angeordnet ist.
  4. 4. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsflüssigkeit aus dem zur Schmierung der Wälzkörper (5, 7) verwendetem Öl besteht.
  5. 5. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Außenringes (3) in seinem Randbereich kreisringförmige Nuten (15) zur Aufnahme der Wälzkörper (5) angeordnet sind.
  6. 6. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten des Außenringes (3) Distanzringe (13) angeordnet sind, die mit der äußeren Mantelfläche des Außenringes (3) abschließen und in Richtung Lagermittelpunkt soweit reichen, daß die zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) und den Wellenscheiben (6) angeordneten Wälzkörper (5) ungehindert abwälzen können.






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