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Dokumentenidentifikation DE102005053622A1 16.05.2007
Titel Axial-Radial-Lager, insbesondere für einen Rundtisch einer Werkzeugmaschine
Anmelder Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Hestermann, Jörg-Oliver, Dipl.-Ing., 91086 Aurachtal, DE
DE-Anmeldedatum 10.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053622
Offenlegungstag 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse F16C 19/38(2006.01)A, F, I, 20051110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23Q 1/40(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Axial-Radial-Lager (1), insbesondere für einen Rundtisch einer Werkzeugmaschine, weist einen Innenring (5) mit einem umlaufenden Vorsprung (8), welcher von einem Außenring (2) U-förmig umgriffen wird, sowie zwischen den Stirnseiten (9, 10) des Vorsprungs (8) des Innenrings (5) und dem Außenring (2) angeordnete, der Axiallagerung dienende Wälzkörperreihen (13, 14) und am Umfang des Vorsprungs (8) zwischen diesem und dem Außenring (2) angeordnete, der Radiallagerung dienende Wälzkörper (19) auf, wobei der Innenring (5) eine radial innerhalb der Wälzkörperreihen (13, 14) angeordnete, axial ausgerichtete, der Verbindung eines Innenringteils (6) mit einem Anschlussteil (7) dienende Schraubenreihe (21) aufweist und der Außenring (2) mittels radial innerhalb der Wälzkörper (19) angeordneter Schrauben (25) mit einem Anbauteil (23), insbesondere einem Rundtisch, verbunden ist.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein insbesondere für einen Rundtisch einer Werkzeugmaschine geeignetes Axial-Radial-Lager. Ein derartiges Axial-Radial-Lager umfasst einen Innenring mit einem ringförmig umlaufenden Vorsprung sowie einen Außenring, welcher den Vorsprung des Innenrings U-förmig umgreift. Zwischen dem Vorsprung des Innenrings und der U-förmigen Innenkontur des Außenrings sind der Axiallagerung dienende sowie der Radiallagerung dienende Wälzkörperreihen angeordnet.

Hintergrund der Erfindung

Ein Axial-Radial-Lager der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 38 42 464 A1 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein zusammengesetztes Zylinderrollenlager, das beispielsweise für einen Drehtisch einer sehr großen Baumaschine verwendbar sein soll. In diesem Anwendungsgebiet werden typischerweise zwar hohe Anforderungen an die Robustheit, jedoch nur vergleichsweise geringere Anforderungen an die mechanische Präzision der Lagerung gestellt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axial-Radial-Lager anzugeben, das besonders für Rundtische in Werkzeugmaschinen, auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen sowie für Drehzahlkennwerte n × dm (Drehzahl mal mittlerer Lagerdurchmesser) von mehr als 200.000 mm/min, geeignet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Axial-Radial-Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Axial-Radial-Lager weist einen Innenring sowie einen relativ zu diesem verdrehbaren, axial und radial gelagerten Außenring auf, wobei eine Innenkontur des Außenrings einen Vorsprung des Innenrings U-förmig umgreift. Die Axiallagerung bewirkende Wälzkörperreihen sind dabei an den beiden Schenkeln der U-förmigen Innenkontur, d.h. zwischen dem Außenring und den Stirnseiten des ringförmigen Vorsprungs des Innenrings, angeordnet. Zusätzlich sind zwischen dem Umfang des Vorsprungs des Innenrings und dem Außenring angeordnete Wälzkörper zur Radiallagerung vorgesehen. Diese Radialwälzkörper sind somit radial außerhalb der der Axiallagerung dienenden Wälzkörperreihen angeordnet.

Der Innenring weist ein Innenringteil auf, auf welchem sowohl die Wälzkörper der Axiallagerung als auch die Wälzkörper der Radiallagerung abrollen, oder besteht ausschließlich aus einem solchen Innenringteil. An diesem ist ein Anschlussteil als fasttragendes Teil angeschraubt, welches typischerweise ebenfalls rotationssymmetrisch ist. Zur Verschraubung des Innenringteils mit dem Anschlussteil sind Schrauben vorgesehen, die in axialer Ausrichtung in einer Schraubenreihe radial innerhalb der Wälzkörperreihen, die der Axiallagerung dienen, angeordnet sind. Das Anschlussteil, das typischerweise konzentrisch zum Innenring angeordnet ist, ist beispielsweise fest mit dem Gestell einer Werkzeugmaschine verbunden.

Mittels einer weiteren Verschraubung ist am Außenring – in der Regel ebenfalls konzentrisch zu diesem – ein Anbauteil, insbesondere ein Rundtisch einer Werkzeugmaschine, befestigt. Auch die Schrauben dieser Verschraubung sind radial innerhalb der Wälzkörperreihen, zumindest innerhalb der der Radiallagerung dienenden Wälzkörper, angeordnet. Das am Außenring angeschraubte Anbauteil hat typischerweise eine größere Masse und eine größere thermische Trägheit als der Außenring selbst. Bei einer Erwärmung des Außenrings kann sich dieser aufgrund der, bezogen auf die Wälzkörperanordnung, innen liegenden Verschraubung ungehindert nach außen ausdehnen. Entsprechendes gilt für den Innenring. Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, dass keine Verschraubungen zwischen dem Außenring und dem an diesem befestigten Anbauteil im Bereich radial außerhalb der Wälzkörper vorhanden sind. Allgemein existiert keine in Radialrichtung wirksame Verbindung zwischen dem Außenring und dem Anbauteil radial außerhalb der Wälzkörper der Radiallagerung.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung fluchten die der Verbindung des Außenrings mit dem Anbauteil dienenden Schrauben mit der Schraubenreihe, welche das Innenringteil mit dem lasttragenden Anschlussteil verbindet. Mit anderen Worten: Die Verschraubung des Innenringteils mit Anschlussteil sowie die Verschraubung des Außenrings mit dem Anbauteil, insbesondere Rundtisch, sind in einem gemeinsamen Ringraum angeordnet, welcher konzentrisch innerhalb eines Ringraumes, in dem sich die Wälzkörper der Radiallagerung, vorzugsweise sowohl die Wälzkörper der Radiallagerung als auch die Wälzkörper der Axiallagerung befinden, angeordnet ist. Dadurch, dass sämtliche Befestigungsschrauben sowohl des Innenrings als auch des Außenrings äquidistant zur Rotationsachse der Axiallagerung angeordnet sind, sind thermisch bedingte Abmessungsänderungen der Lagerringe besonders gut beherrschbar. Bei Temperaturänderungen des Innenrings sowie des Außenrings können sich sowohl die radialen Positionierungen der Wälzkörper als auch die diese führenden Konturen der Laufringe ohne Entstehung wesentlicher Spannungen ändern. Die miteinander fluchtenden Verschraubungen des Innenrings sowie des Außenrings radial innerhalb der Wälzlagerung haben zudem den Vorteil einer besonders einfachen Zentrierbarkeit der einzelnen Teile.

Der Außenring kann prinzipiell einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein. Aus montagetechnischen Gründen ist ein mehrteiliger Aufbau bevorzugt, wobei mehrere Außenringteile jeweils einen Teil der U-förmigen, zur Aufnahme des Vorsprungs des Innenrings vorgesehenen Innenkontur des Außenrings bilden. Die Teilung des Außenrings kann beispielsweise durch eine Wellenscheibe oder mittels Teilung in zwei Winkelringe erfolgen. Eine in Axialrichtung wirkende Verschraubung, die zwei Außenringteile an einer Position radial außerhalb der Wälzkörper miteinander verbindet, stellt keine Verbindung zum am Außenring befestigten Anbauteil her. Das Anbauteil erstreckt sich zwar vorzugsweise bis in den Bereich radial außerhalb der Wälzkörper der Axiallagerung, weist in diesem Bereich jedoch keine Verschraubung, sondern lediglich eine Stirnfläche auf, auf welcher der Außenring aufliegt.

Aufgrund der, bezogen auf die Anordnung der der Radiallagerung dienenden Wälzkörper, radial innen liegenden Verschraubungen des Innen- sowie des Außenrings können die Radialwälzkörper bei thermisch bedingten Abmessungsänderungen des Lagers ihren Abstand zur Rotationsachse des Lagers zumindest geringfügig ändern, ohne hierdurch unzulässige mechanische Spannungen, insbesondere eine zu hohe radiale Vorspannung, hervorzurufen. Als Wälzkörper für die Axiallagerung sowie für die Radiallagerung werden bevorzugt Zylinderrollen verwendet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Kurze Beschreibung der Zeichnung

1 ausschnittsweise ein Axial-Radial-Lager mit angeschraubtem Anbauteil,

2 eine Detailansicht des Axial-Radial-Lagers nach 1, und

3 eine Werkzeugmaschine mit einem mittels eines Axial-Radial-Lagers nach den 1 und 2 gelagerten Rundtisch.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die 1 und 2 zeigen ein Axial-Radial-Lager 1 eines Rundtisches einer Werkzeugmaschine. Das Axial-Radial-Lager 1 weist einen Außenring 2 auf, der sich aus einem ersten Außenringteil 3 und einem zweiten Außenringteil 4 zusammensetzt. Ein Innenring 5 des Axial-Radial-Lagers 1 weist ein die Lagerungsfunktion übernehmendes Innenringteil 6 auf, an welchem ein Anschlussteil 7, nämlich eine lasttragende Anschlusskonstruktion der Werkzeugmaschine, befestigt ist. Die Rotationsachse des gesamten Axial-Radial-Lagers 1 ist in 2 mit A bezeichnet, wobei der Abstand zwischen der Achse A und den Ringen 2, 5 der Axial-Radial-Lagerung nicht maßstäblich dargestellt ist.

Das Innenringteil 6 weist einen radial nach außen gerichteten, im dargestellten Querschnitt rechteckigen Vorsprung 8 auf, welcher in eine U-förmige Innenkontur eingreift, die zwischen den Außenringteilen 3, 4 gebildet ist. Zwischen Stirnseiten 9, 10 des Vorsprungs 8 und ringförmigen Oberflächenbereichen der Außenringteile 3, 4 sind Zylinderrollen 11, 12 als Wälzkörper zur Axiallagerung angeordnet. Die Gesamtheit der Wälzkörper 11 sowie die Gesamtheit der Wälzkörper 12 bildet jeweils eine Wälzkörperreihe 13, 14, die in einem Käfig 15, 16 geführt ist. In anderen Ausführungsformen können die Käfige entfallen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Wälzkörperreihen 13, 14 gleich gestaltet. Des Weiteren sind am Umfang 17 des Vorsprungs 8 als Zylinderrollen ausgebildete, in einem Käfig 18 geführte Wälzkörper 19 angeordnet, die der Radiallagerung dienen. Beim Lager 1 handelt es sich insgesamt um ein Axial-Radial-Lager, welches insbesondere auch zur Aufnahme hoher Kippmomente geeignet ist.

Zur Befestigung des Anschlussteils 7 am Innenringteil 6 sind parallel zur Achse A ausgerichtete Schrauben 20 vorgesehen, die eine ringförmige Schraubenreihe 21 bilden, welche radial innerhalb der Wälzkörper 11, 12, 19 angeordnet ist. Eine weitere Schraubenreihe 22 verbindet den Außenring 3 mit einem Anbauteil 23, nämlich einem Rundtisch der Werkzeugmaschine. Hierbei liegt das erste Außenringteil 3 auf einer Stirnfläche 24 des Anbauteils 23 auf. Sämtliche die Schraubenreihe 22 bildenden Schrauben 25 sind innerhalb desselben radial innerhalb der Wälzkörper 19 befindlichen Ringraums angeordnet, in welchem auch die Schraubenreihe 21 des Innenrings 5 angeordnet ist. Die den Außenring 2 mit dem Anbauteil 23 verbindenden Schrauben 25 fluchten somit mit den Schrauben 20 innerhalb des Innenrings 5. Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, befindet sich der größte Teil des ersten Außenringteils 3 sowie das gesamte Außenringteil 4 radial außerhalb der Schraubenreihen 21, 22. Somit werden thermische bedingte Abmessungsänderungen des Außenrings 2 durch die Verschraubung des Außenringteils 3 am Anbauteil 23 mittels der Schrauben 25 in keiner Weise behindert. Eine Schraube 26, mit der die Außenringteile 3, 4 verschraubt sind, ist nicht am Anbauteil 23 angeschraubt und damit relativ zum Anbauteil 23 in Radialrichtung verschiebbar, wenn unterschiedliche thermisch bedingte Längenänderungen des Außenrings 2 einerseits und des Anbauteils 23 andererseits auftreten. Sämtliche die Wälzkörper 11, 12, 19 kontaktierenden Lagerbauteile 3, 4, 6 sind ausschließlich im von den Wälzkörpern 11, 12, 19 aus betrachtet radial inneren Bereich mit an dem Axial-Radial-Lager 1 befestigten, Kraft übertragenden Teilen, nämlich dem Anschlussteil 7 und dem Anbauteil 23, verschraubt.

Die 3 zeigt in einer symbolisierten Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichneten Werkzeugmaschine, welche das vorstehend beschriebene Axial-Radial-Lager 1 umfasst. Das Axial-Radial-Lager 1 dient der Lagerung des auch als Drehtisch bezeichneten Rundtisches 23 der insbesondere für Fräsbearbeitung geeigneten Werkzeugmaschine 27. Die Bearbeitung eines nicht dargestellten, auf dem Drehtisch 23 aufgespannten Werkstücks erfolgt mittels eines Fräskopfs 28 der Werkzeugmaschine 27. Das lasttragende Anschlussteil 7 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel relativ zu einem ortsfesten Gestell 29 der Werkzeugmaschine 27 verschieblich gelagert.

1
Axiallager
2
Außenring
3
Außenringteil
4
Außenringteil
5
Innenring
6
Innenringteil
7
Anschlussteil
8
Vorsprung
9
Stirnseite
10
Stirnseite
11
Wälzkörper
12
Wälzkörper
13
Wälzkörperreihe
14
Wälzkörperreihe
15
Käfig
16
Käfig
17
Umfang
18
Käfig
19
Wälzkörper
20
Schraube
21
Schraubenreihe
22
Schraubenreihe
23
Anbauteil
24
Stirnfläche
25
Schraube
26
Schraube
27
Werkzeugmaschine
28
Fräskopf
29
Gestell
A
Achse


Anspruch[de]
Axial-Radial-Lager (1), insbesondere für einen Rundtisch einer Werkzeugmaschine, mit einem Innenring (5), der einen umlaufenden Vorsprung (8) aufweist, der von einem Außenring (2) U-förmig umgriffen wird, sowie mit zwischen den Stirnseiten (9, 10) des Vorsprungs (8) des Innenrings (5) und dem Außenring (2) angeordneten, der Axiallagerung dienenden Wälzkörperreihen (13, 14), und mit am Umfang des Vorsprungs (8) zwischen diesem und dem Außenring (2) angeordneten, der Radiallagerung dienenden Wälzkörpern (19), wobei der Innenring (5) eine radial innerhalb der Wälzkörperreihen (13, 14) angeordnete, axial ausgerichtete, der Verbindung eines Innenringteils (6) mit einem Anschlussteil (7) dienende Schraubenreihe (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) mittels radial innerhalb der der Radiallagerung dienenden Wälzkörper (19) angeordneter Schrauben (25) mit einem Anbauteil (23), insbesondere einem Rundtisch, verbunden ist. Axial-Radial-Lager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Befestigung des Anbauteils (23) am Außenring (2) vorgesehenen Schrauben (25) mit der das Innenringteil (6) mit dem Anschlussteil (7) verbindenden Schraubenreihe (21) fluchten. Axial-Radial-Lager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich sowohl der Außenring (2) als auch das an diesem befestigte Anbauteil (23) von einem Bereich radial innerhalb der Wälzkörperreihen (13, 14) bis zu einem Bereich radial außerhalb der Wälzkörperreihen (13, 14) erstrecken. Axial-Radial-Lager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) mehrteilig ausgebildet ist, wobei mehrere Außenringteile (3, 4) jeweils einen Teil der U-förmigen, zur Aufnahme des Vorsprungs (8) des Innenrings (5) vorgesehenen Innenkontur des Außenrings (2) bilden. Axial-Radial-Lager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzkörper (11, 12, 19) Zylinderrollen vorgesehen sind.






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