Spindelanordnung Gegenstand :der vorliegenden Erfindung ist eine Spindelanordnung.
Mit -dem steten Streben nach höherer Leistung bei Maschinen aller Art, ist meist auch .ein Streben nach Erhöhung der Drehzahl ganz allgemein von drehenden Maschinenbeilen und von Wellen und Spindeln im Be sonderen verbunden.
Eine Erhöhung,der Drehzahl bringt jedoch in erheblichem Masse Schwierigkeiten mit sich, .die sich bei niedrigeren Drehzahlen gar nicht oder in vernachlässigbarem Masse bieten. .Eine der Schwierig keiten, die bisher oft entscheidend und beschränkend das Erreichen der angestrebten erhöhten Drehzahl hin derte, war jene einer geeigneten Lagerung.
Einerseits hat eine solche Lagerung möglichst rei bungsarm zu sein, damit idie bei hohen Drehzahlen beachtlichen Lagerverluste in tragbaren Grenzen blei ben, und anderseits soll eine solche Lagerung kräftig genug sein, um die bei hohen Drehzahlen auftretenden Kräfte ohne Schaden aufnehmen zu können, welche Kräfte zum ,grössten Teil ihre Ursache in der meist nicht zu vermeidenden Unwucht der sich drehenden Bauteile haben.
Um diese beiden zum Teil sich widersprechenden Forderungen wenigstens einigermassen zu erfüllen, wur den Spindellagerungen vorgeschlagen, bei denen :die drehende Spindel in einer Lagerhülse drehbar gelagert und die Lagerhülse selbst elastisch nachgiebig auf einem Stützorgan abgestützt ist.
Bei einer solchen Lagerung fängt die Lagerhülse die von der sich drehenden Spindel ausgehenden Unwuchtkräfte ielastisch nachgiebig auf und führt dabei selbst ,eine taumelnde Bewegung aus, deren Frequenz von der Drehzahl .der Spindel abhängt. Um dabei auch die Taumelbewegung der Lagerhülse möglichst gering zu halten und um Resonanzerschei nungen vorzubeugen,
wurde ferner vorgeschlagen die Eigenfrequenz der Lagerhülse mit Spindel durch ge eignete Wahl Ader Elastizitätseigenschaften der Abstüt zung der Lagerhülse sowie ,des Gewichtes derselben genügend weit entfernt von der der Drehzahlentspre chenden Frequenz zu halten. Es hat sich aber gezeigt, dass auch bei einer solchen elastisch nachgiebigen Abstützung der eigentlichen La gerhülse die übertra;
gung lästiger, von der drehenden Spindel ausgehender bzw. von den Unwuchtkräften er- zeugter Vibrationen auf das Stützorgan nicht oder nur in geringem Masse vermieden wird.
Zweck der Erfindung ist es, eine Spindelanordnung zu schaffen, bei deren Lagerung die Übertragung von Vibrationen auf den die Lagerung abstützenden Ma schinenteil weitgehend vermieden ist, wobei dieser Maschinenteil stets nur eine dem Eigengewicht der La gerung mit Spindel entsprechende resultierende Kraft aufzunehmen hat.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die von der Lagerung an den Maschinenteil übertragen den Vibrationen grösstenteils auf die .zur Drehachse der Spindel parallelen, in diesem Falle vertikalen Kompo nenten der infolge der bei elastisch nachgiebigen Ab stützung .der Lagerung in der Abstützung auftretenden Kräfte zurückzuführen ist.
Nach der Erfindung soll daher eine Spindelanord- nung vorgeschlagen werden, bei der Lagerung der Spin del die Entstehung der genannten für die Gbertragung der Vibrationen entstehenden Kräfte weitgehend ver mieden ist.
Die nach der Erfindung vorgeschlagene Spindel anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel in zwei an einem vertikalen Abstand voneinander an geordneten Lagerkörpern drehbar und an mindestens einem davon verschwenkbar gelagert ist, welche Lager körper in horizontaler Richtung nachgiebig elastisch abgestützt sind.
Dabei kann die Spindel auf herkömmliche Weise in einer Lagerhülse :drehbar gelagert sein, wobei Lager hülse ihrerseits vorzugsweise in beiden Lagerkörpern versschwenkbar gelagert ist.
Die Verschwenkbarkeit kann mittels eines Kugel gelenkes oder mittels einer anderen, eine taumelartige Bewegung zÜlassenden Verbindung erreicht werden. Wenn die Spindel durch einen BesGandtail der Maschine ganz oder teilweise hindurchführt, sind die Lagerkörper zweckmässig so ausgeführt, dass sie sich um die Drehachse der Spindel herum erstrecken und auf dem Bauteil so abgestützt sind,
dass sie in der Horizon- valen geführt verschiebbar sind und unter der Wirkung einer Rückstellkraft stehen, die bestrebt ist, bei :einer Aaslenkung des Lagerkörpers aus einer Ruhestellung diesen in die Ruhestellung zurückzubringen.
Anderseits kann die Spindel auch an :einem Ende von langgestreckten Lagerkörpern .angeordnet sein, wo bei diese auf ähnliche Weise wie zuvor beschrieben ab gestützt sind.
Der Antrieb der Spindel kann direkt oder indirekt erfolgen.
Anhand der Zeichnung sind nachstehend einige Ausführungsbeispiele der Spindelanordnung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 und 2 schematisch eine bekannte Spindel und deren Lagerung in Normallage (Fig. 1) und in einer bei der Drehung der Welle auftretenden aasgelenkten Augenblickslage (Fig. 2) :
in stark übertriebener Dar- Stellung, Fig. 3 und 4 ebenfalls schematisch )eine erste Aus führungsform der erfindungsgemässen Spindelanordnung in den beiden Lagen wie Fig. 1 und 2, Fig. 5 und 6 schematisch eine zweite Ausführungs form der Spindelanordnung nach der Erfindung .mit Direktantrieb in den beiden Lagen wie in Fig. 3 und 4,
Fig. 7 und 8 schematisch zwei weitere Ausführungs formen der :erfindungsgemässen Spindelänordnung.
Die bekannte Spindel:anordnung in Fig: 1 und 2, der einige der durch idie Erfindung zu beseitigenden Nachteile anhaften, besitzt eine Spindel 1, die in zwei hier schematisch angegebenen Lagern 2 und 3 drehbar gelagert ist, und :die mittels :eines geeigneten- Antniebs, hier mittels einer drehfest auf der Spindel 1 sitzenden Riemen- oder Sa.itenscheibs 4 angetrieben ist. An dem obern Ende der Spindel 1 ist dabei- ein Bestandteil (nicht dargestellt) befestigt, der in Drehung versetzt werden soll.
Dieser Gegenstand .kann ein Spinntopf, ein Zentrifugenkorb, ein Werkzeughalter oder ein anderer Bestandteil sein. von dem erwünscht .ist, dass @er eine möglichst hohe Drehzahl aufweist.
Die beiden Lager 2 und 3 sind in einem Abstand voneinander in einer Lag rhülse 5 befestigt. Die Wahl dieses Abstandes hängt dabei u. a. von den Biegungskräfben gab, der die Spindel beim Betrieb .ausgesetzt ist, und vom Betrag des Kippspiels der einzelnen Lager ab. Die Lagerhülse ist fest an zwei Kragen 6 und 7, die in einem Abstand voneinander längs der Lagerhülse angeordnet sind, be festigt. Diese Kragen 6 und 7 sind ihrerseits elastisch nachgiebig auf einem feststehenden Stützorgan 8 ab gestützt, hier z.
B. mittels Federn 9, 10, 11 und 12. Diese Abstützung wurde der Einfachheit halber nur mit den vier Federn 9, 10, 11 und 12 dargestellt, obschon es sich versteht, dass die Kragen je über eine grössere Anzahl rund um die Hülse verteilte Federn abgestützt sein können.
Wenn nun die Spindel mit dem an ihrem oberen Ende befestigten Bestandteil auf eine hohe Dreh zahl gebracht wird, beginnen, je nach vorhandener Un wucht früher oder später Unwuchtkräfte wirksam zu werden. Da die Lager 2 und 3 und mit ihnen die Lager hülse 5 elastisch abgestützt sind, nehmen sie diese Un- wuchtkräfbe nicht direkt auf, sondern weichen diesen unver Einnahme einer aasgelenkten Lage aus.
Diese Aaslenkung, die in Fig. 2 schematisch dargestellt, ist, bewirkt, dass die Federn 9 und 11 komprimiert und die Federn 10 und 12 gedehnt werden. Die Einfederung bzw. Dehnung ihrerseits stellt den Unwuchtkräften Gegenkräfte entgegen, die beim erreichen eines Gleich gewichtes die Unwuchtkräfte kompensieren.
Wie aus Fig. 2 leicht ersichtlich, besitzen diese Gegenkräfte Komponenten, die im wesentlichen parallel zur Dreh achse der Spindel 1 stehen, .d. h. senkrecht auf der Abstützfläche des Stützorgans 8, welche Komponenten für einen Grossteil der unerwünschten Vibrationen ver antwortlich sind.
Gegebenenfalls kann bei der in Fig. 1 dargestellten Lagerung auf einen der Kragen 6 oder 7 verzichtet werden. Auch kann zur Herabsetzung der Eigenfrequenz der aus Spindel, Lager und Lagerhülse mit Kragen bestehenden Einheit z. B. ein in Fig. 1 :gestrichelt an gegebenes Zusatz- oder Gegengewicht 13 an d=er Hülse 5 befestigt werden, wobei aber die bei einer Aaslenkung der Drehachse aus :ihrer Normallage :entstehenden und senkrecht .auf die Stützflächen wirkenden Kraftkompo nenten nicht vermieden sind.
Für das in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbei spiel der erfindungsgemässen Spindelanordnung wurde eine ähnliche Darstellungsart wie für die zuvor be schriebene Lagerung :gewählt um das Wesen der Erfin dung deutlicher darzustellen.
In Fig. 3 und 4 ist eine Spindel 14 in zwei sche matisch angegebenen Lagern 15 und 16 drehbar ge lagert und mittels eines geeigneten Antriebs, z. B. wie derum mittels einer Riemen- oder Saitenschzib:e 17 die fest auf der Spindel sitzt, angetrieben. Das obere Ende der Spindel 14 ist wiederum dazu bestimmt, .einen in Drehung zu versetzenden Gegenstand (nicht dargestellt) aufzunehmen.
Die Lager 15 und 16 sind in einem Abstand von einander in einer Lagerhülse 18 befestigt. Die Lager hülse. 18 ihrerseits ist an zwei in- vertikalem Abstand voneinander angeordneten Stellen 19 und. 20 allseitig schwenkbar in je einem Lagerkörper 21 bzw. 22 ge lagert, die der Einfachheit halber wie in Fig. 1 und 2 scheibenförmmg dargestellt sind. Die Schwenkgelenke können z.
B, wie- in Fig. 3 und 4 .angedeutet, ausgeführt sein, und je einen an der Lagerhülse befestigten Bund 23 bzw. 24 mit einer kugelzonenförmigen Umfangsfläche aufweisen, der mit einem entsprechend geformten und an den Kragen 21 bzw. 22 befestigten Widerlager 25 bzw. 26 zusammenwirkt:
. Dabei kann im Schwenk gelenk je nach Erfordernis eine Drehsicherung vor gesehen. werden, die die Lagerhülse 18 gegen ein Ver drehen bezüglich der Lagerkörper 21 bzw. 22 sichert.
Die Lagerkörper 21 und 22 sind auf einem fest- stehenden Stützkörper 27 in der Horizontalen ver schiebbar abgestützt und stehen mit Mitteln in Wirk verbindung, die bei einer Verschiebung der Lagerkörper 21 bzw. 22 aus einer Ruhelage auf die Lagerkörper eine nach der Ruhelage hin gerichtete Rückstellkraft aus üben.
Der Einfachheit halber sind hier diese Mittel sche matisch wie in Fig. 1 und 2 durch vier Federn 28, 29 und 30, 31 angedeutet.
Wenn nun die Spindel 14 der Fig. 3 und 4 auf eine hohe Drehzahl gebracht wird so dass die Unwuchtkräfte zu wirken beginnen, dann wird die Spindel 14 und in diesem Fall mit ihr die Lagerhülse 18- mit den beiden Lagern 15 und 16 ausgelenkü, wobei in Fig: 4 eine Augenblickstellung dieser Aaslenkung dargestellt ist. Dagegen wird die Auslenkbewegung nicht den Lager- körpern 21 und 22 mitgeteilt, weil die Lagerhülse ja schwenkbar in diesen -,gelagert ist.
Die Lagerkörper führen lediglich eine Verschiebung in der Horizontalen aus, wobei abgesehen vom Eigengewicht der Lagerung selbst keine senkrecht auf die Stützflächen des Stütz körpers 27 wirkende Kräfte übertragen werden. Damit ist aber auch, wie bereits beschrieben, .die Hauptursache für die lästigen und mitunter schädlichen Vibrationen in dem Stützkörper 27 beseitigt.
In Fig. 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Spindelanordnung dargestellt;. Dabei tragen hier die dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 entsprechenden Teile dieselben Hinweisziffern. Wiederum ist eine vertikale Spindel 14 in zwei Lager 15 und 16, die in einer Lagerhülse 18 befestigt sind, dreh bar gelagert.
Auf dem oberen, freien Ende der .Spindel 14 sitzt, anstatt der bisher vorhandenen Saitenscheibe 17, ein Läufer 32 eines Hochfrequenzmotors, dessen Stator 33 mit der Lagerhülse<B>18</B> drehfest verbunden ist. Der nur schematisch mit Läufer 32 und Ständer 33 an gegebene Motor, dient hier als direkte Antriebsquiellie für die Spindel 14. und ist über nicht dargestellte flexible Verbindungs- und Schaltmittel mit einer Stromquelle verbunden.
Die Lagerhülse 18 .ist verschwenkbar in zwei Lagerkörper 21 und 22 gelagert. Während die Lagerung der Hülse 18 indem oberen (21) der Lagerkörper wie derum wie in Fig. 3 und 4 mittels eines kugelzonenförmi- gen, an der Hülse 18 befestigten Bundes 23 und mittels eines entsprechend geformten Widerlagers 25 an dem Lagerkörper 21 ausgeführt ist, ist die Lagerung der Hülse 18 in dem unteren Lagerkörper 22 als Kugel gelenk ausgeführt. Zu diesem Zweck trägt die Hülse 18 unten eine z.
B. rohrförmige Verlängerung 35 in die eine, an dem unteren Lagerkörper 22 befestigte Kugel 34 greift. Die Innenabmessungen der Verlängerung 35 und der Aussendurchmesser der Kugel 34 sind dabei so bemessen, dass das Zusammenspiel ider Hülse 18 mit dem Lagerkörper 22 einem Kugelgelenk gleichkommt. Die beiden Lagerkörper 21 und 22 isind wiederum in horizontaler Richttung elastisch nachgiebig auf einem Stützkörper 27 abgestützt, was hier wiederum schema tisch mit Federn 28, 29, 30 und 31 angegeben ist.
Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels ,der Fig. 5 und 6 ist analog zu jener der Fig. 3 und 4, wie aus, der Dar stellung der ausgelenkten Momentanlage der Fig. 6 (deutlich hervorgeht. Zu erwähnen ist noch, dass es keine Rolle spielt, ob die Stützflächen des Stützkörpers 27 nach oben oder nach unten oder zum Teil nach oben und zum Teil nach unten gerichtet :sind.
Es kommt ledig lich darauf an, dass die Lagerkörper 21 und 22 in den Horizontalen, d. h. in Ebenen die zur Spindel 14 in Ruhelage senkrecht stehen, nach allen Richtungen ver schiebbar geführt sind und unter dem Einfluss einer Rückstellkraft stehen, sobald sie aus der Ruhelage her aus verschoben sind.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel<I>.ganz</I> schematisch .angegeben. Wiederum tragen entsprechende Teile dieselben Hinweisziffern wie in Fig. 3 und 4. Der Einfachheit halber sind keine Antriebsmittel für die Spindel 14 angegeben. In diesem ist eine Spindel 14 ebenfalls drehbar in zwei Lagern 15 und 16, die in einer Lagerhülse 18 befestigt sind, ge lagert.
Die Lagerhülse 18 ist ihrerseits verschwenkbar in zwei Lagerkörper 21 und 22 gelagert, die ihrerseits mittels Federn 28, 29, 30 und 31 in der Horizontalen elastisch nachgiebig auf einem Stützkörper 27 ab gestützt sind. Die Schwenkgelenke zwischen Lagerhülse 1-8 und Lagerkörper 21 bzw. 22 sind hier im wesent lichen . durch je eine mit der Lagerhülse 18 verbundene, gummielastische Ringscheibe 36 gebildet, deren Aussen umfang in eine in den Lagerkörpern vorgesehene Ring nut 37 greift. Somit ist die Lagerhülse 18 mit beiden Lagerkörpern 21 und 22 taumelfähng verbunden, wobei die Ringscheiben in der Art einer fest eingespannten Membrane wirken.
Ausserdem ergibt sich bei dieser Ausführungsform eine Progressivität der Rückstell- kräfte, die bei der Auslenkung der Drehachse der Spindel 14 aus ihrer Normallage wirksam werden. .Esc liegt dabei im Ermessen ;des Fachmannes für einen gegebenen Einzelfall sowohl die gummielastischen Ring scheiben 36 sowie die Federn 28, 29, 30 und 31 derart zu bemessen, dass ihre elastischen Eigenschaften auf .einander abgestimmt sind.
In Fig. 8 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist eine Spindel 14 in zwei m einem vertikalen Abstand voneinander angeordneten Lager körpern 21 und 22 direkt .drehbar und verschwenkbar gelagert. Zu diesem Zweck ist an den Lagerstellen der Spindel an derselben je eine mit der Drehachse konzen trische Kugel 38 befestigt, die in einer kugelzonenförmi- gen Lagerschale 39 läuft, welche an dem Lagerkörper 21 bzw. 22 befestigt ist. Wie leicht ersichtlich, entfällt damit die Notwendigkeit einer Lagerhülse 18.
Der Antrieb erfolgt hier wiederum mittels einer Saiten scheibe 17. Wie bisher sind ,die beiden Lagerkörper 21 und 22 mittels Federn 28, 29, 30 und 31 auf einem Stützkörper 27 derart abgestützt, dass sich dieselben in der horizontalen gegen die Wirkung der von den Federn erzeugten Rückstellkraft nach :einer beliebigen Richtung verschieben lassen.
Es hat sich gezeigt, dass sich die übertragung von Vibrationen auf den Stützkörper bereits wesentlich ver meiden lässt, wenn die Spindel nur in einem der beiden Lagerkörper drehbar und verschwenkbar und in :dem andern nur drehbar gelagert ist. Die Lagerkörper selbst sind dabei aber auf jeden Fall in der Horizontalen elastisch nachgiebig, d. h. gegen die Wirkung einer Rückstellkraft horizontal verschiebbar abgestützt.
Zur Verbesserung der vorgeschlagenen Lagerung können an den Schwenkstellen zusätzlich gummi-ela- stisehe Zwischenlagen etwa in der Art, wie anhand Fig. 7 beschrieben vorgesehen werden. So können z. B. die kugelzonenförmigen Bundz 23 und 24 (Fig. 3 bis 6) und/oder die entsprechenden Widerlager 24 und 25 (Fig. 3, 4) bzw. die Verlängerung 35 und die Kugel 34 ganz oder teilweise an den erwartbaren Berührungs stellen aus einem reibungsarmen, elastischen Stoff vor gesehen werden.
Für die Lagerkörper kann eine Führung vorgesehen werden und die auf die Lagerkörper wirkende Rückstell- kraft kann durch Federn, pneumatische oder hydrau lische Mittel erzeugt werden.
Ebenfalls können die La, -er 15 und 16 dem vorgesehenen Verwendungszweck der Spindel 14 entsprechend als Gleit-, Wälz-, FlüssigkeitsL- oder Gaslager vorgesehen werden, wobei die Wahl der Lager weitgehend von der Belastung der Spindel im Be trieb abhängen wird. Ebenso kann der Antrieb der Spindel direkt oder indirekt isowohl am obern Ende .der Spindel, zwischen den beiden Lagerkörper 21 und 22 oder am untern Ende der Spindel :erfolgen.