DD241106A1

DD241106A1 - HYDROSTATIC RADIAL / AXIAL STORAGE SYSTEM FOR STORING SPINDLES

Info

Publication number: DD241106A1
Application number: DD28087485A
Authority: DD
Inventors: Klaus Eisold; Olaf Wasner
Original assignee: Robotron Elektronik
Priority date: 1985-09-23
Filing date: 1985-09-23
Publication date: 1986-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Radial-/Axiallagersystem zur Lagerung von Spindeln. Ziel der Erfindung ist insbesondere, die Wirkung von Temperaturdifferenzen zwischen Spindelwelle und Spindelbuchse auf die Axiallagerspalte zu mindern, eine leichte Verstellbarkeit des Axiallagerspalts zu ermoeglichen und den Fertigungsaufwand fuer die Lagersystembestandteile sowie den Montageaufwand zu vermindern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Axiallager in geeigneter Weise anzuordnen und mit Mitteln zur Einstellung des Axiallagerspaltes zu versehen. Erfindungsgemaess ist ausserhalb des durch die beiden Radiallager begrenzten Spindelabschnitts in unmittelbarer Naehe jedes Radiallagers je eines der beiden Axiallager angeordnet und befindet sich antriebsseitig ein mit dem Spindelende verbundenes Druckstueck, zwischen dem und dem benachbarten Axiallager eine Druckfeder und eine auf der Spindelwelle verschiebbare, mitrotierende Lagerbuchse angeordnet sind, wobei die Druckfeder zwischen Lagerbuchse und Druckstueck liegt und die Axiallager unter Federvorspannung stehen. Anwendungsgebiete: Werkzeugmaschinen, Feingeraetetechnik, Messtechnik. Fig. 1The invention relates to a hydrostatic radial / thrust bearing system for supporting spindles. The aim of the invention is in particular to reduce the effect of temperature differences between the spindle shaft and spindle bushing on the Axiallagerspalte to allow easy adjustability of the Axiallagerspalts and reduce the manufacturing cost of the bearing system components and the assembly costs. The invention has for its object to arrange the thrust bearing in a suitable manner and provided with means for adjusting the thrust bearing gap. According to the invention, one of the two thrust bearings is arranged outside the radial bearing limited by the two radial bearings in the immediate vicinity of each radial bearing and there is a thrust piece connected to the spindle end on the drive side, a compression spring and a co-rotating bearing bush displaceable on the spindle shaft between the thrust bearing and the adjacent thrust bearing are, wherein the compression spring between bearing bush and Druckstueck is and the thrust bearings are spring preloaded. Areas of application: Machine tools, fine-tuning technology, measuring technology. Fig. 1

Description

Hydrostatisches Radial-ZAxiallagersystem zur Lagerung von SpindelnHydrostatic radial ZAxialllagerystem for storage of spindles

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Hydrostatische Hadial-/Axiallagersysteme werden zur Erzeugung einer hochgenauen ro ta torischen Bewegung einer Spindel, beispielsweise in Werkzeugmaschinen oder in der Feingerätetechnik, angewendet.Hydrostatic Hadial- / Axiallagersysteme be used to generate a highly accurate ro ta toric movement of a spindle, for example in machine tools or in the Feingätetechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung Es sind hydrostatische Radial-/Axiallagersysteme bekannt, bei denen zwei Axiallager, die vorzugsweise als Ringkammerlager ausgebildet werden, zwischen zwei Radiallagern oder außerhalb der Radiallager neben einem der beiden Radiallager angeordnet sind und bei denen das Lagerspiel der Axiallager mittels eines Distanzringes fest eingestellt wird. Beispielsweise werden derartige hydrostatische Radial-/Axiallagersysteme in der Firmenschrift "Hydrostatische FAG-Lagerungen" von der Firma FAG Kugelfischer Georg Schäfer & Co, Schweinfurt, BRD, Publikations-Nr. 44109 DA, Ausgabe 1977, S, 4 und S. 5, vorgestellt.Characteristic of the known technical solution Hydrostatic radial / axial bearing systems are known, in which two axial bearings, which are preferably designed as annular chamber bearings, are arranged between two radial bearings or outside of the radial bearings next to one of the two radial bearings and in which the bearing clearance of the axial bearings by means of a spacer ring is fixed. For example, such hydrostatic radial / thrust bearing systems in the company publication "Hydrostatic FAG bearings" by the company FAG Kugelfischer Georg Schaefer & Co., Schweinfurt, FRG, Publication no. 44109 DA, Issue 1977, S, 4 and p. 5, presented.

Es muß bei bekannten Spindellagerungen beachtet werden, daß die Axiallager in einem möglichst geringen konstruktivem Abstand zueinander angeordnet sein müssen, damit bei einer Tempera tür differenz zwischen Spindelwelle und Spindellager kein Festgehen der Spindelwelle eintritt. Diese Forderung führt zu einem erhöhtem Montag^aufwand, wenn die hohen Steif igkeitsf orderungen genügende Anordnung der Axiallager zwischen den Radiallagern realisiert werden soll (siehe Dissertation von M. Hoffmann "Theoretische undIt must be noted in known spindle bearings that the thrust bearing must be arranged in the smallest possible constructive distance from each other, so at a tempera door difference between the spindle shaft and spindle bearing no festgehen the spindle shaft occurs. This requirement leads to an increased Montag ^ effort, if the high stiffness igkeitsf satisfies sufficient arrangement of the thrust bearings between the radial bearings is to be realized (see thesis by M. Hoffmann "Theoretical and

experimentelle Untersuchungen hydrostatischer Spindellagerungen", 1966, IH Aachen, Spezialdruckerei für Dissertationen: Gouder und Hansen, Köln, S, 49 - 51).experimental investigations of hydrostatic spindle bearings ", 1966, IH Aachen, special printing house for dissertations: Gouder and Hansen, Cologne, S, 49 - 51).

Bei der Anordnung der Axiallager außerhalb der Radiallager an einer Spindelseite ist der Montageaufwand geringer und der Temperatureinfluß vernachlässigbar, jedoch die Anpassung eines Distanzringes zwecks Axiallagerspalteinstellung notwendig, und es erhöht sich der Aufwand für eine notwendige Nachstellung des Lagerspaltes bei veränderten Betriebsbedingungen (siehe DD-Patentschrift 141434).In the arrangement of the thrust bearing outside of the radial bearing on a spindle side of the installation effort is low and the influence of temperature negligible, but the adjustment of a spacer ring for Axiallagerspalteinstellung necessary, and it increases the cost of a necessary adjustment of the bearing gap with changed operating conditions (see DD patent 141434 ).

Durch bekannte konische Ausführung der hydrostatischen Lager kann der Temperatureinfluß auf den Lagerspalt gemindert werden. Diese Ausführung ist aber fertigungstechnisch aufwendig und axial nachgiebig (siehe DE-Auslegeschrift 21 21476 )_# By known conical design of the hydrostatic bearing of the influence of temperature can be reduced to the bearing gap. However, this design is complex in terms of production and is axially yielding (see DE-Auslegeschrift 21 21476) _#

Des weiteren erfordern alle vorstehend beschriebenen bekannten hydrostatischen Radial-/Axiallagersysteme zusätzliche Mittel um — zum Zwecke von Handhabungen an der Spindelwelle - die Spindelwelle bei Stillstand und drucklosem Zustand des Lagersystems genügend fest zu zentrieren und arretieren.Furthermore, all the known hydrostatic radial / thrust bearing systems described above require additional means to - for the purpose of handling the spindle shaft - the spindle shaft at standstill and depressurized state of the bearing system sufficiently tight center and lock.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung,ein Radial—/Axiallagersystem zu schaffen, das gleichermaßen eine hohe Steifigkeit gegen Verformung sowie thermische Steifigkeit an der Spindelwellennase garantiert, die Wirkung von Temperatürdifferenzen zwischen Spindelwelle und Spindelbuchse auf die Axiallagerspalte mindert, die Gefahr des Festgehens der Spindelwelle beseitigt, eine leichte Verstellbarkeit des Axiallagerspaltes für veränderte Betriebsbedingungen in bestimmten Grenzen ermöglicht, bei Stillstand und im drucklosen Zustand zum Zwecke von Handhabungen an der Spindel— welle eine genügend feste Spindelwellenzentrierung und -arretierung ohne zusätzliche Mittel garantiert,und dessen Bestandteile mit geringem Aufwand gefertigt und montiert werden können.It is the object of the invention to provide a radial / thrust bearing system which equally guarantees high rigidity against deformation as well as thermal stiffness on the spindle shaft nose, reduces the effect of temperature differences between spindle shaft and spindle bushing on the axial bearing gaps, eliminates the risk of locking the spindle shaft , allows easy adjustability of the thrust bearing gap for changing operating conditions within certain limits, at standstill and in the unpressurized state for the purpose of handling the spindle shaft guarantees a sufficiently fixed Spindelwellenzentrierung and -arretierung without additional funds, and manufactured and assembled its components with little effort can be.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Radial-/Axiallagersystem zur Lagerung von Spindeln mit zwei Axiallagern, die vorzugsweise als Ringkammerlager ausgebildet sind, und zwei Radiallagern zu schaffen, in dem die Axiallager in geeigneter Weise angeordnet und mit einfachen verstellbaren konstruktiven Mitteln zur Einstellung des Axiallagerspaltes versehen sind,The invention has for its object to provide a hydrostatic radial / thrust bearing system for supporting spindles with two thrust bearings, which are preferably designed as annular chamber bearings, and two radial bearings in which the thrust bearings arranged in a suitable manner and with simple adjustable design means for adjustment the thrust bearing gap are provided

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß außerhalb des durch die beiden Radiallager begrenzten Spindelabschnitts, in unmittelbarer Nähe jedes Radiallagers je eines der beiden Axiallager angeordnet ist und daß sich antriebeseitig ein mit dem Spindelende verbundenes Druckstück befindet, zwischen dem und dem benachbarten Axiallager eine Druckfeder und eine auf der Spindel— welle verschiebbare,mitrotierende Lagerbuchse angeordnet sind, wobei die Druckfeder zwischen Lagerbuchse und Druckstück liegt und die Axiallager unter Federvorspannung stehen.According to the invention, the object is achieved in that outside the limited by the two radial bearing spindle portion, each of the two thrust bearings is located in the immediate vicinity of each radial bearing and that the drive side is connected to the spindle end pressure piece, between the and the adjacent thrust bearing a compression spring and a slidable on the spindle shaft, co-rotating bearing bush are arranged, wherein the compression spring between bearing bush and pressure element is located and the thrust bearings are spring preloaded.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Druckstück zur Einstellung der Federvorspannung mittels Feingewinde auf der Spindelwelle beweglich und nach Einstellung gegen weitere Verdrehung gesichert und zwischen Druckfeder und Druckstück ist ein Zwischenring eingefügt.According to an advantageous embodiment of the invention, the pressure piece for adjusting the spring preload by means of fine thread on the spindle shaft is movable and secured after adjustment against further rotation and between compression spring and pressure piece an intermediate ring is inserted.

Bei praktischen Ausführungen der Erfindung wird im allgemeinen die nachstehend genannte Antriebsscheibe für die Spindelwelle zwischen dem schraubbaren Druckstück und dem erwähnten Zwischenring eingefügt, wobei die Antriebsscheibe auf der Spindelwelle axial verschiebbar ist und zur Begrenzung der mit dem Druckstück maximal einstellbaren Federvorspannung ein Spindelwellenbund als Anschlag für die Antriebsscheibe vorgesehen ist.In practical embodiments of the invention, the below-mentioned drive pulley for the spindle shaft between the screwed pressure piece and said intermediate ring is generally inserted, wherein the drive pulley on the spindle shaft is axially displaceable and to limit the maximum pressure adjustable with the pressure spring preload a Spindelwellenbund as a stop for the Drive pulley is provided.

Bei der Montage des erfindungsgemäßen J3adial-/Axiallagersystems wird in der ersten Arbeitsstufe die Spindelwelle, auf der sich eine axiale Lauffläche befindet, in eine Spindelbuchse gesetzt.When mounting the J3adial- / Axiallagersystems invention, the spindle shaft, on which there is an axial tread, placed in a spindle bushing in the first stage.

In der zweiten Arbeitsstufe werden die Lagerbuchse, eine oder mehrere Druckfedern, ein Zwischenring, die Antriebsscheibe und das Druckstück sowie der Lagerdeckel montiert. In der letzten Arbeitsstufe wird die notwendige Federvorspannung eingestellt. Die genaue Einstellung der Federvorspannung ist auf Grund der Abhängigkeit der Größe des Axiallagerspaltes von der Federvorspannung einfach möglich und zwar verringert sich der Axiallagerspalt mit wachsender Federvorspannung. Es wird nach Montage der Spindel und vor dem Probelauf der Hub der Spindelwelle bei Zuschalten des Druckmittels gemessen und der notwendige Axiallagerspalt, der dem Spindelwellenhub entspricht, mittels Drehung des Druckstückes genau eingestellt. Danach wird das Druckstück gegen Verdrehen gesichert»In the second stage, the bearing bush, one or more compression springs, an intermediate ring, the drive pulley and the pressure piece and the bearing cap are mounted. In the last stage, the necessary spring preload is adjusted. The exact adjustment of the spring preload is simply possible due to the dependence of the size of the axial bearing gap of the spring preload and indeed reduces the thrust bearing gap with increasing spring preload. It is measured after installation of the spindle and before the test run the stroke of the spindle shaft when switching the pressure medium and the necessary Axiallagerspalt corresponding to the Spindelwellenhub accurately adjusted by rotation of the pressure piece. Then the pressure piece is secured against twisting »

Das erfindungsgemäße Radial-/Axiallagersystem zeigt eine hohe Steifigkeit gegen Verformung sowie eine hohe thermische Steifigkeit an der Spindelwellennase» Die Wirkung von Temperaturdifferenzen zwischen Spindelwelle und Spindelbuchse auf die Axiallager spalte wird herabgesetzt und die Gefahr des Festgehens der Spindelwelle beseitigt. Der Axiallagerspalt ist bei veränderten Betriebsbedingungen in bestimmten Grenzen leicht verstellbar. Für die genügend feste Zentrierung und Arretierung der Spindelwelle bei Stillstand und drucklosem Zustand des Lagersystems zum Zwecke von Handhabungen an der Spindelwelle werden keine zusätzlichen Mittel benötigt. Die Bestandteile des erfindungsgemäßen Radial-/Axiallagersystems lassen sich mit geringem Aufwand fertigen und montieren.The radial / axial bearing system according to the invention shows a high rigidity against deformation and high thermal stiffness at the spindle shaft nose »The effect of temperature differences between the spindle shaft and spindle bushing on the thrust bearing column is reduced and eliminates the risk of seizing the spindle shaft. The thrust bearing gap is easily adjustable within certain limits under changed operating conditions. For the sufficiently strong centering and locking the spindle shaft at standstill and depressurized state of the storage system for the purpose of handling the spindle shaft no additional funds are needed. The components of the radial / axial bearing system according to the invention can be manufactured and assembled with little effort.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Radial-/Axiallagersystems1 shows a longitudinal section of a hydrostatic radial / thrust bearing system according to the invention

Fig. 2: einen Schnitt A-A senkrecht zur Spindeldrehachse gem. Fig»12 shows a section A-A perpendicular to the spindle rotation axis gem. Fig »1

In den Figuren ist eine hydrostatische Spindelwelle 1 für vorzugsweise vertikalen Betrieb dargestellt.In the figures, a hydrostatic spindle shaft 1 is shown for preferably vertical operation.

Tr» den Spindelbuchsen 2 sind die Radiallagertaschen 3; k sowie axialen Ringkammera 5; 6, die hier als Einfachringkammern ausgeführt sind, eingearbeitet sowie die Vordrosseln 7, die senkrecht zur Drehachse stehen, montiert. Die Spindelwelle 1 ist in die Spindelbuchsen 2 entsprechend den erforderlichen Radiallagerspalten 8; 9 eingepaßt und kommt an dem oberen Axiallager mit dem Spindelwelleribund 10 zum Anliegen,Tr »the spindle bushings 2 are the radial bearing pockets 3; k and axial Ringkammera 5; 6, which are designed here as a single-ring chambers, incorporated and the pre-throttles 7, which are perpendicular to the axis of rotation mounted. The spindle shaft 1 is in the spindle bushings 2 corresponding to the required radial bearing columns 8; 9 fitted and comes to the upper thrust bearing with the Spindelwelleribund 10 to concern,

Die Druckfeder zur Erzeugung der Federvorspannung ist als Tellerfeder 1^ ausgeführt. Nach Montage der Lagerbuchse 11, deren Mitnahme durch die Spindelwelle 1 mittels Paßfedern 12 erfolgt, auf der Spindelwelle 1 werden in der genannten Reihenfolge Lagerdekkel 13, Tellerfeder 14, Zwischenring 15 und Antriebsscheibe 16 mit Paßfedern 17 montiert. Danach wird mittels Drehung des Druckstückes 18 auf dem Feingewinde 19 die notwendige Federvorspannung eingestellt, wobei die maximale Federvorspannung dann erreicht ist, wenn die Antriebsscheibe 16 am Spindelwellenbund 37 anliegt. Die Axiallagerspalte 20; 21 sind im drucklosen Zustand infolge der Federvorspannung aufgehoben und die Spindelwelle 1 ist arretiert und zentriert.The compression spring for generating the spring preload is designed as a plate spring 1 ^. After mounting the bushing 11, the entrainment is carried out by the spindle shaft 1 by means of feather keys 12 on the spindle shaft 1 bearing cover 13, plate spring 14, intermediate ring 15 and drive pulley 16 are mounted with feather keys 17 in the order mentioned. Thereafter, the necessary spring preload is adjusted by means of rotation of the pressure piece 18 on the fine thread 19, wherein the maximum spring preload is reached when the drive pulley 16 rests on the spindle shaft collar 37. The thrust bearing column 20; 21 are canceled in the pressureless state due to the spring preload and the spindle shaft 1 is locked and centered.

Der Anschluß des Druckmittels, zumeist Hydrauliköl, an das hier nicht dargestellte Hydraulik- und Kühlsystem erfolgt über die Anschlußbohrung 22 zulaufseitig und Anschlußbohrung 23 rücklaufseitig, die sich im Gehäuse 38 und Lagerdeckel 13 befinden.The connection of the pressure medium, usually hydraulic oil, to the hydraulic and cooling system, not shown here takes place via the connection bore 22 inlet side and connection bore 23 return side, which are located in the housing 38 and bearing cap 13.

Das Hydrauliksystem ist ein Konstantdrucksystem. Das Druckmittel fließt, ausgehend von der Anschlußbohrung 22, in die Verteilerringnuten Zh; 25 und teilt sich auf die als Kapillaren ausgebildeten Vordrosseln 7 auf. Durch Längs- und Querbohrungen gelangt das Druckmittel einerseits zu den Radiallagertaschen 3; k sowie andererseits zu den axialen Ringkammern 5; 6. Das über die Radiallagerspalte 8 j 9 sowie über die Axiallagerspalte 20;21 abfließende Öl wird in den Ringnuten 26; 27; 28; 29 gesammelt und über die Querbohrungen 3O; 31 und Längsbohrungen 32; 33 in den Spindelbuch-The hydraulic system is a constant pressure system. The pressure fluid, starting from the connection bore 22, flows into the distributor ring grooves Zh ; 25 and is divided on the trained as capillaries Vordrosseln 7. By longitudinal and transverse bores the pressure medium reaches on the one hand to the radial bearing pockets 3; k and on the other hand to the axial annular chambers 5; 6. The oil which flows out via the radial bearing gaps 8 j 9 and via the axial bearing gaps 20, 21 is introduced into the annular grooves 26; 27; 28; 29 collected and across the cross holes 3O; 31 and longitudinal bores 32; 33 in the spindle book

sen 2 sowie über die Querbohrungen 3^ in der Lagerbuchse 11 der Anschlußbohrung 23 zugeführt.sen 2 and via the transverse bores 3 ^ supplied in the bearing bush 11 of the connection bore 23.

Die Flächen 35; 36 sowie alle in der Spindelbuchse 2 befindlichen und nicht mehr benötigten Bohrungen sind mit bekannten, hier nicht dargestellten Konstruktionselementen abgedichtet.The surfaces 35; 36 and all located in the spindle bushing 2 and no longer required holes are sealed with known, not shown construction elements.

Bei Druckmittelzufuhr bildet sich in den Radxallagerspalten 8j und Axiallagerspalten 20; 21 ein Druckmittelkissen bzw. Schmier— mittelfilm heraus, so daß völlige Verschlexßfreiheit garantiert wird und zwar dadurch, daß die Spindelwelle 1 sowie Lagerbuchse 11 gegenüber der Lagerbuchse 2 und entgegen der Federspannkraft eine gleichgroße Hubbewegung durchführen, die dem Maß der Axiallagerspalte 20; 21 entspricht.When pressure medium supply forms in the Radxallagerspalten 8j and Axiallagerspalten 20; 21 a pressure medium cushion or lubricant film out, so that complete Verschiegßfreiheit is guaranteed by the fact that the spindle shaft 1 and bushing 11 relative to the bearing bush 2 and against the spring tension perform an equally large stroke movement, the dimension of the Axiallagerspalte 20; 21 corresponds.

Claims

Experience statement

1 »hydrostatic radial ZAxiallagersystem for supporting spindles with two thrust bearings, which are preferably designed as annular chamber bearings, and two radial bearings, characterized in that outside of the limited by the two radial bearing (3; 8 or k ', 9) spindle section, in the immediate vicinity of each radial bearing (3j8 or k, 9) each one of the two thrust bearing (20j21) is arranged and that on the drive side connected to the spindle end pressure piece (18), between the and the adjacent thrust bearing (21) a compression spring ( lh) and on the spindle shaft (1) displaceable, co-rotating bearing bush (11) are arranged, wherein the compression spring (1 * 0 between the bearing bush (ii) .and pressure piece (18) and the thrust bearings are spring-loaded.

2. Hydrostatic radial / thrust bearing system according to item 1, characterized in that the pressure piece (18) for adjusting the spring preload by means of fine thread (19) on the spindle shaft (i) is secured and movable after adjustment against further rotation and that between compression spring (i4 ) and pressure piece (18) an intermediate ring (15) is inserted.

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