DD255771A1

DD255771A1 - SEAL ASSEMBLY FOR SPINDLE BEARINGS WITH ROTOR BEARINGS

Info

Publication number: DD255771A1
Application number: DD29582186A
Authority: DD
Inventors: Joachim Neubert; Erhard Neubert; Franz Scharnweber
Original assignee: Werkzeugmasch Heckert Veb
Priority date: 1986-11-03
Filing date: 1986-11-03
Publication date: 1988-04-13

Abstract

Dichtungsanordnung für Spindellagerungen mit Wälzlagern, insbesondere von Arbeitsspindeln in Bearbeitungszentren, mit einer Labyrinthdichtung, von einer Fangnut umgebenen spindelseitigen Spritzkanten, nach außen führenden Drainagebohrungen und einem dem Lager vorgeordneten Dichtungsring. Der Dichtungsring weist eine in an sich bekannter Weise drehzahlabhängig von einer Dichtfläche abhebende Dichtlippe auf und die der Labyrinthdichtung vorgeordneten Spritzkanten sind von einer druckbeaufschlagbaren Fangnut umgeben, in die seitlich ein nach außen gerichteter Dichtspalt einmündet, wobei vor dem Funktionsbereich von Dichtfläche und Dichtlippe eine Auffangkammer angeordnet ist, die einerseits Anschluss an die Labyrinthdichtung erhält und andererseits mit vom Funktionsbereich getrennten Drainagebohrungen in Verbindung steht. Fig. 1Sealing arrangement for spindle bearings with roller bearings, in particular of work spindles in machining centers, with a labyrinth seal, surrounded by a catch groove spindle side spray edges, drainage holes leading to the outside and a bearing upstream of the bearing seal ring. The sealing ring has a rotationally dependent on a sealing surface in a known manner on sealing lip and the labyrinth seal upstream spray edges are surrounded by a pressurizable catch groove into the laterally outwardly directed sealing gap, wherein arranged in front of the functional area of the sealing surface and sealing lip a collecting chamber is, on the one hand receives connection to the labyrinth seal and on the other hand is connected to separate from the functional area drainage holes. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für Spindellagerungen mit Wälzlagern, insbesondere von Arbeitsspindeln in Bearbeitungszentren, mit einer Labyrinthdichtung, von einer Fangnut umgebenen spindelseitigen Spritzkanten, nach außen führenden Drainagebohrungen und einem dem Lager vorgeordneten Dichtungsring.The invention relates to a sealing arrangement for spindle bearings with roller bearings, in particular of work spindles in machining centers, with a labyrinth seal, surrounded by a catch groove spindle side spray edges, drainage holes leading to the outside and a bearing upstream of the sealing ring.

Characteristic of the known technical solutions

Übliche Abdichtungen für wälzgelagerte Spindeln sind Labyrinthdichtungen. Das gilt sowohl für Lagerungen von Arbeitsspindeln in Werkzeugmaschinen (Publ. Nr. 02113 DAFAG Kugelfischer Georg Schäfer KG a A/DE, S.37-46) als auch von Spindeln anderer Maschinengattungen (Kugellager-Zeitschrift Nr.220 SKF/SE, S. 14-16). Bei diesen für viele Anwendungsfälle ausreichenden Dichtungen kann der Abdichteffekt besonders im niedrigen Drehzahlbereich oder bei Spindelstillstand eingeschränktwerden,dasich mit abnehmender Zentrifugalkraft die Möglichkeiten des Eindringens von Fremdstoffen erhöhen. Derartige Erscheinungen können vor allem bei Bearbeitungszentren auftreten, in deren sehr häufig vollständig gekapselten Arbeitsräumen ein relativ starker Anfall von Prozeßabfällen zu verzeichnen ist. Das unter diesen Bedingungen begünstigte Zusetzen der Labyrinthdichtungen sowie der mit ihnen verbundenen Ablaufbohrungen mit Fremdstoffen kann dazu führen, daß diese in das Lagerinnere gelangen und dort verschleißfordernd wirken. Allgemein bekannte zusätzliche Abdichtmaßnahmen, wie das Einbringen einer dem Lager vorgeordneten schleifenden Dichtung, z. B. eines Radial-Dichtringes, sind verschleißbehaftet.Usual seals for roller bearings are labyrinth seals. This applies both to bearings of work spindles in machine tools (Publ No. 02113 DAFAG Kugelfischer Georg Schaefer KG a A / DE, p.37-46) as well as spindles of other machine types (ball bearing magazine no.220 SKF / SE, p. 14-16). In these gaskets, which are sufficient for many applications, the sealing effect can be limited particularly in the low speed range or in spindle standstill, which increase the possibilities of the penetration of foreign matter with decreasing centrifugal force. Such phenomena can occur especially in machining centers, in their very often completely enclosed work areas, a relatively large amount of waste process is recorded. The clogging of the labyrinth seals and the associated drainage holes with foreign matter, which is favorable under these conditions, can cause them to reach the bearing interior and cause wear. Well-known additional sealing measures, such as the introduction of a bearing upstream abrasive bearing, z. B. a radial sealing ring, are subject to wear.

Bekannt ist, einer berührungsfreien Dichtung eine Lippendichtung nachzuordnen (DE-OS 2322458). Bei höheren Drehzahlen hebt deren Dichtlippe von der Dichtfläche ab und die Wirkung der berührungsfreien Dichtung setzt ein. Im Stillstand und bei niedrigen Spindeldrehzahlen soll die Lippendichtung die Abdichtfunktion übernehmen.It is known to rearrange a lip seal for a non-contact seal (DE-OS 2322458). At higher speeds their sealing lip lifts off from the sealing surface and the effect of the non-contact seal begins. At standstill and at low spindle speeds, the lip seal should take over the sealing function.

Während im Stillstand die Dichtwirkung gegeben ist, erscheint diese insbesondere unter härteren Einsatzbedingungen in dem Drehzahlbereich nicht ausreichend, wo die Lippendichtung den Kontakt zur Dichtfläche verliert, die Spaltdichtung jedoch noch nicht voll zur Wirkung kommt. Nachteilig ist weiterhin, daß prinzipiell die Möglichkeit des Ansammeins von Fremdstoffen in der Spaltdichtung besteht, die dann bei Offenstellung der Lippendichtung in das Lagerinnere gelangen können.While the sealing effect is given at standstill, this does not seem sufficient under harsh conditions in the speed range where the lip seal loses contact with the sealing surface, but the gap seal is not yet fully effective. A further disadvantage is that in principle there is the possibility of the accumulation of foreign substances in the gap seal, which can then reach the bearing interior in the open position of the lip seal.

Die Verwendung sich drehender Schutzkragen in Verbindung mit mehreren Radialspalten zwischen drehenden und stehenden Teilen der Lagerbaugruppe sowie Fangnuten mit Drainagebohrungen bringt einen erhöhten Abdichteffekt, der im Extremfall durch einen leichten Luftüberdruck unterstützt werden kann (o.g. Publ.Nr.02113 DA, S.42 u.43).The use of rotating protective collar in conjunction with several radial gaps between rotating and stationary parts of the bearing assembly and collecting grooves with drainage holes brings an increased sealing effect, which can be supported in extreme cases by a slight air pressure (og Publ.Nr.02113 DA, p.42 u. 43).

Dieses Dichtungssystem erfordert eine erhebliche radiale Baufreiheit, die jedoch beispielsweise dann nicht zur Verfügung steht, wenn für die Kühlmittelzuführung zum Werkzeug, wie bei Bearbeitungszentren häufig üblich, unmittelbar um die Arbeitsspindel Einspritzdüsen anzuordnen sind.This sealing system requires a considerable amount of radial clearance, which, however, is not available, for example, if injection nozzles are to be arranged directly around the work spindle for the coolant supply to the tool, as is often the case with machining centers.

Eine weitere Lösung sieht vor, als Vordichtung zwei außenspannende Fey-Doppelringe einzusetzen. Der Vordichtung sind spindelseitig Spritzkanten zugeordnet, die von Fangnuten mit Drainagebohrungen umschlossen werden. Neben einem Kanal zur Einspeisung von Druckluft ist ein weiterer Fey-Doppelring als Nachdichtung vorgesehen (o. g. Publ. Nr. 02113 DA, S. 43 u. 44).Another solution is to use as pre-seal two outside tensioning Fey double rings. The pre-seal are assigned to the spindle side spray edges, which are enclosed by collecting grooves with drainage holes. In addition to a channel for the supply of compressed air, another Fey double ring is provided as a secondary seal (o., See Publ. No. 02113 DA, p 43 and 44).

Damit wird zwar eine gute Abdichtung erreicht, die Lösung ist jedoch relativ aufwendig in der Herstellung und erfordert spezielle Abdichtringe.Although this achieves a good seal, the solution is relatively expensive to produce and requires special sealing rings.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, mit geringem Aufwand und Platzbedarf eine maximale Abdichtung zu erreichen. The aim of the invention is to achieve a maximum seal with little effort and space requirements.

Essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungsanordnung für wälzgelagerte Arbeitsspindeln, die eine Labyrinthdichtung, von einer Fangnut umgebene spindelseitige Spritzkanten, nach außen führende Drainagebohrungen und einen dem Lager vorgeordneten Dichtungsring aufweist, wobei ohne zusätzlichen Abdichtaufwand ein Eindringen von Fremdstoffen bei geringer Drehzahl, Drehrichtungswechsel und im Stillstand der Spindel weitestgehend vermieden wird.The object of the invention is to provide a seal assembly for roller bearing work spindles, which has a labyrinth seal, surrounded by a catch groove spindle side spray edges, drainage holes leading to the outside and the bearing upstream sealing ring, with no additional sealing effort penetration of foreign matter at low speed, change of direction and in the Standstill of the spindle is largely avoided.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dichtungsring einein an sich bekannter Weise drehzahlabhängig von einer Dichtfläche abhebende Dichtlippe aufweist und die der Labyrinthdichtung vorgeordneten Spritzkanten von einer druckbeaufschlagbaren Fangnut umgeben sind, in die seitlich ein nach außen gerichteter Dichtspalt einmündet, wobei vor dem Funktionsbereich von Dichtfläche und Dichtlippe eine Auffangkammer angeordnet ist, die einerseits Anschluß an die Labyrinthdichtung erhält und andererseits mit vom Funktionsbereich der Lippendichtung getrennten Drainagebohrungen in Verbindung steht.According to the invention, this object is achieved in that the sealing ring has a sealing surface depending in a known manner depending on the sealing surface sealing lip and the labyrinth seal upstream injection edges are surrounded by a pressurizable catch groove, in the side opens an outwardly directed sealing gap, wherein before the functional area of Sealing surface and sealing lip a collecting chamber is arranged, which receives on the one hand connection to the labyrinth seal and on the other hand is in communication with separate from the functional area of the lip seal drainage holes.

Die über Kanäle mit Reinigungsimpulsen beaufschlagbare Fangnut weist im unteren Bereich eine Tasche auf, in die neben zwei Kanälen, diesen jeweils unmittelbar nebengeordnet und in etwa gleichgerichtet schräg nach unten verlaufend, Drainagebohrungen münden.The acted upon by channels with cleaning pulses Fangnut has in the lower part of a pocket, in addition to two channels, each directly juxtaposed and approximately obliquely downwardly running drainage holes open.

Ein drehfest zur Arbeitsspindel angeordneter konzentrischer Flanschring ist Träger der Dichtfläche und seine die Arbeitsspindel spielbehaftet umgreifende Bohrung bildet einen Teilbereich der Labyrinthdichtung mit einer Fangnut, wobei sein Flansch die Auffangkammer zum Funktionsbereich abschließt und von der Fangnut eine Bohrung zur Auffangkammer verläuft. Der Dichtungsring ist in dem Distanzring für den Innenring der Wälzlager aufgenommen, der eine Spritzkante aufweist, die auf eine Ablaufbohrung gerichtet ist, zu deren beiden Seiten die mit der Auffangkammer verbundenen Drainagebohrungen angeordnetA rotationally fixed to the work spindle arranged concentric flange is a carrier of the sealing surface and the working spindle encompassing encompassing bore forms a portion of the labyrinth seal with a catch groove, wherein its flange closes the collecting chamber to the functional area and runs from the catch groove a hole to the collecting chamber. The sealing ring is received in the spacer ring for the inner ring of the rolling bearing, which has a spray edge, which is directed to a drain hole, arranged on both sides of the drainage holes connected to the collecting chamber

Bedarfsweise kann für die Zuführung von Sperrluft vom oberen Kanal eine Abzweigung zum Dichtspalt vorgesehen werden, der ein den Kanal zur Fangnut abschließendes Rückschlagventil nachgeordnet ist, dessen Öffnungsdruck größer als der Druck der Sperrluft zum Dichtspalt ist.If necessary, a branch to the sealing gap can be provided for the supply of sealing air from the upper channel, which is followed by a channel to the catch groove final check valve whose opening pressure is greater than the pressure of the sealing air to the sealing gap.

Bei Stillstand oder niedriger Drehzahl der Arbeitsspindel liegt die Dichtlippe des Dichtringes an der Dichtfläche an, so daß eine ausreichende Sperrwirkung zur Lagerstelle gegeben ist. Reinigungsimpulse, die bei Spindelstillstand durch die Kanäle in die Dichtungsanordnung gegeben werden, beseitigen eventuell während des Bearbeitungsvorganges eingedrungene Fremdstoffe.At standstill or low speed of the work spindle, the sealing lip of the sealing ring is against the sealing surface, so that a sufficient barrier effect is given to the bearing. Cleaning impulses, which are given by the channels in the seal arrangement during spindle standstill, possibly remove foreign substances that have entered during the machining process.

Dabei tritt die Reinigungsluft über die Fangnut in den radialen Dichtspalt sowie die Labyrinthdichtung ein und trifft auf die Spritzkanten. Da der Dichtungsring voll wirksam ist, wird ein Lufteintritt in den der Kontaktstelle von Dichtfläche und Dichtlippe nachgeordneten Bereich verhindert. Die in der Labyrinthdichtung befindlichen Fremdstoffe sammeln sich in der Auffangkammer und werden über die zugeordneten Drainagebohrungen nach außen befördert. Die im Funktionsbereich von Dichtfläche und Dichtkante befindliche Spritzkante mit zugeordneter Ablaufbohrung stellt ihrem Charakter nach eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme dar.The cleaning air enters the radial sealing gap and the labyrinth seal via the catching groove and strikes the injection edges. Since the sealing ring is fully effective, air in the area of the contact point of the sealing surface and sealing lip downstream area is prevented. The foreign substances contained in the labyrinth seal collect in the collecting chamber and are transported to the outside via the associated drainage holes. The in the functional range of sealing surface and sealing edge located spray edge with associated drain hole is an additional safety measure by their nature.

Hebt die Dichtlippe bei höheren Drehzahlen der Arbeitsspindel von der Dichtfläche ab, setzt mit auftretender Zentrifugalkraft die Dichtwirkung des radialen Dichtspaltes, der Spritzkanten und der Labyrinthdichtung ein.If the sealing lip lifts off the sealing surface at higher speeds of rotation of the work spindle, the sealing effect of the radial sealing gap, the injection edges and the labyrinth seal is activated with centrifugal force that occurs.

Bei Vorliegen extremer Einsatzbedingungen kann der radiale Dichtspalt insbesondere im unteren Drehzahlbereich mit Sperrluft beaufschlagt werden.If extreme operating conditions are present, sealing air can be applied to the radial sealing gap, in particular in the lower speed range.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung,1 is a schematic sectional view of the seal assembly,

Fig. 2: die Ausbildung sowie die Druckbeaufschlagung der Fangnut mit zugeordneten Drainagebohrungen,2: the training and the pressurization of the catching groove with associated drainage holes,

Fig.3: den Drainageanschluß an die Auffangkammer, Fig.4: einen sperrluftbeaufschlagten radialen Dichtspalt.3: the drainage connection to the collecting chamber, FIG. 4: a radial sealing gap subjected to blocking air.

Die von Wälzlagern 1 aufgenommene Arbeitsspindel 2 wird um den doppelten Betrag eines radialen Dichtspaltes 3 spielbehaftet von einem drehfesten Ring 4 umgriffen. Dieser ist für die Zuführung von Druckluft mit Kanälen 5,6 und 7 versehen, die mit einer die spindelseitigen Spritzkanten 8 umschließenden Fangnut 9 verbunden sind. Die Fangnut 9 weist in ihrem unteren Bereich ein Tasche 10 auf, in die die Kanäle 5 und 6 sowie diesen nebengeordnete Drainagebohrungen 11,12 münden (Fig.2). Mit letztgenannter Anordnung ist gewährleistet, daß bei Druckbeaufschlagung der Fangnut 9 gleichzeitig die Drainagebohrungen 11,12 gesäubert werden.The recorded by rolling bearings 1 work spindle 2 is encompassed by twice the amount of a radial sealing gap 3 play with a non-rotatable ring 4. This is provided for the supply of compressed air with channels 5,6 and 7, which are connected to a spindle-side injection edges 8 enclosing catch groove 9. The catch groove 9 has in its lower part a pocket 10, into which the channels 5 and 6 and these adjacent drainage holes 11, 12 open (FIG. 2). With the latter arrangement it is ensured that at the same time the drainage holes 11,12 are cleaned when pressure is applied to the catching groove 9.

Von der Fangnut 9 erstreckt sich lagerseitig eine Labyrinthdichtung 13, der ein zeitweise mit einer Dichtfläche 14 in Wirkverbindung stehender Dichtungsring 15 nachgeordnet ist. Ein drehfest zur Arbeitsspindel 2 angeordneter Flanschring 16 ist Träger der Dichtfläche 14 und bildet mit seiner die Arbeitsspindel 2 spielbehaftet umgreifenden Bohrung 17 einen Teilbereich der Labyrinthdichtung 13. Der Dichtungsring 15 besitzt eine bei Stillstand der Arbeitsspindel 2 an der Dichtfläche 14 anliegende und bei höheren Drehzahlen abhebende Dichtlippe 18.From the catch groove 9, a labyrinth seal 13 extends on the bearing side, which is arranged downstream of a sealing ring 15 which is at times in operative connection with a sealing surface 14. A rotationally fixed to the work spindle 2 arranged flange 16 is a carrier of the sealing surface 14 and forms with its working spindle 2 play embracing hole 17 a portion of the labyrinth seal 13. The sealing ring 15 has a resting at a standstill of the work spindle 2 on the sealing surface 14 and contrasting at higher speeds Sealing lip 18.

Wie aus Fig. 1 weiterhin ersichtlich, ist vor dem Funktionsbereich 19 von Dichtfläche 14 und Dichtlippe 18 eine Auffangkammer 20 angeordnet, die einerseits Anschluß an die Labyrinthdichtung 13 erhält und andererseits über Anschlußbohrungen 21,22 mit vom Funktionsbereich 19 getrennten Drainagebohrungen 23, 24 in Verbindung steht (Fig.3). Der Flansch des Flanschringes 16 trennt Funktionsbereich 19 und Auffangkammer 20.1, a collecting chamber 20 is arranged in front of the functional area 19 of the sealing surface 14 and the sealing lip 18, which on the one hand receives connection to the labyrinth seal 13 and, on the other hand, via connecting bores 21, 22 with drainage bores 23, 24 separated from the functional area 19 stands (Fig.3). The flange of the flange 16 separates functional area 19 and collecting chamber 20th

Die Aufnahme des Dichtungsringes 15 erfolgt im Distanzring 25 für den Innenring der Wälzlager 1. Dabei weist der Distanzring 25 eine Spritzkante 26 auf, die auf eine Ablaufbohrung 27 gerichtet ist (Fig. 1 und 3). Diese besitzt vorrangig eine Kontrollfunktion und kann verschließbar ausgeführt sein.The inclusion of the sealing ring 15 takes place in the spacer ring 25 for the inner ring of the rolling bearing 1. In this case, the spacer ring 25 has a spray edge 26 which is directed to a drain hole 27 (FIGS. 1 and 3). This has primarily a control function and can be made lockable.

Eine im Flansch ring 16 von einer Fang nut 33 der Labyrinthdichtung 13 in Richtung der Auffangkammer 20 verlaufende Bohrung 28 verbessert die Abführung von Fremdstoffen aus diesem Bereich. Dem Funktionsbereich 19 lagerseitig nachgeordnete fettgeschmierte Nuten 29, 30 vervollkommnen den Abdichteffekt.A ring in the flange 16 of a catch groove 33 of the labyrinth seal 13 in the direction of the collecting chamber 20 extending bore 28 improves the removal of foreign matter from this area. The functional area 19 downstream grease-lubricated grooves 29, 30 complete the sealing effect.

Fig.4zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung bei Vorliegen extremer Einsatzbedingungen. Zum Einbringen von Sperrluft in den radialen Dichtspalt 3 geht von Kanal 5 eine Abzweigung 31 ab, der ein den Kanal 5 zur Fangnut 9 abschließendes Rückschlagventil 32 nachgeordnet ist. Dessen Öffnungsdruck ist größer als der Druck der Sperrluft zum Dichtspalt 3.4 shows a possible embodiment of the sealing arrangement in the presence of extreme operating conditions. For introducing sealing air into the radial sealing gap 3, a branch 31 starts from the channel 5, downstream of which a check valve 32 closing the channel 5 to the catching groove 9 is arranged. Its opening pressure is greater than the pressure of the sealing air to the sealing gap. 3

Die Zuführung von Sperrluft erfolgt bei Stillstand oder im niedrigen Drehzahlbereich der Arbeitsspindel 2, wobei die Dichtlippe 18 noch sperrenden der Dichtfläche 14 anliegt.The supply of sealing air takes place at standstill or in the low speed range of the work spindle 2, wherein the sealing lip 18 is still blocking the sealing surface 14 is present.

Mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird mit einem relativ geringen Aufwand und Platzbedarf ein hoher Abdichteffekt erreicht.With the sealing arrangement according to the invention a high sealing effect is achieved with a relatively low effort and space requirements.

Claims

1. Sealing arrangement for spindle bearings with bearings, especially of work spindles in machining centers, with a labyrinth seal, surrounded by a catch groove spindle side spray edges, drainage holes leading to the outside and a bearing upstream sealing ring, characterized in that the sealing ring (15) in a known per se Has speed depending on a sealing surface (14) contrasting sealing lip (18) and the labyrinth seal (13) upstream injection edges (8) by a pressurizable catch groove (9) are in the laterally outwardly directed sealing gap (3) opens, wherein in front of the functional area (19) of the sealing surface (14) and the sealing lip (18) a collecting chamber (20) is arranged, which on the one hand receives connection to the labyrinth seal (13) and on the other hand with drainage bores (23, 24) separated from the functional area (19) Connection stands.

2. Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that via channels (5; 6; 7) acted upon in a known manner with cleaning pulses Fangnut (9) in the lower part of a pocket (10), in which in addition to the two channels (6; ), these each immediately juxtaposed and approximately rectilinear obliquely downward running, two drainage holes (11, 12) open.

3. Sealing arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that a rotationally fixed to the work spindle (2) arranged concentric flange (16) carrier of the sealing surface (14) and its the work spindle (2) play embracing bore (17) has a portion of the labyrinth seal (13) with a catching groove (33), wherein its flange closes off the collecting chamber (20) to the functional area (19) and from the catching groove (33) extends a bore (28) to the collecting chamber (20).

4. Sealing arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the sealing ring (15) in the spacer ring (25) for the inner ring of the rolling bearing (1) is accommodated and the spacer ring (25) has a spray edge (26) on a Drainage hole (27) is directed, to the two sides of which with the Äuffangkammer (20) connected drainage holes (23; 24) are arranged.

5. Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that, if necessary, for the supply of sealing air from the channel (5) a branch (31) to the sealing gap (3) is provided which is a the channel (5) to the catching groove (9) final check valve ( 32) is arranged downstream, whose opening pressure is greater than the pressure of the sealing air to the sealing gap (3).