DD293978B5

DD293978B5 - Grease-lubricated rolling bearing system for rotatable, rotationally symmetrical components, in particular high-speed work spindles of machine tools

Info

Publication number: DD293978B5
Application number: DD34026790A
Authority: DD
Inventors: Dietmar Dipl-Ing Schmidt; Rolf Dr-Ing Hofmann; Stephan Dr-Ing Kieselstein; Hans-Guenter Cervenka
Original assignee: Gerfema Ges Fuer Rationalisier; Heckert Chemn Werkzeugmasch
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1990-05-02
Publication date: 1995-11-16

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung wird vorzugsweise bei Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen mit Drehzahlkennwerten d_m η größer 0,5 · TO⁶ zur Zerspanung von Werkstoffen, beispielsweise Aluminium, verwendet.The invention is preferably used in work spindles of machine tools with speed characteristics d _m η greater than 0.5 · TO ⁶ for machining materials, such as aluminum.

Characteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß bei Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen im Drehzahlbereich größer 6000U min"¹ und Wellendurchmesser größer 100m das Problem der Luftförderung durch die Spindellagerung verstärkt auftritt. Diese Luftförd^rung wird vorrangig durch die unterschiedliche Lagerbaugröße für die Spindellagerung hervorgerufen. Eine solche Förderung kann auch durch die Rauhigkeit der Umbauteile entstehen. Der Luftbewegung selbst verläuft in konstruktiv bedingten Spalten zwischen den Lagern. Da diese Spalten die Fettnebenräume der Lager miteinander verbinden, erfolgt mit der Luftförderung ein Transport des sich im Bereich der Lager befindlichen Grundöl-Luftgemisches. Die Luft transportiert das Grundöl-Luftgemisch in Richtung des größten entstehenden Unterdruckes von einem Lager z'j/n anderen und tritt dann nach außen. Dadurch erfolgt eine kontinuierliche Ausmagerung des Schmierfettes, was nach einer bestimmten Zeit zum Austrocknen der Lager führt.It is known that greater in working spindles of machine tools in the speed range 6000U min ^"1 and shaft diameter amplified occurs greater than 100m, the problem of air delivery through the spindle bearings. This Luftförd ^ tion is mainly caused by the different storage size for the spindle bearing. Such support can also Due to the roughness of the built-up parts, the air movement itself takes place in structurally determined gaps between the bearings, since these gaps connect the grease side spaces of the bearings with air transport, transporting the base oil / air mixture located in the area of the bearings Base oil-air mixture in the direction of the largest resulting negative pressure from a camp z'j / n other and then exits to the outside. This causes a continuous Ausmagerung of the grease, which leads after a certain time to dry out the bearings.

Durch den Einsatz von Dichtsystemen (Zeitschrift-Konstruktion-41 [1989] S. 299 ff.), insbesondere berührungsfreie Dichtungen, bei Arbeitsspindeln im Werkzeugmaschinenbau gegen das Eindringen von Schmutz, Kühlschmierstoff und anderen Schneidflüssigkeiten wird indirekt auch die Luftförderung und damit der Transport des Grundöl-Luftgemisches bei der Lebensdauerfettschmierung oft nicht ausreichend eingeschränkt. Der Transport des Grundöl-Luftgemisches vom Lager geringen Durchmessers zum Lager größeren Durchmessers oder aufgrund der Rauhigkeit der Umbauteile wird durch die Dichtsysteme deshalb nicht genügend beeinflußt, da sie nur gegen den Eintritt von Material von außen gerichtet sind. Diese Dichtsysteme haben weiterhin den Nachteil eines hohen Fertigungsaufwandes.The use of sealing systems (Journal-Design-41 [1989] p. 299 et seq.), In particular non-contact seals, for working spindles in machine tool construction against the ingress of dirt, cooling lubricant and other cutting fluids indirectly also promotes air transport and thus the transport of the base oil Air mixture is often not sufficiently limited in lifetime grease lubrication. The transport of the base oil-air mixture from the bearing of small diameter to the larger diameter bearing or due to the roughness of the conversion parts is therefore not sufficiently affected by the sealing systems, since they are directed only against the entry of material from the outside. These sealing systems also have the disadvantage of high production costs.

Des weiteren ist bekannt (Prospekt „Die Arbeitsspindel und ihre Lagerung - Herzstück leistungsfähiger Werkzeugmaschinen" FAG Kugelfischer Georg Schäfer kGak, Publ. Nr. 02113 DA, S.63), vor der Labyrinthdichtung eine Nut für Sperrluft einzuarbeiten. Durch diese Sperrluft wird die Labyrinthdichtung vor Verschmutzung von außen geschützt.Furthermore, it is known (Prospectus "The work spindle and its storage - the heart of powerful machine tools" FAG Kugelfischer Georg Schaefer kGak, Publ No. 02113 DA, p63) to incorporate before the labyrinth seal a groove for sealing air through this sealing air, the labyrinth seal protected against external pollution.

Nachteilig ist, daß ständig Druckluft erzeugt und zugeführt werden muß. Die Druckluftzufuhr muß ständig überwacht werden, um den Reinigungseffekt während des Betriebes zu gewährleisten. Ohne Sperrluftzufuhr ist die Spindel nicht betriebsfähig.The disadvantage is that constantly compressed air must be generated and supplied. The compressed air supply must be constantly monitored to ensure the cleaning effect during operation. Without blocking air supply, the spindle is not operational.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Lebensdauer fettgeschmierter Wälzlagersysteme für drehbewegliche, rotationssymmetrische Bauteile, insbesondere hochtourige Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen, zu erhöhen.The aim of the invention is to increase the lifetime of grease-lubricated rolling bearing systems for rotatable, rotationally symmetrical components, in particular high-speed work spindles of machine tools.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein fettgeschmiertes Wälzlagersystem für drehbewegliche, rotationssymmetrische Bauteile, insbesondere hochtourige Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen, zu entwickeln, wobei auf beiden Seiten der Lagerstellen die Druckunterschiede so ausgeglichen werden, daß kein Luftstrom entsteht, der zur Ausmagerung des Schmierfettes führt, und eine in bestimmten Grenzen drehzahlabhängige Temperierung gewährleistet wird.The object of the invention is to develop a grease-lubricated rolling bearing system for rotatable, rotationally symmetrical components, in particular high-speed work spindles of machine tools, wherein on both sides of the bearing points, the pressure differences are balanced so that no air flow arises, which leads to the Ausmagerung of the grease, and a speed-dependent temperature control is ensured within certain limits.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Freiraum mit einem oder mehreren an zwei Stellen in das feststehende Bauteil einmündenden weiteren Freiräumen verbunden ist und längs der Rotationsachse mindestens ein die Lagerstellen überprüfender und mit den berührungsfreien Dichtungen verbundener Luftkanal angeordnet ist. Die Freiräume sind über Bohrungen mit den inneren Fettnebenräumen verbunden. Weiterhin sind die Lagerstellen beidseitig mit je einer Stauscheibe bedeckt. Die Stauscheiben weisen zum jeweiligen inneren Lagering oder zur Welle einen Spalt auf. Bei einem der berührungsfreien Dichtung auf der Arbeitsseite vorgeordneten Spritzring ist mindestens ein Sperrluftkanal vorgesehen, dessen Öffnung nach außen auf der Antriebsseite liegt.This is achieved according to the invention in that the free space is connected to one or more further free spaces opening into the stationary component at two locations, and at least one air duct which checks the bearing locations and is connected to the non-contact seals is arranged along the axis of rotation. The free spaces are connected via holes with the inner fat side rooms. Furthermore, the bearings are covered on both sides with a baffle plate. The baffle plates have a gap to the respective inner bearing ring or shaft. In one of the non-contact seal on the working side upstream splash ring at least one sealing air duct is provided, the opening of which lies outwardly on the drive side.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figur in der dazugehörigen Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch eine Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The figure in the accompanying drawing shows an axial section through a work spindle of a machine tool.

Diese Arbeitsspindel besteht aus einer in einem feststehenden Bauteil 11 gelagerten Spindel 1, die auf der Arbeitsseite die Werkzeugaufnahme 2 trägt. Zwischen der Spindel 1 und dem Bauteil 11 sind die Lagerstellen 3; 18 mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet. Die Lagerstellen 3; 18 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus je zwei Lagern. Die Lagerstellen 3; 18 werden durch ein rotierendes Bauteil 6 und ein freistehendes Bauteil 7 auf Distanz gehalten und antriebsseitig durch eine Distanzbuchse 9 und einen Deckel 13 arretiert. Mittels der Mutter 10 werden die Lagerstellen 3; 18 vorgespannt. Am Bauteil 11 ist arbeitsseitig ein Deckel 12 fest angeordnet. In beiden Deckeln 12; 13 sind berührungsfreie Dichtungen eingearbeitet. Sie bestehen aus Labyrinthen 19; 20, welche je eine Ablaufbohrung 21 im untenliegenden Teil der Deckel 12; 13 aufweisen. Im arbeitsseitigen bzw. antriebsseitigen Anschluß an die Deckel 13; 12 ist je ein Spritzring 23 mit der Distanzbuchse 9 und ein Spritzring 14 mit der Spindel 1 fest verbunden. Beide Deckel 13; 12 bilden mit ihren Planflächen und den Planflächen der Spritzringe 14; 23 je einen Spalt 26. Zwischen den Bauteilen 6; 7 befinden sich in der Form eines Ringspaltes ein Freiraum 8, der die beiden inneren Fettnebenräume 4 miteinander verbindet. Beiderseits der Lagerstellen 3; 18 befinden sich die beiden äußeren Fettnebenräume 5.This work spindle consists of a mounted in a fixed member 11 spindle 1, which carries the tool holder 2 on the working side. Between the spindle 1 and the component 11, the bearings 3; 18 arranged with different diameters. The bearings 3; 18 consist in this embodiment of two camps. The bearings 3; 18 are held by a rotating member 6 and a free-standing member 7 at a distance and locked on the drive side by a spacer bushing 9 and a cover 13. By means of the nut 10, the bearings 3; 18 biased. On the component 11, a cover 12 is fixedly arranged on the working side. In both lids 12; 13 non-contact seals are incorporated. They consist of labyrinths 19; 20, which each have a drain hole 21 in the lower part of the lid 12; 13 have. In the working side or drive side connection to the lid 13; 12 is ever a splash ring 23 with the spacer 9 and a spray ring 14 with the spindle 1 firmly connected. Both lids 13; 12 form with their flat surfaces and the flat surfaces of the spray rings 14; 23 each have a gap 26. Between the components 6; 7 are in the form of an annular gap, a free space 8, which connects the two inner fat side rooms 4 with each other. On both sides of the bearings 3; 18 are the two outer fat side rooms 5.

Zwischen dem feststehenden Bauteil 7 und dem Bauteil 11, das als Gehäuse ausgeführt ist, ist der Freiraum 17 eingearbeitet. Dieser Freiraum 17 ist über Bohrungen 15; 16 mit den Fettnebenräumen 4 verbunden. An den Lagerstellen 3; 18 sind seitlich Stauscheiben 22 so angeordnet, daß ihre Öffnungen zur Spindelachse gerichtet sind. Diebeiden inneren Labyrinthe 19 der Lagerstellen 3; 18 sind über Luftkanäle 24 miteinander verbunden. Das arbeitsseitige Labyrinth 20 weist Sperrluftkanäle 25 auf, die durch das Bauteil 11 geführt sind und am hinteren Teil des Bauteiles 11 austreten. Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende:Between the stationary component 7 and the component 11, which is designed as a housing, the free space 17 is incorporated. This space 17 is above holes 15; 16 connected to the Fettnebenräumen 4. At the bearings 3; 18 are laterally baffle plates 22 arranged so that their openings are directed to the spindle axis. The two inner labyrinths 19 of the bearings 3; 18 are connected via air channels 24 with each other. The working-side labyrinth 20 has sealing air channels 25, which are guided through the component 11 and exit at the rear part of the component 11. The operation of the invention is as follows:

Im konstruktionsbedingten Freiraum 8 baut sich aufgrund der unterschiedichen Lagerdurchmesser und beim Vorhandensein von Rauhigkeiten der Oberflächen der Bauteile 6; 7 ein Druckgefälle auf, welches zu einer Luftförderung führt. Damit dieses Druckgefälle nicht zu einem Luftstrom durch die Lagerstellen 3; 18 führt und es dadurch zur Ausmagerung des Schmierfettes kommt, sind die inneren Fettnebenräume 4, in denen der Freiraum 8 mündet, über je eine Bohrung 15; 16 mit einem Freiraum 17 verbunden. Eine gleiche Fuktion hat die Verbindung der beiden Labyrinthe 19 über Luftkanäle 24. Durch den Sperrluftkanal 25 wird in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit des Spritzringes 14 Sperrluft gesogen. Durch die Öffnungen 27 der Sperrluftkanäle 25, die auf der vom Antrieb erwärmten Seite austreten, wird erwärmte Luft in das arbeitsseitige Labyrinth 20 geführt, die die Temperaturdifferenz zur Antriebsseite ausgleicht und eine Verformung der Arbeitsspindel verhindert.In the construction-related space 8 is due to the difference in bearing diameter and the presence of roughness of the surfaces of the components 6; 7 a pressure drop, which leads to an air promotion. So that this pressure drop does not lead to an air flow through the bearings 3; 18 leads and it thereby comes to the Ausmagerung of the grease, the inner grease secondary spaces 4, in which the free space 8 opens, via a respective bore 15; 16 connected to a free space 17. The connection of the two labyrinths 19 via air ducts 24 has the same function. Through the sealing air duct 25, sealing air is drawn in as a function of the peripheral speed of the spray ring 14. Through the openings 27 of the sealing air channels 25, which emerge on the side heated by the drive, heated air is fed into the working-side labyrinth 20, which compensates for the temperature difference to the drive side and prevents deformation of the work spindle.

Claims

1. Grease-lubricated rolling bearing system for rotatable, rotationally symmetrical components, in particular high-speed work spindles of machine tools whose bearings are connected by a longitudinal axis of rotation extending and formed by a fixed and a rotating component space and at least one of the bearings an outwardly leading non-contact seal connected, characterized in that the free space (8) with one or more at two locations in the fixed component (7) opening further open spaces (17) is connected and along the axis of rotation at least one of the bearing points (3, 18) cross and with the Non-contact seals connected air duct (24) is arranged.

2. Grease-lubricated rolling bearing system according to claim 1, characterized in that the free spaces (17; 8) via bores (16; 15) are connected to the inner Fettnebenräumen (4).

3. Grease-lubricated rolling bearing system according to claim 1, characterized in that the bearing points (3, 18) are covered on both sides with a respective baffle plate (22), wherein the baffle plates (22) have a gap for each inner bearing ring.

4. Greased bearing system according to claim 1, characterized in that at least one sealing air channel (25) is provided in one of the non-contact seal on working side upstream of the spray ring (23) whose opening (27) lies outside on the drive side.