DE102006012620B4 - Hydrostatische Lagerung einer axial verschiebbaren Pinole - Google Patents

Abstract

Hydrostatische Lagerung einer axial verschiebbaren Pinole im Support einer Großwerkzeugmaschine zur Vor- und Endbearbeitung von Werkstücken unterschiedlicher Form und Größe, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Hülse (1) mindestens zwei hydrostatische Lager (2) zur Aufnahme und Führung der Pinole (3) angeordnet sind, wobei das hydrostatische Lager (2) aus einem Gehäuse (4) besteht, das
– eine elastisch verformbare Lagerbuchse (12) mit mehreren am Umfang, in der Innenfläche der Lagerbuchse liegenden und an der Oberfläche der Pinole (3) anliegende Tragtaschen (15) und eine Lagerschale (5) aufnimmt,
– die Innenfläche der Lagerbuchse (12) an ihren Enden einen umlaufenden, änderbaren Abströmspalt (16) hat,
– die Außenfläche der Lagerbuchse (12) und die Innenfläche der Lagerschale (5) konisch ausgeführt sind,
– im Gehäuse (4), in der Lagerschale (5) und in der Lagerbuchse (12) ein Fluidzuflusskanal (13) und zwei Fluidabflusskanäle (14) quer zur Achse der Pinole (3) angeordnet sind,
– im Gehäuse...

Description

• Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lagerung einer axial verschiebbaren Pinole im Support einer Großwerkzeugmaschine zur Vor- und Endbearbeitung von Werkstücken unterschiedlicher Form und Größe.
• Bekannt ist es, dass die Anforderungen für den Einsatz von Werkzeugmaschinen zur qualitätsgerechten, kostengünstigen spanenden Bearbeitung von Werkstücken unterschiedlicher Form und Größe gewachsen sind. Moderne Werkzeugmaschinen sollen die großflächige Bearbeitung mit großen Werkzeugdurchmessern sowie die Bearbeitung mit kleinen Werkzeugdurchmessern und langen Kraglängen zum Eindringen in die Hohlräume der Werkstücke ermöglichen. Hierzu sind Supporte, die große und kleinere Werkzeuge, Werkzeugverlängerungen und Bohrstangen aufnehmen, erforderlich. Bohr- und Fräswerkzeuge sind durch eine Pinole mit geringerem Durchmesser axial verschiebbar, wodurch ein Eintauchen des Werkzeuges in enge und große Kraglängen erfordernde Bereiche der Werkstücke möglich ist. Die Verwendung von unterschiedlichen Werkzeugen und Schneidstoffen ist bei einer axialen Verschiebbarkeit der Pinole in einem großen Drehzahlbereich gegeben. So werden beispielsweise Werkzeuge mit einem kleinen Durchmesser meist mit hohen Drehzahlen betrieben. Dagegen erfordern hohe Drehmomente und große Durchmesser geringere Drehzahlen. Der Einsatz von Werkzeugen mit kleinerem Durchmesser und/oder mit Schneidstoffen, wie Hartmetall, Cermet, Schneidkeramik und Diamant, erfolgt mit Drehzahlen von bis zu 5000 U/min. Hierfür ist aber eine drehzahlflexible, hochgenaue und steife Lagerung der Pinole notwendig, die derzeitig durch bekannte hydrostatische Pinollagerungen nicht realisierbar ist. In EP 1 080 829 B1 ist beispielsweise eine hybride hydrostatische Spindel für insbesondere Fräsmaschinenzentren dargestellt, die in einem leistungsstarken Rohbearbeitungsbereich mit einer niedrigen Drehzahl und in einem Präzisions-Vor- und End-Bearbeitungsbereich mit einer mittleren und hohen Drehzahl die spanende Bearbeitung von Werkstücken durchführt. Erreicht wird dies, in dem eine Spindeleinheit ein Gehäuse und eine innerhalb des Gehäuses positionierte, drehbar gelagerte Welle umfasst. Die Lagerung der Welle erfolgt hierbei durch ein frontseitiges und ein rückseitiges Traglager. Das frontseitige Traglager wird innerhalb eines frontseitigen Lagerringes, der eine Reihe von Fluiddurchgangsöffnungen und Räume hat, gehalten und kann ein hydrostatisches oder Luft-statisches Traglager umfassen. Das rückseitige Traglager wird in einem rückseitigen Lagerring gehalten und kann ebenfalls ein hydrostatisches oder Luft-statisches Traglager umfassen. Ein im Gehäuse angeordneter Abstandshalter positioniert die Lagerringe und hält das front- und rückseitige Traglager im gewünschten Abstand. Beide Traglager stehen mit einer Konstantdruckquelle über Strömungsdrosseln in Verbindung. Ein Rollen- oder Kugellager ist von einem Gehäuse umgeben, das an einen Abschnitt des frontseitigen Lagers und an einen inneren Ring anstößt. Im Bereich des Kugellagers hat die Welle eine konische Fläche, die der konischen Fläche des Ringes entspricht. Die durch EP 1 080 829 B1 bekannte hybride hydrostatische Spindel soll so eine axiale Verschiebbarkeit der Welle realisieren. Die Verschiebung der Spindel beträgt aber nur wenige Millimeter. Ziel der Verschiebbarkeit ist es, eine zusätzliche Abstützung der Welle für die spanende Bearbeitung mit großen Drehmomenten zu erreichen. Das Kugellager wird nur zur spanenden Bearbeitung im unteren Drehzahlbereich genutzt. Bei einer spanenden Bearbeitung mit geringen Drehmomenten und hohen Drehzahlen wird die Welle verschoben, so dass die Abstützung nicht mehr wirkt. Die Lagerung der Welle wird jetzt vollständig durch die hybride hydrostatische Lagerung übernommen. Je nach dem, ob eine Abstützung der Welle erforderlich ist oder nicht, wird Hydrauliköl bzw. Luft in die im frontseitigen Lagerring liegenden Räume gepumpt. Nachteilig ist, dass keine ausreichende Verschiebung der Welle in axi aler Richtung zum Eindringen in die Hohlräume der Werkstücke möglich ist.
• Das Problem der Erfindung besteht deshalb darin, eine hydrostatische Lagerung einer axial verschiebbaren Pinole im Support einer Großwerkzeugmaschine zur Vor- und Endbearbeitung von Werkstücken unterschiedlicher Form und Größe vorzuschlagen, die ein Verschieben der Pinole in axialer Richtung bis in die Hohlräume der Werkstücke ermöglicht und gleichzeitig eine drehzahlflexible, hochgenaue und steife Lagerung der Pinole garantiert. Die Lösung des vorhandenen Problems besteht in einer hydrostatischen Lagerung der Pinole mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die neue hydrostatische Lagerung hat den Vorteil, dass die thermische Belastung der Lager durch die veränderbare Höhe der Tragtaschen/Fluidkissen regelbar ist. Damit ist eine große Verschiebung der Pinole in axialer Richtung und eine radiale Führung bei gleichzeitiger Drehung der Pinole mit niedrigen und hohen Drehzahlen bei Gewährleistung der erforderlichen Steifigkeit realisierbar.
• Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen in
• 1: eine Anordnung der hydrostatischen Lager zur Aufnahme und Führung der Pinole in der Seitenansicht im Schnitt und
• 2: den Aufbau eines hydrostatischen Lagers in der Seitenansicht im Schnitt
• In 1 ist eine Anordnung von zwei hydrostatischen Lagern zur Aufnahme und Führung der Pinole in der Seitenansicht im Schnitt dargestellt. Sie zeigt, dass in einer Hülse 1 zwei hydrostatische Lager 2 angeordnet sind, die die Aufnahme und Führung der Pinole 3 gewährleisten. Da die hydrostatischen Lager 2 eine kompakte Bauweise aufweisen, sind die geforderte steife Pinolenlagerung und hohe Bearbeitungsgenauigkeiten erreichbar. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Lagers 2 ist mit einer Bauhöhe von 30 mm und einer Länge von 200 mm gegeben. Diese Bauform ermöglicht, die Tragtaschen 15 in der Lagerbuchse 12 mit großer axialer Länge und geringer radialer Tiefe anzuordnen.
• 2 zeigt den Aufbau eines hydrostatischen Lagers in der Seitenansicht im Schnitt. Es ist dargestellt, dass das hydrostatische Lager 2 aus einem Gehäuse 4 besteht, das eine elastisch verformbare Lagerbuchse 12 mit vier am Umfang, in der Innenfläche der Lagerbuche 12 liegenden und an der Oberfläche der Pinole 3 anliegende Tragtaschen 15 und eine Lagerschale 5 aufnimmt. Die Außenfläche der Lagerbuchse 12 und die Innenfläche der Lagerschale 5 sind konisch ausgeführt, wobei die Innenfläche der Lagerbuchse 12 an ihren Enden einen umlaufenden, änderbaren Abstromspalt 16 hat. Erkennbar ist weiterhin, dass im Gehäuse 4, in der Lagerschale 5 und in der Lagerbuchse 12 ein Fluidzuflusskanal 13 und zwei Fluidabflusskanäle 14 quer zur Achse der Pinole 3 angeordnet sind. Im Gehäuse 4 halten befestigte Ringkolben 6; 7 die Lagerschale 5 an ihren Enden in axialer Lage und ein Deckel 8 verspannt die Ringkolben 6; 7, eine aerostatische Dichtung 9 und die Lagerschale 5 im Gehäuse 4. Ebenfalls sind an den Enden der Lagerbuchse 5 hydraulisch betätigbare, axial verschiebbare Ringkolben 10; 11 angeordnet.
• Zum Betrieb der hydrostatischen Pinolenlagerung ist in den hydrostatischen Lagern 2 ein Fluidkissen zur Lagerung der Pinole 3 aufzubauen. Hierzu wird durch die Fluidzuflusskanäle 13 eine Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise ein Hydrauliköl, in die Tragtaschen 15 befördert. Die Zufuhr des Hydrauliköls wird von einer externen Schaltung geregelt. Das Hydrauliköl staut sich in den Tragtaschen 15 und fließt an den Abströmspalten 16 ab. Bei geringen Drehzahlen und hohen Drehmomen ten werden die zwei Lagerbuchsen 12 axial verschoben und damit verkleinern sich die Abströmspalte 16. Hierzu sind die Ringkolben 10 hydraulisch zu betätigen, wodurch die Lagerbuchsen 12 die Abströmspalte 16 verengen. Da die Lagerschalen 15 eine konische Innenfläche haben und die Lagerbuchsen 12 auf dieser Fläche liegen, verringert sich die Höhe der Tragtaschen 15 und die Höhe der Abströmspalte 16 beim Verschieben der Lagerbuchsen 12 durch ihre elastische Verformung. Die erforderliche Stabilität ist gewährleistet. Bei höheren Drehzahlen sind die Radialkräfte durch die geringeren Drehmomente kleiner, bewirken aber eine schnellere Scherung des ölfilms und damit die Entstehung unerwünschter Wärme. Die notwendige Kühlleistung ist durch ein Fluidkissen mit großer Tiefe erreichbar. Hierzu sind die Ringkolben 11 hydraulisch zu betätigen. Sie verschieben die Lagerbuchsen 12 und die elastisch verformbaren Lagerbuchsen 12 entspannen sich. Die Höhe der Tragtaschen 15 wird größer und die Höhe der Abströmspalte 16 nimmt ebenfalls zu. Dies hat zur Folge, dass die Scherung des ölfilms kleiner wird und damit das Hydrauliköl schneller abfließt. Die thermische Belastung verringert sich und das zirkulierende Öl kühlt zusätzlich die Pinole 3. Die neue hydrostatische Lagerung der Pinole erlaubt es, Fluidöle mit höherer Viskosität als die im allgemeinen Maschinenbau verwendeten Hydrauliköle zu nutzen.

1

Hülse

2

hydrostatisches Lager

3

Pinole

4

Gehäuse

5

Lagerschale

6

Ringkolben

7

Ringkolben

8

Deckel

9

aerostatische Dichtung

10

Ringkolben, axial verschiebbar

11

Ringkolben, axial verschiebbar

12

Lagerbuchse, elastisch verformbar

13

Fluidzuflusskanal

14

Fluidabflusskanal

15

Tragtasche

16

Abströmspalt

Claims (3)

1. Hydrostatische Lagerung einer axial verschiebbaren Pinole im Support einer Großwerkzeugmaschine zur Vor- und Endbearbeitung von Werkstücken unterschiedlicher Form und Größe, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Hülse (1) mindestens zwei hydrostatische Lager (2) zur Aufnahme und Führung der Pinole (3) angeordnet sind, wobei das hydrostatische Lager (2) aus einem Gehäuse (4) besteht, das – eine elastisch verformbare Lagerbuchse (12) mit mehreren am Umfang, in der Innenfläche der Lagerbuchse liegenden und an der Oberfläche der Pinole (3) anliegende Tragtaschen (15) und eine Lagerschale (5) aufnimmt, – die Innenfläche der Lagerbuchse (12) an ihren Enden einen umlaufenden, änderbaren Abströmspalt (16) hat, – die Außenfläche der Lagerbuchse (12) und die Innenfläche der Lagerschale (5) konisch ausgeführt sind, – im Gehäuse (4), in der Lagerschale (5) und in der Lagerbuchse (12) ein Fluidzuflusskanal (13) und zwei Fluidabflusskanäle (14) quer zur Achse der Pinole (3) angeordnet sind, – im Gehäuse (4) befestigte Ringkolben (6; 7) die Lagerschale (5) an ihren Enden in axialer Lage halten, wobei ein Deckel (8) die Ringkolben (6; 7), eine aerostatische Dichtung (9) und die Lagerschale (5) im Gehäuse (4) verspannt und – hydraulisch betätigbare, axial verschiebbare Ringkolben (10; 11) ebenfalls an den Enden der Lagerschale (5) angeordnet sind.
2. Hydrostatische Lagerung einer axial verschiebbaren Pinole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrostatische Lager (2) eine Bauhöhe von 30 mm und eine Länge von 200 mm hat.
3. Hydrostatische Lagerung einer axial verschiebbaren Pinole nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise vier Tragtaschen (15) an der Oberfläche der Pinole (3) anliegen.