DE102008054013A1 - Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel - Google Patents

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Abstract

Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel, insbesondere einer senkrechten Zustellachse einer Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch zwei einander in Achsrichtung hintereinander geschaltete Wälzlager, von denen eines ein Axial-Schrägkugellager (4) und das andere ein Radial-Schrägkugellager (3) ist, wobei das Axial-Schrägkugellager (4) - gesehen in Richtung der in Achsrichtung anliegenden Gewichtskraft der Antriebsspindel (5) - dem Radial-Schrägkugellager (3) nachgeschaltet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel, insbesondere einer senkrechten Zustellachse einer Werkzeugmaschine.
  • Viele Maschinen wie beispielsweise Werkzeugmaschinen weisen vertikal stehende Antriebsspindeln auf, die beispielsweise im Falle einer Werkzeugmaschine eine vertikale Zustellachse für ein Werkzeug bilden. Solche Antriebsspindeln oder Gewindetriebe sind in der Regel einer hohen einseitigen Belastung ausgesetzt. Die Achse selbst hat oft ein hohes Eigengewicht, soll aber aufgrund von sehr kleinen Zykluszeiten sehr schnell verfahren werden, das heißt, dass die Antriebsspindel wegen ihrer üblicherweise realisierten kleinen Steigung mit hoher Drehzahl betrieben wird, wobei häufig auch hohe Einschaltdauern aufgrund der kurzen Zyklen realisiert sind.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Lageranordnung anzugeben, die eine genaue und axial gut tragfähige Spindellagerung bietet.
  • Zur Lösung dieses Problems ist eine Lageranordnung der beschriebenen Art durch zwei einander in Achsrichtung hintereinander geschaltete Wälzlager gekennzeichnet, von denen eines ein Axial-Schrägkugellager und das andere ein Radial-Schrägkugellager ist, wobei das Axial-Schrägkugellager – gesehen in Richtung der in Achsrichtung anliegenden Gewichtskraft der Antriebsspindel – dem Radial-Schrägkugellager nachgeschaltet ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist mit besonderem Vorteil ein Axial-Schrägkugellager und ein Radial-Schrägkugellager kombiniert. Die Lageranordnung nützt die Vorteile beider Lagertypen, nämlich zum einen die hohe Steifigkeit und Genauigkeit des Axial-Schrägkugellagers, zum anderen die hohe axiale Tragfähigkeit des Radial-Schrägkugellagers. Hieraus resultiert eine kompakte Lagereinheit für senkrechte Antriebsachsen, die einen integrierten Gewichtsausgleich möglicht macht und eine sehr hohe Gebrauchsdauer aufweist.
  • Zur weiteren Kompaktierung der Gesamtbaueinheit ist es vorteilhaft, wenn beide Schrägkugellager mit ihren Außenringen in einer gemeinsamen Lagerhalterung direkt oder indirekt abgestützt sind. Dies ermöglicht es, eine einbaufertige Lagereinheit aufzubauen, die ein kompaktes Bauteil darstellt.
  • Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, das Radial-Schrägkugellager über ein oder mehrere Federelemente entgegen der Richtung der Gewichtskraft vorzuspannen. Das Radial-Schrägkugellager wirkt somit gewichtsentlastend für das Axial-Schrägkugellager, das heißt, dass das Axial-Schrägkugellager durch das über die Federn vorgespannte Radial- Schrägkugellager von statischen Gewichtskräften entlastet wird. Dies ist dahingehend von Vorteil, als ein Abheben der unbelasteten Lagerreihen durch eine einseitig wirkende hohe Belastung vermieden wird. Das Axial-Schrägkugellager braucht also nur noch die Belastungen aus der Dynamik der Antriebsspindel beziehungsweise der bewegten Massen aufzunehmen, was die Möglichkeit bietet, hierfür ein kleineres Lager mit höherer zulässiger Drehzahl einzusetzen. Das Radial-Schrägkugellager nimmt primär die statische Gewichtskraft auf, ist also bezüglich dieser ausgelegt. Durch die Lagervorspannung über die Federelemente kann folglich die jeweilige Gewichtskraft eingestellt und somit die Belastung des Lagers weiter reduziert werden. Insgesamt resultiert insbesondere aus der Federvorspannung des Radial-Schrägkugellagers eine sehr hohe Lagergebrauchsdauer beider Lager bei guter Drehzahleignung und geringen Einbaumaßen.
  • Zur konkreten Realisierung der Vorspannung sowie zur Ermöglichung eines kompakten Aufbaus der Lageranordnung ist ferner vorgesehen, den Außenring des Radial-Schrägkugellagers an einem über das oder die Federelemente vorgespannten Lagerhalterungsring anzuordnen, wobei das oder die Federelemente axial an der Lagerhalterung oder einem Stützring der Lagerhalterung aufgelagert sind. Die Federelemente selbst sind vorzugsweise Schraubenfedern, die in am Außenring des Radial-Schrägkugellagers oder am Lagerhalterungsring vorgesehenen Bohrungen aufgenommen sind. Sie sind zweckmäßigerweise äquidistant beabstandet, um eine symmetrische Vorspannung zu realisieren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Die Figur zeigt eine Lageranordnung 1 umfassend eine Lagerhalterung 2, in der über ein Radial-Schrägkugellager 3 sowie ein doppelreihiges Axial-Schrägkugellager 4 eine Antriebsspindel 5, die in der Einbaustellung wie in der Figur gezeigt vertikal verläuft, drehgelagert ist. Die Lagerhalterung 2 weist eine gestufte mittige Lageraufnahme 6, in der die das Radial-Schrägkugellager 3 in einem ersten Ausnehmungsabschnitt 6a aufgenommen ist, während das dem Radial-Schrägkugellager 3 in Richtung der Gewichtskraft FG gesehen nachgeschaltete Axial-Schrägkugellager 4 in einem Ausnehmungsabschnitt 6b angeordnet ist.
  • Das Radial-Schrägkugellager 3 ist mit seinem Innenring 7 drehfest über eine Lagerhülse 8 mit der Antriebswelle 5 verbunden. Der Außenring 9 des Radial-Schrägkugellagers 3 ist an einem Lagerhalterungsring 10 angeordnet. Dieser wiederum weist eine Vielzahl von Bohrungen 11 auf, die als Sackbohrungen ausgeführt sind und in denen Federelemente 12, hier in Form von Schraubenfedern, aufgenommen sind. Die Bohrungen 11 wie die Federelemente 12 sind axial gerichtet, das heißt, die Federelemente 12 spannen das Radial-Schrägkugellager 3 entgegen der Gewichtskraft FG vor. Mit ihrem unteren Ende sind die Federelemente 12 an einem Stützring 13 der Lagerhalterung 2 aufgelagert, der seinerseits auf der Schulter 14 der Ausnehmung 6a aufliegt.
  • Das Axial-Schrägkugellager seinerseits ist mit seinem Innenring 15 (gezeigt sind hier zwei separate Innenringhälften) drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden, während der Außenring 16 in dem Ausnehmungsabschnitt 6b formschlüssig aufgenommen ist.
  • Ersichtlich ist das Radial-Schrägkugellager über die äquidistant verteilten Federelemente 12 entgegen der Gewichtskraft FG vorgespannt. Durch die Wahl der Federelemente und damit die Wahl der Vorspannung kann das Radial-Schrägkugellager auf die jeweilige aufzunehmende, statische Belastung, also die statische Gewichtskraft ausgelegt werden und die Lagerbelastung auf ein Minimum reduziert werden.
  • Das Radial-Schrägkugellager entlastet das Axial-Schrägkugellager von den statischen Gewichtskräften, das heißt, dass das Axial-Schrägkugellager seinerseits primär nur noch die Belastungen aus der Antriebsspindelbewegung respektive der Massenbewegung aufnehmen muss. Infolgedessen kann ein relativ kleines Axial-Schrägkugellager verwendet werden, wie in der Figur ersichtlich ist.
  • Die Anforderungen an die Toleranzen der Lagerhalterung 2, also des Gehäuses der Lageranordnung, werden durch die federnde Anstellung des Radial-Schrägkugellagers, das über den Lagerhalterungsring 10 mit leichtem Spiel in dem Ausnehmungsabschnitt 6a aufgenommen ist, niedrig gehalten, eine aufwändige Abstimmung der beiden Lager aufeinander ist nicht erforderlich. Infolge des integrierten Gewichtsausgleichs über die Federvorspannung des Radial-Schrägkugellagers entfallen weiterhin konstruktive Anforderungen an die Anschlusskonstruktion, wie sie ansonsten für einen mechanischen Gewichtsausgleich mit pneumatischen oder hydraulischen Elementen, Gasdruckfedern oder Gegengewichten erforderlich wären.
    • 1
    Lageranordnung
    2
    Lagerhalterung
    3
    Radial-Schrägkugellager
    4
    Axial-Schrägkugellager
    5
    Antriebsspindel
    6
    Lageraufnahme
    6a
    Ausnehmungsabschnitt
    6b
    Ausnehmungsabschnitt
    7
    Innenring
    8
    Lagerhülse
    9
    Außenring
    10
    Lagerhalterungsring
    11
    Bohrungen
    12
    Federelemente
    13
    Stützring
    14
    Schulter
    15
    Innenring
    16
    Außenring

Claims (5)

  1. Lageranordnung einer vertikal stehenden Antriebsspindel, insbesondere einer senkrechten Zustellachse einer Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch zwei einander in Achsrichtung hintereinander geschaltete Wälzlager, von denen eines ein Axial-Schrägkugellager (4) und das andere ein Radial-Schrägkugellager (3) ist, wobei das Axial-Schrägkugellager (4) – gesehen in Richtung der in Achsrichtung anliegenden Gewichtskraft der Antriebsspindel (5) – dem Radial-Schrägkugellager (3) nachgeschaltet ist.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schrägkugellager (3, 4) mit ihren Außenringen (9, 16) in einer gemeinsamen Lagerhalterung (2) direkt oder indirekt abgestützt sind.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Radial-Schrägkugellager (3) über ein oder mehrere Federelemente (12) entgegen der Richtung der Gewichtskraft (FG) vorgespannt ist.
  4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (9) des Radial-Schrägkugellagers (3) an einem über das oder die Federelemente (12) vorgespannten Lagerhalterungsring (10) angeordnet ist, wobei das oder die Federelemente (12) axial an der Lagerhal terung (2) oder einem Stützring (13) der Lagerhalterung (2) aufgelagert sind.
  5. Lageranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Federelemente (12) Schraubenfedern sind, das oder die in am Außenring des Radial-Schrägkugellagers oder des Lagerhalterungsrings (10) vorgesehenen Bohrungen (11) aufgenommen sind.
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