DE102010001580A1

DE102010001580A1 - Lager und Spindelmechanismus unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102010001580A1
Application number: DE102010001580A
Authority: DE
Inventors: Bing-Chi Jan; Tim Lai
Original assignee: Precision Machinery Research and Development Center
Current assignee: Precision Machinery Research and Development Center
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2011-03-17
Also published as: TW201109544A

Abstract

Lager mit leitenden und nicht-leitenden Rollkugeln, wobei ein Spindelmechanismus (10) eine drehbare Spindel (14) aufweist. Das Lager ist auf der Spindel (14) montierbar. Beim Drehen der Spindel (14) mit hoher Drehzahl entsteht dann eine statische Elektrizität, die sich mit den im Lager vorgesehenen, leitenden Rollkugeln ableiten und entfernen lässt. Auf diese Weise kann die statische Elektrizität entfernt werden, ohne den Spindelmechanismus (10) zu verändern. Damit ist eine qualitätsgesicherte Verarbeitung gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelmechanismus und ein für den Spindelmechanismus vorgesehenes Lager, insbesondere eine Anordnung, die aus einer Spindel und mehreren Lagersätzen aufgebaut ist.
Der Spindelmechanismus von Werkzeugmaschinen weist normalerweise eine Spindel und ein Lager auf. Über die Spindel wird ein Werkzeug in Drehbewegung versetzt, um eine problemlose Verarbeitung zu ermöglichen. Es sind Metallkugeln im Inneren von herkömmlichen Lagern vorgesehen, wodurch die bei der Rotation der Spindel entwickelte statische Elektrizität von den Metallkugeln abgeleitet und somit entfernt wird. Die Metallkugeln können jedoch nur den bei niedriger Drehzahl entstehenden Beanspruchungen widerstehen. Dieser Aufbau aus der Spindel und dem Lager ist einfach für den Spindelmechanismus mit hoher Drehzahl nicht geeignet.
Es ist ein weiteres Lager vorhanden, das innen mit keramischen Rollkugeln versehen ist, mit denen das Lager den bei hoher Drehzahl entstehenden Beanspruchungen widerstehen kann. Es ist jedoch nicht möglich, dass die durch die sich mit hoher Drehzahl drehende Spindel entwickelte statische Elektrizität von den keramischen Rollkugeln abgeleitet wird. Damit werden die zu verarbeitenden Gegenstände einer elektrischen Entladung ausgesetzt, was zu einer problematischen Verarbeitung führt.
Um das Problem mit der problematischen Verarbeitung beim Zusammenwirken der Spindel mit dem die keramischen Rollkugeln aufweisenden Lager zu lösen, kann ein leitendes Lager oder ein leitender Schleifring, das oder der mit Metallkugeln versehen ist, zusätzlich an einem von dem Werkzeug abliegenden Ende der Spindel angebracht sein. Auf diese Weise kann die durch die Spindel entwickelte statische Elektrizität abgeleitet und entfernt werden. Bei der herkömmlichen Werkzeugmaschine ist es nicht einfach, einen angemessenen Raum im Bereich des Endabschnitts der Spindel zur Montage des leitenden Lagers zu finden. Daher ist die Anbringung des leitenden Lagers kompliziert und schwierig. Darüber hinaus ist die Veränderung des Spindelmechanismus von Werkzeugmaschinen ebenfalls schwierig und häufig mit den hohen Kosten verbunden.
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Lager zu schaffen, das den bei hoher Drehzahl entstehenden Beanspruchungen widersteht und mit dem sich die statische Elektrizität entfernen lässt.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Spindelmechanismus zu schaffen, der eine mit hoher Drehzahl drehbare Spindel aufweist, wobei mehrere Lager axial auf der Spindel angeordnet sind. Das Lager kann insbesondere den bei hoher Drehzahl entstehenden Beanspruchungen widerstehen, wobei sich die beim Drehen der Spindel entstehende, statische Elektrizität mit dem Lager entfernen lässt. Damit wird vermieden, dass die elektrische Entladung am zu verarbeitenden Endabschnitt auftritt.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Lager und einen Spindelmechanismus unter Verwendung desselben gelöst, das und der die im Anspruch 1 bzw. 9 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Gemäß der Erfindung ist ein Lager bereitgestellt, in dem sich mehrere nicht-leitende Rollkugeln wie keramische Rollkugel und wenigstens eine leitende Rollkugel wie Metallkugel befinden. Die Rollkugeln können mit einem leitenden oder einem nicht-leitenden Material beschichtet werden. Kommen die Rollkugeln mit der Spindel in Berührung, kann das Lager durch die nicht-leitenden Rollkugeln den bei hoher Drehzahl entstehenden Beanspruchungen widerstehen. Mit den leitenden Rollkugeln kann die auf der Spindel herrschende, statische Elektrizität abgeleitet werden. Damit wird vermieden, dass die elektrische Entladung zwischen dem am Ende der Spindel angeordneten Werkzeug und dem zu verarbeitenden Werkstück stattfindet.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spindelmechanismus;
2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers;
3 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagers;
4 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagers; und
5 einen Schnitt durch ein wiederum weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagers.
Wie aus der 1 ersichtlich, weist ein erfindungsgemäßer Spindelmechanismus 10 einer Werkzeugmaschine einen Hauptkörper 12 auf. Eine Spindel 14 befindet sich axial im Inneren des Hauptkörpers 12. Ein beispielsweise aus einer Zugstange und einer Feder aufgebauter Linearmechanismus 16 ist geradlinig und axial verschiebbar im Inneren der Spindel 14 angeordnet. Hierzu ist darauf hinzuweisen, dass die Spindel 14 beidseitig mit einem ersten Lagersatz 21 bzw. einem zweiten Lagersatz 22 versehen ist. Außerdem kann sich die Spindel 14 mit hoher Drehzahl drehen.
In den 2 und 3 ist ein neues Lager 30 gezeigt, das für den Einsatz in dem oben erwähnten ersten und zweiten Lagersatz 21 geeignet ist. Das Lager 30 weist einen Träger auf, der einen Innenring 31 und einen Außenring 32 umfasst. Zwischen dem Innenring 31 und dem Außenring 32 ist ein Zwischenring 33 vorgesehen, in dem sich mehrere durchgehende Aufnahmelöcher 34 befinden. In jedes der Aufnahmelöcher 34 ist eine Rollkugel eingebaut.
Die Rollkugeln umfassen insbesondere wenigstens eine leitende Rollkugel 35 und mehrere nicht-leitende Rollkugeln 36. Die oben erwähnte, leitende Rollkugel 35 kann als Metallkugel ausgeführt sein, während die Rollkugeln 36 als keramische Rollkugel ausgeführt sind. Alle Rollkugeln 35, 36 kommen mit dem Innenring 31 und dem Außenring 32 in Berührung.
Im Folgenden wird auf 1 Bezug genommen. Im Inneren des ersten Lagersatzes 21 und des zweiten Lagersatzes 22 befinden sich nicht-leitende Rollkugeln, die den bei hoher Drehzahl entstehenden Beanspruchungen widerstehen. Damit ist eine problemlose Hochgeschwindigkeitsdrehung der Spindel 14 gewährleistet. Außerdem entsteht auf der Oberfläche der sich mit hoher Drehzahl drehenden Spindel 14 die statische Elektrizität, die dann an das Lager weitergeleitet wird. Mit der leitenden Rollkugel 35 lässt sich diese ableiten und somit entfernen. Damit wird vermieden, dass die elektrische Entladung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück stattfindet. Damit ist eine qualitätsgesicherte Verarbeitung gewährleistet.
Gemäß 4 stehen die Anzahlen der nicht-leitenden Rollkugeln und der leitenden Rollkugeln 35 in einem bestimmten Verhältnis. Bevorzugt ist, dass die leitenden Rollkugeln 35 symmetrisch angeordnet sind.
Gemäß 5 sind die nicht-leitenden Rollkugeln 36 im Inneren des Lagers 30 als Kugel 364 ausgeführt, die mit einem nicht-leitenden Material 362 beschichtet ist. Gleichfalls sind die leitenden Rollkugeln 35 als Kugel 354 ausgeführt, die mit einem leitenden Material 352 beschichtet ist.
Durch die oben erwähnte Gestaltung entspricht die Konfiguration des Lagers 30 derjenigen des herkömmlichen Lagers. Daher ist das Herstellverfahren mit dem bekannten Verfahren identisch, jedoch mit dem Unterschied, dass Kugeln verschiedener [elektrisch leitfähiger] Eigenschaft ausgewählt werden müssen. Daher entsteht keinerlei das komplizierte oder inkompatible Herstellverfahren.
Darüber hinaus sind der erste Lagersatz 21 und der zweite Lagersatz 22 an der gleichen Stelle angeordnet wie bei der bekannten Konfiguration. Damit sind Schwierigkeiten während der Montage ausgeschlossen. Außerdem erübrigt sich die Veränderung des Spindelmechanismus. Wenigstens einer der Lagersätze 21, 22 ist mit den leitenden Rollkugeln 35 versehen, die eine effektive Entfernung der auf der Spindel 14 herrschenden, statischen Elektrizität bewirken. Daher ist der erfindungsgemäße Spindelmechanismus mit der herkömmlichen Konfiguration kompatibel. Ferner ist eine qualitätsgesicherte Verarbeitung gewährleistet.
Bezugszeichenliste

10: Spindelmechanismus
12: Hauptkörper
14: Spindel
16: Linearmechanismus
21: erster Lagersatz
22: zweiter Lagersatz
30: Lager
31: Innenring
32: Außenring
33: Zwischenring
34: Aufnahmeloch
35: leitende Rollkugel
352: leitendes Material
354: Kugel
36: keramische Rollkugel
362: nicht-leitenden Material
364: Kugel

Claims

Lager, das an einem Spindelmechanismus (10) einer Werkzeugmaschine angeordnet ist und aufweist: einen Träger; eine Mehrzahl von keramischen Rollkugeln (36), die beweglich im Inneren des Trägers angeordnet sind; und wenigstens eine Metallkugel (35), die beweglich im Inneren des Trägers angeordnet und den keramischen Rollkugeln (36) benachbart ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger einen Innenring (31), einen Außenring (32) und einen zwischen dem Innenring (31) und dem Außenring (32) vorgesehenen Zwischenring (33) aufweist, wobei der Zwischenring (33) innen mit einer Mehrzahl von durchgehenden Aufnahmelöchern (34) versehen ist, in denen die keramischen Rollkugeln (36) und die leitende Rollkugel (35) aufnehmbar sind, wobei diese mit dem Innenring (31) und dem Außenring (32) in Berührung stehen.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Metallkugeln größer als zwei ist, wobei die Metallkugeln in regelmäßigen Abständen am Umfang des Trägers angeordnet sind.
Lager, das an einem Spindelmechanismus (10) einer Werkzeugmaschine angeordnet ist und aufweist: einein Träger; eine Mehrzahl von nicht-leitenden Rollkugeln (36), die beweglich im Inneren des Trägers angeordnet sind; und wenigstens eine leitende Rollkugel (35), die beweglich im Inneren des Trägers angeordnet und den keramischen Rollkugeln (36) benachbart ist.
Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-leitenden Rollkugeln (36) mit einem nicht-leitenden Material (362) beschichtet sind.
Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-leitenden Rollkugeln (36) aus einem nicht-leitenden Material (362) hergestellt sind.
Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Rollkugel (35) mit einem leitenden Material (352) beschichtet ist.
Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Rollkugel (35) aus einem leitenden Material (352) hergestellt ist.
Spindelmechanismus, aufweisend: einen Hauptkörper (12); eine Spindel (14), die im Inneren des Hauptkörpers (12) drehbar gelagert und in axialer Richtung mit einem Linearmechanismus (16) versehen ist; einen ersten Lagersatz (21), der an einem Ende der Spindel (14) angeordnet ist und innen mehrere Kugeln aufweist, die mit der Spindel (14) in Berührung kommen; und einen zweiten Lagersatz (22), der an dem anderen Ende der Spindel (14) angeordnet ist und innen mehrere Kugeln aufweist, die mit der Spindel (14) in Berührung kommen, wobei wenigstens einer der Lagersätze (21, 22) mit Rollkugeln versehen ist, welche nicht-leitende Rollkugeln (36) und leitende Rollkugel (35) umfassen.
Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-leitenden Rollkugeln (36) mit einem nichtleitenden Material (362) beschichtet sind.
Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-leitenden Rollkugeln (36) aus einem nicht-leitenden Material (362) hergestellt sind.
Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Rollkugeln (35) mit einem leitenden Material (352) beschichtet sind.
Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Rollkugeln (35) aus einem leitenden Material (352) hergestellt sind.
Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Rollkugeln (35) symmetrisch angeordnet sind.