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Die Erfindung betrifft eine Lanzeneinheit zum Einbau in eine Spindel einer Bearbeitungsmaschine sowie eine Spindel mit einer solchen Lanzeneinheit.
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Es sind Zweikanal-Minimalmengenschmierungen bekannt, bei welchen in der Nähe der Eingriffsstelle zwischen einem Werkzeug wie einem Bohrer und einem Werkstück ein Gemisch aus Luft und Schmiermittel erzeugt wird, welches einen sehr niedrigen Schmiermittelanteil enthält. Eine derartige MMS ist z. B. der
DE 196 55 334 B4 zu entnehmen.
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Bei dieser bekannten MMS läuft die Lanzeneinheit mit der Spindel um, was eine hochpräzise und teure Drehkupplung beim hinteren Ende der Lanzeneinheit notwendig macht, da Spindeln in modernen Bearbeitungszentren mit bis zu 20 000 Upm umlaufen und Fluids mit Drücken von 8 und mehr Bar handzuhaben sind.
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Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Lanzeneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, dass eine aufwändige Drehkupplung beim hinteren Lanzenende entfallen kann.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Lanzeneinheit mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. einer Spindel mit den im Anspruch 20 aufgeführten Merkmalen.
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Bei der erfindungsgemäßen Lanzeneinheit bzw. Spindel ist das das flüssige Schmiermittel führende Flüssigkeitsrohr drehfest mit dem Basisteil verbunden. Das freie Ende des Flüssigkeitsrohres bildet zusammen mit den benachbarten umlaufenden Teilen der Spindel selbst eine Art Drehkupplung, die aber nicht sehr passgenau bearbeitet zu werden braucht, da man eine gute fluidische Abdichtung durch den Gasstrom erhält, der unter Betriebsbedingungen über die Außenseite des Flüssigkeitsrohres achsparallel strömt. Auch sind die vom Ende des Flüssigkeitsrohres abgegebenen Schmiermittelmengen so klein, dass hier eine druckfeste Flüssigkeits-Abdichtung nicht notwendig ist. Die entsprechenden kleinen Flüssigkeitsvolumina werden von dem das Lanzenende umspülenden Luftstrom weggetragen, wie sie vom Ende des Flüssigkeitsrohres abgegeben werden.
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Trotzdem ist bei der erfindungsgemäßen Lanzeneinheit auch bei großer Länge sichergestellt, dass die Lanzeneinheit in der Spindel den mechanischen Belastungen, denen sie dort im Betrieb ausgesetzt ist, insbesondere den Querbeschleunigungen, die beim Verfahren der Spindel von einer Arbeitsstelle zur anderen auftreten, gut standhalten kann.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen Drehlager dienen dazu, das Flüssigkeitsrohr, welches auf Platzgründen oder Materialgründen nicht absolut starr gebaut werden kann, an vorgegebenen Stellen radial abzustützen und so Durchbiegungen des Flüssigkeitsrohres zu vermeiden, die zu unerwünschten Kontakten mit einem umlaufenden Teil der Spindel führen könnten, die wegen der hohen Spindeldrehzahlen rasch zu einer Beschädigung des Flüssigkeitsrohres führen können.
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Dieses Abstützen erfolgt entweder direkt an einer Spindelbohrung oder einer Bohrung eines mit der Spindel verbundenen Teiles wie einer Spannzangen-Betätigungsstange. Diese Bohrungen sollen nachstehend zusammen unter Lagerbohrung verstanden werden, also eine Bohrung an der das Flüssigkeits-Förderrohr der Lanzeneinheit transversal abgestützt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Bei nicht zu langen Flüssigkeitsrohren und guter Starrheit der Flüssigkeitsrohre ist es oft ausreichend, das Flüssigkeitsrohr an einer einzigen vom Rohrfuß beabstandeten Stelle zu lagern.
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Bei längeren Flüssigkeitsrohren kann man auf eine zuweilen aus Raumgründen nicht mögliche Vergrößerung der Wandstärke des Flüssigkeitsrohres verzichten, wenn man eine Mehrzahl beabstandeter Drehlager vorsieht. Die Orte der Drehlager werden grob gesprochen so gewählt, dass sie bei den Orten liegen, bei denen die betriebsbedingten Auslenkungen von der Spindelachse am größten sind. Typischerweise sind dies Bereiche, die bei Auslenkungs- oder Schwingungsbäuchen liegen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass bei einer Mehrzahl von Drehlagern diese durch Distanzkörper, insbesondere Distanzhülsen beabstandet sind.
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Diese Weiterbildung der Erfindung gestattet es, die Drehlager in vorgegebenem Abstand voneinander vorzusehen, Drehlager und Flüssigkeitsrohr aber als eine vormontierte Einheit in die Spindel einzubauen. Es ist somit auch keine Anschlagschulter oder dgl. auf der die Lanzeneinheit aufnehmenden Lagerbohrung vorzusehen. Ein weiterer Vorteil ist der, dass man zwischen den Drehlagern und entweder der Lagerbohrung oder der Außenfläche des Flüssigkeitsrohres axiale Relativbewegungen zulassen kann, wie sie benötigt werden, wenn die Lanzeneinheit im Inneren einer hohlen Spannstange angeordnet ist, die in vielen Spindeln vorgesehen ist, um eine Spannzange zu betätigen, über welche die Werkzeuge tragende Werkzeugträger lösbar mit der Spindel verspannbar sind.
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Bevorzugte Orte, bei denen Drehlager vorgesehen sind, sind in den Ansprüchen 2 und 3 angesprochen. Diese Orte entsprechen Schwingungsbäuchen.
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Bei einer Lanzeneinheit gemäß Anspruch 4 ist die gesamte Anordnung aus Flüssigkeitsrohr und Drehlagern in einer Patrone vormontiert, die einfach in einer Lagerbohrung montiert werden kann. Das Vorsehen einer derartigen fertigen Untereinheit ist deshalb von besonderem Interesse, da die Lanzeneinheit in radialer Richtung sehr kompakt bauen und eine feinmechanische Präzisionseinheit darstellen, die Fachleuten vorbehalten bleibt.
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Anspruch 5 gibt verschiedene Möglichkeiten an, wie man ein Drehlager konkret ausbilden kann. Dabei erfolgt im Einzelnen die Auswahl danach, wie groß dass Lager in radialer Richtung baut, welche Drehzahlen das Lager aushalten muss, in welchem Umfang das Drehlager von Luft durchströmt werden kann, und welche radialen Kräfte das Drehlager aufnehmen muss.
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Besonders bevorzugt sind dabei die im Anspruch 5 angegebenen Gleitlager, die sich durch hohe Drehzahlfestigkeit und besonders geringe Reibung bei mechanisch einfachem Aufbau auszeichnen. Auch können solche Lager gut so ausgebildet werden, dass sie in axialer Richtung von Luft durchströmt werden kann.
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Bevorzugt ist eine Gleitschicht auf der Außenseite einer inneren Lagerhülse vorgesehen, welche von dem Flüssigkeitsrohr getragen ist.
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Damit wird erreicht, dass Lagerhülsen als separate Teile hergestellt werden können, die dann mit fertiger Gleitschicht auf das Flüssigkeitsrohr aufgesetzt werden. Gute Gleiteigenschaften aufweisende Schichten sind oft spröde und lassen sich daher oft nicht gut in situ an einem Flüssigkeitsrohr erzeugen, dagegen an einem getrennten Teil.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ermöglicht es, den Ringraum, der zwischen der Außenfläche des Flüssigkeitsrohres und der Innenfläche einer die Lanzeneinheit aufnehmenden Lagerbohrung verbleibt, zum Transport von Gas zu verwenden, welches dazu dient, das Schmiermittel in kleinen Portionen zur Eingriffstelle zwischen Werkzeugschneide und Material des Werkstückes zu fördern.
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Vorzugsweise haben die Drehlager Durchgänge mit axialer Erstreckungskomponente.
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Nochmals vorzugsweise haben die Durchgänge der Drehlager auch eine Umfangs-Erstreckungskomponente.
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Damit ermöglicht es diese Weiterbildung der Erfindung, den Drall zu vermindern, welcher den durch die Lager strömenden Gase durch die Durchgänge der Drehlager erteilt wird.
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Vorzugsweise sind unter den Drehlagern mindestens zwei unterschiedliche Lagertypen.
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Diese Weiterbildung der Erfindung ist im Hinblick darauf von Vorteil, dass die radialen Stützkräfte, welche an verschiedenen Stellen des Flüssigkeitsrohres benötigt werden, unterschiedlich sind. Wenn ein Lager aber bei gleichem Einbauraum nur geringere Stützkraft zu erbringen braucht, kann es im Hinblick auf andere Parameter optimiert werden, z. B. Lebensdauer oder Durchlässigkeit für Luft.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 ermöglicht es, die gesamte Lanzeneinheit in axialer Richtung um eine kleine Strecke zu verschieben. Damit kann die gesamte Lanzeneinheit der Verstellbewegung einer Spannstange folgen, welche dazu verwendet wird, eine im Spindelende angeordnete Werkzeugträger-Spannzange zu betätigen. Man braucht also keine axiale Relativbeweglichkeit zwischen dem Außenring der Drehlager und der Aufnahmebohrung der Spindel für die Lanzeneinheit vorzusehen.
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Bei einer Lanzeneinheit gemäß Anspruch 8 ist auch das Gasrohr, welches das die kleinen Flüssigkeitsvolumina zur Arbeitsstelle tragende Gas bereitstellt, in Drehrichtung feststehend. Auch kann das Gasrohr schon in der Fabrik genauso wie das Flüssigkeitsrohr mit dem Basisteil verbunden werden. Die Lanzeneinheit umfasst somit die gesamte Flüssigkeitszufuhr und Gaszufuhr der Minimalmengenschmierung.
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Bei einer bevorzugten Lanzeneinheit sind das Luftrohr und das Flüssigkeitsrohr über ein oder mehrere luftdurchlässige Distanzteile mechanisch mit einander verbunden und bilden somit eine sehr belastungsfähige steife Schalenkonstruktion.
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Vorzugsweise ist das Gasrohr über mindestens ein luftdurchlässiges Distanzteil mit dem Flüssigkeits-Zuführrohr verbunden.
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Damit erhält man dann die gleichen Vorteile der Verwendbarkeit in einer Spindel mit Spannstange zur Betätigung einer Spannzange, wie sie oben unter Bezugnahme auf Anspruch 7 erläutert wurden.
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Bevorzugt sind die Drehlager als Pendellager ausgebildet, und ihr Außenring hat eine ballige, vorzugsweise sphärische Außenfläche oder ihr Innenring hat eine ballige, vorzugsweise sphärische Innenfläche.
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Bei einer solchen Lanzeneinheit kann sich das Flüssigkeitsrohr an den Lagerstellen etwas verkippen. Damit werden lokale hohe Biegemomente vermieden, die sonst an den Lagerstellen auf die Wand des Flüssigkeitsrohres einwirken. Solche Belastungen könnten im Dauerbetrieb zu Ermüdungsbrüchen führen.
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Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 14 wird erreicht, dass das Drehlager unter Federkraft gegenüber einer es aufnehmenden Lagerbohrung bewegbar ist, gegenüber der Achse dieser Lagerborung verkippbar ist und in axialer Richtung längs der Lagerbohrung verschiebbar ist.
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Das elastisch verfomrbare Halteteil kann bevorzugt eine Mehrzahl in Umfangsrichtung verteilter elastischer Lamellen aufweisen.
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Mit der einer solchen Weiterbildung der Erfindung wird erreicht, dass das mit dem Verbindungsteil versehene Drehlager unter Federkraft gegenüber einer es aufnehmenden Lagerbohrung verlagerbar ist, gegenüber der Achse dieser Lagerbohrung verkippbar ist und in axialer Richtung längs der Lagerbohrung verschiebbar ist.
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Diese Vorteile werden dabei auf eine Art und Weise erhalten, bei welcher der freie Querschnitt der die Lageranordnung aufnehmenden Bohrung im zwischen den Lagern liegenden Bereich nicht nennenswert beeinträchtigt wird.
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Bevorzugt weisen die Lamellen einen von außen gesehen konvexen Lamellenabschnitt auf.
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Diese Weiterbildung der Erfindung ist im Hinblick auf gute axiale Verschiebbarkeit des Drehlagers bezüglich der Lagerbohrung von Vorteil, wobei gleichzeitig eine gute Drehmomentübertragung durch das Verbindungsteil zur Lagerbohrung erhalten wird.
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Vorzugsweise haben die Lamellen einen von außen gesehen konvexen Lamellenabschnitt.
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Diese Weiterbildung der Erfindung ist im Hinblick auf die Symmetrie der Lagerstelle von Vorteil. Hat man zwei enger benachbarte Drehlager, so ist dies auch im Hinblick auf die Ausfallsicherheit von Vorteil, da bei Verschleiß oder Ausfall eines der Lager das andere Lager seine Funktion übernehmen kann.
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Es kann ferner vorteilhaft sein, eine Schmiermittel-Zuführeinrichtung vorzusehen, welche die Drehlager mit einem Schmiermittel versorgt.
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Bei dieser Weiterbildung der Erfindung ist gewährleistet, dass die verschiedenen Drehlager auch im Langzeitbetrieb mit niederer Reibung arbeiten und nur geringen Verschleiss zeigen.
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Vorzugsweise umfasst das Basisteil einer Gas-Drehkupplung und die Spindel einen mit ihr umlaufenden Gaskanal.
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Bei einer solchen Sindel wird das Gas, welches kleine Schmiermitteltröpfchen zur Arbeitsstelle fördert, durch die Spindel selbst geleitet. Hierdurch erhält man zum einen eine zusätzliche Kühlung der Spindel, zum anderen hat man in der Spindelbohrung, welche die Lanzeneinheit aufnimmt, etwas mehr Platz. Dies ermöglicht es z. B. die Spannstange, die zum Betätigen der Spannzange dient, etwas dickwandiger auszuführen, so dass die Spannzange mit sehr großen Betätigungskräften bedient werden kann und trotzdem hohe Standzeit aufweist.
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Vorzugsweise führt der Gaskanal von einer dem Varta-Basisteil benachbarten Stelle zu einer dem freien Ende des Flüssigkeitsrohres benachbarten Stelle.
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Mit dieser Weiterbildung der Erfindung wird erreicht, dass die zum Vorsehen des Gaskanales notwendige Bearbeitung der Spindel besonders einfach ist.
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Die Weiterbildung gemäß Anspruch 11 findet dann vorzugsweise Verwendung, wenn die Spindelbohrung an sich genügend Raum für den Transport des Gases bereitstellt und nur bei den Drehlagern aufgrund nicht vorhandener oder beschränkter Gasdurchlässigkeit der letzteren ein Bypass vorgesehen werden muss. Dieser lässt sich dann einfach durch Einfräsen von nach innen offenen Nuten in die Innenwand der Spindelbohrung realisieren. Der äußere Laufring der Drehlager wird dann von den innenliegenden Endflächen der zwischen den Nuten verbleibenden Rippen festgelegt.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 ermöglicht es, die Betätigung der Werkzeugträger-Spannzange und das Zuführen von Schmiermittel und Gas kompakt im Inneren der Spindel unterzubringen.
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Bevorzugt hat die Spannstange im Bereich des Gaskanales einen Krsnz von axial schlitzförmigen Durchgängen, deren axiale Abmessung mindestens das 5-fache, vorzugsweise mindestens das 10-fache ihrer Umfangserstreckung beträgt, wobei die Unfangserstreckung vorzugsweise zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,5 mm beträgt.
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Mit dieser Weiterbildung der Erfindung wird errreicht, dass man eine Strömungsverbindung zwischen dem Lumen der Spannstange und deren Außenraum herstellen kann, welche insgesamt einen guten Durchtrittsquerschnitt hat, das tragende Material der axial belasteten Spannstange aber in Umfangsrichtung weitgehend erhält.
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Mit der Weiterbildung der Erfinung gemäß Anspruch 13 wird erreicht, dass eine elastische Abstützung des Flüssigkeitsrohres unter hoher Dämpfung erhalten wird. Aus elastomerem Material hergestellte Halteteile lassen sich durch diesen auch einfach mit komplexer Geometrie herstellen.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 gestattet es, das Drehlager auf einfache Weise an vorgegebener axialer Stellung im Halteteil zu positionieren, vorzugsweise zu verrasten.
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Bei einer Spindel gemäß Anspruch 15 kann Luft das aus elastomerem Material gefertigte Halteteil umströmen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann dabei darin bestehen, dass das Halteteil durch mindestens einen Schlitz in Umfangsrichtung unterbrochen ist, welcher sich zumindest über einen Teil der axialen Abmessung des Halteteiles erstreckt.
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Damit wird erreicht, dass das elastomere Halteteil sich aufweiten kann, um ein Drehlager in einen auf der Innenfläche des Halteteiles ausgebildeten Aufnahmerücksprungs zu drücken.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungssbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 einen Axialschritt durch die Spindel einer Werkzeugmaschine mit eingesetzter MMS-Lanzeneinhet;
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2 eine vergrößerte Darstellung des Endabschnittes der Spindel nach 1 sowie eines Zwischenabschnittes der Spindel;
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3 einen axialen Schnitt durch ein Basisteil der Lanzeneinheit;
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4 eine ähnliche Schnittansicht wie 2, wo bei jedoch andere Drehlager verwendet sind, um ein Flüssigkeitsrohr an einer hohlen Spannstange der Spindel abzustützen;
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5 einen schematischen Längsschnitt durch eine abgewandelte Spindel, bei welcher sowohl ein Flüssigkeitsrohr als auch ein Gasrohr feststehend von einem Basisteil einer Lanzeneinheit getragen sind;
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6 eine Aufsicht und einen axialen Schnitt durch ein luftdurchlässiges Gleitlager, welches als Drehlager zur Abstützung eines Flüssigkeitsrohres einer Lanzeneinheit verwendbar ist;
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7 eine ähnliche Ansicht wie 6, wobei ein permanentmagnetisches Drehlager verwendet ist;
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8 eine ähnliche Ansicht wie 6, wobei als Drehlager ein Druckluft-beaufschlagtes dynamisches Lager verwendet ist;
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9 eine ähnliche Ansicht wie 8, wobei jedoch ein abgewandeltes statisches Fluidlager gezeigt ist;
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10 eine ähnliche Ansicht wie 6, wobei ein Kugellager als Drehlager verwendet ist;
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11 einen axialen Schnitt und eine Aufsicht für eine weiter abgewandelte Lagerstelle für das Flüssigkeits-Förderrohr.
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12 eine schematisch Darstellung einer Luft-Übertrittsstelle zwischen dem Lumen einer Werkzeugträger-Spannstange und einem Luftkanal der Spindel;
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13 eine ähnliche Ansicht wie 10, in welcher eine nochmals abgewandelte Lagerstelle gezeigt ist;
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14 eine perspektivische Ansicht eines elastomeren Halteteiles zur Aufnahme eines kleinen Kugellagers, welches auf einen vorderen Endabschnitt eines Ölrohres aufgesetzt ist;
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15 einen longitudinalen Schnitt durch das Halteteil nach 14;
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16 einen transversalen Schnitt durch das Halteteil nach 14; und
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17 eine seitliche Ansicht des Halteteiles nach den 14 bis 16.
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In 1 ist mit 10 ein Spindelgehäuse bezeichnet, welches aus mehreren axial verschraubten Gehäüsesegmenten 10a, 10b und 10c besteht.
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In dem Spindelgehäuse ist eine Spindel 12 über Lager 14, 16 gelagert. Die Spindel 10 trägt in ihrem mittleren Abschnitt einen Rotor 18, welcher zusammen mit einem Stator 20 einen Spindelmotor 22 bildet.
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Am in 1 links gelegenen Ende der Spindel 12 ist eine Zangenaufnahme 24 vorgesehen, die grob die Form eines Kegelstumpfes hat. In die Spannzangenaufnahme 24 ist der Kegel eines Werkzeugträgers 26 aufnehmbar und zum drehschlüssigen Verblocken von Werkzeugträger 26 und Spindel 12 ist eine insgesamt mit 28 bezeichnete Spannzange vorgesehen, die in bekannter Weise federnde Spannarme 30 aufweist, die am vorderen Ende mit Nasen versehen sind, welche mit einer Halteschulter 32 einer Ausnehmung 34 zusammenarbeiten, die in der Endfläche des Werkzeugträgers 26 vorgesehen ist.
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Die Spannarme 30 werden über eine Betätigungshülse 36 in ihre den Werkzeugträger 26 verriegelnde Stellung gedrückt, die auf das Ende einer hohlen gleitend in einer Spindelbohrung 29 geführten Spannstange 38 aufgeschraubt ist. Die Spannstange 38 ist durch ein Tellerfederpaket 40 in der Zeichnung nach rechts vorgespannt und kann durch einen axial außerhalb der Spindel liegenden Spannzylinder 42 in der Zeichnung nach links bewegt werden, wodurch die Nasen der Spannarme 30 von der Halteschulter 32 freikommen.
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Der Spannzylinder 42 umfasst einen Zylinder 44, sowie einen in diesem beweglichen Kolben 46, der mit dem rechten Ende der Spannstange 38 verbunden ist.
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In der Zeichnung nicht wiedergegebene Druckmittelkanäle dienen dazu, unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit dem jeweils gewünschten Arbeitsraum des Spannzylinders 42 zuzuführen.
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In einer mit 48 bezeichneten Längsbohrung der Spannstange 28 verläuft zentral ein Ölrohr 50, welches in Drehrichtung feststehend ist und über Drehlager 52-1, 52-2 und 52-3 an drei axial beabstandeten Stellen radial an der Bohrung 48 der Spannstange 38 abgestützt ist.
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Bei den Drehlagern 52 handelt es sich jeweils um Gleitlager mit einem mittleren Nabenabschnitt 54 und drei von diesem sternförmig nach außen laufenden Rippen 56.
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Die Gleitlagerhülsen sind aus einem Kohlenstoff-Material hergestellt, das unter geringem Reibungskoeffizienten auf der Außenfläche des Ölrohres 50 läuft, welches aus Edelstahl hergestellt ist. Die Rippen 56 sitzen im Presssitz auf der Innenfläche der Bohrung 48 und das Nabenteil 54 arbeitet im Gleitspiel mit der Außenfläche des Ölrohres 50 zusammen.
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Typischerweise hat man drei in Umfangsrichtung verteilte Rippen 56, deren Dicke so gewählt ist, dass sie den im Betrieb zu erwartenden radialen Belastungen des Drehlagers standhalten, wobei jedoch, soweit mit der Stabilität verträglich, darauf geachtet ist, dass die zwischen den Rippen 56 verbleibenden Nuten 58 möglichst groß sind, so dass das Drehlager insgesamt in axialer Richtung für Luft gut durchlässig ist.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Ölrohr 50 in axialer Richtung über das Ende der Spindel 12 und das Ende der Spannstange 28 hinausgeführt und erstreckt sich in ein Basisteil 60, welches raumfest ist. Das Basisteil hat zwei Anschlüsse 62, 64 für Schmieröl bzw. Druckluft.
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Das Ölrohr 52, der Spannzylinder 42 und das Basisteil 60 bildet zusammen mit den Drehlagern 52 eine Lanzeneinheit 66, die am in der Zeichnung links gelegenen Ende ein Schmiermittel/Luftgemisch mit niederem Schmiermittelanteil bereitstellen kann. Hierzu wird das Innere der Bohrung 48 über das Basisteil 60 mit Druckluft beaufschlagt, während das Innere des Ölrohrs 50 vom Basisteil 60 mit Schmieröl beaufschlagt ist.
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In das Basisteil 60 ist ein Dosierventil integriert, welches gesteuert durch eine nicht dargestellte Steuereinheit für kurze Zeitintervalle öffnet, so dass entsprechend jeweils ein kleines Flüssigkeitsvolumen aus dem vorderen, in der Zeichnung links gelegenen Ende des Ölrohres 50 herausgeschoben wird. Dieses kleine Ölvolumen, welches beim Ablösen vom Ende des Ölrohres 50 in kleinere Bruchstücke zerteilt wird, wird dann von der Luft, die längs der Außenfläche des Ölrohres 50 heranströmt, in der Zeichnung nach links getragen.
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Das so erhaltene Öl/Luft-Gemisch wird von einem Gemischkanal 68 übernommen, der in einer Kanalhülse 70 ausgebildet ist, die in einen Verbindungsstutzen 72 eingeschraubt ist, der mit dem Werkzeugträger 26 verbunden ist. Das Gemisch gelangt dann zu der in der Zeichnung links zu denkenden Werkzeugaufnahme des Werkzeugträgers und von dort in die Schmiermittelkanäle des Werkzeuges (nicht dargestellt).
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umgibt der Gemischkanal 68 das freie Ende des Ölrohres 50 unter kleinem radialem Spiel und weist stromab des Endes des Ölrohres 50 eine Verengung 74 auf.
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Eine Lippendichtung 76 dichtet die Außenfläche des Verbindungsstutzens 72 zur Spannstange 38 hin ab.
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Bei der oben beschriebenen Spindel kann sich das Ölrohr 50 in axialer Richtung bezüglich der Spannstange 38 bewegen, da die Gleit-Drehlager 52 eine Drehlagerung, und auch eine Axiallagerung bewerkstelligen.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die radiale Abstützung des Ölrohres 50 an der Spannstange 38 unter Verwendung von Kugellagern erfolgt. Komponenten der Spindel gemäß 3, welche funktionsmäßig schon beschriebenen Komponenten der Spindel von 1 und 2 entsprechen, sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen, auch wenn sie sich in Details unterscheiden, und brauchen im Einzelnen nicht nochmals detailliert beschrieben zu werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 3 sind die inneren Laufringe der Drehlager 52 fest mit der Außenseite des Ölrohres 50 verbunden, und die äußeren Laufringe des vordersten Drehlagers 52 ist an einer Schulter der Bohrung 48 abgestützt. Die inneren Lager 52-1 usw. sind durch Distanzhülsen 174 beabstandet.
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Bei dieser Variante bewegt sich somit das Ölrohr 50 zusammen mit der Spannstange 38 in axialer Richtung, wenn ein Werkzeugträger freigegeben oder festgespannt werden soll.
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Bei der Spindel nach 3 ist im Bereich des Drehlagers 52-1 ein Bypass vorgesehen, welcher das nur wenig luftdurchlässige Kugellager umgeht. Dieser Bypass umfasst zwei Lochkränze 78, 80 bzw. 82, 84, die in der Spannstange 38 vor bzw. hinter dem Drehlager 52 vorgesehen sind, sowie schräg zur Spindelachse verlaufende Kanäle 86, 88. Anstelle der Kanäle 86, 88 könnte man auch axiale Nuten verwenden, die nach innen offen sind und sich von den Lochkränzen 78, 80 zu den Lochkränzen 82, 84 erstrecken.
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Ein ähnlicher, aber einfacherer Bypass ist für das Drehlager 52-3 vorgesehen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 3 bewegt sich das Ölrohr 50 in axialer Richtung zusammen mit der Zugstange 38.
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Entsprechend ist in dem Basisteil 60 eine axiale Verschiebbarkeit des Endes des Ölrohres 50 vorgesehen. Eine Ölrohr-Verdrehsicherung umfasst zwei Rippen 92, welche auf die Außenseite des Endes des Ölrohres 50 aufgeschweißt sind und mit einer Führungsnut 94 zusammenarbeiten, die in einer Lagerkammer 96 des Basisteiles vorgesehen sind. Letztere ist über einen Kanal 98 zur Umgebung hin entlüftet.
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Die Schmierölzufuhr zum Ölrohr 50 erfolgt über eine Bohrung 100 oder ein Langloch in der Wand des Ölrohres 50 sowie einen Kanal 102 des Basisteiles 60, der mit dem Schmierölanschluss 62 in Verbindung steht.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Spindel, wobei nur die wichtigsten Teile wiedergegeben sind. Die Komponenten, die obenstehend in gleicher Funktion schon beschrieben wurden, sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen, auch wenn sie in Einzelheiten abgewandelt sind.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 5 ist das Ölrohr 50 unter radialem Abstand von einem Luftrohr 104 umgeben. Dabei ist das Ölrohr 50 an drei Stellen über Verbindungsteile 106, 108, 109 starr mit dem Luftrohr 104 verbunden, welche gleiche Geometrie aufweisen können wie die in 2 gezeigten geschlitzten Gleitlagerhülsen, aber eben sowohl mit dem Ölrohr 50 als auch mit dem Luftrohr 104 starr verbunden sind. Hierdurch erhält die durch Ölrohr 50 und Luftrohr 104 gebildete Einheit eine hohe mechanische Festigkeit (Schalenbauweise).
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Die durch Ölrohr 50 und Luftrohr 104 gebildete Einheit ist dann wieder über ein Drehlager 52 gegen die Spindelbohrung 29 radial abgestützt. Bei der relativ kleinen axialen Abmessung der Ölrohr/Luftrohreinheit ist es ausreichend, nur ein einziges Drehlager vorzusehen. Dieses hat im Einzelnen den gleichen Aufbau wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben, ist also mit den Außenflächen seiner Rippen 56 fest mit der Spindel 12 verbunden, während die Innenfläche des Nabenabschnittes 54 im Gleitspiel auf der Außenseite des Luftrohres 104 läuft.
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In Abwandlung können bei diesem Ausführungsbeispiel auch gut Wälzlager verwendet werden, da der Ringraum zwischen Spindelbohrung und Außenfläche des Luftrohres 104 nicht für den Transport eines Fluids benötigt wird.
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Der Aufbau eines Gleit-Drehlagers ist in 6 nochmals näher dargestellt.
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Man erkennt wieder den Nabenabschnitt 54 des Drehlagers 52 sowie die drei von diesem radial nach außen weglaufenden Rippen 56 mit den dazwischen liegenden weiten Nuten 58, die für ein Hindurchströmen von Luft durch das Drehlager ohne starke Drosselung sorgen.
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In 6 ist dargestellt, dass die innenliegende Lauffläche des Nabenabschnittes 54 nicht direkt auf der Außenfläche des Ölrohres 50 läuft. Vielmehr ist auf die Außenfläche des Ölrohres 50 eine innere Lagerhülse 110 aufgeschweißt, die auf ihrer Außenfläche eine Gleitschicht 112 trägt, die unter geringer Reibung mit der Innenfläche des Nabenabschnittes 54 zusammenarbeitet. Typische derartige Gleitschichten sind polierte Schichten aus harten Metalloxiden, Metallkarbiden oder Metallnitriden, wie sie aus der Hartmetalltechnik bekannt sind. Derartige Schichten lassen sich oft nur in speziellen Apparaturen herstellen und auf die gewünschte Oberflächengüte bearbeiten.
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7 zeigt ein magetisches Drehlager, welches eine innere Lagerhülse 114 und eine äußere Lagerhülse 116 aufweist. Beide Lagerhülsen bestehen aus permanentmagnetischem Material, z. B. Ferritmaterial, welches in mehreren ringförmigen Segmenten magnetisiert ist. Dabei sind die Polaritäten der Magnetisierung von innerer Lagerhülse und äußerer Lagerhülse so gewählt, dass bei axialer Gegenüberstellung abstoßende Magnetkräfte zwischen den beiden Lagerhülsen 114 und 116 wirken, wodurch eine magnetische radiale Lagerung erhalten wird.
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Die äußere Lagerhülse 116 ist in eine Traghülse 118 fest eingelassen, die wieder einen Nabenabschnitt 120 und drei in Umfangsrichtung gleich verteilte Rippen 122 aufweist. Die Außenflächen der Rippen 122 sind fest mit der Innenfläche einer Lagerbohrung (Spindelbohrung oder Spannstangenbohrung) verbunden, die Innenfläche des Nabenabschnittes 120 trägt fest die äußere Lagerhülse 116.
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Auch das in 7 gezeigte magnetische Drehlager ist dazu geeignet, das Ölrohr 50 oder eine Ölrohr/Luftrohr-Einheit radial gegen eine umlaufende Spindel abzustützen.
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8 zeigt ein als Fluidlager ausgebildetes Drehlager mit einer Lagertrommel 124, die über Öffnungen 126 in einem Luftrohr 104 mit Druckluft beaufschlagt wird. In der Lagertrommel 124 kann ein luftdurchlässiges Füllmaterial 128 angeordnet sein.
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Stirnwände 130, 132 der Lagertrommel 124 laufen unter größerem Gleitspiel vor der Innenfläche der Spindel- oder Spannstangenbohrung, so dass sich zwischen den Stirnwänden 130, 132 eine Druckluft-gefüllte Tasche bildet, die eine Luftkissenlagerung gewährleistet.
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Bei dem Drehlager nach 9 ist in einer massiven Lagerhülse eine Vielzahl von Düsenbohrungen 134 vorgesehen, die in radialer Richtung von Verbindungsöffnungen 136, die im Luftrohr 104 vorgesehen sind, zur Wand der Lagerbohrung 48 verlaufen. Die Düsenbohrungen 134 sind beim freien Ende aufgekelcht, wie bei 138 gezeigt.
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Die Düsenbohrungen 134 sind sternförmig in Ringen angeordnet, und eine Mehrzahl derartiger Düsenkränze ist axial beabstandet in der Lagerhülse vorgesehen.
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Das Drehlager nach 10 ist ein Kugellager, dessen Außenring in einer Lagerhülse 142 gelagert ist. Letztere ist über spiralförmige Verbindungsarme 144 mit äußeren Montageringen 146 verbunden, die reibschlüssig mit der Lagerbohrung verbunden sind.
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Die Verbindungsarme 144 können federnd sein.
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Die Lagerhülse 142 hat in demjenigen axialen Bereich, in welchem das Kugellager angeordnet ist, eine Erweiterung 148 mit kegelstumpfförmigen Übergangsabschnitten.
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Durch die in 10 gezeigte Anordnung ist es möglich, den Durchmesser des Kugellagers anders zu wählen als den der Lagerbohrung der Spindel 12 oder der Spannstange 38. Das Lager kann somit ausschließlich im Hinblick auf seine Eigenschaften und seine Kosten ausgewählt werden. Die gesamte Lagerstelle ist wieder gut in axialer Richtung für Luft durchlässig.
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Die Laufflächen der bei den oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele verwendeten Drehlager können zusätzlich selbst geschmiert werden. Dies kann entweder durch einen Ölnebelstrom erfolgen oder durch direkte Zufuhr von Schmiermittel zu den Laufflächen.
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In 5 ist gestrichelt eine Ölnebelquelle 150 dargestellt, die über einen Kanal 152 des Basisteiles 60 Ölnebel in den Ringraum zwischen Luftrohr 104 und Spindelbohrung 29 einleitet. Durch diesen Ölnebel wird die Lauffläche zwischen dem Nabenabschnitt 54 des Drehlagers 52 und der Außenfläche des Luftrohres 104 geschmiert.
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Alternativ kann man eine Gleitlagerfläche, welche dem Ölrohr 50 benachbart ist, einfach dadurch schmieren, dass man in dem entsprechenden Bereich im Ölrohr 50 sehr feine Schmieröffnungen 154 vorsieht, wie in 6 angedeutet, oder das Ölrohr 50 in ausgewählten axialen Abschnitten durch Gleitlagerringe 156 unterbricht, die aus etwas porösem Material, z. B. Sinterbronze, gefertigt sind und sich mit den im Ölrohr 50 geförderten Schmiermittel vollsaugen.
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In 11 ist eine weitere Lagerstelle für das Ölrohr 50 gezeigt, welche zwei unter kleinerem, dem Innendurchmesser der Lagerbohrung vergleichbaren Abstand voneinander angeordnete Kugellager 52-a, und 52-b aufweist.
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Die inneren Laufringe der beiden Kugellager sind fest mit dem Ölrohr 50 verbunden, die äußeren Laufringe sind durch drei in Umfangsrichtung gleich verteilte Lamellen 158 aus Federstahl verbunden, die an die äußeren Laufringe angeschweißt sind. Die Lamellen 158 haben wie aus der Zeichnung ersichtlich konvex gekrümmte Geometrie, und der Außendurchmesser der äußeren Laufringe der Kugellager 52-a, 52-b ist kleiner als der Innendurchmeser der Lagerbohrung 48.
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Die Krümmung der Lamellen 158 ist so gewählt, dass der durch die Lamellen 158 und die äußeren Laufringe der Kugellager gebildete Käfig in Presspassung in die Lagerbohrung 48 einschiebbar ist.
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Vorzugsweise ist der Querschnitt der Lamellen 158 scharfkantig rechteckig wie bei einer Blattfeder, so dass die Lamellen 158 in Umfangsrichtung fest in der Lagerbohrung 48 sitzen.
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Auf diese Weise hat man in der in 11 gezeigten Lagerstelle eine radiale Federwirkung, welche durch die gebogenen Lamellen 158 erhalten wird.
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Ferner hat man die Drehlagerung, welche die Kugellager 52-a, 52-b bewirken.
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Und darüber hinaus hat man eine axiale Verschiebbarkeit der Kugellager bezüglich der Lagerbohrung, welche durch die sanft geschwungene Außenfläche der Lamellen 158 unterstützt wird. Ferner erlaubt die in 11 gezeigte Lagerstelle auch eine leichte Verkippung des gelagerten Abschnittes des Ölrohres 50 gegen die exakte Achse der Lagerbohrung, da die Lamellen 158 Federn sind und darüber hinaus ihre Außenflächen ballig ausgebildet sind.
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Schließlich hat die Lagerstelle auch abgesehen von den Kugellagern selbst einen praktisch unveränderten Durchström-Querschnitt für die Luft.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 3 ist in der Spindelmitte noch gezeigt, dass man die Einheit aus Ölrohr 50 und Drehlagern 52 in eine dünnwandige zylindrische Patrone 160 einschließen kann. Diese ist z. B. durch Punktschweissungen mit den äußeren Laufringen der Drehlager 52 verbunden und sitzt ihrerseits Drehmoment-schlüssig in der Bohrung 48 der Spannstange 28.
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Hierdurch wird die Montage der Lanzeneinheit in einer Spindel erleichtert.
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Wie in 3 gestrichelt angedeutet, kann man die Druckluft oder einen Teil derselben (bei nicht ausreichendem Querschnitt der Bohrung 48) über einen Bypasskanal 162 führen, der von einer vor dem ersten Drehlager 52-1 liegenden Stelle der Spannstange 28 ausgeht und bis ans hintere Ende der Spindel 12 führt, wo er wieder zurück zum Innenraum der Spannstange 28 oder einem Auslass einer Druckluft-Drehkupplung führt, die Teil des Basisteiles 60 ist.
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Die 12 zeigt eine Luftübertrittsstelle zwischen dem Inneren der Spannstange 38 und einem in der Spindel 12 liegenden Lager-Bypasskanal, die anstelle von Lochkränzen verwendbar ist.
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In die Wand der Spannstange 38 sind in einem axial ausgedehnten Bereich, dessen Länge beim betrachtetetn Ausführungsbeispiel etwa das 1 1/2-fache des Durchmesses der Bohrung 48 beträgt, Schlitze 78 eingefräst, die eine geringe Breite haben, z. B. 0,2 bis 0,5 mm, und in Umfangsrichtung gleich verteilt sind. Dies Schlitze haben auf Grund ihrer Länge trotz geringer Breite eine gute Gesamt-Durchschnittsfläche für Luft. Da das Material der Spannstange in Umfangsrichtung nur wenig vermindert ist, kann die Spannstange 38 auch im Bereich der Schlitze 78 hohe Kräfte übertragen.
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Die Luft, welche über die Schlitze 78 aus der Spannstange austritt, wird über eine Ausdrehung 164 der Spindelbohrung 29, die sich bis zur nächsten Luftdurchtrittsstelle erstreckt, bis zur nächsten Luftdurchtrittsstelle geleitet und dort über eine der Anordnung von 12 horizontal spiegelbildlich entsprechende Anordnung wieder ins Innere der Spannstange zurückgeführt.
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13 zeigt eine nochmals abgewandelte Lagerstelle, die der nach 10 ähnelt.
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Schon in vergleichbarer Funktion oben beschriebene Komponenten tragen wieder die selben Bezugszeichen und werden nicht mochmals detailiert beschriben.
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Das durch ein Kugellager gebildete Drehlager 52 sitzt nun in einem Lagerteil 142, welches einen Ringabschnitt 166 aufweist, der den äußeren Laufring 52A des Kugellagers überdeckt, nicht aber dessen inneren Laufring 52I.
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An den Ringabschnitt 166 sind drei in Umfangsrichtung verteilte axiale Haltearme 168 angeformt, welche die Mantelfläche des äußeren Laufringes 52-A formschlüssig umfassen. Die Haltearme 168 tragen an ihren Enden radial nach innen verlaufende Verriegelungszungen 170, welche den äußeren Laufring 52A stirnseitig übergreifen.
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Aus den breiten Haltearmen 168 sind rechteckige Traglamellen 172 ausgeschnitten und nach außen so abgewinkelt, dass sie zur Umfangsfläche der Halterarme 168 einen Winkel von 45 Grad einschließen.
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Im unbelasteten Zustand liegen die radial außenliegenden axialen Kanten der Traglamellen 170 auf einem Kreis, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Bohrung 48. In die Bohrung 48 eingesetzt sind daher die Traglamellen 170 verformt und stehen unter Vorspannung.
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In Drehrichtung belastet schneiden sich ihre äußersten Kanten ein und man erhält eine gute selbstverstärkende Hemmung. Entgegen Drehrichtung kann das Tragteil 142 unter Kraftanwendung verdreht werden. Außerdem kann das Tragteil axial unter Kraftanwendung verschoben werden, wobei die äußersten Kanten der Traglamellen 170 wie die Kufen eines Schlittschuhes arbeiten.
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Das gesamte Tragteil ist ein Stanzbiegeteil aus Federstahlblech. Unter Aufweitung des durch die Haltearme 168 gebildeten Käfigs kann das Tragteil 142 einfach (in 13 von unten) auf das Kugellager aufgeklipst werden.
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Die 14 bis 16 zeigen ein aus einem elastomeren Material hergestelltes in axialer Sicht sternförmiges Halteteil 176, welches eine Durchgangsbohrung 178 aufweist. Von dieser springt in der axialen Mitte des Halteteiles 176 eine flachen rechteckigen Querschnitt aufweisende Aufnahmenut 180 radial nach außen. Deren axiale Abmessung entspricht der axialen Abmessung eines vom Halteteil aufzunehmenden Kugellager-Außenläufers. Der Durchmesser der Aufnahmenut 180 entspricht dem Außendurchmesser des Kugellager-Außenläufers.
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Bei ihren Enden ist die Durchangsbohrung 178 mit einer kegelförmigen Anfasungen 182 versehen, welche einerseits Rampenflächen darstellen, über die das Kugellager unter Aufweitung des Halteteiles 176 in die Aufnahmenut 180 geschoben werden kann. Diese Einschieben des Kugellagers kann nach dadurch erleichtert werden, dass zumindest eine Hälfte des Halteteiles durch einen oder mehrere Schlitze 184 in Umfangsrichtung unterbrochen ist.
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Die Anfasungen 183 dienen zugleich als Luftleitflächen, welche axial gegen das Halteteil 176 anströmende Luft zum Teil in die Durchgangsbohrung 178 richten, wo sie dann durch im Kugellager vorhandene Freiräume hindurchströmen kann.
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Das Halteteil 176 hat ferner radiale Halterippen 186, die zwischen sich axiale Nuten 188 vorgeben, welche den Querschnitt eines Kreisabschnittes aufweisen. Dessen Winkelerstreckung ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 160°.
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Die Außenflächen der Halterippen 186 sind zur Durchgangsbohrung 178 konzentrische Teilzylinderflächen.
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Unter Einsatzbedingungen ist in die Aufnahmenut 180 ein Kugellager eingesetzt, dessen Innenläufer auf das Ende des Ölrohres aufgesetzt ist. Die Rücken der Halterippen 186 sind an der Innenfläche eines Luftkanales abgestützt.
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Die durch den Luftkanal geführte Luft umströmt zum größten Teil das in die Aufnahmenut 180 eingesetzte Kugellager und strömt über die Nuten 188 am Kugellager vorbei.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, haben die Halterippen 186 bei ihren axialen Enden jeweils Schrägen 190, die Teil-Kegelflächen entsprechen. Diese Schrägen erleichtern das Einführen des Halteteils 176 in einen Luftkanal.
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Das Halteteil 176 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material durch nichtspanende Formengebung, insbesondere Gießen, hergestellt. Das elastomere Material ist im Hinblick auf gute Dämpfung von Wechselbelastungen ausgelegt. Vorzugsweise wird ein PUR-Material verwendet, welches eine Shore-A-Härte von etwa 85 bis etwa 95 aufweist, wobei höhere Werte in diesem Bereich bevorzugt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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