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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Rundtischlageranordnung, umfassend einen Außenring, einen Innenring und zwischen diesen angeordnete, auf entsprechenden Laufbahnen wälzende Wälzkörper, über die der Außenring und der Innenring axial und radial zueinander geführt sind, wobei eine erste Wälzkörperreihe zwischen dem Außenring und einem oberen Innenringabschnitt und eine zweite Wälzkörperreihe zwischen dem Außenring und einem unteren Innenringabschnitt angeordnet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Werkzeugmaschinen, die der spanenden Materialbearbeitung dienen, weisen oft einen um eine z. B. vertikale Achse drehbar gelagerten Rundtisch auf, auf dem das zu bearbeitende Werkstück aufgespannt wird. Der Rundtisch ist über eine Rundtischlageranordnung relativ zu einem Maschinengestell drehgelagert und mit einem entsprechenden Antrieb gekoppelt. Bekannte Rundtischlageranordnungen, die zur Lagerung solcher z. B. um eine Vertikalachse drehbarer Rundtische verwendet werden, umfassen üblicherweise mehrreihige Axial-Radiallager, beispielsweise umfassend zwei axiale Wälzkörperreihen sowie eine radiale Wälzkörperreihe. Sowohl die axialen als auch die radialen Wälzkörperreihen umfassen Zylinderrollen. Nachteilig bei solchen axialen Zylinderrollenlagern ist einerseits die geringe Tragfähigkeit sowie die begrenzte Drehzahleignung, die insbesondere auf das kinematisch unsaubere Abwälzen der Zylinderrollen auf der Kreisbahn zurückzuführen ist, was zu einer Zwangsführung und damit zu einem hohen Schlupfanteil führt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Rundtischlageranordnung anzugeben, die hinsichtlich der Schlupfneigung verbessert ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Zur Lösung dieses Problem ist bei einer Rundtischlageranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wälzkörper Kegelrollen sind.
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Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper der ersten und der zweiten Wälzkörperreihe als Kegelrollen ausgeführt, das heißt, dass die obere und untere Lagerung des Innenrings am Außenring über zwei Kegelrollenlager realisiert wird. Diese haben den Vorteil, dass die Kegelrollen aufgrund ihrer geometrischen Beschaffenheit bei Rotation um die Wälzlagerachse auf einer Ebene nahezu schlupffrei auf einer Kreisbahn abwälzen. Zylinderrollen rollen dagegen naturgemäß geradeaus, werden jedoch in einem Rundtischlager bei Rotation um die Lagerachse auf eine Kreisbahn gezwungen, was zur Folge hat, dass diese permanent in den Randbereichen schlupfen. Dieser Schlupf führt zu zusätzlicher Reibung und damit zu einer erhöhten Temperatur und höherem Verschleiß. Demgegenüber ist erfindungsgemäß der Schlupfanteil bei Kegelrollen minimal, so dass eine deutlich verbesserte Kinematik gegeben ist. Auch ist demzufolge eine geringere Reibung und damit ein niedrigerer Verschleiß gegeben.
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Hinsichtlich der Ausbildung der Laufbahnen an dem Innen- und dem Außenring sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Gemäß einer ersten Alternative kann eine Laufbahn, auf denen die erste und die zweite Wälzkörperreihe wälzt, ebenflächig sein und senkrecht zur Drehachse der Lageranordnung stehen, während die andere Laufbahn unter einem Winkel < 90° zur Drehachse der Lageranordnung steht. Bevorzugt verläuft die am Außenring ausgebildete Laufbahn senkrecht zur Drehachse, während die innenringseitigen Laufbahnen unter einem Winkel < 90° zur Drehachse verlaufen.
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Alternativ ist es auch denkbar, dass beide Laufbahnen, auf denen die erste und die zweite Wälzkörperreihe wälzt, unter einem Winkel < 90° zur Drehachse der Lageranordnung steht. In diesem Fall sind also sowohl die Laufbahnen am Innenring als auch am Außenring zur Drehachse verkippt angeordnet.
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Bevorzugt werden dabei die Laufbahnen so ausgebildet respektive positioniert, dass sich die Führungslinien der Kegelmantelflächen einer jeden Kegelrolle in der Drehachse schneiden, so dass sichergestellt ist, dass die Kegelrollen mit geringstmöglichem Schlupf um die Drehachse drehen.
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Dabei sind hinsichtlich der Ausgestaltung der Laufbahnen respektive deren Verkippung zur Längsachse unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann die Laufflächenanordnung derart sein, dass sich die Führungslinien der Kegelrollen der oberen Wälzkörperreihe in einem anderen Schnittpunkt als die Führungslinien der Kegelrollen der unteren Wälzkörperreihe mit der Drehachse schneiden. Das heißt, dass die Schnittpunkte der Führungslinien der beiden Wälzkörperreihen nicht zusammenfallen. Sie sind also, gesehen in Richtung der Drehachse, axial voneinander beabstandet.
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Dabei kann eine Ausgestaltungsvariante derart sein, dass der Schnittpunkt der Kegelrollen der oberen Wälzkörperreihe oberhalb des Schnittpunkts der Kegelrollen der unteren Wälzkörperreihe liegt. Diese Anordnung ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass die Kegelrollen auf planen Laufflächen am Außenring, die senkrecht zur Drehachse stehen, abwälzen, während die Laufflächen am Innenring verkippt sind. Die Schnittpunkte wären in diesem Fall entsprechend dem Abstand der Laufbahnen am Außenring voneinander beabstandet. Durch die konische Form der Wälzkörper, also der Kegelrollen entsteht im Lager eine O-Anordnung, die die Kippsteifigkeit des Lagers erhöht, gleichzeitig werden aber auch die Schlupfanteile erniedrigt. Wird, wie exemplarisch beschrieben der Außenring mit senkrecht zur Drehachse stehenden Laufbahnen ausgeführt, so ist er verglichen zur konventionellen, bisherigen Ausführung nicht zu verändern. Lediglich die Laufbahnen am Innenring, der sich üblicherweise aus einem Winkelring und einer Wellenscheibe zusammensetzt, an denen jeweils eine Laufbahn vorgesehen ist, wären anzupassen. Bei dieser Ausgestaltung ist zur Aufnahme der Radialkräfte eine zusätzliche Radiallagerung über Zylinderrollen zweckmäßig, wobei dieses Radiallager zwischen den beiden Axiallagern in an sich bekannter Weise angeordnet ist.
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Eine alternative Ausgestaltung sieht demgegenüber vor, dass der Schnittpunkt der Kegelrollen der oberen Wälzkörperreihe unterhalb des Schnittpunkts der Kegelrollen der unteren Wälzkörperreihe liegt. Hier durchkreuzen sich die Führungslinien der oberen und unteren Kegelrollen, das heißt, dass die Längsachsen der Kegelrollen relativ stark verkippt zur Drehachse verlaufen, mithin also ein relativ großer Winkel zwischen den Längsachsen der einander gegenüberliegenden Kegelrollen gegeben ist. Bei dieser Ausgestaltung besteht der Vorteil, dass auf eine zusätzliche radiale Lagerung durch ein weiteres Zylinderrollenlager verzichtet werden kann. Es ergeben sich folglich Einspareffekte, da nur noch zwei Wälzkörperreihen benötigt werden. Auch ist der Innenring respektive der Winkelring nebst Wellenscheibe einfacher zu bearbeiten, da keine Vorkehrungen für eine Radiallagerlaufbahn zu treffen sind, ebenso am Außenring. Diese Ausgestaltung hat zum Vergleich zur Ausgestaltung mit einander nicht kreuzenden Führungslinien den Vorteil, dass eine noch höhere Kippsteifigkeit erreicht werden kann, da die O-Anordnung noch stärker ausgeführt werden kann. Je größer dabei der Kontaktwinkel ausgeführt wird, desto größer sind die Radial- und Kippsteifigkeiten.
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Eine alternative Ausgestaltung zur Laufbahnanordnung mit voneinander beabstandeten Schnittpunkten sieht vor, die Laufbahnen so auszubilden, dass die Schnittpunkte der Kegelrollen beider Wälzkörperreihen in einem gemeinsamen Schnittpunkt zusammenfallen. Auch hier stehen die Längsachsen der Kegelrollen der beiden Wälzkörperreihen unter einem etwas größeren Winkel zueinander als bei der Ausgestaltung mit einander nicht kreuzenden, jedoch beabstandeten Führungslinien respektive Schnittpunkten, so dass auch hier eine erhöhte Kippsteifigkeit dieser O-Anordnung erreicht wird. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindungsalternative ist, dass auch bei ihr auf eine zusätzliche Radiallagerung, mithin also die Integration eines zusätzlichen dritten Radiallagers verzichtet werden kann. Dies führt zu einer Einsparung und einer erleichterten Montage sowie einer erleichterten Herstellung des Innenrings respektive des Winkelrings und der Wellenscheibe, da keine Vorkehrungen für die Ausbildung einer innenringseitigen Laufbahn zu treffen ist. Gleiches gilt natürlich auch in Bezug auf den Außenring, da auch dort keine zusätzliche Radiallaufbahn auszubilden ist.
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Neben der Rundtischlageranordnung betrifft die Erfindung ferner eine Werkzeugmaschine, insbesondere zur spanabhebenden Materialbearbeitung eines Werkstücks, umfassend ein Maschinengestell und einen an diesem durch eine Rundtischlageranordnung der beschriebenen Form um eine Drehachse drehbar gelagerten Rundtisch zur Aufnahme eines Werkstücks.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer Rundtischlageranordnung einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Prinzipdarstellung einer Rundtischlageranordnung einer zweiten Ausführungsform, und
- 3 eine Prinzipdarstellung einer Rundtischlageranordnung einer dritten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Rundtischlageranordnung 1, umfassend einen Außenring 2, der an einem Maschinengestell einer hier nicht näher gezeigten Werkzeugmaschine zu befestigen ist. Hierzu sind entsprechende Bohrungen 3 vorgesehen, in die entsprechende Verbindungsmittel wie Verbindungsschrauben oder dergleichen eingreifen, um diesen Befestigungsabschnitt mit dem Maschinengestell zu verbinden.
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Die Rundtischlageranordnung 1 umfasst des Weiteren einen Innenring 4, bestehend aus zwei Innenringabschnitten 5, 6, wobei der eine Innenringabschnitt 5 eine Wellenscheibe und der andere Innenringabschnitt 6 ein Winkelring ist. Jede Innenringhälfte 5, 6 ist mit einer Bohrung 7, 8 versehen, wobei die Bohrungen 7, 8 miteinander fluchten und der Aufnahme von hier ebenfalls nicht näher gezeigten Verbindungsmitteln wie entsprechenden Verbindungsschrauben dienen, über die die beiden Innenringhälften 5, 6 fest miteinander verspannt sind.
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Vorgesehen sind des Weiteren zwei Wälzkörperreihen 9, 10, die axial voneinander beabstandet sind. Sie umfassen jeweils Wälzkörper in Form von Kegelrollen 11, 12, die jeweils auf Laufbahnen 13, 14 am Innenring 4 sowie 15, 16 am Außenring wälzen. Die Kegelrollen 11, 12 sind jeweils in einem Käfig geführt. Diese beiden Wälzkörperreihen 9, 10 dienen der Axiallagerung, nachdem die Laufflächen 15, 16 ebenflächig sind und senkrecht zur Drehachse D der Rundtischlageranordnung 1 verlaufen.
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Zur Radiallagerung ist ein Radiallager 17 vorgesehen, umfassend Zylinderrollen 18, die auf Laufbahnen 19 am Innenring 4 respektive 20 am Außenring 2 abwälzen.
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Wie beschrieben verlaufen die Laufbahnen 15, 16 senkrecht zur Drehachse D, während die Laufbahnen 13, 14 zwangsläufig, dem Öffnungswinkel der Kegelrollen 11, 12 folgend, verkippt zur Drehachse D stehen. Die Laufbahnanordnung ist dabei derart, dass die Führungslinien 21, 22 der Kegelmantelflächen jedes Wälzkörpers einander in der Drehachse D schneiden, das heißt, dass jeweils ein Schnittpunkt S11 und S12 gegeben ist, wobei der Schnittpunkt S11 der jeweiligen Kegelrolle 11 und der Schnittpunkt S12 der jeweiligen Kegelrolle 12 zugeordnet ist.
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Ersichtlich sind die beiden Schnittpunkte S11 und S12' axial gesehen in Richtung der Längsachse D voneinander beabstandet, ihr Abstand entspricht, da die Laufbahnen 15, 16 plan sind, dem Laufbahnabstand.
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Bei dieser Erfindungsausgestaltung unter Verwendung der Kegelrollen11 ist sichergestellt, dass sich ein minimaler Schlupf im Axiallagerbereich ergibt, da die Kegelrollen aufgrund ihrer Geometrie bei einer Rotation um die Drehachse D auf einer Ebene nahezu schlupffrei auf der Kreisbahn wälzen. Eine entsprechende materialabhebende Bearbeitung des Außenrings 2 zur Ausbildung spezifisch geformter Laufbahnen 15, 16 kann hier entfallen. Lediglich die beiden Innenringabschnitte 5, 6 sind zur Ausbildung der Laufbahnen 13, 14 zu bearbeiten.
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Neben dem Umstand, dass bei der in 1 dargestellten Ausführungsvariante ein extrem reduzierter, minimaler Schlupfanteil gegeben ist, erhöht sich auch aufgrund der O-Anordnung die Kippsteifigkeit des Lagers.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundtischlageranordnung, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Vorgesehen ist wiederum ein Außenring 2 sowie ein Innenring 4 mit den beiden Innenringabschnitten 5, 6. Ebenfalls vorgesehen sind die beiden Wälzkörperreihen 9, 10, beide jeweils wieder umfassend Kegelrollen 11, 12, die auf innenringseitigen Laufbahnen 13, 14 und außenringseitigen Laufbahnen 15, 16 abwälzen.
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Bei dieser Erfindungsausgestaltung sind nicht nur die außenringseitigen Laufbahnen 13, 14 relativ zur Drehachse D verkippt, stehen also unter einem Winkel < 90° dazu, vielmehr sind auch die Laufbahnen 15, 16 am Außenring 2 zur Drehachse D verkippt, naturgemäß jedoch unter einem kleineren Winkel als die innenringseitigen Laufbahnen 13, 14, resultierend aus der Geometrie der Kegelrollen 11, 12.
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Die Ausrichtung respektive Anordnung der Laufbahnen 13, 14 und 15, 16 ist dabei so getroffen, dass die Führungslinien 21, 22 der Kegelmantelflächen der Kegelrollen 11, 12 einander in einem gemeinsamen Schnittpunkt S11 , S12 mit der Drehachse D treffen. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass die beiden Wälzkörperreihen 9, 10 sowohl axial als auch radial abstützen und eine hohe Kippsteifigkeit gegeben ist. Denn die O-Anordnung ist noch ausgeprägter als bei der Ausgestaltung gemäß 1.
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Des Weiteren ist aufgrund der hohen radialen Tragfähigkeit der Wälzkörperreihen 9, 10 bei dieser Ausgestaltung ein zusätzliches Radiallager, wie in 1 gezeigt, nicht erforderlich. Das heißt, dass diesbezüglich weder etwaige Wälzkörper vorzusehen und zu integrieren sind, noch dass am Außenring 2 und am Innenring 4 irgendwelche Laufbahnen vorgesehen werden müssen, so dass auch deren Ausgestaltung vereinfacht ist, wie auch die Montage des Lagers einfacher ist.
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Eine dritte Erfindungsalternative einer erfindungsgemäßen Rundtischlageranordnung 1 zeigt 3, wobei auch hier für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Vorgesehen ist wiederum ein Außenring 2 sowie ein Innenring 4 mit den Innenringabschnitten 5, 6 sowie die beiden Wälzkörperreihen 9, 10 mit ihren Kegelrollen 11, 12, die auf den innenringseitigen Laufbahnen 13, 14 und den außenringseitigen Laufbahnen 15, 16 wälzen.
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Ersichtlich stehen hier jedoch die Kegelrollen 11, 12 respektive ihre Längsachsen noch steiler zueinander, verglichen mit der Ausgestaltung gemäß 2. Das heißt, dass die Laufbahnen 13, 14 sowie 15, 16 noch stärker zur Drehachse D hin verkippt sind und eine noch kleineren Winkel zu dieser einnehmen. Dies hat zwangsläufig Auswirkungen auf den Verlauf der Führungslinien 21, 22, die sich, wie 3 deutlich zeigt, jenseits der Drehachse D nahe den Lagern selbst kreuzen, so dass sich wiederum zwei auf der Drehachse D voneinander beabstandete Schnittpunkte S11 und S12 bilden, wobei hier jedoch, anders als in gemäß 1, der Schnittpunkt S12 , also der der Kegelrollen 12 der unteren Wälzkörperreihe 10, axial gesehen oberhalb des Schnittpunkts S11 der Kegelrollen 11 der oberen Wälzkörperreihe 9 liegen. Diese Ausgestaltungsvariante hat eine noch höhere Kippsteifigkeit, verbunden mit einer sehr hohen Axial- und Radialtragfähigkeit. Auch bei ihr ist aufgrund der hohen Radialtragfähigkeit die Integration eines zusätzlichen Radiallagers, also eines dritten Wälzlagers nicht erforderlich.
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Die erfindungsgemäße Rundtischlageranordnung ist nicht nur für die Lagerung von Werkzeugmaschinentischen geeignet, sondern eignet sich gleichermaßen für andere Drehverbindungen, die sowohl axial als auch radial belastet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rundtischlageranordnung
- 2
- Außenring
- 3
- Bohrung
- 4
- Innenring
- 5
- Innenringhälfte
- 6
- Innenringhälfte
- 7
- Bohrung
- 8
- Bohrung
- 9
- Wälzkörperreihe
- 10
- Wälzkörperreihe
- 11
- Kegelrolle
- 12
- Kegelrolle
- 13
- Laufbahn am Innenring
- 14
- Laufbahn am Innenring
- 15
- Laufbahn am Außenring
- 16
- Laufbahn am Außenring
- 17
- Radiallager
- 18
- Zylinderrolle
- 19
- Laufbahn am Innenring
- 20
- Laufbahn am Außenring
- 21
- Führungslinie
- 22
- Führungslinie
- D
- Drehachse
- S11
- Schnittpunkt
- S12
- Schnittpunkt
