DE1049192B - Lagerung fuer Arbeitsspindeln - Google Patents

Description

DEUTSCHES

An Arbeitsmaschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen für Metallbearbeitung, ist es oft notwendig, eine Spindel sehr genau parallel oder winklig zu anderen Teilen der Maschine zu lagern. So muß z. B. die Spindel einer Drehbank parallel zur Führung des Bettsdhilittens liegen, damit die bei der Längsbewegung des Schlittens gedrehten Werkstücke Zylinder und nicht Kegel werden.

Mit den üblichen Herstellungsverfahren lassen sich die Maschinengestelle in der Regel nicht so genau bearbeiten, wie es nötig wäre. Bei vielen Maschinen besteht das Gestell aus mehreren Einzelteilen, z. B. Spindelkasten, Lagerkörbe, Bett, Konsolen u. dgl. Sie alle sind mit Fehlern behaftet, die sich addieren und zu denen noch Richtungsfehler beim Zusammenbau treten können. Deshalb muß bei fast allen derartigen Maschinen beim Zusammenbau die Arbeitsspindel zu den Führungen ausgerichtet (justiert) werden oder umgekehrt die Führungen zur Spindel, wozu meist schon in der Konstruktion bestimmte Vorkehrungen getroffen sind.

An Maschinen, deren Führungen ihrerseits aus mehreren Flächen zusammengesetzt sind, die zueinander bestimmte Lagen haben müssen, justiert oder verstellt man im allgemeinen nur die Spindel bzw. die diese tragenden Lager oder Gestellteile, nachdem die Führungsflächen fertiggestellt sind. Bei den meisten bekannten Ausrichteverfahren arbeitet man ein oder mehrere Teile des Gestells nach, nachdem durch einen Arbeitsversuch Größe und Richtung des Gesamtfefolers festgestellt sind. So wird z. B. bei einer Drehbank die Auflagefläche des Spindelkastens auf dem Bett nachgeschabt, nachdem man durch Probedrehen ermittelt hat, in welcher Richtung und um welchen Betrag eine Veränderung nötig ist. Dazu braucht man geschickte und zuverlässige Facharbeiter. Oft führt erst eine mehrmalige Nacharbeit zum Ziel, was mit dem jedesmaligen Auf- und Abschrauben und Probedrehen zusammen sehr viel teure Arbeitszeit beansprucht.

Deshalb ist auch schon versucht worden, das Ausrichten ohne Nacharbeit mittels verstellbarer Bauteile zu erreichen. Das ist deshalb nicht leicht, weil im Endzustande alle Teile sehr fest und starr miteinander verbunden sein müssen, damit weder ungewollte Verschiebungen noch Schwingungen möglich sind. So werden z. B. nach einem Vorschlag als Spindellager solche mit absichtlich exzentrischen Außenringen verwendet, die bei verschiedener Winkelstellung im Gehäuse der Spindel verschiedene Richtungen geben. Dieses Mittel hat jedoch verschiedene Mängel, vor allem den, daß in dem betreffenden Lager die Spindelachse nicht beliebig, sondern nur auf einer Kreislinie verstellt werden kann. Auch die Verwendung von Lagerung für Arbeitsspindeln

Anmelder r

Fa. A. Monforts, M. Gladbach, Erftstraße

Fritz Deuring, M. Gladbach,

und Dipl.-Ing. Karl Deuring, Düsseldorf,

sind als Erfinder genannt worden

Wälzlagern mit balligen Scheiben befriedigt im vorliegenden Falle nicht; denn diese Lager sind wohl winkelbeweglich, aber für eine feste Einstellung in einem bestimmten Winkel nicht geeignet.

Die Erfindung gibt eine Ausführung von Tragkörpern für die Lager der Arbeitsspindel (Lagerkörbe) an, die für alle Arten von Arbeitsspindeln mit

^Z5 beliebiger Lagerzahl sowie beliebiger Art und Anordnung der Lager anwendbar und leicht herstellbar ist, innerhalb praktisch ausreichender Grenzen sehr bequem eine beliebige Richtungsänderung der Spindel nach, dem Einbau in das Gestell gestattet und im End-

3« zustande eine hervorragend starre, unnachgiebige Verbindung der Tragkörper mit dem Gestell ergibt. Der. Grundgedanke besteht darin, daß jeder Tragkörper (Lagerkorb) im Gestell mit einer eigenen Kugelfläche an einer entsprechenden Kugelfläche des Gestells anliegt, derart, daß die Kugelflächen aller Tragkörper einen einzigen gemeinsamen, auf der Spindelachse liegenden Mittelpunkt haben. Jeder Tragkörper wird durch einen Kranz von parallel zur Spindel innerhalb der betreffenden Kugelzone liegenden Befestigungsschrauben mit dem Gestell verbunden. Diese Schrauben haben wie üblich, in ihren Durchgangslöchern etwas Luft, so daß bei nicht fest angezogenen Schrauben alle Tragkörper ein wenig quer beweglich sind und zusammen mit der Spindel eine

4-5 Schwenkbewegung in beliebiger Richtung um den gemeinsamen Mittelpunkt der Kugelflächen ausführen können. Man kann also z. B. durah Stoßen- oder Drücken an einem möglichst weit vom Kugelmittelpunkt entfernten Teile der Spindel oder auch Tragkörper die Spindel mit allen Lagern und Tragkörpern zusammen ausrichten und dann durch Anziehen der Befestigungsschrauben festlegen, wobei die. satte Auflage der Tragkörper an den Kugelflächen des Gestells die notwendige starre Verbindung liefert. Ist die er-*

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reichte Stellung richtig, so kann man sie durch Verstiften der Tragkörper mit dem Gestell sichern.

Diejenigen Teile der Spindel, die vom Kugelmittelpunkt am weitesten entfernt sind, werden beim Verstellen die größte Querbewegung ausführen. Obwohl die Verschiebungen meist kleiner als die üblichen Toleranzen für die Achsabstände von Zahnrädern sein werden, wird man nach Möglichkeit den Kugelmittelpunkt nicht zu weit von den Hauptantriebsrädern auf der Spindel legen. Die Kugelflächen der Tragkörper, die weit vom Kugelmittelpunkt entfernt sind, werden sehr flach und daher zur Aufnahme von Querkräften weniger gut geeignet sein, während die Kugelfläche eines nahe dem Mittelpunkt liegenden Tragkörpers bis ganz oder mindestens nahe an den größten Kugeldurchmesser reichen kann, wodurch sie Querkräfte und Längskräfte gleich gut auf das Gestell zu übertragen vermag und der Tragkörper nach dem Anziehen der Befestigungsschrauben in jeder Richtung spielfrei und starr mit dem Gestell verbunden ist. Dies spricht dafür, den Kugelmittelpunkt nahe an das Hauptlager zu legen. Bei Werkzeugmaschinen für hohe Leistungen strebt man ohnehin danach, Hauptantriebsrad und Hauptlager möglichst dicht nebeneinanderzulegen, sodaß die beiden vorstehend ausgesprochenen Empfehlungen sich nicht widersprechen.

Die Herstellung der Kugelflächen an Tragkörpern und Gestell ist nicht schwierig, zumal es nicht nötig ist, dabei die Achse der Bearbeitungsmaschine genau zu den übrigen Flächen des Gestells auszurichten.

Die Zeichnung stellt zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dar, und zwar zeigt Fig. 1 eine zweifach gelagerte Spindel, bei der das Hauptlager große Kräfte aufzunehmen hat und dafür besonders starr mit dem Gehäuse verbunden sein muß,

Fig. 2 eine dreifach gelagerte Spindel, bei der der Hauptwert mehr darauf gelegt werden muß, daß das Antriebsrad beim Einstellen keine Querbewegung ausführt.

In Fig. 1 Hegt der Kugelmittelpunkt dicht beim vorderen (Haupt-)Lager in der äußeren Stirnebene seines Tragkörpers. Diese Anordnung ermöglicht gleichzeitig, die Spindel mit dem Hauptlager und dessen Tragkörper gemeinsam in das Gehäuse einzuführen bzw. aus diesem herauszunehmen. Als Querlager dienen zwei doppelreihige Rollenlager 1 und 2 in den Tragkörpern 3 und 4. Der vordere Tragkörper 3 enthält gleichzeitig die beiden Längskugellager 5 und 6, deren Lagerluft bzw. Vorspannung mittels der Mutter 7 eingestellt wird. Unmittelbar dahinter trägt die Spindel das Antriebsrad 8, wodurch sowohl die Gefahr von Drehschwingungen vermieden als auch die Querbewegungen des Rades beim Ausrichten gehalten werden.

Die Kugelflächen, deren Radien in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet sind, haben den gemeinsamen Mittelpunkt 0. Der vordere Tragkörper 3 wird durch eine Reihe von Schrauben .9 befestigt, die ihm einen in jeder Richtung starren, spielfreien Sitz im Gestell 11 geben. Der hintere Tragkörper 4 hat die Form eines Flänschlagers, das nur im Flansch getragen wird. Da Hier nur kleinere Kräfte auftreten, genügt die nach Anziehen der Schrauben 10 erzeugte Reibungskraft, um sie auf das Gestell zu übertragen. DieTragwirkutig kann, wie oben schon erwähnt, durch Verstiften des Tragkörpers mit dem Gestell nach dem Ausrichten noch unterstützt und gesichert werden.

Solange die Schrauben 9 und 10 nur leicht angezogen sind, kann man durch Klopfen oder Drücken gegen den äußeren Rand des Tragkörpers 4 oder auch gegen das linke Ende der Spindel oder sogar durch wechselseitiges Anziehen und Lockern der Schrauben 9 die Richtung der Spindel innerhalb ausreichender Grenzen ändern, da sich die Spindel mit ihrer ganzen Lagerung um den gemeinsamen Mittelpunkt 0 schwenken läßt. Nach dem Anziehen der Schrauben ist die erreichte Stellung gesichert. Zwischen Ausrichten und Prüfen braucht kein Teil ausgebaut zu werden, so daß

ίο auch für wiederholte Prüfungen nicht übermäßig viel Zeit verbraucht wird. Da die Verstellung am großen Hebelarm vorgenommen wird, ist sie sehr feinfühlig. Ungewollte Richtungsänderungen beim Anziehen der Schrauben können leicht vermieden werden, wenn zuerst die Schrauben 10 und danach die Schrauben 9 angezogen werden.

Im Beispiel Fig. 2 ist Gleitlagerung angenommen. Das mittlere Lager soll hauptsächlich die Antriebskräfte aufnehmen und liegt deshalb dicht neben dem Zahnrad 25. Der Kugelmittelpunkt 0 liegt in der Mitte des Zahnrades, das sich beim Einstellen der Spindel infolgedessen nur um diesen Punkt neigen, aber keine Querbewegung ausführen wird. Die praktisch in Betracht kommenden Richtungsänderungen sind stets so klein, daß sie sich auf den Eingriff und Lauf der Zahnräder nicht nachteilig auswirken können. In Fig. 2 ist angenommen, daß ebenso wie in Fig. 1 der Tragkörper des vorderen Hauptlagers 22 von außen in das Gestell eingeschoben wird. Deshalb bildet seine Anlagefläche ein Stück einer Hohlkugel. Man könnte ihn ebensogut von innen anschrauben, worauf er ungefähr ein Spiegelbild des linken Tragkörpers 24 würde.

So wie in Fig. 1 der vordere Tragkörper 3 sowohl das Hauptlager als auch die Längslager enthält, wäre es möglich, auch zwei weiter voneinander entfernte Lager in einem gemeinsamen Tragkörper unterzubringen. Zum Beispiel könnte man in Fig. 2 die beiden Tragkörper 23 and 24 durch ein rohrförmiges Zwischenstück starr miteinander verbinden, wenn dies aus irgendwelchen Gründen vorteilhaft erschiene. Macht man den Kugeldurohmesser bei 23 größer, so kann der gemeinsame Tragkörper ein so starrer Trichter werden, daß eine nochmalige Befestigung im Gestell beim hinteren Lager ganz überflüssig wird.

Ebenso kann es bei manchen Maschinenarten zweckmäßig sein, eine zweifache Lagerung ärmlich Fig. 1 so abzuwandeln, daß durch Vergrößerung des vorderen Kugeldurchmessers und Verkleinerung des Zahnraddurchmessers die Möglichkeit entsteht, die Tragkörper 3 und 4 zu einem Stück zu vereinigen, innerhalb' dessen mittlerem rohr- oder trichterförmigem Teil das Zahnrad liegt, während durch einen seitlichen Ausschnitt dieses Teiles das Gegenrad hineinragt. Dabei kann je nach den auftretenden Kräften und sonstigen Bedingungen die vordere Kugelfläche allein zum Tragen benutzt werden, die bei dem größeren Durchmesser ja auch eine größere tragende Länge bekommen kann, oder auch in der Nähe des hinteren Lagers noch eine beliebige zusätzliche Ab-Stützung angebracht werden. Es genügt auch, wenn wenigstens ein Lager in einem beweglichen und feststellbaren Tragkörper angebracht ist, wenn nämlich die übrigen Lager so gestaltet sind, daß ihre festen und beweglichen Teile sich in Kugelflächen berühren, deren Mittelpunkte mit dem Mittelpunkt der Kugelfläche des einen feststellbaren Tragkörpers zusammenfallen. Solche Lager sind z.B. Pendelkugellager und Schrägtonnenlager. Auch Gleitlager können mit kugelförmigen Gleitflächen ausgestattet werden. Es wird danach auch klar sein, daß außer den beschrie-

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benen noch weitere Abwandlungen des Erfindungsgedankens möglich sind. Die Erfindung läßt sich also den verschiedensten Bedingungen und konstruktiven Wünschen anpassen. Patentansprüche:

1. Lagerung einer Arbeitsspindel, insbesondere einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lager entweder in einem Tragkörper (Lagerkorb 3, 4, 22, 23, 24) angebracht ist, der im Gestell (Spindelkasten bzw. Gehäuse 11) an einer Kugelfläche anliegt oder seine gegeneinander bewegten Teile sich in einer Kugelfläche berühren, wobei die Kugelflächen aller Tragkörper bezw. Lager einen gemeinsamen, auf der Spindelachse liegenden Mittelpunkt (0) haben.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Lager in einem gemeinsamen Tragkörper angebracht sind.

3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragkörper durch parallel zur Spindel liegende Schrauben (9, 10) innerhalb der benutzten Kugelzone mit dem Gestell verbunden ist.

4. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Mittelpunkt aller Kugelflächen in der äußeren Stirnfläche eines der äußeren Tragkörper liegt.

5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Mittelpunkt aller Kugelflächen in der Mittelebene des auf der Spindel sitzenden Antriebsrades (25) liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
ten Bosch : »Berechnung der Maschinenelemente«, Springer-Verlag, 1951, S. 302, Abb. 2, und S. 304, Abb. 15 und 16.

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