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Einrichtung zur Wärmeableitung an Spindellagerungen, insbesondere
an Bohr-und Fräswerken Die Erfindung richtet sich auf eine Einrichtung zur Wärmeableitung
an Spindellagerungen, insbesondere an Bohr- und Fräswerken, bei welcher die Hauptlager
in einer Gehäusebüchse angeordnet sind, die im Spindelstockgehäuse zentriert und
mittels eines Flansches und Schrauben mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Die Entwicklung im Werkzeugmaschinenbau und insbesondere der Bohr-
und Fräswerke zielt unter anderem auf immer höhere Arbeitsgenauigkeit hin. Eine
Schwierigkeit, die sich dem entgegenstellt, ist die Wärmeentwicklung der Spindellagerung
im Spindelstock und die damit verbundene Formänderung des Spindelstockgehäuses.
Bei der Erwärmung des Spindelstockgehäuses wächst dieses mit den Aufnahmebohrungen
der Arbeitsspindellagerung und verändert so den Abstand von der Ständerführungsbahn
zur Spindelmitte. Da die Wärmeentwicklung der Spindellager bei den verschiedenen
Drehzahlen unterschiedlich ist, ergibt sich auch eine veränderliche Spindelaclislage.
Die Fehler sind zwar klein, aber bei den steigenden Genauigkeitsanforderungen von
beachtlicher Bedeutung. Durch die im Zuge der Entwicklung von neuen Schneidstoffen
immer höher geforderten Spindeldrehzahlen vergrößert sich der Fehler, da eine höhere
Antriebsleistung - bei gleicher Arbeitsleistung an der Spindel - erforderlich wird,
denn die Verlustleistung in den Spindellagern wächst stark mit der Drehzahlerhöhung
und setzt sich völlig in Wärme um.
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Die schädlichen Wärmeeinflüsse, welche dme Bearbeitungsgenauigkeit
mindern, sind im Werkzeugmaschinenbau an sich bereits erkannt. Um eine schädliche
Einwirkung der Lagerwärme auf eine Spindelhülse zu vermeiden und die Verschiebbarkeit
der Spindelhülse in der Gehäusebohrung auch bei ununterbrochener längerer Laufzeit
der Bohrspindel zu gewährleisten, hat man bereits die zur Spindelhülse abfließende
Wärme durch entsprechende Ausbildung und künstliche Belüftung der Bohrspindelhülse
zu beseitigen versucht und hat hierzu zwischen der Bohrspindelhülse und dem umgebenden
Gehäuse neben verhältnismäßig schmalen Führungen Luftspalte belassen, die der künstlichen
Belüftung dienen. Den schädlichen Wärmefluß vom Bohrspindelstock zu dessen Träger
hat man durch Teilung und Wärmedämmung zu hemmen versucht. Man hat auch bereits
das ganze Gestell einer Werkzeugmaschine mit einer wärmeisolierenden Ummantelung
versehen, um schädliche Wärmeeinwirkungen von außen zu vermeiden. Schließlich ist
es auch bekannt, Wärmeeinwirkungen, die durch künstliche Kühlung oder erzwungene
Lüftung oder durch die abzukühlenden Maschinenteile durchfließende Gase oder Flüssigkeiten
nicht zu vermeiden waren, durch Anordnung unausdchnbarer Glieder zu beheben und
an diesen den Spindelkopf unabhängig von dem ihn sonst tragenden Maschinenkörper
zu befestigen.
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Es ist auch bereits eine Kühlvorrichtung für die Lagerung rasch laufender
heißer Wellen, wie es z. B. die Propellerwellen von Saugzuggebläsen für die Förderung
heißer Feuerungsabgase sind, bekannt, bei der die heiße Welle durch wärmestauende
Isoliermuffen gegen die Lager isoliert und die Berührungsfläche zwischen der Welle
und den Isoliermuffen durch Nuten am Innenumfang der Isoliermuffe verkleinert ist
und die Berührungsfläche zwischen den Isoliermuffen und den Lagern durch Anbringung
von Längsnuten ebenfalls verkleinert ist, wobei durch die Längskanäle ständig Öl
strömt, welches die Innenringe der Lager umspült. Die hier zu lösende Aufgabe ist
eine andere, denn bei rasch laufenden heißen Wellen kommt es darauf an, ein Heißlaufen
der Lager zu vermeiden.
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Weiterhin ist es bereits bekanntgeworden, die Berührungsflächen zwischen
Spindelstoek und Träger einer Bohrmaschine als um die Befestigungsschrauben herum
verlaufende Ringflächen auszubilden, um den Wärmeübergang zwischen Spindelstock
und Träger möglichst klein zu halten.
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Diese im Werkzeugmaschinenbau vorbekannten Maßnahmen zur Verhinderung
schädlicher Wärmeeinflüsse sind, was die Spindellagerung anbetrifft, unzureichend
und viel zu kompliziert.
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Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Lagerwärme
auf ein Minimum zu reduzierjn
und nicht auf das Spindelstockgehäuse
zu übertragen und schädliche Wärmeeinwirkungen auf die Spindelachslage zu vermeiden.
Die genaue Lage der Spindelachse soll auch bei anhaltend hohen Drehz#-,hlen gewährleistet
sein.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Flanschanlagefläche
der Gehäusebuchse durch an sich bekannte, zwischen den Befestigungsschrauben vorhandene
Aussparungen bis auf in unmittelbarer Nähe der Schrauben verbleibende Anschraubflächen
verkleinert ist und der in das Spindelstockgehäuse hineinragende Teil der Gehäusebüchse
Abstand sowohl gegenüber der gelagerten Spindel oder SpindelhüIse als auch gegenüber
dem Spindelstockgehäuse aufweist und von einem ihm zugeführten Kühlmittel, vorzugsweise
Öl, umströmt wird.
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Hierdurch werden einerseits die Wärmeübergangsstellen zwischen dem
Flansch derGehäusebüchse und dem Spindelstockgehäuse auf ein Minimum reduziert,
und andererseits wird die auf die Gehäusebüchse übergehende Lagerwärme stetig abgeführt.
Dadurch ist ein stark verringerter Wärmeübergang zum Spindelstockgehäuse gegeben,
der sich nicht mehr nachteilig auf die Genauigkeit der Spi:ndellagerung auswirkt.
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Zur Verbesserung der von innen her erfolgenden Wärmeableitung ist
erfindungsgemäß der Innenteil der Gehäusebüchse an seinem Umfang mit radialen Kühlrippen
versehen, und diese sind durch eine längs der oberen Scheitellinie verlaufende und
an den Enden geschlossene Rinne unterbrochen. aus welcher das der Rinne zugeführte
Öl überläuft.
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Eine aus Kunststoff bestehende Hülse ist vorteilhaft in dem Zwischenraum
zwischen dem Spindelstockgehäuse und dem Innenteil der Gehäusebüchse abständig zu
beiden angeordnet, und ein Rohr für die Zuführung des Kühlmittels ist von oben durch
die Hülse hindurchgeführt, so daß verhindert wird, daß das den Innenteil umspülende
erwärmte Öl direkt mit der Lagerzone des Spi,ndelstockgehäuses in Berührung
kommt. Deshalb geht praktisch keine nennenswerte Lagerwärme auf den Spindelstock
über, da sie bereits im Entstehen abgeführt wird.
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Zweckmäßig wird die Wärmeableitung von innen durch eine solche von
außen unterstützt, wozu erfindungsgemäß der vordere aus dem Spindelstock vorragende
Teil der Gehäusebüchse mit Kühlrippen, insbesondere radialen Kühlrippen, versehen
ist.
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Um eine möglichst gute Wärmeableitung durch beide Maßnahmen zu erzielen,
sind die vorderen Hauptlager der Spindel innerhalb des luftgekühlten vorragenden
Teiles der Gehäusebüchse und vor deren ölgekühlter Zone angeordnet.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt, und zwar zeigt F i g. I die vordere Spindellagerung im Schnitt in Richtung
1-I der F i g. 2 und F i g. 2 die Gehäusebüchse im Schnitt in Richtung II-II der
F i g. I .
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Die Spindel 1 ist in der Spindelhülse 2 axial verschieblich geführt
und diese mittels der Hauptlager 3 in der Gehäusebüchse 4 gelagert. Die Gehäusebüchse
besitzt einen Zentrierring 5 und ist mittels der Schrauben 6 mit ihrer Flanschanlagefläche
an der Planfläche 7 des Spindelstockgehäuses 8 befestigt. Die Gehäusebüchse besteht
aus dem vorderen, aus dem Spindelstock vorragenden Teil oder Flansch 4 a
und dem frei in den Spindelstock 8 hineinragenden Innenteil 4 b. Der vorragende
Teil 4 a der Gehäusebüchse ist an seinem Umfang mit radialen Kühlrippen 9 und der
Innenteil 4 b mit ebenfalls radialen Kühlrippen 10 versehen. Längs der oberen
Scheitellinie des Innenteils 4 b verläuft die ölüberlaufrinne 11,
die auf der linken Seite der F i g. 1 durch den Zentrierring 5 und auf der rechten
Seite durch eine umlaufende Rippe 10a abgeschlossen wird. Der überlaufrinne 11 wird
das zur Kühlung dienende Öl durch das Rohr 12 in stetem Kreislauf zugeführt, wie
es durch die beiden Pfeile 13 angedeutet ist. In dem Zwischenraum zwischen dem Innenteil
4 b und der Lagerzone des Spindelstockgehäuses befindet sich im Abstand zu beiden
eine schlecht wärmeleitende Hülse 14, die vorzugsweise aus Kunststoff besteht,
durch die das Rohr 12 hindurchgeführt ist. Diese Hülse verhindert, daß das erwärmte
Öl direkt mit der Lagerzone des Gehäuses in Berührung kommt. Vielmehr fließt das
erwärmte Öl, wie es der untere Pfeil 13 anzeigt, direkt aus der Hülse
14 ab. Der hintere Teil der sonst aus Stahl bestehenden Gehäusebüchse 4 kann
auch durch eine eingesetzte Leichtmetallbüchse gebildet werden, wodurch sich eine
Intensivierung der Wärmeableitung ergibt.
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Die Lagerwärme wird durch die durch die Kühlrippen 9 und
10 bedingten großen Oberflächen direkt in die Außenluft bzw. in das Kühlöl
übergehen. Hierzu ist das Vorderteil 4 a der Gehäusebüchse in den durch die Pfeile
angezeigten natürlichen Luftstrom 15 verlegt. Die Anlagefläche des Flansches an
der Planfläche 7 des Gehäuses 8 ist durch die Kreisringaussehnitte 16 auf
in unmittelbarer Nähe der Befestigungsschrauben 6 verbleibende Anlage- oder Anschraubflächen
17 verkleinert, wodurch sich ein stark verringerter Wärmeübergang auf das Spindelstockgehäuse
ergibt.
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Alle Maßnahmen, nämlich die Verringerung der Anschraubfläche. die
Ausbildung des Außen- und Innenteiles der Gehäusebüchse und deren Kühlung sind entscheidend
für die stark verringerte Aufheizung der Gehäusezone um die Hauptlagerung herum.
Die Starrheit des Lagersystems ist infolge der massiven Ausbildung der Gehäusebüchse
in keiner Weise beeinträchtigt.