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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlagerung des Einspannplattenkörpers
einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Karusselldrehbank, die aus einer Radial-
und einer Axiallagerung besteht, welche vier Rollbahnen aufweist, die an drei gesonderten
Ringteilen ausgebildet sind, von denen der in der Mitte liegende Ringteil am Maschinenkörper
befestigt ist.
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Derartige Lagerungen sind bisher in mehreren charakteristischen Ausführungen
bekannt. Bei einer Ausführungsart liegt die Platte mit ihrem großen Umfang auf einem
großen Axialkugellager auf, das mit einem zweiten, kleineren Axiallager, das eine
relativ hohe Vorspannung aufweist, kombiniert ist. Dieses eindeutig bestimmte System
nimmt die Axialkräfte auf und überträgt sie direkt in das Gehäuse. Die radialen
Kräfte werden durch ein Rollenlager übertragen. Derartige Rollenlager werden vorteilhaft
mit einer kegeligen Öffnung des Innenringes ausgeführt, womit das Lagerspiel durch
Ausdehnung des Innenringes voll ausgeglichen werden kann. Ein besonderer Vorteil
dieser Ausführungsart ist die unwesentliche Federung sowohl in der Axialrichtung
als auch in der Radialrichtung. Nachteilig ist hier jedoch die starke Vorspannung
des kleineren Axiallagers, welche durch die schwankenden Größen, Richtungen und
Lagen der Schnittwiderstände bei der Bearbeitung des in der Platte eingespannten
Werkstückes stark schwankt. Aus diesem Grunde muß - um eine starke Lagerung auch
unter den schwierigsten Bedingungen zu erreichen - die Vorspannung des Lagers sehr
hoch gewählt werden, abgesehen davon, daß die Kontaktdrücke der zwei Kugellager
sehr hoch sind. Diese Konstruktionen können hohen Beanspruchungen in der Querrichtung,
die bei der Bearbeitung hoch über der Planscheibe befindlicher Werkstückflächen
als Kippmomente auf die Einspannplatte einwirken, nicht entsprechen. Unterschiedliche
Durchmesser der Axiallagerung mit einem kleineren vorgespannten Axiallager haben
eine ungleichmäßige Verteilung der Belastung auf die beiden Axiallager zur Folge.
Das kleinere Axiallager übernimmt keinesfalls die gleiche Belastung wie das obere
größere Axiallager. Dadurch wird sowohl die Lebensdauer als auch die Steifheit dieser
Axiallagerung erniedrigt. Bei dieser Art der Lagerung treten immer Schwierigkeiten
auf, wenn die Kippmomente den Einfluß des Eigengewichtes des zu bearbeitenden Werkstückes
sowie der senkrechten Komponente der Schnittkraft überwiegen.
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Eine andere Ausführung der Lagerung, die bei Einspannplatten mit Haupt-
oder Königszapfen üblich ist, ist jene in Kegelrollenlagern. Diese Ausführungsart
verträgt hohe Belastungen durch Radialkräfte, jedoch ist hier die axiale Belastbarkeit
stark begrenzt. Diese kann zwar durch Vergrößerung des Berührungswinkels erhöht
werden, jedoch nur auf Kosten der radialen Belastbarkeit. Hier entsteht infolge
des in dem Lager notwendigen Spiels eine hohe Spannung an der Führungsfläche der
Absetzung des Plattenhauptzapfens, welche vor allem bei der Bearbeitung ausgesprochen
schwerer Werkstücke zur Abnützung führt. Auch mit Rücksicht auf das Umfangsschlagen
sind die hier verwandten Kegelrollenlager nachteilig, da es sehr schwierig ist,
diese in engen Toleranzen herzustellen.
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Eine weitere typische Ausführungsart einer Einspannplattenlagerung
ist jene in Kugellagern mit schrägwinkliger Berührung, die für Lagerungen empfohlen
werden, die hohen Radialkräften ausgesetzt sind. Aus diesem Grunde werden sie ohne
Spiel eingebaut, was bei einem langen Hauptzapfen mit axialem Abstützlager eine
Empfindlichkeit gegen Temperaturänderungen hervorruft. Sie sind deshalb ungeeignet
für Maschinen, die mit hohen Schnittdrücken arbeiten. Es gibt jedoch auch Ausführungsarten,
bei denen die Axialkräfte des einen Richtungssinnes durch ein Kugellager großen
Durchmessers schrägwinkliger Berührung, das durch einen von der Unterseite des Maschinengehäuses
angeschraubten Flansch zentriert wird, aufgenommen werden, während die Axialkräfte
der entgegengesetzten Richtung durch ein Axiallager aufgenommen werden, welches
durch eine Mutter auf dem Plattenzapfen vorgespannt wird und welches sich gegen
den Flansch abstützt. Bei dieser Ausführungsart liegt außer der erwähnten Wärmeempfindlichkeit
und der daraus folgenden Nichtbrauchbarkeit für Maschinen für die Bearbeitung schwerer
Werkstücke noch der Nachteil vor, daß der erwähnte Flansch an das Maschinengehäuse
von unten angeschraubt werden muß, was die Ausführung von Zutrittsöffnungen sowohl
im Gehäuse selbst als auch in dem Fundament der Maschine voraussetzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Maschinen
zu vermeiden und die Lagerung der drehbaren Einspannplatte so auszubilden, daß eine
starre Führung und ein eindeutig bestimmtes System gewährleistet sind, welches die
Vorteile einer gleichen Belastung und Beanspruchung der Lager erreicht, um eine
große Tragfähigkeit bei hoher Unempfindlichkeit gegen Kippmomente bei leichtem Einbau
ohne Notwendigkeit des Zutritts vom Innern der Maschine zu erzielen.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß alle vier Rollbahnen gleichen
Durchmesser aufweisen, daß die Rollkörper Kegelrollen sind und daß von den vier
Rollbahnen zwei symmetrisch zur Mittelebene des mittleren Ringteils liegende Rollbahnen
parallele horizontale Flächen aufweisen.
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Die Rollbahnen der Axiallagerung der Erfindung nehmen immer die gleiche
Belastung und Beanspruchung auf, so daß diese Lagerung relativ größere Belastungen
als die bekannten Vorrichtungen ertragen kann. Dieser Vorzug spielt eine wichtige
Rolle, namentlich in den Fällen, wenn die Kippmomente den Einfluß des Eigengewichtes
des zu bearbeitenden Werkstückes sowie der senkrechten Komponente der Schnittkraft
überwiegen. Mit der Verwendung der Axiallagerung der Erfindung können die Rollbahnen
mit relativ kleinerem Durchmesser durchgeführt werden, wodurch die ganze Axiallagerung
einen kleineren Raum einnimmt. Die Benutzung von Kegelrollen oder Walzen in solcher
Axiallagerung wird nicht nur die Tragfähigkeit, sondern auch die Steifheit der Lagerung
im Vergleich mit den bekannten Konstruktionen erhöhen.
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In den F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist ein praktisches Ausführungsbeispiel
bei der Verwendung in einer Einspannplatte einer senkrechten Karusselldrehbank dargestellt.
Hierbei stellt F i g. 1 den Längsschnitt durch die Wälzlagerung der Einspannplatte
und F i g. 2 einen teilweisen Schnitt durch eine andere Ausführungsart der Einspannplatte
dar.
Die eigentliche Einspannplatte 1 ist zum Rotationskörper 2
angeschlossen, in dessen Öffnung der Außenring des Wälzlagers 3 befestigt ist, dessen
Innenring eine kegelförmige Bohrung aufweist. Dieses Lager 3 dient zur genauen Radialführung
der Platte, denn durch Aufziehen des Innenringes auf den Kegel der Zentriersäule
4 mittels des Deckels 5 können dessen sämtliche Radialspiele ausgeschieden werden.
Dieser Deckel 5, der mittels der Öffnung 6 in der Einspannplatte 1 zugänglich ist,
wird zur Stirnseite der Säule 4 mittels Schrauben befestigt, die in F i g. 1 der
Zeichnung nur durch die Achsen 7 angedeutet sind und die gegebenenfalls mit Abdrückschrauben
abwechseln. Der Außenring dieses Lagers ist in dem Körper 2 der Platte 1 teils durch
Absetzen der Öffnung, teils durch einen elastischen Sicherungsring gesichert.
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Der Außendurchmesser des Körpers 2 der Platte 1 ist mehrmals abgesetzt,
und an dem größten Durchmesser ist der Kranz 9 mit der Verzahnung 10 gelagert, in
welcher das in der Zeichnung nicht dargestellte, die Einspannplatte 1 antreibende
Ritzel eingreift. Der Zahnkranz 9 ist zur Platte 1 mittels der durch die Achsen
11 angedeuteten Schrauben befestigt. Am Körper 2 sind weiter die Außenringe 12 und
13 des doppelten Axiallagers einer besonderen, jedoch einfachen Konstruktion zentrisch
gelagert, dessen kegelige Rollkörper 14 teils an den Außenbahnen 12', 13' der Ringe
12 und 13, die gleichzeitig deren Radialführung gewährleisten, teils an den Innenbahnen
15',15", die durch die Parallelflächen des mittleren, d. h. des Außenringes 15 gebildet
werden, abrollen. Der Ring 13 dieses beiderseitigen Axialkegelrollenlagers wird
durch den Kranz 16 mit dem Paßring 17 gehalten, der gegebenenfalls durch teilweise
Unterlagscheiben ersetzt werden wird, die zum Körper 2 mittels Schrauben befestigt
werden, die in der Zeichnung durch die Achsen 18 angedeutet sind. Durch Überschleifung
des Paßringes bzw. der diesen ersetzenden Unterlagscheiben ist es möglich, die notwendige
Vorspannung dieses Lagers zu erzielen.
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Der Innenring 15 des beiderseitigen Axialkegelrollenlagers wird in
dem Gehäuse 19 der Maschine zentriert und zu diesem mittels des abgesetzten Kranzes
20 angezogen.
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Eine andere Ausführungsart des beiderseitigen Axiallagers des gleichen
Typs ist in F i g. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführung haben die Außenringe gegenüber
der Ausführung nach F i g. 1 einen rechteckigen Querschnitt, d. h., die äußeren
Rollbahnen 12' und 13' werden durch zueinander parallele Flächen gebildet, wogegen
bei der Ausführung gemäß F i g. 1 die Rollbahnen 15' und 15" zueinander parallel
sind. Bei der Verwendung besonders geführter Rollen anstatt der Kegelrollen 14 stehen
allerdings alle vier Rollbahnen, d. h. 12', 14', 15' und 15", zueinander parallel.
Bei der Ausführung gemäß F i g. 2 wird der Innenring 15 am festen Maschinengehäuse
19 durch den Innendurchmesser gehalten, wogegen bei jener gemäß F i g. 1 dies durch
den Außendurchmesser erfolgt.
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Die ganze Lagerung bildet eine Montageeinheit, die auf dem Körper
2 zusammengebaut und so in das Gehäuse 19 der Maschine eingesetzt wird. Hierauf
wird der abgesetzte Kranz 20 angelegt, der durch seine Absetzung den Innenring 15
des beiderseitigen Axiallagers zum Gehäuse 19 anzieht, zu welchem derselbe mittels
der angedeuteten Schrauben 21 angezogen wird. Der Deckel 5 wird derart angezogen,
daß das Spiel in dem Radiallager 3 ausgeschieden wird; hierauf wird die Einspannplatte
1 mit dem angeschraubten Zahnkranz 9 aufgesetzt und zum Körper 2 angezogen.
Dadurch ist die gesamte Montage beendet.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lagerung beruhen teils in der Konstruktion,
teils in deren Montage und Instandhaltung. Die Konstruktion der Lagerung entspricht
den Betriebsbedingungen, denen die Lagerung der drehbaren Einspannplatte ausgesetzt
ist. Vor allem entspricht sie voll den Bedingungen für die Bearbeitung schwerer
Werkstücke, denn die großen Schnittwiderstände, die hohen Kippmomente und das hohe
Gewicht der Werkstücke werden durch das beiderseitige Axiallager mit hoher axialer
Tragfähigkeit aufgenommen. Die Belastung einzelner Rollkörper ist somit günstiger,
wodurch eine mehrfache Starrheit und Genauigkeit der Lagerung erzielt wird. Der
Vorteil der eigentlichen Lagerkonstruktion geht schon aus der Ausführung des mittleren
Ringes 15 hervor, dessen rechteckiger Querschnitt ein leichtes Überschleifen der
Rollbahnen für das Abrollen der kegeligen Rollkörper 14 ermöglicht. In der Ausführung
gemäß F i g. 2 ist dieser Vorteil auf die beiden Außenringe 12 und 13 konzentriert.
Es ist naheliegend, daß es möglich ist, das beiderseitige Axiallager als Kugellager
bzw. mit Spezialrollen auszuführen. Auch kann man die Ausführung wählen, bei welcher
der Innenring an seinem Innendurchmesser befestigt ist. Das Radiallager 3 ist mittels
des beiderseitigen Axiallagers vor dem ungünstigen Einfluß der bei der Bearbeitung
entstehenden Kippmomente geschützt, wodurch seine lange Lebensdauer gewährleistet
ist. Es genügt, das Axiallager relativ nur mäßig vorzuspannen durch das Nachpassen
der Beilage 17, wie bereits erwähnt.
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Die Vereinigung beider Lager stellt ein eindeutig bestimmtes System
dar, bei welchem jedes Lager des Lagerpaares eine selbständige Funktion erfüllt.
Es ist deshalb auch möglich, die ganze Lagerung gemäß den Betriebsbedingungen, denen
die Maschine und insbesondere die drehbare Einspannplatte ausgesetzt sind, genau
zu berechnen.