DE1402924C3 - Lagerkühlung im Spindelkasten einer Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Lrfindung betrifft eine Lagerkühlung im Spindelkasten einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Line solche Lagerkühlung ist aus der LJS-PS 2 055 651 bekannt. Bei einer dort beschriebenen Ausführungsform sind die rohrförmigen Bauteile der Lager im durchströmten Gehäuse freiliegend so angeordnet, daß das Kühlmittel diese in nicht definierter Weise umströmt. Der Wärmetransport von den Lagern erfolgt daher mehr oder weniger willkürlich, und zwar unter Umständen zum Nachteil des Lagers mit der größten Wärmeentwicklung, so daß es bei diesem zu unerwünschten Erwärmungen kommen kann, die wiederum zur örtlich überhöhten Erwärmung der l.agerschikle führen. Durch eine solche Erwärmung wird die geometrische Lage des normalerweise am höchsten belasteten Arbeitsspindellagers verändert, so daß dadurch die Bearbeitungsgenauigkeit nicht mehr gewährleistet ist.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe, die gattungsgcmäße Lagerkühlung so zu gestalten, daß die Kühlung des bzw. der Lager mit Rücksicht auf Stellen großer Wärmeentwicklung, wie beispielsweise das Spindelhauptlager, erfolgt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale.

Durch die Bildung einer ringförmigen Kammer um das rohrförmige Bauteil eines Lagers ist das Umströmen senkrecht zur Achsrichtung des Lagers intensiviert und die Wärmeabfuhr verbessert. Durch das Einsetzen lies Temperaturfühlers in das rohrförmige Bauteil ties Lagers mit der größten Wärmeentwicklung ist zugleich die Berücksichtigung tier Temperatur tlieses Lagers gewährleistet und damit die Temperaturregelung feinfühliger geworden als im Falle der allgemein bekannten mittelbaren Temperaturmessung außerhalb tier Lagerung im Kühlmittel. Damit ist ein Entstehen von örtlichen Temperaturspitzen im Lagerschild weitgehend vermieden und von daher die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine gewährleistet.
U Nach-der GB-PS 54.9 619. ist csata-sich für die Kühlung eines Schneckengetriebes bekannt, einen Kühlluftstrdm durch Luttkiniilefil der Gehäusewand in dem die ίο Schnecke und ihre Lagerung aufnehmenden Gehäuseteil zu führen und ilen Kiihlluftsirom über weitere verrippte Gehäuseteile zu leiten. Die achsparallel zur Schnecke verlaufenden Kühlkanäle weisen zur Verbesserung des Wärmeübergangs ebenfalls Rippen auf. Die Külillufikanäle sind im wesentlichen mit Rücksicht auf die aus dem Geliäuseinnereii und über die Gehäusewandteile abzuführende Wärme längs tier Schneckenlagerung angeordnet.

In ilen Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der ao Erfindung an einem Arbeiisspindelkaslen eines Hochleistungs-llorizontal-Fräs- und Bohrwerkes dargestellt. Es zeigt

T' i g. I eine Seitenansicht eines Fräs- und Bohrwerkes. dessen Spindelkasten mit einer Kühlluft als Kühlmittel verwendenden Kühleinrichtung ausgestattet ist, I·" i g. 2 eine Stirnansicht gemäß F i g. 1,
F i g. J eine Draufsicht der Maschine,
F i g. 4 eine scheniatische Darstellung der Kühleinrichtung.

[■" i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der F i g. I in vergrößertem Maßstab.

I·' i n. b einen Schnitt entlang der Linie Vl-Vl der F , g. 5.

F i g. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VIl der I·" i g. 6 und

F i g. 8 eine scheniatische Darstellung der Kühlmittelführung für den Spindelstock einer mit einem Werkzeugkopf ausgestatteten Maschine.

Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Fräs- und Bohrwerk umfaßt einen Spindelkasten I, welcher an gegenüberliegenden Enden lagerschildartig gestaltet ist. Er ist senkrecht an einem Ständer 2 verschiebbar, der seinerseits von dem waagrechten Maschinenbett 3 getragen wird. Im Inneren des Spindelkastens I ist eine horizontale Arbeitsspindel 5 angeordnet (s. auch F i g. 5 bis 7), deren vorderes Ende in einem allgemein mit 6 bezeichneten Lager gelagert ist, wählend ihr hinteres Ende in einem weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Lager gelagert ist. Die Arbeitsspindel 5 wird durch einen Elektromotor 7 angetrieben, welcher am hinteren Ende des Spindelkastcns angeordnet und über ein nicht dargestelltes, im Inneren des Spindelkastcns 1 angeordnetes Getriebe mit der Spindel antriebsmäßig verbunden ist.

Es handelt sich um eine Hochleistungsmaschine, bei welcher die von den beweglichen Maschinenteilen, insbesondere dem vorderen Lager 6 und den Getriebezahnrädern sowie vom Motor abgegebenen Wärmemengen beträchtliche Werte erreichen, welche in den Teilen ties Spindelkastens, in denen sie angeordnet bzw. gelagert sind, zu starken 'Temperaturerhöhungen führen, die ihrerseits wiederum Wärmedehnungen zur Folge haben, welche sich ungünstig auf die Einhaltung der Arbeiisgenauigkeit der Maschine auswirken.
Das vordere Spindellager 6 ist in einer Kammer Il angeordnet, welche mit einem Frisehlult-Einlaßkanal 12 in Verbindung stein. Um ilen Wärmeaustausch zwischen dem Lager b urtl der Kühlluft zu erleichtern, ist

das Bauteil 6;) dieses Lagers, in welchem die Außenlaufringe der Kegelrollen 13 angeordnet sind, auf seiner Außenseite mit ringförmigen Rippen 14 versehen.

Die Kammer 11 steht ferner in Verbindung mit einem Auslaßkanal 16 für die erwärmte Luft, der sich über die ganze Länge des Spindelkastens erstreckt und am hinteren Ende desselben in die Außenluft mündet. Der Auslaßkanal 16 ist wärmeisoliert, damit die ihn durchströmende Luft nicht die Temperatur gewisser Teile des Spindelkastens erhöhen kann, welche kalter sind als die ausströmende Warmluft.

Die gesamte Kühlluft-Umwäl/anlage umfaßt: ein unten am Ständer 2 angeordnetes Kompressoraggregat 17, eine im Ständer 2 angeordnete Frischluftleitung 18, deren Einlaß mit dem Auslaß des Kompressoraggregates verbunden ist, sowie eine biegsame Leitung 19, welche das obere Ende der Frischluftleitung 18 über einen am hinteren Ende des Spindelkastens 1 angeordneten Verbindungskasten 21 mit dem Frischlufikanal 12 des Spindelkastens verbindet. ao

Der Kompressor 17 saugt die Luft durch einen Filter an und fördert sie durch die Leitung 18, die biegsame Leitung 19, den Verbindungskasten 21, den Frischluftkanal 12 in die im Inneren des Spindelkastens befindlichen Kühlkammern, /.B. die Kammer 11, wo sie sich erwärmt, worauf sie durch den Auslaßkanal 16 ins Freie tritt.

Beim Durchströmen des Hinlaßkanals 12 und der verschiedenen Kühlkammern nimmt die vom Kompressor geförderte Luft die im Inneren des Spindelkastens erzeugte Wurme auf.. '■'·-.

Um die Temperatur im Inneren des Spindelkastens auf einem im wesentlichen gleichbleibenden und der Temperatur der Umgebungsluft angenäherten Wert zu halten, ist eine automatische Regeleinrichtung vorgeschen. Diese Einrichtung umfaßt einen an der heißesten Stelle der Maschine, nämlich am vorderen Spindellager 6, angeordneten Temperaturfühler 24, der durch ein Kapillarrohr 25 mit einem Thermostaten 26 verbunden ist. Letzterer steuert mittels eines geeigneten Servomotors 27 ein im Frischluft-Einlaßkanal 12 angeordnetes Regclorgan 28, welches den Kühlluftdurchsatz regelt (s. F i g. 4). Ein mit dem Temperaturfühler 24 verbundenes Thermometer 31 ermöglicht die visuelle Überwachung der Betriebstemperatur des Lagers. In dem Schema der F i g. 4 ist ein Ventil 32 dargestellt, welches dazu bestimmt ist, den Kühllul'tdruck auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Zwischen diesem Ventil und dem Thermostaten 26 ist ein Luftfilter 33 angeordnet.

Der die Arbeitsspindel antreibende Motor 7 oder der den Vorschub bewirkende Motor 35 können durch den gleichen Kühllul'tumlauf gekühlt werden. Sie können' dabei im Inneren des Spindelkastens in Kühlluftkammern oder aber auch außen am Spindelstock angeordnet sein, wobei sie im letzteren Falle von Gehäusen umgeben sind, welche von der Kühlluft durchströmte Kammern bilden.

In F i g. 8 ist schcmatisch ein Teil eines Werkzeugkopfes 36 dargestellt, welcher an der Stirnseite des Spindelkastens 1 befestigt ist und ebenfalls eine umlaufende Arbeits- oder Werkzeugspindel sowie gegebenenfalls weitere, in der Zeichnung nicht dargestellte, bewegliche Teile aufweist. Um diesen Werkzeugkopf an die bereits vorhandene Luftkühlung des Spindelkastens anzuschließen, sind im Inneren des Werkzeugkopfes Kühlluftkammern 37 angeordnet. Außerdem sind die aneinander anliegenden Wände des Werkzeugkopfes und des Spindelkastens mit einander gegenüberliegenden Öffnungen 38 bzw. 39 versehen, welche jeweils mit dem Frischluft-Einlaßkanal 12 bzw. dem Auslaßkanal 16 für die erwärmte Luft verbunden sind. Die Kühlluft durchströmt somit gleichzeitig den Werkzeugkopf 36 und den Spindelkasten 1.

Wenn der Werkzeugkopf 36 nicht am Spindelkasten angebracht ist. werden die Öffnungen 38 mit Deckeln geschlossen, welche in für diesen Zweck vorgesehene Aussparungen 40 eingesetzt werden. Damit wird bei einem Betrieb des Spindelstockes ohne Werkzeugkopf verhindert, daß die Kühlluft an einer Stelle austritt, welche vor dem Ende der Kühlluftführung des Spindelkastens liegt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lagerkühlung im Spindelkasten einer Werkzeugmaschine, dessen Lagerschilde jeweils als dichtes, von dem Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufes, und /war mittels Temperaturfühlers in regelbarer Weise, durchsirömtes Gehäuse ausgebildet sind, wobei /wischen den beiden Begrenzungswänden jedes Lagerschildes zur Aufnahme der Wälzlager der Arbeitsspindel sowie der Getriebewcllen rohrl'örmige bauteile vorgesehen sind, die vom Kühlmittel senkrecht zu den Achsrichtungen der Lager umströmt sind, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h net. daIJ rolirl'örmige Bauteile (6;i) von Lagern mit erheblicher Wärmeentwicklung eine sie ringförmig umschließende und im Kühlmittelkreislauf liegende Kammer (II) sowie außen Kühlrippen (14) aufweisen, wobei tier Temperaturfühler (24) in das rohrl'örmige Bauteil (6;)) des Lagers (13) mit der größten Wärmeentwicklung eingesetzt ist.

2. Lagerkühlung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das rolirl'örmige Bauteil (6;;) in einem mittleren, die Kühlrippen (14) tragenden, zwischen den Lagern liegenden Abschnitt einen gegenüber den die Außenringe der Lager (13) aufnehmenden Endabschnilt verminderten Durchmesser aufweist derart, daß die Innenumfangsfläehe des rohrförmigen Bauteils in geringem Abstand von dem zugeordneten Spitidelteil liegt.