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F 1 u i d 1 a g e r Die Erfindung bezieht sich
auf Fluidlager, insbesondere je-
doch auf eine verbesserte Fluidlagerung,
welche zur Lagerung einer sich drehenden Spindel einer Werkzeugmaschine oder,der
Spindel irgendeiner anderen Vorrichtung verwendet werden kann, bei der Drehzahlen
in der Größenordnung von 12 000 bis 24 000 Umdrehungen je Minute und
darüber erforderlich sind und bei der für Axialschub'Sorge zu tragen ist. Bei einer
besonderen Anwendung der Erfindung wird eine Fluidlagerung verwendetg bei der die
Schneidkopfwerkzeugepindel einer Bearbeitungem aschine bezw. Vorlage-Schneidmaschine
mittele eines Druckluftfilme gelagert werden kanng welcher zwischen den Lagerflächen
aufrecht erhalten wirdv wodurch die Reibunge*rärluste reduziert werden, so daß hohe
Drehzahlen der Spindel unter Bearbeitungebedingungen erzielt werden können,
Gemäß
der Erfindung besteht eine Fluidlagerung für eine sich drehende Spindel aus wenigstens
zwei auf der Spindel angdordneten Fluidlagernt die je eine feste, einen geringen
Abstand zur Spindel aufweisende Buchse und ein nahe einem Ende der Spindel mit geringem
Abstand zu einem benachbarten Abschnitt oder Abschnitten der Spindel oder darauf
befestigten Teilen angeordnetesq Axiallagerteil aufweistg wobei jede Buchse und
das Axiallagerteil mit wenigstens einer Öffnung versehen ist# die an eine Druckmittelzufuhrleitung
angeschlossen ist, so daß bei sich drehender Spindel jeweile zwischen den Buchsen
und den Fluidlagern und zwischen dem Axiallagerteil und der benachbarteng sich drehenden
Fläche oder Flächen ein Druckmittelfilm zur Lagerung der Spindel gebildet wird.
Bei den Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandest die nachfolgend beschrieben
werden solleng wird Druckluft als zugeführtes Druckmedium verwendetg wobei es jedoch
bei einigen Arten von Bohr- oder Schneidvorgängen zweckmäßiger sein kann, ein anderes
Druckmediumg entweder ein ganförmiges, wie beispielsweise ein inextes Gas oder ein
flüseigesq wie beispielsweise Wasser oder Öl zu verwenden. Die Wahl des unter
Druck stehenden Mediums hängt von den Faktoren, die bei den besonderen Bohr- oder
Schneidvorgängen auftreten un d von der be-@onderen Konstruktion dea Bohr- oder
Schneidgerätee selbst ab, Zum benseren Verständnis der Erfindung sollen nunmehr
zwei AuefUhrungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen
beschrieben werdeng in welchen gleiche oder äquivalente Teile mit gleichen Bezugsziffern
versehen sind» Es zeigeni
Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform eines Bearbeitungskopfes, bei dem eine erfindungsgemäße
Lagerung verwirklicht ist; und Fig. 2 einen Längsschnitt ähnlich der Fig.
1 einer bevorzugten Ausführungsform eines Bearbeitungskopfes mit der Fluidlagerung.
Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Der Bearbeitungskopf weis' ein
Gehäuse aufg welches aus zwei im wesentlichen zylindrischen Gehäuseteilen
10 u. 11 gebildet ist, welche in irgendeiner geeigneten Weise miteinander
verbunden sindu wobei eine hintere Abdeckplatte 12 und eine kegelstumpfförmige Kappe
13 an den Enden angeordnet sind.Die Abdeckplatte 12 und die Kappe
13 sind an den zylindrischen Gehäuseteilen bem festigtp um ein im wesentlichen
zylindrisches Gehäuse zu bil.* den, in welchem eine Spindel 14 drehbar angeordnet
iste Die Spindel 14 1 st koaxial innerhalb des Gehäuses angeordnet und steht durch
eine Bohrung 15 in der Kappe 13 nach außen'vor und e ndet in e inem
Futter 16 zur Halterung eines Bohrers oder eines Schneidwerkzeuges, Auf der
Spindel 14 sind nahe den Enden zwei ringförmige Lagerteile angebrachtg nämlich ein
vorderes Lager 17 nahe dem Ende benachbart zur Kappe 13 und ein hinteres
Lager 18 nahe dem Ende benachbart zur Verbindungsstelle der Gehäuseteile
10 u. 11. Diese ringförmigen Lager'-teile 17, 18 nehmen alle
radialen, auf die Spindel 14 ausgeübten Belastungen auf und sind von ringförmigen
Buchsen 199
20 umgeben, welche so ausgebildet sindv daß sie ein geringes Spiel
21-zwischen den Lagerteilen und den Bucirsen selbst
freilassen.
Die vordere Lagerbuchse 19 ist innerhalb der Kappe 13 angeordnet,
während die hintere Lagerbuchse 20 innerhalb des Gehäuseteils 11 angebracht
ist. Die Buchsen 19,
20 sind jeweils mit einer -Reihe Austrittsöffnungen in
Form von Düsen 22 versehen, welche sich radial durch dieselben er" strecken und
mit Abstand voneinander auf einer Linie angeordnet sind, die sich um den Umfang
der Buchsen erstreckt. Die Kappe 13 ist mit einem ringförmigen Zuführungskanal
23
für das vordere Lager versehen, welches sich als Nute oder Ausnehmung um
die innere Wand derselben in axialer Ausrichtung mit den radialen Düsen 22 erstreckt.
Dieser- Zuführungskanal 23 ist mit einer Zufuhröffnung 24 für das vordere
Lager verbundeng welche radial durch die Kappe 13-zur äußeren Fläehe des Gehäuses
gebohrt isto Die Düsen 22 der hinteren Lagerbuchse 20 sind in ähnlicher Weise mit
der Außenfläche des Gehäuses verbunden.und zwar mittels eines ringförmigen ZufUhrkanals
25 für das hintere Lager, welcher als Nute oder Ausnehmung in der äußeren
Fläche der hinteren Lagerbuchse 20 gebildet ist, und mittels einer Zufiihröffnxuig
26 für das hintere Lager, die radial durch den Gehäuseteil 11 gebohrt
ist und in den Zuführkanal einmündet.
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Um auf die Spindel 14 ausgeübte Axialbelastungen aufnehmen zu könneng
ist eine ringförmige Axiallagerplatte-27 vorgeseheng welche rechtwinklig zur Längsachse
der Spindel und an der Seite des hinteren Lagerteils 18 entfernt von der
Kappe 13
angeordnet ist. Die Axiallagerplatte 27 liegt an einem einwärts
gerichteten Vorsprung 28 des Gehäuseteils 11 an, welcher so ausgebildet
und bemessen ist, daß ein geringes Spiel
29 zwischen dem
hinteren Lagerteil 18 und der Drucklagerplatte 27 entsteht.
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Auf der Seite der Axiallagerplatte 27, die entfernt vom hinteren
Lagerteil 18 liegt, ist eine im wesentlichen T-förmige Bremsplatte
30 angeordnetg deren Welle die Spindel 14 umgibt und durch eine Öffnung in
der Axiallagerplatte 27 vorsteht, um an dem hinteren Lagerteil
18 anzuliegenv Geringes Spiel 319 32 ist zwischen der Bremsplattenwelle
und der Üffnungswandung der Axiallagerplatte 27 und zwischen der ringförmigen
Fläche der Bremaplatte und der Axiallagerplatte 27 vorgesehen. Die Axiallagerplatte
27 weist einen ringförmigen Kanal 33 auf, der ihren Umfang umgibt
und mit einem oder mehreren Löchern 34 versehen ist, die von diesem Kanal aus radial
an mit Abetand umdan Umfang verteilten Stellen eingebohrt sind, Diese löcher 34
erstrecken sich teilweise durch die radiale', Dicke der Axiallagerplatte
27 und sind nahe ihren radial innen liegenden Enden mit DUoen 35 verseheng
die sich von den löchern 34 aus erstrecken und eine ähnliche Porm habenp wie die
Düsen 22 in den lagerbuchsezig die jed och parallel zur längeaobme der Spindel ausgerichtet
sind und sich durch die
axiale Stärke der Axiallagerplatte 27 erstrecken.
Diese Düsen 25 der Axiallagerplatte 27 mUnden in die durch das Spiel
29,
32 gebildeten Opalte-einp welche zwischen der Axiallagerplatte
27 und dem-hinteren Lagerteil 18 und zwischen der Axial. lagerplatte
27 u n . d der Bremaplattö 30 vorgesehen sind, Der sigh
um den Wang der Axiallagerplatte-27 erstreckende Ring» kanal 35 in't durch
eine weitere ZufuhAffnung 36 mit der Außentläohe des Gehäunee verbunden#
die sich radial dur.oh den Gehäuweteil 11 erstreckt*
Die
Axiallagerplatte 27 ist weiterhin mit einer oder mehreren lUftungeÖffnungen
37 veräehen, die sich von dem Spalt 31
zwischen der Axiallagerplatte
und der Bremsplattenwelle aus zu der Fläche der Axiallagerplatte erstreckeng welche
der Kammer 38 zugekehrt ist, welche durch den Gehäuseteil 11 und die
Endabdeckplatte 12 gebildet wird. In der Kammer 38 ist eine Bremsvorrichtung
angeordnett welche eine Bremsplatte 30,
eine Kupplungsplatte 39 mit
einem Bremsbelag 39a, der an der Fläche derselben angeordnet ist# welche der Bremsplatte
30 zugekehrt ist und eine kreisförmige Platte 40 aufweist# welche teleekopartig
auf einem Teil angeordnet istg welches an der Innenfläche der Endabdeckplatte 12
befestigt ist und die mit der Kupplungeplatte 39 durch Bolzen gekuppelt ist,
deren Köpfe gleitend in Ausn#hmungen der Bremsplatte und der Kupplungsplatte angeordnet
sind. Die Kupplungsplatte 39 und die krei sförmige Platte 40 werden durch
Federn 41 auseinander gedrUckt, die um die Schäfte der Bolzen herum angeordnet sinde
Die Bremsvorrichturg wird durch einen Bremshandgriff 42 betätigt# welcher um einen
Stift 43 schwenkt, welcher sich durch einen gabelförmigen Vorsprung 44 erstreckt#
der an der Innenfläche der Endabdockplatte 12 befestigt ist* Der Bremehandgriff
42 ist schwenkbar mit dem an der Endabdeokplatte 12 befestigten Teilg welches die
kreisförmige Platte 40 trägt# verbunden.
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In dem irom Gehäuseteil 10 eingeschlossenen Raum# welcher von
den Lagerteilen 179 18 begrenzt wirdv ist ein Blektromotor zum Antrieb der
Spindel 14 vorgesehen. Dieser Motor kam zweckmäßig ein Kürzsohlußläfer mit einem
Stator 45 sein# welcher
an der Innenseite des Gehäuseteils
10 befestigt istg wobei ein Rotor 46 die Spindel 14 imgibt. Der Gehäuseteil
10 ist mit sich radial durch Llenselben erstreckenden Lüftungsöffnungen 47
versehen, wobei weitere Lilftungsöffnungen 48 auch im Gehäuseteil 11 zwischen
der Außenfläche des Gehäuses und der Verbindung der Spalte 21 und 29 nahe
der Verbindung des hinteren Lagerteils 18 der Buchse 20 und der Axiallagerplatte
27 vorgesehen sind. Die Betriebsweise des vorstehend beschriebenen Bearbeitungekopfes
soll nunmehr beschrieben werden» Der im zentralen Teil des Bearbeitungskopfes allgeordnete
Motor wird durch geeigneteg bekannte Elittel erregtp um die Spindel 14 anzutreiben,
viobei Druckluf-t mit einem Druck von beispielsweise 4v2 atü über Leitungen zugeführt
wir'.i. die in geeigneter Weise mit den Einlaßöffnungen 24, 26 u-
36 verbunden sind, welche dem vorderen Lager, dem hinteren Lager und dem
Axiallager zugeordiiet'äind, Die Druckluft strömt dann um die Kanäle 23, 25
und 33 in der, vorderen Kappe, der Lagerbuchse oder der Axiallagerplatte
und wird durch die Düsen 22 und 35 in' den Lagerbuchsen 19, 20 und
in der Axiallagerplatte 27 gedriCickt. Die Luft bildet einen dünnen Film
in allen Spalten 21, 29p 31 u. 32, so daß einerseits die Lager radiale
Stöße und andererseits die Axiallagerplatte 27 axiale Belastungeng die auf
das Schneidwerkzeug oder den Bohrer in einer Hichtung und durch die Bremse in der
anderen Richtung ausgeübt werden, aufnehmen können. Mittels der verschiedenen Lüftungsöffnungen
kann die Druckluft fUr verschiedene Hilfszwecke verwendet werden. Luft,
welche
auä den Spalten 21 zwischen den Lagerteilen 17, 18 und ihren entsprechenden
Buchsen 199 20 ausströmt, kühlt die Statorwicklungen 459 bevor sie aus den
Lüftungsöffnungen 47 im Gehäuseteil 10 herausgedrÜckt wird. Die Luft, die
auf diese Weise durch die lüftungsöffnungen 47 und 48 und durch die vordere Öffnung
15 in der Kappe 13 herausgedrückt wird, kann dann benutzt werden,
um das Schneidwerkzeug selbst zu reinigen und das Abfallmaterial zu entfernen, Es
soll nunmehr die in Figur 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
beschrieben werden, Da diese Ausführimgsform im allgemeinen ähnlich der in Figur
1 dargestellten und zuvor bes'ohriebenen ist# sollen nur die konstruktiven
und betrieblichen-Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen beschrieben
werden. Erstens hat die bevorzugte Ausführungeform ein aus fünf Ab-
schnitten
bestehendes Gehäuse# nämlich eine kegelstumpfförmige Kappe 13, einen Motorgehäuseteil
109 ein Axiallagergehäuseteil 11, ein Bremsgehäuse 50 und eine
Endabdeckplatte 12. Diese Ab-
schnitte sind beispielsweise durch Schrauben
miteinander verbunden, um ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse zu bilden. Der
Motor-Geh--tuseteil 10 besteht jedoch anstelle des in Fig. 1
gezeigten
zylindrischen Rohres aus einem Rippenrohr. Dies hat den Vorteil, daß ein Luftzuführrohr
51 für das vordere lager so angeordnet werden kann, daß es zwischen zwei
Rippen liegt, oh. ne von der Oberfläche des Gehäuses vorzustehen. Das Luftzuführungerohr
51
ist mit seinem vorderen Ende mit einer Zuführöffnungg welche der Zuführöffnung 24
der Figur 1 entspricht und durch diese Zuführöffnung mit dem ringförmigen
Zuführkunal 23 in der Kappe 13 verbunden. An seinem hinteren Ende
ist das Luftzuführrohr 51 mit einem in der Fläche des Axialdrucklagergehäuses
11 gebildeten Loch 52 verbunden, von welchem die Zuführöffnungen
16 u. 36 zu den Düsen in der hinteren Lagerbuchse 20 und der Axialdruckplatte
27 fortführen. Das Luftzuführrohr 51 ist an jedem Endeg wo es in das
Gehäuse eintritt, durch O-Ringdichtungen 53 abgedichtet. Diese Luftzuführanordnung
ist derart, daß Luft f##r alle drei Lager durch eine einzige Verbindung mit einer
äußeren Druckluftquelle zugeführt werden kann, imid es ist daher nicht notwendigg
drei gesonderte Verbindungspunkte vorzuseheng wie dies in der Ausm fiIhrungsform
nach Fig. 1 der Fall ist. Wie aus Fig, 2 ersichtlich# ist der Zuführkanal
25 für das hintere Lager in dieser Ausführungsform in der Fläche des Axialdrucklagergehäuseteils
1.1 ausgebildet und nicht in der Lagerbuchse 20 und in gle icher Weise ist
der Zuführkanal 33
flir die Axiallagerplatte 27 im Axiallagergehäüseteil
11 ausgebildet und nicht in'der Axiallagerplatte selbst. Ein größerer Unterschied
zwischen den beiden Ausführungeformen besteht in der Anordnung einer pneumatisch
betätigten Bremse bei der bevorzugten Ausführungsform anstelle der manuell betätigten
Bremse der Fig. 1. Aus Fig. 2 ist
ersichtlichv daß die Bremse
eine im wesentlichen zylindrische Bremstrommel-54, welche #im das Ende der Spindel
14 herum 'angeordnet ist und welche damit durch eine Haltemutter 55 so verbunden
ist, daß Spielraum 32 zwischen. der Trommel und der Axiallagerplatte
27 verbleibt, zwei Bremsbeläge 56, die sich je etwa Uiber ein
Drittel des Umfangs der 3x-emstromael an den gegenüberliegenden Seiten derselben
erstrecken und einen kaliberartigen Bremsschuh 579 welcher die beiden Beläge
hältg aufweist. Die beiden Arme des Bremsschuhs 57 sind an einem Ende gelenkig
mit einem festen, (nicht dargestellten) Teil verbundeng während üie anderen Enden
mit den gegenüberliegenden Enden eines (nicht dargestellten) Iju-ftzylinders verbunden
sind, welcher die Bremse betätigt. Der Luftzirlinder wird normalerweis'e in seine
zusammengezogene Stellung durch eine innere Feder gedrückt, so daß die Bremse normalerweise
angelegt ist. Luft kann diesem Zylinder gleichzeitig mit der Zuführung zu dem Loch
52 zugeführt werdeng welches die Zuführöffnungen für die Lager speist, wobei
der Luftzylinder beim Auseinandergehen die Bremse löst. Der Luftzylinder ist mit
einem geeigneten, auf Druck ansprechenden Schalter ausgerListet, welcher in Reihe
mit einem Mikroschalter verbunden ist, welcher einen elektrischen Strom-Kreis für
die Idicklung des Motorstators vervollständigt. Wenn die Bremse vollständig gelöst
istu d.h.9 wenn der Luftdruck im Zylinder die erforderliche Höhe erreicht, wird
der auf Druck ansprechende Schälter umgelegt und der Motor 45, 46 angelassen.
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Zusätzlich ist ein von Hand betätigbares Ventil vorgesehen, durch
welches die Bremse, falls erwUnscht, von Hand betätigbar
ist. #iienn
dieses Ventil bet-',2',tigt wird, wird automatisch der Motor entregt. Diese Bremsvorrichtung
ist insofern vorteilhaftg da sie einen Sicherheitsfaktor einschließt, wenn ein vollständiger
oder auch nur teilweiser Druckabfall auftritt, wobei die kinetische Energie im Motor
nicht durch die Lager übertragen wird, da der auf Druck ansprechende Ichalter betätigt
wird, um den Motor anzuhalteng wobei die Bremse automatisch angelegt wird, wenn
sich ter Luftzy.Linder zusammenzieht. Obwohl die Verwendung von Druckluft in der
Beschreibung des Erfindungsgegenstandes angenommen wurue, kann jedes andere geeignete
strömende Medium verwendet werdeng vorausgesetzt, daß die Konstruktion der Vorrichtung
in geeigneter Weiseg falls erforderlich, abgeändert wird, um sicherzustellen, daß
das strömende Medium nicht den ordnungsgemäßen Betrieb des Bohrers bzw. des Schneidwerkzeugs
stört.