DE2110663A1

DE2110663A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE2110663A1
Application number: DE19712110663
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P B24d3-10 Antrag
Original assignee: Precise Fab GmbH
Current assignee: Precise Fab GmbH
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1971-03-05
Publication date: 1972-09-07
Also published as: CH557721A; DE2110663B2; DE2110663C3; US3781072A

Description

Firma Precise G.m.b.H. Fabrik für Elektrowerkzeuge in 5672 Leichlingen

Lageranordnung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung für Wellen, die auf mit Abstand in einem Gehäuse angeordneten, einer genauen Einstellung in Achsrichtung der Welle bedürfenden Lagern mit hoher- Drehzahl umlaufen und zwischen den Lagern Längenänderungen ausgesetzt sind. Das Problem, an dem die Erfindung entstanden ist, ist bei Schleifspindeln aufgetreten. Derartige Schleifspindeln sind vornehmlich Zusatzgeräte, beispielsweise für feinste Innenschleifarbeiten, und werden mittels geeigneter Spannvorrichtung an vorhandenen, eine entsprechende Präzision aufweisenden Bohr- oder Fräswerken angebracht. Sie besitzen ein stabiles Stahlgehäuse, an dem eine Spannvorrichtung angreift und an dem sie während des Bearbeitungsvorgangs geführt werden. Im Innern des Gehäuses ist die eigentliche Spindel gelagert, die von einem Hochfrequenz-Elektromotor angetrieben wird und Leerlaufdrehzahlen von über loo.ooo U/min erreicht. Die Spindel ist in Kugellagern gelagert, die zu beiden Enden des Ankers des Motors vorgesehen sind. Es versteht sich, dass Kugellager für diese Anwendungsfälle, die außerordentliche Drehzahlen unter Erhaltung der Präzision längere Zeit ertragen sollen, sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der richtigen Einstellung, d.h. der richtigen Lagervorspannung stellen.

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Die Schwierigkeit ist, dass sich durch die unvermeidliche Betriebserwärmung des Motors auch die Spindel zwischen den Lagern erwärmt und eine einmal erreichte Einstellung durch die eintretende Längenänderung zunichte gemacht wird. Bei den üblicherweise fest eingebauten Lagern tritt eine Erhöhung oder Erniedrigung der Lagervorspannung auf, die zu einer Zerstörung der Lager" bzw. einem Verlust an Präzision führen können.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einer zwischen den Lagern auftretenden Dehnung keine schädliche Änderung der Lagervorspannung erfährt.

Nach der Erfindung ist mindestens eines der Lager fest in einer in dem Gehäuse abgestützten, in Längsrich- * tung der Welle in dem Gehäuse nachgiebig verschiebbaren Führungsbüchse angeordnet.

Zum Ausgleich einer Längenänderung des Wellenabschnitts zwischen den Lagern kann sich die FUhrungsbüchse entsprechend verschieben, ohne dass sich die auf die Lager von der Welle ausgeübten, die Einstellung der Lager ausmachenden Kräfte nennenswert ändern. Für die Unterbringung des Lagers in der Führungsbüchse werden alle durch die nachgiebige Beaufschlagung und Verschiebung bedingten Einflüsse von dem Lager selbst ferngehalten und wird ausserdem eine Abstützfläche mit relativ grossen Stützabständen geschaffen, die eine präzise Führung des Lagers trotz seiner beweglichen Anordnung gewährleistet.

Die Erfindung lässt es zu, dass beide Lager in einer solchen Führungsbüchse angeordnet sind. Normalerweise aber wird ein Lager fest eingebaut, so dass die Welle in Längsrichtung fixiert ist, und nur das ändere Lager in einer FUhrungsbüchse angeordnet sein, wie es bei der den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Schleifspindel der Fall ist.

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Die Erfindung kommt ferner für alle Ausführungsformen von Lagern in Betracht, bei denen in Längsrichtung der Welle ausgeübte Kräfte einen Einfluss auf dessen Einstellung haben. Vorwiegend wird es sich um Kugellager handeln, die zwar den hohen Drehzahlen am besten gewachsen sind, bei denen aber die Längskräfte eine besondere Beachtung erfordern.

In der bevorzugten Ausführungsform weist die Führungsbüchse eine zylindrische, zur Welle koaxiale Aussenseite auf und ist dami.t in einer entsprechenden Bohrung des Gehäuses gelagert.

Zur Erzielung der nachgiebigen Verschiebbarkeit ist zweckmässig eine Feder vorgesehen, die die Führungsbüehse in einer Richtung längs der Achse der Welle beaufschlagt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform übt die Feder eine solche Kraft aus, dass die Welle zwischen den Lagern eine Zugspannung erfährt. Im Prinzip ist natürlich bei entsprechender Ausbildung der Lager auch die umgekehrte Kraftrichtung möglich. .

Im einzelnen kann vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse ausserhalb der Lager ein Widerlager angeordnet ist, das von einem mit der Führungsbüchse verbundenen Ansatz überragt wird, dass auf dem das Widerlager überragenden Teil des Ansatzes ein weiteres Widerlager angebracht ist und dass die Feder als Druckfeder zwischen den Widerlagern angeordnet ist.

Das Widerlager im Gehäuse ist zweckmässig als Querwand des Gehäuses ausgebildet, wobei der Ansatz in der Achse der Bohrung gelegen ist und die Querwand in einer Mittenbohrung durchgreift.

Das Widerlager des Ansatzes kann als auf den Ansatz aufschraubbare Scheibe ausgebildet sein.

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Auf diese Weise ergibt sich eine zentrische Aufbringung der nachgiebigen Kraft der Feder, wobei die erwünschte Lagervorspannung durch die Aufschraubtiefe der Scheibe auf einfache Weise reguliert werden kann.

. Die Festlegung des Lagers innerhalb der Führungsbüohse ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager einen in der FUhrungsbüchse sitzenden Aussenring umfasst, der an einer Seite gegen einen Innen bund der FUhrungsbüchse anliegt, während gegen die andere Seite ein an der Führungsbüchse abgestütztes Druckstück anliegt.

Dabei kann das Druckstück zylindrisch ausgebildet sein, auf der dem Lager abgewandten Seite den Ansatz tragen und von einer den Ansatz umgebenden, an der Innenwand der Führungsbüchse festgelegten Tellerfeder gegen den Aussenring des Lagers gedrückt werden, so dass sich eine stramme Anpressung des Aussenrings gegen den Bund der Führungsbüchse ergibt. Natürlich ist die Federkonstante der Tellerfeder wesentlich grosser als die der die nachgiebige Verschiebbarkeit erzeugenden Feder. Diese ist so ausgelegt, dass sie die gewünschte Lagervorspannung erzeugen kann, dass aber die eintretenden Längsverschiebungen der Führungsbüchse nur eine unwesentliche Änderung der aufgebrachten Kraft, d.h. der Lagereinstellung herbeiführt.

In der weiteren Ausgestaltung ist nach einem wichtigen Merkmal der Erfindung die Führungsbüchse auf ihrer Aussenseite auf einem Flüssigkeitsfilm in dem Gehäuse abgestützt.

Es wurde gefunden, dass auf diese Weise eine leichtgängige und dennoch absolut sichere Führung der Spindel erzielt wird. Der Flüssigkeitsfilm bildet eine den Kraft-• Schluss zwischen Gehäuse und FUhrungsbüchse erzeugende Tragschicht, die, da sie aus einer viskosen Flüssigkeit besteht, bei der Enge und Tiefe des Spaltes zwischen der FUhrungsbüchse und dem Gehäuse nicht verdrängt wird. Messungen haben bei den in Frage kommenden Querkräften noch nicht einmal Verlagerungen von der Grössenordnung von 1 My feststellen können. Diese saubere Abstützung auf dem

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Flüssigkeitsfilm steigert die Präzision der Lagerung erheblich.

Es empfiehlt sich, dass die Flüssigkeit aus dem für die Lager vorgesehenen Schmiermittel gebildet ist, da dann nur eine Flüssigkeit durch die Lageranordnung geleitet werden muss, wie es z.B. bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schleifspindel der Fall ist, wo der zur Schmierung der Lager dienende ölnebel auch den Tragfilm für die Führungsbüchse bildet.

Um das den Film bildende Schmiermittel in der gewünschten Weise dirigieren zu können, kann die Führungsbüchse auf ihrer Aussenseite ein System von vertieft liegenden Kanälen aufweisen, in die die an der Innenwand des Gehäuses austretenden Zuführungskanale münden.

Zur Weiterleitung in das Innere der Führungsbüchse sind zweckmässig in den Kanälen in das Innere der Führungsbüchse führende Durchbrüche vorgesehen, wobei auch das Druckstück innere Kanäle aufweisen kann, die in Einbaulage die Durchbrüche mit dem Lager verbinden.

Um die Filmbildung auf die Oberfläche der Führungsbüchse zu begrenzen bzw. nicht zuviel Flüssigkeit an den Enden der Führungsbüchse austreten zu lassen, empfiehlt es sich, dass die die Kanäle enthaltende Aussenfläche der Führungsbüchse an den Enden der Führungsbüchse um den ganzen Umfang umlaufende stehenbleibende Randbereiche umfasst und die Kanäle* zwischen diesen Randbereichen vorgesehen sind.

Die Kanäle umfassen vorzugsweise den Randbereichen benachbarte, über den ganzen Umfang umlaufende Ringkanäle, die nach einem weiteren Merkmal durch Längskanäle verbunden sein können.

Zweckmässig sind auch Längsstichkanale vorgesehen, die von einem der Ringkanäle ausgehen, jedoch nicht bis zu dem anderen Ringkanal vordringen.

Wenn dann die Durchbrüche in den Enden der Längsstichkanäle vorgesehen sind, ist sichergestellt, dass das filmbildende Schmiermittel nicht direkt, d.h. ohne Aufbau

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eines ausreichenden Tragfilms durch die Durchbrüche in das Innere der Führungsbüchse abströmt, sondern dies erst nach Überwindung einer Art von Labyrinth und Zurücklegung eines längeren Strömungsweges tun kann, längs dessen sich genügend Gelegenheit ergibt, zwischen die Führungsbüchse und das Gehäuse zum Aufbau des Films einzudringen.

Die Erfindung ist an einer als Ausführungsbeispiel dienenden Schleifspindel in der Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Schleifspindel, wobei das Gehäuse teilweise im Längsschnitt dargestellt ist;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Schleifspindel nach Fig. 1, wobei der Schnitt in einer anderen Ebene geführt ist als bei Fig. 1.

Die als Ganzes in den Fig. 1 und 2 mit 1 bezeichnete Schleifspindel umfasst ein aussen und innen zylindrisches Gehäuse 2, das in den zur Zylinderachse senkrechten Ebenen ~3,K und 5 geteilt ist. In dem zwischen den Ebenen 3 und 4 gelegenen Gehäuseabschnitt 6 läuft die die eigentliche Spindel bildende Welle 7 um, die von einem insgesamt mit 8 bezeichneten Hochfrequenz-Elektromotor angetrieben wird, der den auf der' Welle sitzenden Anker 9 und den im Gehäuse 2 befestigten Stator Io umfasst. Zu beiden Seiten des Ankers 9 ist die Welle 7 in Lagern 11 bzw. 12 gelagert, von denen das Lager 11 im Gehäuse 2 feststehend angeordnet ist und das Lager 12 in einer in der zylindrischen Bohrung 14 des Gehäuses 2 längsverschieblichen zylindrischen Führungsbüchse 13 sitzt, deren Funktion noch im einzelnen erläutert wird. Die Lager 11 und 12 sind Präzisions-Hochleistungskugellager.

Die Welle 7 weist bei der das Ausführungsbeispiel bildenden Schleifspindel 1 auf der Arbeitsseite eine Spannzangeneinrichtung 15 zur Aufnahme der Schleifstifte auf. Am anderen Ende besitzt die Welle einen Innenmehrkant

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16. Ein entsprechender Mehrkantstift 17 kann bei Bedarf unter ZusammendrUckung der Feder 18 mittels des Handgriffs 19 vorgeschoben und zum Eingriff mit dem Innenmehrkant 16 gebracht werden..Damit ist die Welle 7 drehfest mit dem Handgriff I9 gekuppelt, so dass durch Verdrehen des Handgriffs I9 gegenüber der Stellbüchse 2o die Spannzangeneinrichtung I5 angezogen bzw. gelöst werden kann. Beim Loslassen des Handgriffs I9 bringt die Feder den Mehrkantstift I7 wieder äusser Eingriff mit der Welle 7* so dass diese frei rotieren kann.

Das Lager 12 ist an seinem nicht im einzelnen herausgezeichneten Aussenring zwischen dem Bund 21 der FUhrungsbüchse I3 und dem Druckstück 22 eingespannt. Gegen das Druckstück wirkt die Tellerfeder 23, die über einen in einer Innennut der FUhrungsbüchse 13 sitzenden Seegering 24 an der Führungsbüchse IJ abgestützt ist. Das Druckstück 22 besitzt einen Ansatz 25* der die Tellerfeder 2j5 sowie eine Querwand 26 des Gehäuses 2 an einer Mittenbohrung 27 durchgreift. Auf dem die Querwand 26 überragenden Ende des Ansatzes 25 ist eine Scheibe 28 aufgeschraubt, die mittels einer Konterscheibe 29 auf dem Ansatz 25 festgesetzt werden kann. Die Scheibe 28 und die Querwand 26 bilden Widerlager für die als Druckfeder wirkende Feder 3o, durch die die Führungsbüchse IJ mit dem Lager 12 an dem Ansatz 25 von dem Lager 11 hinweggezogen wird. Je nachdem wieweit die Scheibe 28 auf den Ansatz 25 aufgeschraubt wird, ändert sich die von der Feder Jo ausgeübte .Kraft, so dass den Lagern 11 und 12 auf diese Weise eine wählbare Vorspannung erteilt werden kann.

Der Zugang zu den Scheiben 28,29 erfolgt nach Lösen und Entfernen des Schraubstückes Jl, Entfernen des in den Fig. rechts von der Ebene 5 gelegenen Teils des Gehäuses 2, Abtrennen der elektrischen Zuleitung 32 bei 33 und Entfernen des SchraubStückes 34.

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Die Lager 11 und 12 werden durch einen·ölnebel geschmiert, der über die Zuleitung ^5 herangeführt wird. Die Zuleitung 35 mündet in einen Zuführungskanal 36, der an der Oberfläche der Führungsbüchse 13 austritt. Die Führungsbüchse IJ weist an ihrer Oberfläche Kanäle auf. Zwischen an den Enden der Führungsbüchse 13 gelegenen Randbereichen 37*38, in denen die zylindrische Oberfläche der Führungsbüchse 13 stehengeblieben ist, befinden sich umlaufende Ringkanäle 39*4o, die an die Randbereiche 37* angrenzen. Die Ringkanäle 39*4o sind durch Längskanäle 42 miteinander verbunden. Ausserdem sind noch Längsstichkanäle k 43 vorgesehen, die von den Ringkanälen 39 ausgehen jedoch nicht bis zu den Ringkanälen 4o vordringen. Von der zylindrischen Oberfläche der Führungsbüchse 13 sind also die Randbereiche 37 und 38 sowie die zwischen den Längskanälen gebildeten U-förmigen Bereiche 44 erhalten.

Am Ende der Längsstichkanäle 43 sind Durchbrüche 46 vorgesehen, die in innere Kanäle 47 des Druckstückes 22 münden, die gegen das Lager 12 gerichtet sind.

Der ölnebel tritt also über die Zuleitung 35> den Zuführungskanal J>6, die Kanäle 39,4o,42,43, die Durchbrüche 46 und die Kanäle 47 in das Lager 12 ein. Bei dem Durchströmen der Kanäle der Führungsbüchse 13 bildet sich an den stehengebliebenen zylindrischen Bereichen 37*38,44 " derselben ein Ölfilm aus, über den sich die Führungsbüchse 13 an der Innenwandung 14 des Gehäuses 2 abstützt. Diese Abstützung ergibt einen spielfreien Sitz der Führungsbüchse 13 und damit des Lagers 12 in dem Gehäuse 2.

Bei einer Erwärmung des Ankers 9 und des entsprechenden Bereiches der Welle 7 kann sich die Führungsbüchse . 13 in dem Gehäuse 2 in Längsrichtung verschieben, ohne dass sich die durch die Feder 30 vorgegebene Einstellkraft an den Lagern merklich ändert, da die geringfügige Verlängerung der Welle 7 nur eine kleine Dehnung der Feder 30 und eine entsprechend geringe Änderung der Federkraft nach sich zieht.

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über den Zuführungskanal 48 steht die Zuleitung 35 auch mit dem feststehenden Lager 11 in Verbindung und versorgt dieses ebenfalls mit ölnebel. Der aus den Lagern 11 und 12 austretende ölnebel wird über Saugkanäle 49,5o abgesaugt, die in Verbindung zu der Ableitung 51 stehen. Dies ist aus Fig. 1 ersichtlich, die eine andere Schnittebene zeigt als die Fig. 2.

Die Erfindung kann auch in anderen Fällen Anwendung finden, in denen sich die gleiche Problemstellung ergibt wie bei einer Schleifspindel, in denen also eine Dehnungen ausgesetzte Welle mit sehr hoher Drehzahl in in Längsrichtung genau einzustellenden Lagern umläuft. Beispiele dieser Art sind etwa Kreisel, Zentrifugen u.dgl.

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Claims

- Io -

.Patentansprüche.

f 1.,/Lageranordnung für Wellen, die auf mit Abstand in einem Gehäuse angeordneten, einer genauen Einstellung in Achsrichtung der Welle bedürfenden Lagern mit hoher Drehzahl umlaufen und zwischen den Lagern Längenänderungen ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Lager fest in einer in dem Gehäuse (2) abgestützten, in Längsrichtung der Welle (7) in dem Gehäuse (2) nachgiebig verschiebbaren Führungsbüchse (13) angeordnet ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbüchse (Ij5) eine zylindrische, zur Welle (7) koaxiale Aussenseite aufweist und damit in einer entsprechenden Bohrung (14) des Gehäuses (2) gelagert ist.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (3o) vorgesehen ist, die die Führungsbüchse (13) in einer Richtung längs der Achse der Welle (7) beaufschlagt.

4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3°) eine solche Kraft ausübt, dass die Welle (7) zwischen den Lagern (11,12) eine Zugspannung erfährt.

5.· Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse .(2) ausserhalb der Lager (11,12) ein Widerlager vorgesehen ist, das von einem mit der Führungsbüchse (13) verbundenen Ansatz (25) überragt wird, dass auf dem das Widerlager überragenden Teil des Ansatzes (25) ein weiteres Widerlager vorgesehen ist und dass die Feder (3o) als Druckfeder zwischen den Widerlagern angeordnet 1st.

6. Lageranordnung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager im Gehäuse (2) als Querwand (26) des Gehäuses (2) ausgebildet und der Ansatz (25) in

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der Achse der Bohrung (14) gelegen ist und die Querwand (26) in einer Mittenbohrung (27) durchgreift.

7· Lageranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager des Ansatzes (25) als auf den Ansatz (25) aufschraubbare Scheibe (28) ausgebildet ist.

8. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (12) einen in der Führungsbüchse (Ij5) sitzenden Aussenring umfasst, der an einer Seite gegen einen Innenbund (21) der Führungsbüchse · (15) anliegt, während gegen die andere Seite ein an der Führungsbüchse (IjJ) abgestütztes Druckstück (£2) anliegt.

9· Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (22) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, auf der dem Lager (12) abgewandten Seite den Ansatz (25) trägt und von einer den Ansatz (25) umgebenden, an der Innenwand der Führungsbüchse (I3) festgelegten Tellerfeder (23) gegen den Aussenring des Lagers

(12) gedrückt wird.

10. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbüchse

(13) auf ihrer Aussenseite auf einem Flüssigkeitsfilm in dem Gehäuse (2) abgestützt ist.

11. Lageranordnung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus dem für die Lager (11,12) vorgesehenen Schmiermittel gebildet ist.

12. Lageranordnung nach Anspruch Io oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbüchse (I3) auf ihrer Aussenseite ein System von vertieft liegenden Kanälen aufweist, in die an der Innenwand des Gehäuses (2) austretende Zuführungskanale (36) einmünden.

15· Lageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbüchse (Ij5) in den Kanälen in das Innere der Führungsbüchse (I3) führende Durchbrüche (46) aufweist.

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14. Lageranordnung nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (22) innere Kanäle (47) aufweist, die in Einbaulage die Durchbrüche (46) mit dem Lager (12) verbinden.

15· Lageranordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kanäle enthaltende Aussenfläehe der Führungsbüchse (13) an den Enden der Führungsbüchse (13) um den ganzen Umfang umlaufende stehenbleibende Randbereiche (37>38) umfasst und die Kanäle zwischen diesen Randbereichen (37*38) vorgesehen . sind.

16. Lageranordnung nach Anspruch 15> dadurch

k gekennzeichnet, dass die Kanäle den Randbereichen (37*38) benachbarte, über den ganzen Umfang umlaufende Ringkanäle (39*4o) umfassen.

17· Lageranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (39* ²Jo) durch Längskanäle (42),verbunden sind.

18. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Längsstichkanäie (43) vorgesehen sind, die von einem der Ringkanäle ijß) ausgehen, jedoch nicht bis zu dem anderen Ringkanal (4o) vordringen.

19· Lageranordnung nach Anspruch I3 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (46) in den Enden der ' Längsstichkanäle (43) vorgesehen sind. ^!

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