DE2200961C3

DE2200961C3 - Hydrostatische Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2200961C3
Application number: DE2200961A
Authority: DE
Inventors: Steven Eldor Fond Du Lac Wis. Klabunde (V.St.A.)
Original assignee: Giddings and Lewis LLC
Current assignee: Giddings and Lewis LLC
Priority date: 1971-01-13
Filing date: 1972-01-10
Publication date: 1975-12-11
Also published as: US3698725A; JPS5227388B1; CA961523A; GB1367973A; DE2200961B2; DE2200961A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Dichtungsanordnung zwischen der drehbar gelagerten Spindel einer Werkzeugmaschine und dem diese aufnehmenden Spindelstock mit einem flüssigkeitsdicht auf der Spindel befestigten, mit dieser drehbaren, ringförmigen Gegendruckorgan, das wenigstens eine Lagerfläche aufweist, die sich senkrecht und radial auswärts zur Spindel erstreckt, mit einem nicht rotierenden hydrostatischen Dichtlager, das in geringem Abstand zu dem Gegendruckorgan wenigstens eine Lagerfläche aufweist, und mit Mitteln zur druckluftzufuhr durch das poröse hydrostatische Dichtlager, um ein Luftkissen zwischen den nahe beieinander liegenden Flächen des Dichtlagers und des Gegendruckorgans aufzubauen, wobei der Druck des Luftkissens ausreicht, um ein Durchsickern von zur Schmierung und/oder Kühlung dienender Flüssigkeit entlang der Spindel über das Gegendruckorgan hinaus zu verhindem.

Bei einer bekannten Dichtungsanordnung dieser Art ist das Gegendruckorgan federnd an der Spindel abgestützt Eine solche Ausführung ist nur brauchbar, wenr sich die Spindel nur geringfügig in axialer Richtung be wegen kann. Sobald diese Axialbewegung ein gewisse; Maß überschreitet, ist dagegen entweder ein Abrieb und damit eine Zerstörung der nun gegeneinander gedrückten Lagerflächen unvermeidbar oder aber die Dichtwirkung läßt spürbar nach. Im ersten Fall entstehi darüberhinaus aufgrund der Reibung an den Lagerflä chen auch Wärme, was eine Deformierung der Spindelstockteile zur Folge haben kann. Mit solchen Werkzeugmaschinen ist daher eine sehr exakte Bearbeitung von Werkstücken nicht möglich. Im übrigen ist die bekannte Ausführung wegen der Vielzahl drehbar aneinander abgestützter Einzelteile sehr aufwendig und es werden zusätzliche üichtringe benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtungsanordnung der bekannten Art so weiterzubilden, daC eine einwandfreie Abdichtung auch bei größeren Axialbewegungen der Spindel gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daü zur Anwendung bei Werkzeugmaschinenspir,-dein, die außer ihrer Drehung auch Längsbewegungen in Bezug auf den Spindelstock ausführen können, jedes Gegendruckorgan zwei sich gegenüberliegende Lagerflächen aufweist, daß das hydrostatische Dichtlager ein Paai in axialem Abstand angeordnete Lagerflächen zur Bildung zweier ringförmiger Luftkissen mit im wesentlichen gleichem Druck und gleichen Abmessungen zwischen den benachbarten Lagerflächen des Gegendruckorgans bzw. des Dichtlagers aufweist, und daß das Gegendruckorgan in Bezug auf die Spindel axial beweglich ist.

Gegenüber den bekannten Ausführungen sind also praktisch zwei Dichtungssysteme geschaffen, üo daß die Dichtwirkung verbessert ist. Die Dichtung arbeitel auch dann einwandfrei, wenn die Spindel um einen größeren Betrag axial verschoben wird, oder wenn sich der Luftdruck zum Aufbau der Luftkissen ändert. Im übrigen ergeben sich Vereinfachungen hinsichtlich der Montage, denn es ist nicht notwendig, das Gegendruckorgan mit großer Exaktheit an einer vorberechneter Stelle der Spindel anzubringen, da sich der Abstand zu den benachbarten Lagerflächen selbsttätig einstellen kann. Insgesamt ist damit eine einfache und wirksame Dichtungsanordnung geschaffen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine,

F i g. 2 einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, wobei ein Teil des Spindelstocks mit der darin enthaltenen Dichtung dargestellt ist,

F i g. 3 einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in F i g. 1 in größerem Maßstab, wobei die Unterdruckspülleitung dargestellt ist,

F i g. 4 einen Teilschnitt entsprechend F i g. 2 in noch größerem Maßstab,

F i g. 5 eine Teilansicht der Vorderseite des Spindel· stocks, wobei in Wegbrechung Teile des Spindelstocks und der Dichtung dargestellt sind, und

F i g. 6 eine Schnittansicht ähnlich F i g. 2 eines anderen Ausführungsbeispiels.

In F i g. 1 ist mit 10 eine als Umrißfräsmaschine ausgebildete Werkzeugmaschine bezeichnet, die einer Spindelkasten 11 mit einer darin drehbar gelagerter Spindel aufweist. Zu der Werkzeugmaschine 10 gehcrl ein festes Unterteil 15, auf welchem ein Gleitunterteil

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16 verschoben werden kann. Das Gleitunterteil 16 trägt !einerseits einen Schwenksupport 17, der auf der oberen Fläche des Gleitunterteils entlang einer bogenförmigen Bahn verschoben werden kann. An der Oberseite des Schwenksupports 17 ist eine Säule IS befestigt, s die als Träger für einen vertikalen TuUeI 19 dient. Dieser kann auf der Säule vertikal verschoben werden und trägt seinerseits einen Schwenksattel 20. Der Schwenksattel 20 trägt den Spindelkasten, der in Bezug auf das Werkstück, das an einem relativ schweren Werkstückträger 12 befestigt ist, der auf einem Bett 14 nahe der Maschine gelagert ist, Bewegungen auf fünf Achsen ausführen kann. Hierzu gehören translatorische Bewegungen auf den drei Koordinatenachsen X, Y und Z und Schwenkbewegungen um eine Horizontal- und Vertikalachse A und B. Der Spindelkasten 11 samt seinem spanabhebenden Werkzeug 23 kann also in bezug auf das Werkstück beliebig in jede gewünschte Stellung gebracht werden.

Wie am besten aus F i g. 2 zu ersehen ist, weist der Spindelkasten 11 ein Gehäuse mit einer Bohrung 31 für eine zylindrische Hohlwelle 32 auf. Eine Spinde! 34 ist auf Wälzlagern 35 und 36 innerhalb der Hohlwelle 32 drehbar gelagert und wird über ein Triebrad 37 angetrieben. Da an die Laufgenauigkeit der Spindel 34 auch bei hohen Abspanbelastungen und niederen Spindeldrehzahlen hohe Anforderungen gestellt werden, stehen die Spindellager 35 und 36 unter Vorspannung, um ein Vibrieren und Rattern im Betrieb zu vermeiden. Hierzu kann in bekannter Weise ein Lagervorspannkolben 39 durch Druckmittelzuführung wahlweise entweder nach rechts oder nach links geführt werden, so daß die Lager 35 und 36 dementsprechend unter einer bestimmten Vorspannung stehen.

Zur Kühlung der Spindelstockteile läßt man gekühltes Öl in Richtung der Pfeile durch Ölleitungen und -kanäle 43 zirkulieren. Über die Schmierkanäle 44 dient dieses öl auch zur Schmierung der Spindellager 35 und 36.

Wird der Spindelkasten 11 in eine Neigungsstellung verschwenkt, in der das vordere Lager 35 tiefer liegt als das hintere Lager 36, können sich an dem tiefergelegenen Lager 35 Flüssigkeitsanteile der relativ großen Menge an Druck beaufschlagte Hydraulikflüssigkeit und der entsprechenden Menge an Druck beaufschlagtem Schmier- und Kühlöl ansammeln, was zur Folge hat, daß in dem unteren oder vorderen Teil des Spindelkastens ein statischer Druck entsprechend der überstehenden Flüssigkeitsmenge auftritt. Eine solche Flüssigkeitsansammlung verbunden mit dem Auftreten eines statischen Druckes ist auch dann möglich, wenn die Druckbeaufschlagungssysteme für die Hydraulikflüssigkeit und für das öl außer Betrieb gesetzt sind.

Um dem Austritt dieser Flüssigkeitsanteile aus dem Spindelkasten 1Γ vorzubeugen, ist eine hydrostatische Dichtung 45 vorgesehen, die weiterhin auch das Eindringen von Staubteilchen und Werkstückspänen in das Innere des Spindelkastens verhindert und im Betrieb im wesentlichen reibungsfrei arbeitet.

Zu der hydrostatischen Dichtung 45 gehört ein ringförmiges Gegendruckorgan 46, das an der Spindel 34 befestigt ist und sich gemeinsam mit dieser drehen kann. Das Gegendruckorgan hat einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und weist zwei Seitenflächen 47 und 48 auf, die sich senkrecht und radial auswärts zur Spindelfläche 49 erstrecken. Zu der hydrostatischer. Dichtung gehören weiterhin zwei stationäre, poröse Dichtlaeer 51 und 52, die auf entgegengesetzten Seiten des Gegendruckorgans in unmittelbarer Nähe der Radialflächen 47 und 48 angeordnet sind.

Die Lager 51 und 52 sind in beliebiger Weise fest mit dem sie umgebenden, tragenden Aufbau 64 verbunden, ur.d zwar so, daß einem Austritt von Druckluft an den Umfangsflächen 51a bzw. 52a der Lager 51 und 52 vorgebeugt ist Über eine nicht dargestellte Druckluftquelle, den Druckluftkanal 57 und die zwei Ringkanäle 58 wird den Hinterseiten der porösen Dichtlager 51 und 52 Druckluft zugeführt, die die Dichtlager 51 und 52 durchströmt und in den Zwischenräumen 54 und 55 zwischen dem Lager 51 und der Seitenfläche 47 des Gegendruckorgans bzw. zwischen dem Lager 52 und der Seitenfläche 48 des Gegendruckorgans durchgehende, ringförmige Druckluftfilme oder Luftkissen bildet, welche im Betrieb aufrecht erhalten bleiben, wie dies insbesondere aus der Darstellung der F i g. 4 zu entnehmen ist In beiden dünnen, ringförmigen Luftfilmen herrscht im wesentlichen der gleiche Druck, und diese Luftfilme oder Luftkissen wirken im Sinne einer effektiven Abdichtung des Spindelkastens, so daß ein Austritt von öl entlang der Spindeloberfläche über das Gegendruckorgan 46 hinaus verhindert ist. Außerdem wird durch das Ausströmen der Luft in der durch die Pfeile 56 und 56a angedeuteten Richtung und durch den Druckluftfilm auch das Eindringen von Verunreinigungen oder Fremdkörpern wie Staubteilchen, Schneidflüssigkeiten und Werkstückspänen in den Spindelkasten unmöglich gemacht.

Damit auch bei größeren Axialbewegungen der Spindel eine einwandfreie Dichtung gewährleistet ist, ist das Gegendruckorgan auf der Spindeloberfläche axial verschiebbar. Das Gegendruckorgan 46 ist deshalb als ringförmiges, elastisches Dichtungsteil aufgebaut und hat im wesentlichen die Form eines Vierkantringes 60 mit einer rechteckigen Querschnittsform, wobei ein Druckring 61 vorgesehen ist, der das Dichtungsteil 60 umspannt. Der Druckring 61 ist mit einer Ringrille 62 mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt versehen, um dem Vierkantring 60 einen festen Dichtungssitz zu geben. Das Dichtelement greift mit der einen seiner vier Seiten an der Spindeloberfläche 49 an und bewirkt ein Abstreifen von öl und sonstigem Material, wenn der Vierkantring 60 und der Druckring 61 eine gemeinsame axiale Verschiebung in Bezug auf die Spindel 34 erfahren. Bei einer derartigen Ausbildung entfällt die Notwendigkeit einer genauen Lageeinpassung des Gegendruckorgans in Achsrichtung der Spindel, da diese Dichtverbindung eine axiale Einstellung des Druckringes 61 entsprechend dem umgebenden Aufbau bei der Montage der Vorrichtung gestattet. Die Dichtverbindung läßt auch wechselseitige Bewegungen des Druckringes 61 und der Spindel 34 nach erfolgter Montage und im Betrieb zu, wie sie sich als Folge einer Ausdehnung einzelner Spindelstockbauteile sowie infolge des Spindellagerverschleißes und auf Grund von Änderungen in der Spindellagervorspannung ergeber können.

Die Montage und Halterung der beschriebener Dichtung 45 auf dem Spindelstock bereiten keinerle Schwierigkeiten. Ein Dichtungsgehäuse 64 hat eine zy lindrische Leitfläche 65, die mit einer Gegenbohrung 6( zur Zentrierung des Gehäuses 64 in bezug auf di< Achse des Spindelkastens 11 zusammenpaßt. Das Dich tungsgehäuse 64 weist konzentrische Gegenbohrungei 68 und 69 auf. In die Gegenbohrung 69 ist ein allgemeii kreisrunder Ring 70 aufgenommen, der eine der ande ren Gegenbohrung 68 zugekehrte und in einem Ab

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stand von dieser vorgesehene Fläche 71 aufweist, so daß eine ringförmige Aussparung 72 von allgemein rechteckiger Querschnittsform gebildet wird, in welche die Dichtungsanordnung hineinpaßt. Das Dichtungsgehäuse 64 ist auf der Hohlwelle durch eine Vielzahl von Schrauben 73 festgelegt, die in die Hohlwelle 32 eingeschraubt und mit dem gleichen Drehmoment festgezogen sind, so daß für alle Bauteile und Bauteilabstände einheitliche Q'uerschnittsabmessungen gewährleistet sind. Der Durchmesser der innersten Bohrung 74 des Dichtungsgehäiuses 64 (s. F i g. 4 und 5), durch die sich die Spindel 34 hindurcherstreckt, ist vorzugsweise um 0,10 bis 0,15 mm größer als der Durchmesser der Spindel 34, so daß schon hierdurch eine erste Dichtwirkung gegen das Eindringen von Spänen oder sonstigen Fremdkörpern in die Dichtungsanordnung und in das Innere des Spindelkastens hervorgebracht wird.

Gemäß F i g. 6 kann die hydrostatische Dichtung 45 in einen Spindelkasten 90 eingebaut sein, der mit einer Spindel 91 versehen ist, die auch in Axialrichtung auf hydrostatischen Lagern 93 gelagert ist. Wird die Spindel in der Betrachtungsrichtung nach links ausgefahren, so gleitet das Gegendruckorgan 46, bestehend aus dem Dichtungsteil 60 und dem Druckring 61, über die Spindeloberfläche 49 hinweg und behält hierbei seine Stellung zwischen den Lagern 51 und 52 bei. Durch geeignete Schlauchleitungen und Innengewindeanschlüsse 95 kann der Dichtung Druckluft zugeführt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Dichtungsanordnung zwischen der drehbar gelagerten Spindel einer Werkzeugmaschine und dem diese aufnehmenden Spindelstock mit einem flüssigkeitsdicht auf der Spindel befestigten, mit dieser drehbaren, ringförmigen Gegendruckorgan, das wenigstens eine Lagerfläche aufweist, die sich senkrecht und radial cuswärts zur Spindel erstreckt, mit einem nicht rotierenden hydrostatischen Dichtlager, das in geringem Abstand zu dem Gegendruckorgan wenigstens eine Lagerfläche aufweist, und mit Mitteln zur Dnickluftzufuhr durch das poröse hydrostatische Dichtlager, um ein Luftkissen zwischen den nahe beieinanderliegenden Flächen des Dichtlagers und des Gegendruckorgans aufzubauen, wobei der Druck des Luftkissens ausreicht, um ein Durchsickern von zur Schmierung und/oder Kühlung dienender Flüssigkeit entlang der Spindel über das Gegendruckorgan hinaus zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anwendung bei Werkzeugmaschinenspindein (34), die außer ihrer Drehung auch Längsbewegungen in bezug auf den Spindelstock ausführen können, das Gegendruckorgan (46) zwei sich gegenüberliegende Lagerflächen (47,48) aufweist, daß das hydrostatische Dichtlager ein Paar in axialem Abstand angeordnete Lagerflächen (51,52) zur Bildung zweier ringförmiger Luftkissen mit im wesentlichen gleichem Druck und gleichen Abmessungen zwischen den benachbarten Lagerflächen (47, 48) des Gegendruckorgans (46) bzw. des Dichtlagers aufweist, und daß das Gegendruckorgan (46) in bezug auf die Spindel (34) axial beweglich ist.

2. Hydrostatische Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Gegendruckorgan (46) an seinem inneren Umfang eine Rille von rechteckigem Querschnitt aufweist und daß ein elastisches Dichtungsteil (60) in Form eines Vierkantringes dichtend in bezug zu dieser Rille und der Oberfläche der Spindel (34) angeordnet ist.