Spindeleinneit für Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft eine Spindeleinheit
für Werkzeugmaschinen, vorzugsweise Schleifmaschinen, mit sehr hohen Drelen, bei
der axial spielfrei angestelle Wälzlager, insbesondere Schraglager, an den Wellenenden
angeordnet sind.Spindle unit for machine tools The invention relates to a spindle unit
for machine tools, preferably grinding machines, with very high dreles
the roller bearing, in particular the angular contact bearing, on the shaft ends
are arranged.
Derartige Spindeleinheiten für Schleifmaschinen sind z.B. aus der
DT-PS 929 698 und der DT-PS 672 359 bekannt. Nachteilig an solchen Einheiten ist
es jedoch, daß mit den Wülzlagern nur bestimmte Grenzdrehzahlen erreicht werden
kennen. Da bei Werkzeugmaschinen eine hohe Steifigkeit der Spindeleinheiten gefordert
wird, werden die Wälzlager teilweise unter Vorspannung eingebaut. Infolge fehlender
Einstellmöglichkeit entstehen im Wälzlager Zwangskräfte, die das Lager stark erwärmen
und seine höchste Drehzahl begrenzen, da Fluchtungsungensuigkeiten und elastische
Deformationen, die bei der 3earbeitung eines Workstücks auftreten, nicht ausgeglichen
erden, Von weiterem Nachteil ist die Schwingungsempfindlichkeit der Spindeleinheit.Such spindle units for grinding machines are e.g.
DT-PS 929 698 and DT-PS 672 359 known. A disadvantage of such units is
It is, however, that only certain limit speeds can be reached with the rolling bearings
know. Since high rigidity of the spindle units is required in machine tools
the rolling bearings are partially installed under preload. As a result of missing
Adjustment option creates constraining forces in the rolling bearing that heat the bearing considerably
and limit its maximum speed, as misalignment and elastic
Deformations that occur when machining a workpiece are not compensated for
earth, Another disadvantage is the vibration sensitivity of the spindle unit.
Schließlich ist es sehr schwer, bei Schleifmaschinen die erforderlichen
Steifigkeitswerte, das Schwingungsverhalten und die Dämpfungseigeuschaften der Spindeleinheit
so aufeinander abzustimmen, daß ein optimales Laufverhalten erzielt wird.After all, it is very difficult to find the necessary grinding machines
Stiffness values, the vibration behavior and the damping properties of the spindle unit
to be coordinated so that an optimal running behavior is achieved.
Es sind weiterhin hydrostatische Spindeleinheiten für Schleifmaschinen
bekannt geworden (Wälzlagertechnik -Berichte der Firme FAG KUGELEISCHER GEORG SCHAFER
& CO. -1970-3, So 69), die einige der vorgenannten Nachteile vermeiden Derartig
gelagerte Spindeleinheiten zeichnen
sich zwar durch hohe Steifigkeit
und gute Dämpfung aus, nachteilig dabei ist abet der bei hohen Drehzahlen auftretende
hohe aeibungsverlust der hydrostatischen Lager im Vergleich zu Wälzlagern. Die haydrostatischen
lager besitzen nämlich nur bei niedrigen Geschwindigkeiten geringe Reibung. Mit
steigender drehzahl steigt die zu überwindende Reibung etwa auadratisch an und erfordert
bei Drehzahlen, mit denen Schleifmaschinen betrieben werden, einen sehr hohen Energiebedarf
der Antriebsmaschinen und eine aufwendige OlrückLühlungo such müssen umfangreiche
Vorrichtungen eingebaut werden, damit bei einem etwaigen Ausfall der Druckillittelpumpen
ein Pressen der hochtourigen lager vermieden wird (sO zoBo DT-Gm 73 04 945)0 Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Spindeleinheit für iZerkzeuÕmaschinen, vorzugsweise
Schleifmaschinen, aufzuzeigen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, also
insbesondere eine wesentlich höhere Grenzdrehzahl erlaubt, mit niedrigem Energiebedarf
der Antriebsmaschinen auskommt, keine aufwendige Ölrücidcühlung erfordert, betriebssicher
ist und auch-bei unterschiedlichen Maschinentypen ein optimales laufveftalten zeigt,
Die Lösung dieser Aufgabe ist aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zu ersehen.
Durch die Erfindung wird ein Bedürfnis befriedigt, das schon längere Zeit bestand,
aber trotz der bekannten Mängel nicht behoben wurde, Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.There are also hydrostatic spindle units for grinding machines
became known (rolling bearing technology reports from FAG KUGELEISCHER GEORG SCHAFER
& CO. -1970-3, So 69), which avoid some of the aforementioned disadvantages Such
Draw supported spindle units
through high rigidity
and good damping, the disadvantage here is that which occurs at high speeds
high friction loss of hydrostatic bearings compared to roller bearings. The haydrostatic
This is because bearings only have low friction at low speeds. With
As the speed rises, the friction to be overcome increases approximately automatically and requires
at speeds at which grinding machines are operated, a very high energy requirement
the prime movers and an elaborate oil return coolant search have to be extensive
Devices are installed so that in the event of a failure of the pressure medium pumps
Pressing the high-speed bearings is avoided (sO zoBo DT-Gm 73 04 945) 0 Es
is therefore the object of the invention, a spindle unit for iZerkzeuÕmaschinen, preferably
To show grinding machines that do not have the aforementioned disadvantages, that is
in particular, a significantly higher limit speed is allowed, with low energy consumption
the prime mover gets by, does not require complex oil recooling, operationally reliable
is and also shows an optimal running curve with different machine types,
The solution to this problem can be seen from the characterizing part of claim 1.
The invention satisfies a need that has existed for a long time,
however, despite the known deficiencies, it was not remedied. Further advantageous refinements
can be found in the following claims 2 to 6.
Die allseitig schwimmende Abstützung der Wälzlager ermöglicht eine
wesentlich höhere Grenzzahl0 Dabei wird sehr viel Antriebsenergie eingespart, da
Wälzlager bei den hohen Drehzahlen eine wesentlich niedrigere Reibung haben, als
schnelldrehende Gleit lager, Aber auch bei plötzlichem Ausfall der Druckölversorgung
würden die lager nicht festfressen, sondern könnten, wenn auch nicht mehr unter
optimalen ]3edingungen' weiterlaufen0 Über die Drosseln können die die wälzlager
umschließenden hydrostatischen lager mit variablem Druck beaufschlagt werden. Auf
diese Weise läßt sich auch die radiale und axiale Vorspannung der Wälzlager steuern,
wodurch es möglich ist, das Laufverhalten der Spindeleinheit unterschiedlichen Schnittbedingungen
und Drehzahlen optimal anzupassen. Die Spindeleinheit kann. nun auch in unterschiedliche
Masch-inentypen eingebaut werden, da sie nicht mehr auf das spezielle Schwingungsverhalten
einer Maschinentype abgestimmt sein muß0 Dieser Vorteil reduziert die Typenvielfalt
und erleichtert die -LagerhaltungO Ein Ringkolbenraum ermöglicht die Aufrecht erhaltung
gleicher Vorspannung trotz unterschiedlicher Wärme ausdehnung. Durch Verändern der
Zähigkeit läßt sich die Dämpfung-der Spindeleinheit beeinflussen, Über Druck und
Menge der in die Wälzlager eingespritzten Schmier- und Kühlmittel wird das laufverhalten
der Lagerung weiterhin optimiert, Indem die hydrostatischen Radiallager sich in
einer Ebene mit den Schnittpunkten der Druckwinkellinie der Schräglager auf der
lagerachse befinden, werden in diese keine zusatzlichen Momente eingeleitet,
Die
Erfindung soll an nachfolgender Figur näher erläutert werden, in der eine erfindungsgemäße
Schleifspindeleinheit im Schnitt dargestellt ist0 Die Welle 1 ist in zwei Schrägkugellagern
2 und 3 üer je eine Zwischenbüchse 4 bzw. 5 im Gehäuse 6 gelagert. Im Gehäuse 6
sind Druckräume vorgesehen, die zusammen mit den Zwischenbüchsen 4 und 5 hydrostatische
lager 7, 9, 10 und 12, den Ringkolbenraum 10 und Schmiermittelzufuhrkanäle 8 und
11 bilden0 Die Druckmittelzufuhr erfolgt über Drosseln 7', 8', 9', 10', 11' und
12', die von außen und voneinander unabhängig einstellbar sind, Je nach llöhe des
eingestellten Taschendrucks und der Viskosität des Drucköls ergibt sich eine ganz
bestimmte Steifigkeit und Dämpfung der Lagerung, Die axiale Vorspannkraft, die von
dem Druck in dem Ringkolbenraum 10 bzwo in dem hydrostatischen Axiallager 9 ausgeübt
wird und die die Steifigkeit der Äiälzlager bestimmt, kann über die Drosseln 9'
und 10' ebenfalls reguliert und den entsprechenden Verhältnissen angepaßt erden,The all-round floating support of the roller bearings enables a
Much higher limit number0 This saves a lot of drive energy because
Rolling bearings have a much lower friction than
Fast-rotating plain bearings, but also in the event of a sudden failure of the pressure oil supply
the bearings would not seize up, but could, albeit no longer under
optimal "conditions" continue to run 0 The throttles allow the rolling bearings
surrounding hydrostatic bearings are subjected to variable pressure. on
In this way, the radial and axial preload of the rolling bearings can also be controlled,
whereby it is possible to adjust the running behavior of the spindle unit to different cutting conditions
and to optimally adapt speeds. The spindle unit can. now also in different
Machine types are built in, as they no longer depend on the special vibration behavior
must be matched to a machine type0 This advantage reduces the variety of types
and facilitates storage O An annular piston chamber enables storage
same preload despite different thermal expansion. By changing the
Toughness can be influenced by pressure and damping of the spindle unit
The amount of lubricants and coolants injected into the rolling bearings determines the running behavior
the bearing is further optimized by the hydrostatic radial bearings in
a plane with the intersections of the pressure angle line of the angular contact bearings on the
are located on the bearing axis, no additional moments are introduced into this,
the
Invention will be explained in more detail in the following figure, in which an inventive
Grinding spindle unit is shown in section 0 The shaft 1 is in two angular contact ball bearings
2 and 3 each supported by an intermediate sleeve 4 and 5 in the housing 6. In the housing 6
pressure chambers are provided which, together with the intermediate sleeves 4 and 5, are hydrostatic
bearings 7, 9, 10 and 12, the annular piston chamber 10 and lubricant supply channels 8 and
11 form0 The pressure medium is supplied via throttles 7 ', 8', 9 ', 10', 11 'and
12 ', which can be adjusted from the outside and independently of each other, depending on the length of the
set pocket pressure and the viscosity of the pressure oil results in a complete
certain stiffness and damping of the bearing, the axial preload force that of
the pressure exerted in the annular piston chamber 10 or in the hydrostatic axial bearing 9
and which determines the rigidity of the roller bearings can be controlled via the throttles 9 '
and 10 'also regulated and adjusted to the relevant conditions,