DE3229128A1 - Lageranordnung - Google Patents

Lageranordnung

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Description

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RUPE " TCLLMANN - IjRAMS Dipl.-Chem. G. Bühling
DIpI.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe
_ 4 _ Dipl.-Ing. B. Pellmann
Dipl.-Ing. K. Grams
! Bavariaring 4, Postfach 20 24 C
3 2 2 9 T2 8 8000 München 2
Tel.: 089-539653
Telex: 5-24845 tipat
cable: Germaniapatent Münche
4.August 1982
DE 2393
case PP1392CCH
TI Churchill Limited Blaydon-on-Tyne, Tyne & Wear, Großbritannien
Lageranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung bzw. auf eine Einrichtung zur lagemäßigen Einstellung einer Lagerung, wie sie insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinenspindeln Anwendung finden kann.
Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zur lagemäßigen Einstellung eines Lagers bzw. einer Lagerung und damit eine Lageranordnung geschaffen, die zumindest ein zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Körpern montiertes Wälzlager und ein nachfolgend näher zu definierendes hydrostatisches Lager aufweist, das direkt und wirksam bzw. wirkungsmäßig zwischen dem Wälzlager und einem der Körper montiert und eingesetzt ist.
Das hydrostatische Lager ist geeigneterweise zwischen dem Wälzlager und dem nicht drehbaren bzw. nicht umlaufenden Körper montiert. Die für das hydrostatische Lager vorgese-
C/22
Dresdner Bank (München) KIO. 3 939 844 Bayer. Vereinsbank (München) KIo. 50β 941 Postscheck (München) Kto. 670-43-804
-5- DE 2393
henen Strömungsmittel-Versorgungen bzw. -Versorgungskanäle speisen das Strömungsmittel bevorzugterweise in getrennte Taschen·,- die voneinander durch je einen Abschnitt einer der in Drehbewegung befindlichen Oberflächen abgegrenzt sind.
Jede der Taschen kann als Abflachung auf der inneren Drehbewegungsoberfläche ausgebildet sein.
Die Lageranordnung bzw. die Einrichtung zur lagemäßigen Einstellung bzw. Positionierung des Lagers kann ferner
Strömungsmitte1-Meß- oder -Meßfühleinrichtungen aufweisen, die mit jeder der Strömungsmittelversorgungen für das hydrostatische Lager verbunden sind, wobei die jeweiligen Druckdifferenzwerte zwischen den verschiedenen Versorgungskanälen bzw. Strömungsmittel-Versorgungsleitungen die Errechnung der auf das hydrostatische Lager einwirkenden Belastung ermöglichen. ■ Es können darüberhinaus zumindest
zwei Wälzlager zwischen den beiden relativ zueinander
drehbaren Körpern montiert sein, wobei darüberhinaus die Wälzlager unter Einwirkung von Axialkräften, die durch
Strömungsmitteldruck erzeugt werden, in entgegengesetzten Richtungen beaufschlagt bzw. vorgespannt werden können. Bevorzugterweise wirkt der Strömungsmitteldruck auf einen Kolben in einer Kolben- und Zylinderanordnung, um die
Axialkräfte zu erzeugen, wobei" in diesem Fall eines der Wälzlager durch den Kolben oder den Zylinder getragen ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der anliegende Strömungsmitteldruck zur Erzeugung einer Kraft auf ein Lager oder auf mehrere Lager mit der Geschwindigkeit der Relativdrehbewegung der beiden Körper variiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zusätzlich eine Einrichtung vorgesehen, um den Drehwinkel über das hydrostatische Lager zu begrenzen.
35
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-6- DE 2393
Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch zwei zueinander im Winkel
stehende Ebenen durch die Achse einer Spindel, bei einer Schnittführung längs der Linie I-I in Fig. 2, und
Fig. 2 einen zur Spindel senkrechten Schnitt bei einer Schnittführung entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Aus den Zeichnungen ist erkennbar, daß eine Spindel 10, die durch irgendeine geeignete Einrichtung, wie z.B. durch ein Zahnrad, einen Riemen oder dergleichen angetrieben
werden kann, über zwei Kegelrollenlager 11 und 12 montiert bzw. gelagert ist. Die Spindel ist Bestandteil einer Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschine, es soll jedoch bereits hier hervorgehoben werden, daß der Anmeldungsgegenstand auch bei anderen Spindelformen Anwendung finden kann. In einigen Anwendungsfällen kann die Spindel 10 sogar ortsfest sein, wobei dann die umgebende Struktur eine Drehbewegung ausführen kann.
Das vordere Ende der Spindel 10 ist mit einer Schulter 13 versehen, an die sich eine Futter-Halterung 14 oder dergleichen anschließt.
Der Innenring 15 des Lagers 12 steht in Passungskontakt mit der Spindel 10 und der Schulter. 13, während der Außenring 16 durch eine Bohrung 17 und eine Schulter 18 einer starren Struktur bzw. eines starren Gehäuses 119 positioniert ist, die gemäß einer typischen Ausgestaltung die
Form eines Spindelstocks besitzt.
35
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Der Innenring bzw. der innere Laufring 19 des hinteren Lagers 11 sitzt auf der Spindel 10 und steht in Anlagekontakt mi-t einem Deckel 20, der mittels Schraubbolzen 21 am Ende der Spindel 10 befestigt ist.
Der äußere Laufring 22 des Lagers 11 ist über eine Bohrung 23 und eine Schulter 24 positioniert, die in einem Kolbenelement 25 ausgebildet ist.
Das Kolbenelement 25 weist zwei koaxiale Zylinderoberflächen .26 und 27 auf, die jeweils in Gleitpassungskontakt mit entsprechenden Bohrungen 28 und 29 in einem Abschnitt der Struktur 119 stehen. Man erkennt, daß dadurch eine
ringförmige Ausnehmung .30 bzw. ein Ringhohlraum 30 gebildet wird, der Über einen Kanal 31 mit einer nicht gezeigten Drucköl-Versorgungsquelle in Verbindung steht. Auf
diese Weise erzeugt der Öldruck im Ringhohlraum 30 eine Axialkraft vorbestimmter Größe, die das Kolbenelement 25 in der Darstellung gemäß Fig. 1 nach links drückt; diese Kraft sorgt somit für eine erforderliche axiale Vorspannkraft für das Lager 11 und darüberhinaus über den Deckel 20 und die Spindel 10 für die gleiche axiale Vorspanhkraft für das Lager 12.
Die Drehbewegung des Kolbenelements 25 wird durch eine
Zunge 32 eingeschränkt, die an-der Struktur 119 befestigt ist
und in einen Schlitz oder eine Ausnehmung bzw. eine Vertiefung 33 eingreift, die im Ende des Kolbenelements 25 ausgebildet ist.
An Hochgeschwindigkeitsspindeln wird häufig bzw. generell die grundlegende und wesentliche Anforderung gestellt, daß sie in radialer Richtung relativ zu ihrer lagernden Struktur örtlich exakt festgelegt und in radialer Richtung in fester bzw. starrer Weise in dieser lagernden Struktur
-8-' DE 2393
' montiert, »ein »ollen. Im vorliegenden Fall könnte der Genauigkeitsgrad der Lagefixierung und die Lagerungssteifigkeit
der Spindel 10 dadurch beeinträchtigt werden, daß ein
Spiel erforderlich wird, das es dem Kolbenelement 25 ermöglicht, in axialer Richtung innerhalb der ortsfesten
Struktur 119 zu gleiten. Dieses Problem kann allerdings abgeschwächt werden, indem zwischen dem Kolbenelement 25 und der umgebenden Lagerungsstruktur 119 eine starre hydrostatische Lageranordnung vorgesehen wird. Ein hydrostatisches Lager ist als Lager zwischen zwei relativ zueinander drehenden Oberflächen definiert, von denen die eine Oberfläche eine Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinander im Abstand stehenden Strömungsmittel-Versorgungsstellen bzw. Strömungsmittel-Versorgungen aufweist, die zueinander bzw. voneinander jeweils durch einen Abschnitt dieser sich in Drehbewegung befindlichen Oberfläche abgegrenzt sind. Derartige hydrostatische Lager sind an sich, d.h. konstruktionsbedingt sehr steif, wobei sie darüberhinaus einen direkten Kontakt metallischer Teile untereinander verhindern, der zu unannehmbarer reibungsbedingter Abnutzung führen könnte.
Eine geeignete und vorteilhafte Ausführungsform des hydrostatischen Lagers ist in Fig. 2 gezeigt; gemäß dieser Ausführungsform sind in der Zylinderoberfläche 26 des Kolbenelements 25 sechs in Umfangsrichtung zueinander im Abstand stehende Abflachungen 34 ausgebildet, die sich nicht über die volle bzw. ganze axiale Länge der Oberfläche 26 erstrecken, so daß sie sechs voneinander isolierte Taschen bzw. Schmiertaschen ausbilden. Jede der Taschen 35 wird über untereinander verbundene Kanäle 36 von einer Versorgungsquelle mit Drucköl gespeist.
Mittels der hydrostatischen axialen und radialen Vorspannung des Kolbenelements 25 wird einerseits die erfordern-
-9- DE 2393
ehe axiale Vorspannkraft auf die Lager 11 und 12 übertragen und aufrecht erhalten und es wird ferner trotz der
axialen·-und radialen Ausdehnungen der verschiedenen Bauteile bzw. Bauteilgruppen während des Betriebs für eine große radiale Steifigkeit gesorgt und diese auch aufrecht erhalten.
Die Anzahl der Taschen 35 wird so gewählt, daß sie der
Größe der Anordnung angepaßt ist. die Ölversorgung der Kanäle 36 kann nach einem der gängigen Verfahren erfolgen, die bei hydrostatischen Lagerungen in der Regel Anwendung finden; so kann die Versorgung beispielsweise über Kapillarkanäle, Strömungsmittel-Öffnungsdüsen bzw. -Drosseln oder Strömungs-Steuerventile erfolgen. Der Druck des Öls in jeder Tasche 35 kann darüberhinaus überwacht werden, wobei dann die Öldruckwerte dazu verwendet werden können, um die auf das Lager 11 einwirkende Radialkraft zu bestimmen.
Das Vorsehen des hydrostatischen Lagers zeigt die Tendenz, das Radial-Dämpfungsverhalten zu verbessern, die Übertragung von Lagergeräuschen abzuschwächen und unterschiedliche radiale Ausdehnungen zu kompensieren, die auf Wärmeentwicklungen im Wälzlager zurückzuführen sind.
Obwohl das hydrostatische Lager in einer Anordnung dargestellt ist, in der es zwischen dem nicht umlaufenden Lager-Laufring 22 des Lagers 11 und der Struktur 119 angeordnet ist, so soll doch hervorgerufen werden, daß es in manchen Fällen, d.h. in manchen Ausführungsformen vorteilhaft und bevorzugt sein kann, das hydrostatische Lager
wirksam zwischen dem umlaufenden Lager-Laufring 19 des Lagers 11 und der Spindel 10 anzuordnen.
Das hydrostatische Lager ist als reines Radiallager dargestellt; das Lager kann allerdings für bestimmte Anwen-
ν« V- Ww uv «.ν - .j . -
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dungsfälle auch als hydrostatisches Axial-Drucklager ausgebildet oder angestellt angeordnet werden, um eine kombinierte -Radial- und Axial-Lagerbaugruppe zu schaffen.
Für manche AusfUhrungsformen kann es vorteilhaft sein, den Druck, mit dem der Hohlraum .30 ■ und/oder die Taschen bzw. Schmiertaschen 35 versorgt werden, mit der Spindel-Drehzahl anzuheben oder abfallen zu lassen.
Die Erfindung schafft eine Einrichtung zur lagemäßigen Fixierung oder Halterung bzw. Justierung oder Einstellung einer Lagerung und somit eine Lageranordnung, die beispielsweise für eine Werkzeugmaschinenspindel Anwendung finden kann. Bei dieser Lageranordnung ist ein Rotations-Wälzlager in Reihe mit einem hydrostatischen Lager montiert, das einen begrenzten Drehwinkel haben kann.

Claims (1)

  1. Gn_ /■*"" * "--""-" "--*'"-- Dipl.-lng. H.Tiedtke
    RUPE " K1ELLMANN " CIRAMS Dipl.-Chem. G. Bühling
    Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams
    Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
    Tel.: 089-539653
    Telex: 5-24845 ti pat
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    4.August 1982
    DE 2393
    case PP 1392CCH
    Patentansprüche
    flJ Lageranordnung,"mit zumindest einem Wälzlager, das zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Körpern montiert ist, gekennzeichnet durch ein hydrostatisches Lager (34,35,36), das direkt und wirksam zwischen dem Wälzlager (11) und einem der Körper (119) montiert bzw. eingesetzt ist.
    2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Lager zwischen dem Wälzlager und dem nicht umlaufenden bzw. nicht drehbaren Körper montiert ist.
    3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Strömungsmittel-Versorgungen (36) jeweils eine gesonderte Tasche bzw. Schmiertasche (35) versorgen, die durch einen Abschnitt einer der in Drehbewegung befindlichen Oberflächen abgegrenzt ist.
    4. Lageranordnung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß jede Tasche als Abflachung (34) auf der inneren drehenden Oberfläche ausgebildet ist.
    C/22
    Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844
    Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 508941
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    -2- DE 2393
    5. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Strömungsmitte1-Meß- oder -Meßfühleinrichtungen, die mit jeder der Strömungsmittelversorgungen für das hydrostatische Lager verbunden sind, wobei die Druckdifferenzwerte zwischen den verschiedenen Versorgungsstellen die Berechnung der auf das hydrostatische Lager einwirkenden Belastung ermöglichen.
    6. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, gekennzeichnet durch zumindest zwei Wälzlager
    (11,12), die zwischen zwei relativ zueinander drehbaren . Körpern montiert und in entgegengesetzten Richtungen durch Axialkräfte beaufschlagt sind, die durch Strömungsmitteldruck (31) erzeugt sind,
    7. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmitteldruck auf einen Kolben in einer Kolben (25)- und Zylinder (29)-Einheit einwirkt, um die Axialkräfte zu erzeugen, wobei eines der Wälzlager4
    (H) entweder durch den Kolben oder durch den Zylinder getragen ist.
    8. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung einer auf ein Lager oder auf mehrere Lager einwirkenden
    Kraft herangezogene Strömungsmitteldruck mit der zwischen den Körpern vorliegenden Relativ-Drehzahl variierbar ist.
    9. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmitteldruck angehoben wird,
    wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen den Körpern ansteigt .
    10. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Körper
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    1 (119) nicht drehbar bzw. nicht umlaufend ist und der andere Körper eine Spindel (10) darstellt.
    11. Lageranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn-5 zeichnet, daß die Spindel eine Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinenspindel ist.
    12. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (32,33),
    10 um den Drehwinkel über das hydrostatische Lager einzuschränken bzw. zu begrenzen.
DE19823229128 1981-08-05 1982-08-04 Lageranordnung Withdrawn DE3229128A1 (de)

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