DE3443537A1 - Lagerung einer werkzeugmaschinenspindel mit kuehleinrichtung in einem spindelstock - Google Patents

Lagerung einer werkzeugmaschinenspindel mit kuehleinrichtung in einem spindelstock

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DE3443537A1 DE19843443537 DE3443537A DE3443537A1 DE 3443537 A1 DE3443537 A1 DE 3443537A1 DE 19843443537 DE19843443537 DE 19843443537 DE 3443537 A DE3443537 A DE 3443537A DE 3443537 A1 DE3443537 A1 DE 3443537A1
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Description

Lagerung einer Ulerkzeugmaschinenspindel mit Kühleinrichtung in einem Spindelstock.
Die Erfindung betrifft eine Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel mit Kühleinrichtung in einem Spindelstock, bei welcher den Idälzlagerinnenringen der Spindellager ein flüssiges Kühlmittel über parallel zur Spindelachse verlaufende Zu- und Abflußkanäle zugeführt wird.
Bei Werkzeugmaschinen, deren Spindeln mit hoher Drehzahl rotieren, entsteht in den Wälzlagern infolge der Lagerreibung Wärme, die saujohl auf die Spindel als auch auf den Spindelstock übertragen wird. Durch ungleichmäßige Temperaturverteilung in den Lagerbauteilen und der Spindel ergeben sich Verlagerungen der Bearbeitungswerkzeuge in Richtung der Spindelachse und in der Winkellage der Drehachse der Werkzeuge, worunter die Bearbeitungsgenauigkeit leidet.
Es ist deshalb üblich, die Wälzlageraußenringe mittels einer Kühleinrichtung zwangsweise zu kühlen. Eine Kühlung der Wälzlageraußenringe genügt jedoch bei den heute geforderten höheren Drehzahlbereichen und steigenden Genauigkeitsanforderungen nicht. Durch Kühlung der Wälzlageraußenringe kann
2D nämlich nur ein sehr geringer Teil der an den Wälzlagerinnenringen anfallenden Wärme über die Wälzkörper abgeführt werden .
Um auch Wärme von den Wälzlagerinnenringen abzuführen, ist bei einer Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel mit Kühleinrichtung der eingangs erwähnten Art (DE-DS 19 57 31k) eine die Wälzlageraußenringe umschließende Lagerbüchse vorgesehen. Die Lagerbüchse weist einen achsparallelen Zuflußkanal auf, der im Bereich der Wälzlager über Querbohrungen mit dem Innenraum der Wälzlager in Verbindung steht. Die Lagerbüchse weist ferner einen Abflußkanal für das Kühlmittel auf, welches in der Nähe des Spindelkopfes aus dem Innenraum der Wälzlager in einen Ringraum eintritt, der mit
dem AbfluBkanal in Verbindung steht. Als Kühlmittel wird Schmieröl verwendet , welches mittels einer Pumpe über den ZufluBkanal dem Innenraum der Wälzlager zugeführt wird. Das Schmieröl gelangt auf diese Weise auch direkt an die Wälzlagerinnenringe und auch die Wälzlageraußenringe. Es durchströmt nacheinander die verschiedenen Wälzlager bis es schließlich in den am Spindelkopf vorgesehenen Ringraum und von diesem über den Abflußkanal und einen Ölkühler in einen Vorratsbehälter zurückfließt. Diese scheinbar ein-
1D fache Lösung ist jedoch im Hinblick auf die Kühlwirkung wenig wirkungsvoll. Durch die mit hoher Drehzahl rotierenden Wälzkörper entsteht nämlich ein aus Dl und Luft bestehender Ölschaum, der zur Wärmeabfuhr wenig geeignet ist. Außerdem entstehen bei der Verwirbelung des Öles im Wälzlagerinnenraum VerwirbelungsVerluste , die wiederum die Menge der anfallenden Wärme vergrößern. Da eine einwandfreie Wärmeabfuhr bei dieser vorbekannten Lagerung nicht sichergestellt ist, ist eine zusätzliche Korrektureinrichtung vorgesehen, welche die axiale Lage der Spindel in Ab-
2D hängigkeit von ihrer Temperatur steuert. Eine derartige Korrektureinrichtung setzt jedoch voraus, daß die Lagerbuchse im Spindelstock axial verschiebbar ist und außerdem sind komplizierte Steuereinrichtungen erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel mit Kühleinrichtung in einem Spindelstock der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei einem einfachen Aufbau eine einwandfreie Verlustwärmeabfuhr von den Wälzlagerinnenringen gewährleistet und damit eine hohe Arbeitsgenauigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer der Wälzlager sicherstellt.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Zu- und Abflußkanäle in der Spindel vorgesehen sind und mit Kühlnuten in Verbindung stehen, die zumindest im Bereich der am Spindelkopf angeordneten Wälzlagerinnenringe in
Umfangsrichtung oder schraubenlinienförmig verlaufend in die Spindelmantelfläche eingearbeitet und zu den Wälzlagerinnenringen hin offen sind.
Durch diese verhältnismäßig einfachen Maßnahmen ujird eine gute Uerlustwärmeabfuhr aus dem IMahbereich der Wälzlagerinnenringe sichergestellt. Da das Kühlmittel zuar über die Kühlnuten an die üiälrzlagerinnenringe herangeführt uiird, jedoch nicht mit den Wälzkörpern in Berührung kommt, wird ein Aufschäumen des Kühlmittels verhindert, so daß dieses seine volle Kühlwirkung entfalten kann. Durch einwandfreie üJärmeabfuhr der Verlustwärme von den LUälzlagerinnenringen uird eine Wärmeübertragung auf die Spindel und ihre Lagerteile vermieden und damit wird auch eine hohe Arbeitsgenauigkeit sichergestellt. Gegenüber Lagerungen mit Kühleinrichtung, bei denen nur die üJälzlageraußenringe gekühlt werden, hat die erfindungsgemäße Lagerung auch ein besseres Kaltstartverhalten, denn etwaige Lüärmeausdehnungen brauchen bei der Bemessung der Lagerluft nicht berücksichtigt zu werden. Schließlich führt die gute üJärmeabf uhr von den üJälzlagerinnenringen auch zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Wälzlager.
Worteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung" sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Axialschnitt, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel im Axialschnitt.
Die üJerkzeugmaschinenspindel 1 ist in der IMähe ihres Spindelkopfes 1a mittels mehrerer Wälzlager 2 im Spindelstock 3 drehbar gelagert. Zwischen den Wälzlager innenringen 2a zweier benachbarter Wälzlager bzw. auch zwischen den Wälz-
lager innenringen 2a und Teilen 1a sowie 4, die mit der Spindel 1 rotieren, sind jeweils Paßringe 5 vargesEhen. Diese Paßringe sind bei diesem Ausführungsbeispiel an ihren an benachbarten Uälzlagerinnenringen 2a bzw. mit der Spindel rotierenden anliegenden Stirnflächen jeweils mit Ringnuten versehen, in welchen Dichtungsringe 6 angeordnet sind. Am inneren Ende der Spindel 1 ist mit Schiebesitz die Nabe 7 eines Kegelrades 8 angeordnet, welches von dem Kegelrad 9 angetrieben wird. Die Kegelradnabe 7 ist über die Wälzlager 10 und eine Zuischenbüchse 11 ebenfalls im Spindelstock 3 gelagert.
In der Spindel 1 sind ferner je zwei 18G° zueinander versetzte achsparallele Zuflußkanäle 12 und Abflußkanäle 13 vorgesehen. (Der Abflußkanal 13 ist um 90° versetzt gezeichnet.) Im Bereich der in der Nähe des Spindelkopfes 1a vorgesehenen Innenringe 2a sind in die Spindelmantelfläche 1b Kühlnuten 14 eingearbeitet, die bei diesem Ausführungsbeispiel schraubenlinienförmig verlaufen. Diese Kühlnuten 14 weisen vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Sie können gegebenenfalls jedoch auch einen trapezförmigen oder halbrunden Querschnitt aufweisen. Die Kühlmittelnuten 14 sind zu den liJälzlagerinnenringen 2a hin offen. Das Austreten von Kühlmittel in den Innenraum der Wälzlager 2 wird durch die Dichtungen S verhindert.
Damit die Kühlnuten 14 im Gegenstromprinzip durchflossen werden, steht die dem Spindelkopf 1a am nächsten liegende Kühlnut 14a über die Werbindungsbohrung 15 mit dem Zuflußkanal 12 in Verbindung. Die vom Spindelkopf 1a am weitesten entfernt liegende Kühlnut 14b ist über die Uerbindungsbohrung 16 an den Abflußkanal 13 angeschlossen. Letzterer mündet an der Stelle 13a in das Getriebegehäuse.
Am oberen Ende des Zuflußkanales 12 ist die Spindel 1 von einer Büchse 17 umschlossen, wobei zwischen einem Teil der Büchse 17 und der Spindel ein Ringraum 18 vorhanden ist.
Die Büchse 17 iiieist είπε Eintrittsbahrung 19 auf, die an είπε nicht dargestellte Kühlmittelpumpe mit integriertem Kühler angeschlossen ist. Däe Büchse 17 umschliEßt mit ihren beiden Enden 17a und 17b die Spindelmantelfläche so, daß zuischen dEr Spindelmantelfläche und der Büchse 17 ein hydrostatisch wirkender Dichtspalt gebildet wird. Anstelle der Büchse 17 könnte auch jede beliebige andere Zuführeinrichtung vargesehBn sEin, die die Zufuhr einEsflüssigsn Mediums von einem stationären Teil zu einem rotierenden Teil ermöglicht. Beispielsweise könnte die Kühlmittelzufuhr auch stirnseitig am inneren Ende der Spindel 1 erfolgen. Ebenso wäre es denkbar, daß die Kühlmittelableitung über eins BüchsE ähnlich der Büchse 17 erfolgt. Einfacher ist es jedoch, den Abflußkanal 13 in das Getriebegehäuse münden zu lassen. Voraussetzung hierfür ist, daß als Kühlmittel GEtriebeöl verwendet wird. Vom Getriebegehäuse 20 aus wird das Kühlmittel über den Kühler wieder der nicht dargestellten Pumpe zugEführt.
Durch das unmittelbar an die Wälzlagerinnenringe 2a herangeführte Kühlmittel uiird die an den Idälzlagerinnenringen 2a EntstEhsndE Reibungswärme fortlaufend abgeführt, so daß eine Erwärmung der Spindsl 1 ausgeschlossen ist und auch bei hohen SpindeldrEhzahlen die Arbeitsgenauigkeit erhalten bleibt. Druck und/oder Menge und Temperatur des über den Zuflußkanal 12 und die Kühlnuten 14 den Uälzlagerinnenringen zugeführten Kühlmittels werden nach Maßgabe einer Führungsgröße, vorzugsweise der Raumtemperatur, so geregelt, daß die Temperatur der Spindel, gemessen an einer repräsentativen Meßstelle, möglichst genau der Raumtemperatur entspricht .
Die Kühlung der Uälzlageraußenrings 2b Erfolgt in hErkömmlicher lüeise mittels eines Kühlmittels, welches über eine im Spindelstock 3 vorgesehene Zuflußbohrung 21 den Kühlnuten 22 zugeführt wird, die in einer die liiälzlageraußen-
ringe 2b umgebenden Zujischenbüchse 23 vorgesehen sind. Das eruiärmte Kühlmittel wird über die Austrittsbührung Zk abgeleitet. In ähnlicher Weise werden die Dberen Wälzlager 10 durch Kühlmittel gekühlt, welches die Kühlmittelnuten 25 in der Zwischenbüchse 11 durchströmt. Gegebenenfalls können auch die lüälzlagerinnenringe der Wälzlager 10 in ähnlicher Weise gekühlt werden, wie es bezüglich der Wälzlagerinnenringe 2a der unteren Wälzlager 2 beschrieben wurde. Allerdings sollte dann der Antrieb der Spindel aberhalb der oberen Wälzlager 10 erfolgen.
Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt in wesentlichen Teilen mit dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, weshalb auch die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind und obige Beschreibung sinngemäß zutrifft. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch zwischen den Wälzlagerinnenringen 2a bzw. auch den Paßringen 5 und der Spindelmantelfläche 1b eine dünnwandige Büchse 26 aus gut wärmeleitendem Material angeordnet. Diese dünnwandige Büchse 26 v/erhindert den Austritt des Kühlmittels in den Wälzlagerinnenraum, so daß die Dichtungsringe 6 entfallen können. Durch die Dünnwandigkeit der Büchse 26 und ihre gute Wärmeleitfähigkeit wird die Wärmeabfuhr von den Wälzlagerinnenringen 2a kaum beeinträchtigt.
Ferner sind die in die Spindelmantelfläche 1b eingearbeiteten Kühlnuten 14' in diesem Fall nicht schraubenlinienförmig angeordneten, sondern als Umfangsnuten ausgebildet.
Jede der Kühlnuten V+ ist also in sich geschlossen. Über axiale Verbindungsnuten 27 stehen die einzelnen Kühlnuten 14' miteinander in Verbindung. Damit das Kühlmittel die Kühlnuten 14' auch vollständig durchströmt, ist es zweckmäßig, wenn die Verbindungsnuten 27 abwechselnd um 1B0° versetzt zueinander angeordnet sind.
-J-
- Leerseite -

Claims (7)

- π - ■ Ansprüche
1. Lagerung einer wekrzEugmaschinEnspindEl mit KühlEinrichtung in einem Spindelstock, bei welcher den Ldälzlagerinnenringen der Spindellager ein flüssiges Kühlmittel über parallel zur Spindelachse verlaufende Zu- und Abflußkanäle zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abflußkanäle (12, 13) in der Spindel (1) vorgesehen sind und mit Kühlnuten (14, 14') in Verbindung stehen, die zumindest im Bereich der am Spindelkopf (1a) angeordneten Uälzlagerinnenringe (2a) in Umfangsrichtung oder schraubenlinienförmig verlaufend in die Spindelmantelfläche (1b) eingearbeitet und zu den liJälzlagerinnenringen (2a) hin offen sind.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlnuten (14') über mehrere axial verlaufende Werbindungsnuten (27) untereinander verbunden sind.
3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 2D die Uerbindungsnuten (27) zwischen benachbarten Kühlnuten (14') abwechselnd um 18Q° versetzt zueinander angeordnet sind.
4. Lagerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlnuten (14, 14') einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
5. Lagerung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuflußkanal (12) in die
3D der Stirnfläche des Spindelkopfes (1a) am nächsten liegende Kühlnut (14a) mündet und der Abflußkanal (13) an die von der Stirnfläche am entferntesten liegende Kühlnut (14b) angeschlossen ist.
6. Lagerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 - b, dadurch gskennzsichnEt , daß die zujischEn den Uälzlagerinnenringen (2a) und der SpindElmantelflache (1b) im Bereich der Kühlnuten (141) eins dünnwandige Büchse
(26) aus gut wärmeleitendem Material vorgesehen ist.
7. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB im Bereich der Kühlnuten (1Ό zwischen benachbarten Uälzlagerinnenringen (2a) und sonstigen mit der Spindel
(1) rotierenden Teilen (1a, h) PaBringe (5) vorgesehen sind, die in ihren den liJälzlagerinnenringen (2a) bzw. den mit der Spindel (1) rotierenden Teilen (1a, k) zugekehrten Stirnflächen Ringnuten zur Aufnahme von Dichtungsringen (6) aufweisen.
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