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