DE4121979C2 - Spinn- oder Zwirnspindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spinn- oder Zwirnspindel mit einem Spindelschaft, der mittels eines Halslagers und eines Fußlagers innerhalb eines Spindellagergehäuses gelagert ist, das unter­ halb des Fußlagers mittels eines Verbindungselementes an einem das Spindellagergehäuse mit Abstand umgebenden Außengehäuse gehalten ist, das mit Mitteln zum Befestigen an einer Spindel­ bank versehen ist, wobei das Verbindungselement mit einer einen auf Biegen federelastisch nachgiebigen Bereich definierenden Querschnittsverringerung versehen ist.

Obwohl mit modernen Maschinen und Fertigungsmethoden Spindeln oder Zwirnspindeln und ihre Lagerungen mit erhöhter Genauigkeit hergestellt werden können, ergeben sich Lärmprobleme ab Spin­ deldrehzahlen von ca. 17000 min^-1. Dabei gelten die Wälzkörper der Halslagerung als wesentliche Geräuschquelle. Schwingungen im Bereich des Halslagers werden als Körperschall über das Spindellagergehäuse, den Spindelflansch und die Spindelbank auf großflächige Maschinenelemente übertragen, von denen dann die mechanischen Schwingungen in Schall umgewandelt werden. Dies gilt auch für eine Spindel der eingangs genannten Art, wie sie durch die DE-C 27 49 389 bekannt ist. Bei dieser Bauart ist ein Lagergehäuse vorgesehen, das ein Halslager und ein vollständi­ ges Fußlager (sowohl ein radiales Lagerelement als auch ein axiales Lagerelement) aufnimmt und somit die gesamte Spindel auch in axialer Richtung hält. Das Lagergehäuse ist bei dieser Bauart dicht unterhalb des Halslagers an dem oberen Ende eines Zwischenrohres angebracht, das das Lagergehäuse in dem übrigen Bereich mit Abstand umgibt. Das Zwischenrohr ist unterhalb des Fußlagers mit seinem unteren Ende über ein Verbindungselement mit dem unteren Ende eines äußeren Lagergehäuses verbunden, das mit Mitteln zum Befestigen an einer Spindelbank versehen ist und das das Zwischenrohr mit Abstand umgibt. Bei einem Aus­ führungsbeispiel weist das Bodenteil eine Einschnürung auf, um einen auf Biegen federelastischen Bereich zu schaffen. Die Zwischenräume zwischen Lagergehäuse und Zwischenrohr einerseits sowie zwischen dem Zwischenrohr und dem äußeren Lagergehäuse stehen über Öffnungen miteinander in Verbindung und sind mit Öl gefüllt, dessen Niveau sich über die halbe Höhe des äußeren Lagergehäuses erstreckt. Mit Hilfe dieses Öls sollen Schwingun­ gen der Spindel gedämpft werden, so daß die Laufqualität der Spindel verbessert werden soll. Maßnahmen zur Schallreduzierung sind bei dieser Spindel nicht vorgesehen.

In dem zum Stand der Technik gehörenden Prioritätsdokument der nachveröffentlichten DE 40 34 067 A1 sind als Dämpfungsmittel zwischen einem Außengehäuse und einem Spin­ dellagergehäuse Öl und Fett als gleichwertig offenbart worden. Jedes Öl hat eine Schallgeschwindigkeit, die weit über 500 m/s liegt. Es gibt Fette, die eine Schallge­ schwindigkeit von weniger als 500 m/s haben, jedoch auch Fette, die eine deutlich höhere Schallgeschwindigkeit besitzen. Bei dieser Bauart ist ein Bolzen mit einem Durchmesser von 6 mm vorgesehen, der eine freie Länge von 2 mm bis 8 mm hat. Der wesentlichste Teil der Gesamtlänge dieses Bauteils aus Bolzen und Spindellagerge­ häuse wird von dem Spindellagergehäuse gebildet, so dass die Federkonstante dieses Gebildes nicht ohne weiteres ermittelbar ist.

Aus der CH 530 484 ist eine Spindellagerung bekannt, bei welcher ein Spindellager­ gehäuse in einem Außengehäuse angeordnet ist. Das Spindellagergehäuse ist einmal unterhalb des Fußlagers an dem Außengehäuse gehalten und zum anderen mittels eines federelastischen Elementes unmittelbar unter dem Halslager. Darüber hinaus ist zwischen dem Spindellagergehäuse und dem Außengehäuse eine Dämpfungsspirale angeordnet. Bei dieser Bauart wird in relativ starkem Maße Körperschall von dem Spindellagergehäuse auf das Außengehäuse und dann auf die Spindelbank übertra­ gen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spinn- oder Zwirnspindel der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine deutliche Verringerung des Geräuschproblems erhalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Querschnittsver­ ringerung als eine eine Körperschallübertragung einschränkende Diskontinuitätsstelle ausgebildet ist, die bezüglich der Biege­ steifigkeit bei einer radialen Belastung am Halslager eine Federkonstante von 70 N/mm bis 300 N/mm aufweist, und daß in dem gegenüber dem Innenraum des Spindellagergehäuses abgetrenn­ ten Zwischenraum zwischen Spindellagergehäuse und Außengehäuse ein Medium vorhanden ist, dessen Schallgeschwindigkeit kleiner als 500 m/s ist.

Aufgrund der Diskontinuitätsstelle wird die Körperschallüber­ tragung schon innerhalb der Spindellagerung weitgehend unter­ brochen, so daß die hochfrequenten Schwingungen, die später zu Schall werden, nur in geringem Maße auf das Außengehäuse und von dort auf die Spindelbank und andere Maschinenteile weiter­ geleitet werden. Das Außengehäuse selbst bewirkt außerdem noch eine Abschirmung des von dem Spindellagerhäuse abgegebenen Schalls. Dabei ist auch vorgesehen, daß in dem Zwischenraum zwischen dem Spindellagergehäuse und dem Außengehäuse kein Medium vorhanden ist, das in der Lage ist, in einem nennens­ werten Umfang einen Körperschall zu übertragen.

Die bei der bekannten Bauart nach der DE-C 27 49 389 vorhandene Einschnürung in dem Verbindungselement wirkt nicht als eine Diskontinuitätsstelle, durch die die Körperschallübertragung in nennenswerten Umfang eingeschränkt wird. Dies liegt darin be­ gründet, daß der Zwischenraum zwischen dem Zwischenrohr und dem Außenrohr auch im Bereich der Einschnürung durch Öl ausgefüllt ist, so daß über dieses Öl eine Körperschallübertragung erfolgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß der Zwischenraum zwischen Spindellagergehäuse und Außengehäuse wenigstens im Bereich der Diskontinuitätsstelle mit einem Fett ausgefüllt ist. Dadurch läßt sich die Geräuschbildung noch weiter reduzieren. Die gleiche Wirkung wird erhalten, wenn der Zwischenraum zwischen Spindellagerhäuse und Außengehäuse wenig­ stens im Bereich der Diskontinuitätsstelle mit einem Elastomer ausgefüllt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Fußlager in ein radiales Lagerelement und ein axiales Lagerelement unterteilt ist und daß das axiale Lagerelement in axialer Richtung gegen das Verbindungselement abgestützt ist. Dadurch wird erreicht, daß das Spindellagergehäuse in seinem rohrförmigen Bereich nicht mit Zug- oder Druckkräften belastet ist, sondern nur mit Biegekräften. Dadurch lassen sich definier­ tere Verhältnisse auch bezüglich der Diskontinuitätsstelle erzielen.

Die Zeichnung zeigt einen axialen Teil-Schnitt durch eine erfindungsgemäße Spinn- oder Zwirnspindel, die an einer Spin­ delbank angebracht ist.

Die Spinn- oder Zwirnspindel enthält einen mit einem Spindel­ oberteil, von dem ein Wirtel (7) dargestellt ist, drehfest ver­ bundenen Spindelschaft (2), der in einem Spindellagergehäuse (3) gelagert ist. Die Lagerung erfolgt mittels eines Wälz­ körper, vorzugsweise Rollen, aufweisenden Halslagers (4), mit welchem der Spindelschaft (2) in einer Lagerhülse gelagert ist, die in das obere Ende des Spindellagergehäuses (3) eingepreßt ist. Das untere Ende des Spindelschaftes ist mit einem Fußlager gelagert, das als radiales Lagerelement eine Lagerhülse (5) aufweist, die mittels einer Zentrierhülse (8) gehalten ist, deren oberes Ende in der Lagerhülse gehalten ist. Das Spurlager wird mit einem Spurlagerbolzen (6) ergänzt, auf den sich das Ende des Spindelschaftes (2) in axialer Richtung abstützt. Zwischen der Zentrierhülse (8) und der Innenwandung des Spin­ dellagergehäuses (3) ist eine Dämpfungsspirale (9) angeordnet. Der Spurlagerbolzen (6) ist in einem Verbindungselement (12) gehalten, das einteilig mit dem Spindellagergehäuse (3) ausge­ bildet ist und das das Spindellagerhäuse (3) unterhalb des Fuß­ lagers (5, 6) mit dem unteren Ende eines Außengehäuses (14) verbindet. Das dickwandige Außengehäuse (14) ist im Bereich seines oberen Endes an einer Spindelbank (20) befestigt. Das Außengehäuse (14) ist im Bereich seines oberen Endes mit einem Außengewinde (16) versehen, auf das eine Mutter (19) aufge­ schraubt ist. Beidseits der Spindelbank (20) sind Ringe (17, 18) angeordnet, von denen wenigstens einer einen Planschlag aufweist, so daß die Winkellage der Spinn- oder Zwirnspindel (1) durch Verdrehen dieses Ringes, beispielsweise des Ringes (18) einstellbar ist.

Der Boden (23) des Spindellagerhäuses (3), der den Spurlager­ bolzen (6) aufnimmt und der eine die Dämpfungsspirale (9) in axialer Richtung abstützende Bodenplatte (10) aufnimmt, ist, wie bereits erwähnt wurde, einteilig mit einem Verbindungs­ element (12) hergestellt. Das Verbindungselement (12) besitzt einen zylindrischen Fortsatz (13), der einen größeren Außen­ durchmesser als das Lagergehäuse (3) aufweist und der von unten in das Außengehäuse (14) eingepreßt ist, das das Spindellager­ gehäuse (3) unter Belassen eines Zwischenraumes (21) umgibt. Der Fortsatz (13) ist mit einer Ringnut versehen, in die ein Dichtungsring (15) eingelegt ist. Das Verbindungselement (12) bildet zwischen dem Boden (23) des Spindellagerhäuses (3) und dem Fortsatz (13) eine Diskontinuitätsstelle (11), mit welcher die Übertragung von Körperschall weitgehend eingeschränkt wird. In dem Bereich der Diskontinuitätsstelle (11) besitzt das Ver­ bindungselement (12) eine bolzenförmige Gestalt, wobei seine axiale Länge größer ist als sein Durchmesser. Dieser bolzenför­ mige Bereich ist so gestaltet, daß sich aufgrund der Gestalt und des gewählten Materials bei einer radialen Belastung im Bereich des Halslagers (4) in dem Bereich der Diskontinuitäts­ stelle (11) eine Biegesteifigkeit ergibt, die eine Feder­ konstante in der Größenordnung von vorzugsweise 100 N/mm ergibt. Als Material für das Spindellagergehäuse (3) und das Verbindungselement wird ein Automatenstahl verwendet.

Der Innenraum des Lagergehäuses (3) ist vorzugsweise bis zum oberen Ende der Dämpfungsspirale (9) mit Öl gefüllt. Er ist nach außen abgedichtet, so daß kein Öl in den Bereich des Zwischenraums (21) gelangt. In dem Zwischenraum (21) befindet sich ein Medium, daß nicht für eine Körperschallübertragung geeignet ist. Beispielsweise befindet sich in dem Zwischenraum (21) nur Luft unter Atmosphärendruck. Bei anderen Ausführungs­ formen wird vorgesehen, daß der Zwischenraum vorzugsweise bis etwa zwei Drittel seiner Höhe mit einem Medium gefüllt wird, das nicht in der Lage ist, in nennenswertem Umfang einen Körperschall weiterzuleiten. Als besonders geeignet erweist sich hierbei eine Füllung mit Fett. Jedoch sind auch Elastomere mit entsprechenden Eigenschaften geeignet.

Das Außengehäuse (14) ist so ausgebildet, daß es eine deutlich höhere Masse als das Spindellagergehäuse (3) besitzt. Dazu wird vorgesehen, daß seine Wandstärke wenigstens das vierfache der Wandstärke des Spindellagergehäuses (3) beträgt. Außerdem wird vorgesehen, daß das axiale Trägheitsmoment des Außengehäuses (14) größer als das axiale Trägheitsmoment des Spindellager­ gehäuses (3) ist, vorzugsweise um etwa das 10fache.

Claims (7)

1. Spinn- oder Zwirnspindel mit einem Spindelschaft, der mittels eines Halslagers und eines Fußlagers innerhalb eines Spindellagergehäuses gelagert ist, das unterhalb des Fußlagers mittels eines Verbindungselementes an einem das Spindellager­ gehäuse mit Abstand umgebenden Außengehäuse gehalten ist, das mit Mitteln zum Befestigen an einer Spindelbank versehen ist, wobei das Verbindungselement mit einer einen auf Biegen feder­ elastisch nachgiebigen Bereich definierenden Querschnittsver­ ringerung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer­ schnittsverringerung als eine eine Körperschallübertragung einschränkende Diskontinuitätsstelle (11) ausgebildet ist, die bezüglich der Biegesteifigkeit bei einer radialen Belastung am Halslager eine Federkonstante von 70 N/mm bis 300 N/mm auf­ weist, und daß in dem gegenüber dem Inneren des Spindellager­ gehäuses (3) abgetrennten Zwischenraum (21) zwischen Spindel­ lagerhäuse (3) und Außengehäuse (14) ein Medium vorhanden ist, dessen Schallgeschwindigkeit kleiner als 500 m/s ist.

2. Spinn- oder Zwirnspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (12) einteilig mit dem Spindellagergehäuse (3) hergestellt ist.

3. Spinn- oder Zwirnspindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Querschnittsver­ ringerung wenigstens annähernd die Gestalt eines Bolzens be­ sitzt, dessen Länge größer als sein Durchmesser ist.

4. Spinn- oder Zwirnspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (21) zwischen Spindellagergehäuse (3) und Außengehäuse (14) wenigstens im Bereich der Diskontinuitätsstelle (11) mit einem Fett ausge­ füllt ist.

5. Spinn- oder Zwirnspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (21) zwischen Spindellagergehäuse (3) und Außengehäuse (14) wenigstens im Bereich der Diskontinuitätsstelle (11) mit einem Elastomer aus­ gefüllt ist.

6. Spinn- oder Zwirnspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (14) ein höheres axiales Trägheitsmoment als das Spindellagergehäuse (3) aufweist.

7. Spinn- oder Zwirnspindel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußlager in ein radiales Lagerelement (5) und ein axiales Lagerelement (6) unterteilt ist, und daß das axiale Lagerelement (6) in axialer Richtung gegen das Verbindungselement (12) abgestützt ist.