DE4223256A1 - Schwingungdämpfende Lagerstellmutter - Google Patents

Schwingungdämpfende Lagerstellmutter

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Description

Die Erfindung betrifft eine schwingungsdämpfende Lagerstellmutter zur spielfreien Einstellung von Wälzlagern, insbesondere für eine Spindel­ lagerung von Werkzeugmaschinen, bestehend aus einem Mutternkörper mit einer Zentrierbohrung und einem Innengewinde.
Für die Lagerung von Haupt- oder Vorschubspindeln im Werkzeugmaschi­ nenbau werden hauptsächlich Wälzlager eingesetzt. Der Vorteil der Wälzlager besteht darin, daß sie vorgespannt und spielfrei eingestellt werden können. Der Nachteil von Wälzlagern liegt darin begründet, daß sie eine schlechte Dämpfungswirkung für Schwingungen fremder Herkunft haben und bedingt durch ihren konstruktiven Aufbau auch selbst Schwin­ gungen erzeugen.
In diesem Zusammenhang ist auch bekannt, daß zur spielfreien Einstel­ lung von Wälzlagern sog. Lagerstellmuttern verwendet werden, die die beiden Laufringe in axialer Richtung festlegen (Technik-Lexikon, Band 3, Maschinenbau Grundlagen, Rowohlt-Taschenbuch-Verlag GmbH, 1971). Der Nachteil derartiger Lagerstellmuttern besteht darin, daß sie zwar das Lager axial festlegen, die Übertragung von Schwingungen aber nicht verhindern. Derartige Schwingungen werden über die Haupt- bzw. Vor­ schubspindel an das Werkzeug bzw. den Werkzeugtisch weitergeleitet und führen so zu Ungenauigkeiten in der Bearbeitung hinsichtlich der Oberflächengüte des Werkstückes und zu Positionierungenauigkeiten des Werkzeugtisches.
Das Unterbinden derartiger Schwingungen durch Dämpfungsmaßnahmen ist bei der Lagerung von Spindeln im Werkzeugmaschinenbau ebenfalls seit langem bekannt. So wird beispielsweise in dem DE-GM 72 01 256 eine Anordnung zur Lagerung von Achsen oder Wellen in Gehäusen beschrieben, bei der eine Stufenhülse neben der axialen Festlegung der Wälzlager zusätzlich die Funktion der Dämpfung übernimmt. Die Mantelfläche der Stufenhülse hat nur einen sehr geringen Abstand zur Bohrungsfläche des Gehäuses und weist an ihren Enden je einen Kragen auf, so daß zwischen diesen beiden Kragen auf ihrem Umfang eine Vertiefung gebildet wird. Öl, das durch eine Bohrung in diese ringförmige Vertiefung geleitet wird, wirkt dabei als Dämpfungsmedium.
Der Nachteil derartiger Stufenhülsen besteht nun darin, daß nur Schwingungen in radialer Richtung gedämpft werden, während Schwingun­ gen in axialer Richtung mit ihren negativen Folgen ungehindert auf die Spindel und damit auf das Bearbeitungswerkzeug bzw. den Werkzeugtisch übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schwingungsdämpfende Lager­ stellmutter zu entwickeln, die sowohl Schwingungen in radialer als auch in axialer Richtung dämpft.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Mutternkörper in Umfangsrichtung ein geteiltes Dämpfungselement zugeordnet ist, bei dem eine Teilungsebene in axialer Richtung durch die Spindelachse verläuft und das mit einer Bohrung eine Mantelfläche des Mutternkör­ pers beabstandet um einen Dämpfungsspalt umschließt, der durch Inein­ andergreifen von sägezahnartigen Vorsprüngen der Bohrung des Dämp­ fungselementes in korrespondierende, auf der Mantelfläche des Muttern­ körpers in Achsrichtung hintereinander angeordnete, Ringnuten gebildet wird und daß der Dämpfungsspalt über einen radialen Zuführungskanal mit einer Dämpfungsflüssigkeit versorgt wird.
Durch den sägezahnartig ausgebildeten Dämpfungsspalt zwischen dem Mutternkörper und dem geteilten Dämpfungselement wird erreicht, daß sowohl radiale als auch axiale Schwingungen nur gedämpft übertragen werden. Bei axialer und/oder radialer Bewegung von Mutternkörper und Dämpfungselement gegeneinander tritt in dem mit Öl gefüllten Dämp­ fungsspalt eine dämpfende Quetschwirkung auf Basis des Squeeze-Effek­ tes ein.
Der Vorteil einer derartigen Lagerstellmutter besteht darin, daß aufgrund radialer und axialer Dämpfung eine verbesserte Oberflächen­ qualität der Werkstückoberfläche durch eine exaktere Führung des Bearbeitungswerkzeuges und durch eine verbesserte Positioniergenau­ igkeit des Werkstückes ermöglicht wird.
Ein anderer Vorteil besteht darin, daß durch die Kombination von Lagerstellmuttern und Dämpfungselement eine Lagerkonstruktion möglich wird, die in axialer Richtung eine kurze Bauweise zuläßt. Bisher erforderliche, axialen Bauraum beanspruchende Dämpfungsmittel, wie beispielsweise Schwingungsdämpferkörper, sind nicht mehr erforderlich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen 2 bis 7 erläutert.
So sollen nach Anspruch 2 die Spitzen der sägezahnartigen Vorsprünge und der Grund der Ringnuten einen Winkel von 90° aufweisen. Ein der­ artiger zick-zack-förmiger Verlauf des Dämpfungsspaltes läßt sich fertigungstechnisch besonders wirtschaftlich herstellen. Aber auch andere Formen des Dämpfungsspaltes sind möglich. Beispielsweise könnte der Dämpfungsspalt auch in Mäanderform verlaufen.
Aus Anspruch 3 geht hervor, daß der Dämpfungsspalt eine Höhe von 0,005 bis 0,03 mm aufweisen soll. Da in der Dämpfungsgleichung für einen Squeeze-Film-Dämpfer die Filmhöhe in der dritten Potenz im Nenner steht, wird bei der vorgegebenen Filmhöhe eine besonders große Dämp­ fung erzielt, d. h. je kleiner der Dämpfungsspalt ist, desto größer wird die Dämpfungswirkung.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 4 soll der Zuführungskanal in der Mitte des Dämpfungselementes angeordnet sein. Dadurch wird eine gleichmäßige Beaufschlagung des Dämpfungsspaltes mit Öl in beiden Richtungen gesichert.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung nach Anspruch 5 ist vorgesehen, daß der Zuführungskanal über eine zentrale Versorgungsein­ heit mit der Dämpfungsflüssigkeit versorgt wird.
Da der ölgefüllte Dämpfungsspalt aufgrund seiner geringen Spalthöhe kapillare Eigenschaften aufweist und äußerst wenig Öl benötigt, kann nach Anspruch 6 die Versorgung mit Dämpfungsflüssigkeit in zeitlichen Abständen als Impuls- oder Tropfölschmierung erfolgen.
Schließlich soll nach Anspruch 7 eine elektrorheologische Flüssigkeit als Dämpfungsflüssigkeit verwendet werden.
Elektrorheologische Flüssigkeiten sind Suspensionen von nichtmetalli­ schen Teilchen in elektrisch nichtleitenden Ölen oder Lösungsmitteln. Unter Einfluß eines äußeren elektrischen Feldes treten die suspendier­ ten nichtmetallischen Teilchen miteinander in Wechselwirkung und bauen faserige Strukturen auf. Derartige Strukturen führen zu einer erhöhten Viskosität der Flüssigkeit im Wirkungsbereich des Feldes.
Da der Dämpfungsfaktor eines Squeeze-Film-Dämpfers direkt von der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit abhängig ist, läßt sich auf diese Weise die Dämpfung nochmals verstärken.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläu­ tert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Lagerung für eine Vor­ schubspindel einer Werkzeugmaschine mit einer erfin­ dungsgemäßen Lagerstellenmutter;
Fig. 2 eine Einzelheit des Dämpfungsspaltes aus den Bereich Z von Fig. 1.
Aus Fig. 1 ist die Lagerung einer Vorschubspindel einer Werkzeug­ maschine in einem Festlager mit einer erfindungsgemäßen Lagerstell­ mutter 1 ersichtlich.
Die Vorschubspindel 7 ist in mehrere nicht näher bezeichnete Spindel­ abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern unterteilt. Ein zweirei­ higes Schrägkugellager 20 mit in Käfigen 24 geführten Kugeln 23 ist mit seinem geteilten Innenring 21 mittels Presspassung mit einem Abschnitt der Vorschubspindel 7 mit verringertem Wellendurchmesser verbunden, so daß der geteilte Innenring 21 linksseitig an einem nicht näher bezeichneten Wellenbund anliegt. Der Außenring 22 des Schräg­ kugellagers 20 ist in einer Bohrung 25 des Gehäuses 19 einer Werkzeug­ maschine eingepaßt.
An das Schrägkugellager 20 schließt sich in axialer Richtung eine erfindungsgemäße Lagerstellmutter 1 an. Diese Lagerstellmutter 1 besteht aus einem Mutternkörper 2, der eine Zentrierbohrung 3 mit einem Innengewinde 4 aufweist. Dieser Mutternkörper 2 wird auf ein nicht bezeichnetes Gewinde der Vorschubspindel 7 aufgeschraubt und mit Hilfe eines Drehmomentenschlüssels angezogen. Der Mutternkörper 2 liegt dabei mit seiner Stirnseite an der Stirnseite des geteilten inneren Laufringes 21 an.
Der Mutternkörper 2 ist auf seiner Mantelfläche 8 in Achsrichtung der Spindelachse 7 mit hintereinander angeordneten Ringnuten 11 versehen. Dem Mutternkörper 2 ist in Umfangsrichtung ein geteiltes Dämpfungs­ element 5 zugeordnet, das mit einer Bohrung 9 die Mantelfläche 8 des Mutternkörpers 2 beabstandet und einen Dämpfungsspalt 10 umschließt. Der Dämpfungsspalt 10 wird dadurch gebildet, daß sägezahnartige Vorsprünge 12 der Bohrung 9 des Dämpfungselementes 5 in die auf der Mantelfläche 8 des Mutternkörpers 2 korrespondierend angeordneten Ringnuten 11 eingreifen. Das Dämpfungselement 5 wiederum ist in der Bohrung 25 des Gehäuses 19 angeordnet.
Der Außenring 22 des Schrägkugellagers 20 und das Dämpfungselement 5 sind in axialer Richtung mit einer oder mehreren Bohrungen versehen und werden mittels Schrauben 17 in der Bohrung 25 des Gehäuses 19 mit ihren Stirnseiten aneinanderliegend gehalten. Auf diese Weise wird das Schrägkugellager 20 zwischen einem Wellenbund der Spindel 7 und dem Gehäuse 19 einerseits und zwischen Mutternkörper 2 und Dämpfungselement 5 andererseits axial festgelegt bzw. spielfrei einge­ stellt.
Zur axialen Sicherung des Mutternkörpers 2 ist dieser an seiner Stirn­ seite über eine Paßscheibe 16 mit einer Kontermutter 14 gekontert. Diese weist in einer nicht näher bezeichneten Bohrung ein Innengewinde 15 auf und ist auf ein Außengewinde der Spindel 7 aufgeschraubt. Die Kontermutter 14 ist mit dem Mutternkörper 2 über nicht bezeichnete Bohrungen in axialer Richtung mit Schrauben 18 verbunden.
Von einer nicht dargestellten Versorgungseinheit wird über einen radialen Zuführungskanal 13 der Dämpfungsspalt 10 mit Dämpfungsflüs­ sigkeit versorgt.
Damit die sägezahnartigen Vorsprünge 12 des Dämpfungselementes 5 in die auf der Mantelfläche 8 des Mutternkörpers 2 angeordneten Ringnuten 11 eingreifen können, muß das Dämpfungselement 5 zweiteilig ausgebil­ det sein und vor der Montage außerhalb der Bohrung 25 des Gehäuses 19 auf den Mutternkörper aufgesetzt werden. Die Teilungsebene des Schnit­ tes des Dämpfungselementes 5 verläuft in axialer Richtung durch die Spindelachse 6 der Spindel 7 und ist in Fig. 1 nicht sichtbar. Aus diesem Grunde sind in genannter Figur der obere und der untere Teil des Dämpfungselementes 5 gegenläufig schraffiert.
Der in Fig. 2 vergrößert dargestellte Ausschnitt Z von Fig. 1 zeigt den Verlauf des mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Dämpfungs­ spaltes 10.
Dieser wird dadurch gebildet, daß sägezahnartige Vorsprünge 12 der Bohrung 9 des Dämpfungselementes 5 in Ringnuten 11 eingreifen, die auf der Mantelfläche 8 des Mutternkörpers 2 angeordnet sind. Die Spitzen der sägezahnartigen Vorsprünge 12 und der Grund der Ringnuten 11 weisen dabei einen Winkel von 90° auf. Der Dämpfungsspalt 10 wird über einen durch das Gehäuse 19 und durch das Dämpfungselement 5 führenden radialen Zuführungskanal 13 mit Dämpfungsflüssigkeit versorgt.
Bezugszahlen
 1 Lagerstellmutter
 2 Mutternkörper
 3 Zentrierbohrung
 4 Innengewinde
 5 Dämpfungselement
 6 Spindelachse
 7 Spindel
 8 Mantelfläche
 9 Bohrung
10 Dämpfungsspalt
11 Ringnuten
12 sägezahnartige Vorsprünge
13 Zuführungskanal
14 Kontermutter
15 Innengewinde
16 Paßscheibe
17 Schraube
18 Schraube
19 Gehäuse
20 Schrägkugellager
21 Innenring
22 Außenring
23 Wälzkörper
24 Käfig
25 Bohrung

Claims (7)

1. Schwingungsdämpfende Lagerstellmutter (1) zur spielfreien Einstel­ lung von Wälzlagern, insbesondere für eine Spindellagerung von Werk­ zeugmaschinen, bestehend aus einem Mutternkörper (2) mit einer Zen­ trierbohrung (3) und einem Innengewinde (4), dadurch gekennzeichnet, daß dem Mutternkörper (2) in Umfangsrichtung ein geteiltes Dämpfungs­ element (5) zugeordnet ist, bei dem eine Teilungsebene in axialer Richtung durch die Spindelachse (6) verläuft und das mit einer Bohrung (9) eine Mantelfläche (8) des Mutternkörpers (2) beabstandet um einen Dämpfungsspalt (10) umschließt, der durch Ineinandergreifen von säge­ zahnartigen Vorsprüngen (12) der Bohrung (9) des Dämpfungselementes (5) in korrespondierende, auf der Mantelfläche (8) des Mutternkörpers (2) in Achsrichtung hintereinander angeordnete Ringnuten (11) gebildet wird und daß der Dämpfungsspalt (10) über einen radialen Zuführungs­ kanal (13) mit einer Dämpfungsflüssigkeit versorgt wird.
2. Schwingungsdämpfende Lagerstellmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der sägezahnartigen Vorsprünge (12) und der Grund der Ringnuten (11) einen Winkel von 90° aufweisen.
3. Schwingungsdämpfende Lagerstellmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsspalt (10) eine Höhe von 0,005 bis 0,03 mm aufweist.
4. Schwingungsdämpfende Lagerstellmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal (13) in der Mitte des Dämp­ fungselementes (5) angeordnet ist.
5. Schwingungsdämpfende Lagerstellmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal (13) über eine zentrale Ver­ sorgungseinheit mit Dämpfungsflüssigkeit versorgt wird.
6. Schwingungsdämpfende Lagerstellmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung mit Dämpfungsflüssigkeit in zeitli­ chen Abständen als Impuls- oder Tropfölschmierung erfolgt.
7. Schwingungsdämpfende Lagerstellmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsflüssigkeit eine elektrorheologische Flüssigkeit verwendet wird.
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