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Lager Die heutzutage insbesondere an Schleifspindeln gestellten Anforderungen
bedingen Lagerkonstruktionen, die eine dauernd gleichbleibende Arbeitsgenauigkeit
bei den verschiedensten Betriebszuständen gewährleisten.
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Es bestehen bereits mehrere Spindellagerungen, die mit konischen Gleitlagern;
ausgerüstet sind, wobei die beiden Lagerbüchsen gleichzeitig als Quer-und Längslager
dienen. Die Lagerstellen sind als zwei gegeneinander gerichtete Kegelstumpfe ausgebildet
und werden mit Schmieröl versorgt.
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Die beim Lauf der Spindel vorhandene Lagerreibung verursacht Wärme,
und diese ihrerseits führt zwangsläufig zur Ausdehnung des Spindelkörpers. Um auch
bei diesen veränderten Verhältnissen ein dauernd gleichbleibendes Lagerspiel aufrechterhalten.
zu können, wurde nur eine Lagerbüchse unbeweglich befestigt, die andere hingegen
in der Axialrichtung verschiebbar antigeordnet und mit federnden Mitteln dauernd
gegen die Spindel gedrückt. Das zwischen Spindel und Lagerbüchsen vorhandene Lagerspiel.
wird dargestellt durch die Dicke des dazwischen befindlichen Schmierölfilms. Bei
Spindeln, die für sehr genaue Arbeiten Verwendung finden, sind nur sehr kleine Lagerspiele
zulässig. Andererseits ist zu erwähnen, daß, es mit geeignet ausgewählten Schmierölen.
durchaus möglich ist, einen einmal erzeugten außerordentlich dünnen Ölfilm auf die
Dauer intakt zu halten. Ein dünner Ölfilm bzw. das zugeordnete kleine Lagerspiel
kann. bei konisch angeordneten Lagerstellen nur erzeugt werden, wenn der den. Kegelstumpf
an der Spindel umhüllende Ölmantel zusamrnengepreßt wird. Dazu sind axiale Kräfte
erforderlich, d. h. ,die im vorliegenden Fall genannten federnden Mittel müssen
um so kräftiger dimensioniert
werden, je höher die Arbeitsdrehzahl
der Spindel ist, um dem Schmieröldruck, der durch die Rotation der Spindel hervorgerufen
wird, Gleichgewicht bieten zu können, Diese axialen, der Arbeitsdrehzahl der Spindel
angepaßten Kräfte wirken auch im Stillstand auf die bewegliche Lagerbüchse. Die
Spindel darf deshalb im Ruhezustand als ein Körper betrachtet werden, der zwischen
den beiden Lagerbüchsen eingespannt und mit beträchtlichen axialen Kräften belastet
ist.
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Die in ihrer Grundkonzeption als vorzüglich erkannte Spindellagerung
konnte bisher nur in beschränktem Umfange angewendet werden, weil si.oh während
des Betriebes erhebliche Schwierigkeiten zeigten. Diese bestanden darin, daß die
Bildung eines Ölfilms beim Anlaufen. der zwischen den beiden Lagerbüchsen eingespannten
Spindel nicht mehr möglich war, sobald die durch die federnden Mittel verursachte
axiale Belastung eine gewisse Maximalgrenze überschritt.
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Dieser Nachteil ließ sich vermeiden, solange das Anlaufen der Spindel
im kalten Zustand erfolgen konnte, indem man die verschiebbar angeordnete Lagerbüchse
beispielsweise durch eine Anschlagsfläche am umgebenden Spindelgehäuse daran hinderte,
auf die Spindel zu drücken. Bei diesen Verhältnissen wurde für den Stillstand im
kalten Zustand ein gewisses Lagerspiel durch die Wähl geeigneter Abmessungen gewährt,
so daß beim Anlaufen der Spindel die Bildung eines Ölfilms möglich war.
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Wenn aber, was bereits nach kurzer Laufzeit der Fäll war, die verschiebbar
angeordnete Büchse infolge der Wärmeausdehnung der Spindel eine Lagerveränderung
erfuhr und von der besagten Anschlagfläche abgehoben wurde, so kam beim Stillsetzen
der Spindel die verschiebbare Lager-Büchse zwangsläufig zum Aufsitzen auf den zugeordneten
Kegelstumpf an der Spindel. Wenn anschließend daran die Spindel nochmals, diesmal
aus dem erwärmten Zustand heraus, gestartet werden mußte, so hatte dies unter veränderten,
erschwerten Umständen zu geschehen, wobei meistens ein Anfressen von Spindel und
Lager eintrat.
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Bei der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäß ausgeführten. Spindellagerung
treten diese schwerwiegenden Nachteile nicht in Erscheinung.
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Der Erfindungsgedanke liegt darin, daß Mittel vorgesehen sind, mit
denen bei anwachsender Drehzahl der Spindel ein ebenfalls anwachsender Flüssigkeitsdruck
erzeugt wird, der zusätzlich und in gleicher Richtung wie der durch die federnden
Mittel hervorgerufene Druck auf die längs verschiebbare Lagerbüchse ausgeübt wird.
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Die bei den bereits bekannten Lagerkonstruktionen verwendeten federnden
Mittel werden hier nur noch so stark dimensioniert, daß die bewegliche Lagerbüchse
den infolge von Temperatureinflüssen bedingten Längenänderungen an der Spindel jederzeit
zu folgen vermag. Die für diese Aufgabe .aufzuwendenden Kräfte sind sehr klein.
Es ist zu beachten, daß demzufolge auch die im Ruhezustand auf die Spindel wirkenden
Kräfte gering sind. Dadurch wird erreicht, daß die Bildung eines Ölfilms dank dieser
kleinen Belastung beim Start der Spindel ohne weiteres: möglich ist. Das Starten
und Stillsetzen der Spindel darf bei jeder Lagertemperatur erfolgen, ohne daß ein
Anfressen von Spindel und Lager befürchtet werden müßte. Um aber dem beim Anlaufen
und bei der Arbeitsdrehzahl vorhandenen Schmieröldruck Gleichgewicht bieten zu können,
sind erfindungsgemäße Mittel `vorhanden; die mit anwachsender Drehzahl ein ebenfalls
allmähliches Anwachsen eines Flüssigkeitsdruckes bewirken, der zusätzlich und in
gleicher Richtung wie der Druck der federnden Mittel auf die bewegliche Lagerbüchse
wirkt.
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Nachstehend werden die Neuerungen an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert. Es zeigt Fig: i einen Längsschnitt durch eine Lagerkonstruktion für eine
Schleifspindel, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. i, Fig. 3
einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. i.
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In einem Lagergehäuse i ist die Spindel 3 in den beiden Lagerbüchsen
2 und 4 gelagert. Die beiden Lagerstellen sind als zwei gegeneinander gerichtete
Kegelstumpfe ausgebildet. Das rechts befindliche zylindrische Spindelende 301 sowie
das benachbarte Spindelende 121 der Antriebswelle 12 werden von der Kupplungshülse
i i umfaßt. Zur Übertragung der Drehbewegung dienen nebst der erwähnten Kupplungshülse
i i die beiden Keile 31 und 32. Das links befindliche Spindelende 302 ist
ebenfalls als Kegelstumpf ausgebildet. Darauf ist mit Hilfe der Mutter i9 ein Scheibenflansch
i8 festgeklemmt, der mit einer Schleifscheibe 17 bestückt ist.
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Die links angeordnete Lagerbüchse 2 ist mit einer Anzahl Schrauben
:2o unbeweglich am Lagergehäuse i befestigt. Die konische Lagerbohrung ist mit einer
spiralförmig verlaufenden Schmiernut 2o i versehen. Damit Schmierölverluste vermieden
werden können, ist ein Dichtungsring 16 in die Lagerbüchse 2 eingesetzt. Am rechten
Ende des Lagergehäuses i ist der Abschlußdeckel io mit Hilfe der Schrauben 15 befestigt.
Das Auslaufen von Schmieröl wird hier durch den im besagten Deckel io festgehaltenen
Dichtungsring 13 verhindert. Im Deckel io befinden sich eine Anzahl, im dargestellten
Beispiel fünf (s. Fig. 3) Löcher ioi, die den darin steckenden Druckfedern
14 als Führung dienen. Diese auf dem Boden der Löcher ioi abgestützten Federn drücken
die verschiebbare Lagerbüchse 4 dauernd nach links. Die Lagerbüchse 4 umhüllt den
zugeordneten Kegelstumpf an der Spindel 3. An der konischen Lagerstelle befindet
sich ebenfalls eine spiralförmig verlaufende Schmiernut 4oi.
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Die axial verschiebbare Kugelführung 5 besteht aus dem Kugelkäfig
5oi und zwei parallel zueinander angeordneten Reihen von Kugeln. Die Kugelführung
5 wird durch den Innendurchmesser der Büchse 6 zentriert. Die Kugeln der Kugelführung
5
sind unter Vorspannung zwischen die Büchse 6 und die Lagerbüchse
4. eingesetzt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eine axiale Verschiebung
der Lagerbüchse 4 mit geringstem Kraftaufwand möglich und zudem eine spielfreie
Führung der Lagerbüchse 4 gewährleistet ist. Die Büchse 6 wird mit Hilfe der Schraube
3.4 an Ort und Stelle festgehalten.
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Der in der Lagerbüchse d. befestigte Stutzen 243 durchdringt den Kugelkäfig
501 und das Lagergehäuse i. Er wird außerhalb des Lagergehäuses i an die nachgiebig
montierte Rohrspirale der Schmierölleitung 2:1. angeschlossen. Die Öffnung 102 im
Lagergehäuse i ist schlitzförmig ausgebildet. Durch diese Maßnahme werden Drehbewegungen
an der Lagerbüchse 4. verhindert, während axiale Verschiebungen möglich sind. Die
Form der beweglichen Lagerbüchse 4. ist so gewählt, daß von ihr, vom Deckel io und
vom umgebenden Lagergehäuse i eine Kammer 30 mit kreisringförmigem Querschnitt
gebildet wird. Diese Kammer 30 wird durch die beiden Dichtungsringe 8, 9,
die durch die Lagerbüchse d geführt sind, abgedichtet.
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Zwischen den Lagerbüchsen 2, :1 ist die Büchse 25 mit einem geeigneten
Laufsitz auf den zylindrischen Mittelteil der Spindel 3 aufgesetzt. Die Büchse 25
steckt ihrerseits in der Büchse 26. Die Büchsen 25 und 26 werden gegenseitig mit
Hilfe des zylindrischen Zapfens 27 fixiert. Sie werden außerdem durch den in der
Büchse 26 eingeschraubten Ölzufuhrstutzen 242, der in einer Bohrung des Lagergehäuses
i geführt ist, an der Ausführung von Drehbewegungen und axialen Verschiebungen gehindert.
Die äußere Büchse 26 ist mit zwei Ringnuten 261 und 26-z versehen, während
die innere Büchse 25 eine Anzahl, im dargestellten Beispiel vier mondsichelförmige
Kammern 25i aufweist.
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Die Ringnut 261 ist mit vier Löchern 253, die Ringnut 262 mit vier
Löchern 252 mit den vier Kammern 251 verbunden. Es ist zu beachten, daß die
Löcher 253 in bezug auf die Drehrichtung der Spindel 3 betrachtet am Anfang der
Kammern 25 i, die Löcher 252 dagegen am Ende derselben angeordnet sind. Das für
die Lager benötigte Schmieröl wird dem Behälter 23 entnommen. Die Zahnradpumpe 2i
fördert das Schmieröl in die Druckleitung 24. Der maximal zulässige Schmieröldruck
wird mit Hilfe des Druckregelventils 22 eingestellt. Er wird nur so hoch gewählt,
daß eine dauernde Versorgung der Lager 2, d und der Büchse 25 mit Schmieröl gewährleistet
ist. Das Schmieröl fließt durch den Stutzen 241 zur Lagerbüchse 2 in die dort angeordnete
Spiralnut toi, ferner durch den Stutzen 2d.2 in die Ringnut 261 und von dort durch
die Löcher :253 in die Kammer 251. Ferner werden von dort aus über die Löcher 252
die Ringnut 262, die Leitung 28 und die Kammer 30 mit Schmieröl aufgefüllt. Der
in der Lagerbüchse 4 befestigte, an der nachgiebig angeordneten Rohrspirale der
Leitung 2d. angeschlossene Stutzen 243 leitet das Schmieröl zur Schmierölnut 40i.
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Die bisher beschriebenen Verhältnisse gelten für die im Stillstand
befindliche Spindel 3. Die Federn 14 drücken auf die Lagerbüchse .4, die ihrerseits
am rechts angeordneten Spindelkegelstumpf anliegt, so daß die Spindel 3 als zwischen
den beiden Lagerbüchsen 2 und .4 eingespannt betrachtet werden darf.
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Beim Anlaufen treibt die Antriebswelle 12 über den Keil 32 die Kupplungshülse
i i und den Keil 3 i die Spindel 3 an. Sobald eine Drehbewegung einsetzt, wird das
in den beiden Schmiernuten toi und .joi vorhandene Schmieröl von der rotierenden
Spindel 3 mitgerissen, so daß die beiden Kegelstumpfe bald von einem Schmierölmantel
umhüllt sind. Die Resultierende des durch die Federn 1d. ausgeübten Axialdrucks
ist so bemessen, daß sie einerseits die Bildung eines Ölfilms beim Starten der Spindel
3 zuläßt, anderseits aber jederzeit die Lagerbüchse 4 nach rechts zur Anlage an
den zugeordneten Spindelkegelstumpf zu bringen vermag, wenn keine anderen Kräfte
auf die Lagerbüchse einwirken.
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Der unter dem Einfluß der immer rascher rotierenden Spindel 3 stehende
Schmierölfilm hat das Bestreben auszuweichen und verursacht deshalb einen mit dem
Anwachsen der Drehzahl größer werdenden Axialschub. Da die links befindliche Lagerbüchse
2 unverrückbar befestigt, die Lagerbüchse 4. aber beweglich angeordnet ist, würde
der durch das Schmieröl hervorgerufene Axialschub infolge der schwach dimensionierten
Feder 14 bald eine Verschiebung der Lagerbüchse q. nach rechts verursachen. Um diese
Verschiebung nach rechts zu verhindern, wird nun auf die bewegliche Lagerbüchse
4. ein zusätzlicher nach links, d. h. in der gleichen Richtung wie der durch die
Federn 14 hervorgerufene Druck wirkender Axialschub ausgeübt. Dieser Axialschub
kommt folgendermaßen zustande: Wiebereits früher erwähnt wurde, strömt Schmieröl
aus der Ringnut 26i durch hie Löcher 253 in die Kammern 25i ein. Beim Rotieren der
Spindel 3 entsteht in den in bezug auf die Drehrichtung am Ende der einzelnen Kammern
25i liegenden Zonen ein Schmierölstaudruck. Dieser ist um so größer, je schneller
sich die. Spindel 3 dreht. Das in der erwähnten Zone vorhandene Drucköl strömt durch
die Löcher 252 in die Ringnut 262 ein und gelangt von dort über die Leitung 28 in
die Kammer 30. Der infolgedessen in dieser Kammer 3o herrschende Flüssigkeitsdruck
drückt die bewegliche Lagerbüchse 4. nach links. Die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte
Kreisringfläche 402 an der Lagerbüchse 4 ist so bemessen, daß der aus dem Produkt
Flüssigkeitsöldruck-Kreisringfläche resultierende Axialschub genügt, um eine Rechtsverschiebung
der beweglichen Lagerbüchse q. als Folge .des durch die Schmierölfilme hervorgerufenen
Axialschubes zu verhindern. In die Leitung 28 ist ein Druckregelventil 29 eingebaut.
Damit kann der maximal zulässige Druck in der Leitung 28 und in der Kammer 3o eingestellt
werden.
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Auf diese Weise gelingt es, einerseits ein sanftes Anlaufen der Spindel
3 bei sehr geringer Belastung
zu erreichen, anderseits bei der mit
Arbeitsdrehzahl rotierenden Spindel 3 einen Gleichgewichtszustand herzustellen und
aufrechtzuerhalten, der dauernd ein sehr kleines Lagerspiel bzw. einen dünnen Ölfilm
zuläßt.
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Wenn durch Stillsetzen des Antriebsorgans die Drehzahl der Spindel
3 sinkt und diese schließlich zum Stillstand kommt, so ist während dieser Abstellperiode
eine analoge Veränderung des Druckes in der Kammer 30 festzustellen. Beim
Abfallen der Drehzahl vermindert sich auch der Staudruck in der Druckzone der Kammer
251, und demzufolge sinkt zwangsläufig auch der Flüssigkeitsdruck in der
Kammer 3o bzw. die axiale Belastung der beweglichen Lagerbüchse q.. Sobald ein Stillstand
eingetreten ist, wirken nur noch die fünf :Federn 1q. auf die bewegliche Lagerbüchse
q., so daß ein weiteres Starten der Spindel 3 jederzeit ohne Gefahr erfolgen kann.
Sofern während des Laufes der Spindel 3 infolge der unvermeidlichen Erwärmung eine
Ausdehnung stattgefunden hat, so hat auch die Lagerbüchse q. infolge ihrer auf der
Kugelführung 5 axial verschiebbar gewählten Anordnung sich selbsttätig den Längenänderungen
an der Spindel 3 angepaßt.
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Es ist selbstverständlich, daß die Anwendung des Erfindungsgedankens
sich nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So wäre es beispielsweise
möglich, die Erzeugung eines Staudruckes nicht wie im dargestellten Beispiel mit
Hilfe einer separat auf die Spindel 3 aufgesetzten Büchse 25 zu erreichen, sondern
in der festen Lagerbüchse 2 zu vollziehen und dementsprechend die Leitung 28 dort
anzuschließen.
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Eine weitere Möglichkeit bestände darin, die beiden Büchsen 25, 26
mit einem zylindrischenLager der Antriebswelle r2 zu kombinieren. Das durch den
Stutzen 2q2 zugeführte Schmieröl würde dann sowohl zum Schmieren des erwähnten Lagers
der Antriebswelle= r2 als auch zum Belasten der beweglichen Lagerbüchse 4 verwendet
werden