DE905809C - In einer laengsverschiebbaren Lagerhuelse umlaufende Spindel von Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrspindel - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 8. MÄRZ 1954

L 2806 Ib 149 a

(Ges. v. 15. 7. 51)

Die Erfindung bezieht sich auf Spindeln von Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrspindeln, die in einer im Spindelstockgehäuse längsverschiebbaren Lagerhülse von zylindrischer, elliptischer oder prismatischer Körperform umlaufen. Solche Spindeln werden mit verschieden hohen Drehzahlen betrieben, um vielseitige Arbeiten verrichten zu können. Mit der Drehzahlerhöhung vergrößert sich die Lagerwärme. Bei großen Regelbereichen, z. B. einem solchen von ι: 40, sind die Unterschiede der Lagertemperatur in den weit auseinanderliegenden Drehzahlstufen schon beträchtlich. Da die Lager unmittelbar in der Vorschubhülse untergebracht sind, geht die Lagerwärme auf die Hülse über, so daß diese sich ausdehnt. Sie läßt sich dann nur noch sehr schwer in ihrer Führung im Spindelstockgehäuse verschieben. Das Vorschubgetriebe erfährt dabei eine unzulässig hohe Beanspruchung, ganz abgesehen davon, daß sich die Eilrückholbewegung der Spindel von Hand nur mit großem Kraftaufwand oder gar nicht vornehmen läßt.

Die Erfindung erstrebt, diese Unzuträglichkeiten zu beheben, und zwar auf dem Wege, daß die Lagerwärme nicht mehr oder nur in einem kleinen zulässigen Maß auf die verschiebbare Lagerhülse übergeht.

Erfindungsgemäß sind die Lager der Spindel jeweils in Büchsen untergebracht, die in der Lagerhülse mit radialem Zwischenraum ruhend gelagert und jeweils durch mindestens drei gleichmäßig zueinander

versetzte Drehsicherungen, die ebenfalls radialen Zwischenraum gegenüber der zugehörigen Büchse bzw. der Innenwand der Hülse haben, in der Achsenlage gehalten sind.

Bei auftretender Lagerwärme können sich diese Büchsen, ohne ihre Achsenlage zu verändern, ausdehnen. Da sie nur an den Angriffsstellen der Drehsicherungsteile mit der Lagerhülse in Berührung stehen und sonst durch eine Luftschicht von dieser getrennt ίο sind, geht praktisch keine Wärme auf die Lagerhülse über. Durch die umlaufenden Wälzlager herrscht auch eine gewisse Luftbewegung im Innern der Lagerhülse, so daß ein Wärmestau nicht eintritt. Gegebenenfalls kann die Luftbewegung künstlich erhöht werden, etwa durch einen auf die Bohrspindel aufgesetzten Lüfter, der einen schwachen Luftzug hervorruft. Dieses Mittel wird man insbesonders dann anwenden, wenn die Spindel in Gleitlagern läuft. Jedenfalls wird durch die neue Lagerung der Spindel erreicht, daß die Vorao schubhülse von der Lagerwärme praktisch unbeeinflußt bleibt und sich bei jeder Drehzahl der Spindel leicht in der Führung des Spindelstockgehäuses verschieben läßt.
Die Drehsicherungen für die Büchsen werden durch

as Längsnuten mit parallelen Seitenflächen und in diese mit radialem Zwischenraum eingreifende Gegenglieder gebildet. Die Gegenglieder sind z. B. in die Nuten eingeführte Leisten oder gegen die Seitenflächen anliegende Bolzen oder Rollen, von denen ein Teil zur Einstellung des Seitenspiels exzentrisch gelagert ist. Die Drehsicherungen können auch durch zylindrische Paßbolzen gebildet werden, die bei Anordnung an der Hülse in entsprechende radiale Bohrungen der Büchse bzw. bei Anordnung in der Büchse in entsprechende radiale Bohrungen der Hülse gleitend eingreifen.

Um bei eintretender Wärmedehnung den Gleitwiderstand herabzusetzen, liegt jede Büchse mit ihren Stirnflächen über Kugeln gegen Stützflächen der Hülse an. Sind bei sehr hohem Drehzahlbereich der Spindel die Temperaturunterschiede in den Lagern besonders groß, so wird die Längenausdehnung der Büchsen in der Weise berücksichtigt, daß die Büchsen mit einer Stirnfläche gegen ein steif federndes Widerlager in der Hülse anliegen.

In einem nicht vorveröffentlichten Patent ist bereits eine längsverschiebbare Lagerhülse für umlaufende Spindeln unter Schutz gestellt, durch welche die gleiche Aufgabe gelöst wird. Die Lagerhülse ist im Spindelstockgehäuse mit mindestens drei gleichmäßig versetzt zueinander angeordneten Längsführungen von rechteckigem Querschnitt geführt, und sowohl die Hülse als auch die Längsführungen haben radialen Spielraum gegenüber dem Gehäuse. Hierbei geht also nach wie vor die von den Spindellagern ausgehende Wärme auf die Lagerhülse über. Die Wärmedehnung bleibt jedoch infolge der besonderen Gestaltung der Lagerhülse ohne Einfluß auf die Fühlung. Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand von vornherein der Wärmeübergang von den Spindellagern auf die Vorschubhülse verhindert. Durch die gekennzeichnete Ausbildung der Lagerstellen wird erreicht, daß die Vorschubhülse in der üblichen Gestalt beibehalten werden kann und das Spindelstockgehäuse nicht grundsätzlich geändert zu werden braucht. Es ist jetzt ohne Schwierigkeiten möglich, in bereits gelieferten Maschinen mit zylindrischer oder prismatischer Vorschubhülse durch Einbau der neuen Lagerbüchsen nachträglich eine von der Lagerwärme unbeeinflußte Vorschubhülse zu erhalten.

Es ist auch bereits ein Lager für rasch umlaufende Wellen bekannt, das mindestens zwei wärmedehnungsfähige ineinandergesteckte Büchsen aufweist, die sich über Stege gegeneinander und gegen das Lagergehäuse abstützen. Die Stege sind so zueinander versetzt angeordnet, daß bei einer Wärmedehnung der inneren Büchse die äußere Büchse zwischen zwei Stegen ausbiegen kann. Durch diese Ausbildung soll verhindert werden, daß bei Mangel an Schmiermittel ein Fressen der Welle in der Lagerschale eintritt. Die vorbekannte Bauweise verfolgt also den Zweck, bei wachsender Lagertemperatur ein ausreichendes radiales Lagerspiel zwischen Welle und Lagerlauffläche herbeizuführen. Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich hiervon durch die andersartige Aufgabestellung und Lösung.

Weiterhin sind Lager für Wellen und Zahnräder bekannt, die mit elastischen Zwischenlagen versehen sind, um die Übertragung von Stoßen und Schwingungen auf die Umgebung und andere Maschinenteile zu verhüten. Beim Erfindungsgegenstand müssen dagegen die Spindellager starr und gegen die bei der Werkstückbearbeitung auftretenden Kräfte unempfindlich sein, weil sonst keine Genauigkeitsarbeit auf der Werkzeugmaschine verrichtet werden könnte.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Fig. ι ist ein Längsschnitt durch die Lagerung der Spindel in der Vorschubhülse,
Fig. 2 ein Querschnitt nach Linie I-1 der Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht der Lagerbüchse; sie zeigt den Eingriff der Drehsicherung;

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Lagerbüchse mit einer andersartigen Drehsicherung;

Fig. 5 und 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel im Querschnitt und im teilweisen Längsschnitt.

Mit ι ist eine Bohrspindel bezeichnet, die in der Lagerhülse 2 gelagert ist. Die Lagerhülse 2 hat eine zylindrische Körperform und ist in einer entsprechenden Führung des Spindelstockgehäuses der Bohrmaschine (nicht dargestellt) verschiebbar. Die Vorschubbewegung wird der Hülse 2 von Hand oder maschinell über ein Zähnritzel 3 erteilt, das mit einer Zahnstange 4° an der Hülse 2 kämmt. Als Querlager der Bohrspindel 1 sind das untere Rollenlager 4 und das obere Rollenlager 5 vorgesehen. Das Längslager wird durch ein neben dem Rollenlager 5 angeordnetes zweireihiges Kugellager 6 gebildet. Die Bohrspindellager 4 bzw. 5, 6 sind jeweils in einer Büchse 7 untergebracht, die außen mit vier gleichmäßig zueinander versetzten Längsnuten 8 mit parallelen Seitenflächen versehen sind. Gegen die eine Seitenfläche jeder Nut legen sich zylindrische Bolzen 9 an, die in der Wand der Hülse 2 fest angeordnet sind, und gegen die andere Seitenfläche mindestens ein Bolzen 10, der in der Wand der Hülse 2 exzentrisch einstellbar gelagert ist. Dies ergibt eine Drehsicherung, durch welche jede Büchse 7 genau in der Achse der Vorschubhülse 2

gehalten ist. Die Teile 9, io können auch als um eine Achse bewegliche Rolle ausgeführt werden, so daß bei einer Längsdehnung der Büchsen 7 rollende Reibung besteht. Zwischen der Außenfläche jeder Büchse 7 und der Innenfläche der Hülse 2 ist ein Zwischenraum 11 vorgesehen. Ebenso befindet sich zwischen der Stirnfläche der Bolzen 9, 10 und der Bodenfläche der Nuten 8 ein gleich großer Zwischenraum 12. Jede Büchse 7 stützt sich mit ihren Stirnflächen über Kugeln 13 gegen Stützflächen in der Hülse 2 ab. Die eine Stützfläche wird jeweils durch die Seitenfläche eines unnachgiebigen Gewinderinges 14 gebildet, der in ein Muttergewinde in der Hülse 2 eingeschraubt ist. Die andere Stützfläche ist jeweils durch die Seitenflächen eines sich in der Bohrhülse 2 abstützenden Ringes 15 gebildet. Die Ringe 15 sind im Vergleich zu den Stützringen 14 verhältnismäßig dünn gehalten und wirken, wenn eine bestimmte Druckkraft auf sie ausgeübt wird, wie eine steife Feder.
Wächst mit erhöhter Drehzahl der Bohrspindel die Lagerwärme oder die Lagertemperatur, so dehnen sich die Bohrspindel 1, die Lauf ringe der Wälzlager sowie die Büchsen 7 aus. Durch die beschriebene Anordnung vermag sich jede Büchse 7 ungehindert in radialer Richtung auszudehnen. Die genaue Achslage wird dabei durch die Drehsicherung 8, 9, 10 gewahrt. Kleine Längendehnungen der Büchsen 7 werden von den steif federnden Widerlagern 15 aufgenommen. Die federnde Stützfläche 15 ist dann unnötig, wenn die Bauhöhe der Büchse 7 so niedrig gehalten werden kann, daß eine Längendehnung praktisch unbeachtlich ist. Statt der Ringe 15 mit Eigenfederung können auch Widerlager vorgesehen werden, die sich auf einer steif federnden Unterlage, z. B. einer Anzahl Schraubenfedern, abstützen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Widerlager so verteilt, daß der auf die Spindel 1 ausgeübte, von unten nach oben gerichtete Arbeitsdruck über das Lager 6, die Büchse 7 und die Kugeln 13 von dem oberen unnachgiebigen Widerlager 14 aufgenommen wird. Das Lager 4 gestattet, daß sich die Bohrspindel 1 zwangsfrei in der Längsrichtung ausdehnen kann. Die wärmeisolierenden Luftschichten in den radialen Zwischenräumen 11 und 12 verhindern, daß die Lagerwärme auf die Vorschubhülse 2 übergeht. Die umlaufenden Wälzglieder der Wälzlager sorgen für eine gewisse Luftbewegung innerhalb der Vorschubhülse, so daß kein Wärmestau eintritt. Zur Förderung der Luftbewegung sind in den Stützringen 14 mehrere kleine Löcher 16 und in den Stützringen 15 mehrere kleine Löcher 17 vorgesehen. Gegebenenfalls kann die Luftbewegung künstlich verbessert werden, etwa durch einen auf die Bohrspindel aufgesetzten Lüfter, der einen schwachen Luftzug hervorruft, dessen Richtung von der Lagerstelle 5, 6 nach der Lagerstelle 4 verläuft. Die Anwendung eines künstlichen Luftzugs empfiehlt sich insbesondere, wenn die Spindel 1 mittels Gleitlagern in den Büchsen 7 gelagert ist. Die angesaugte Kühlluft kann durch ein Filter gereinigt werden. Sitzt z. B. der Lüfter auf der Bohrspindel innerhalb der Hülse 2 zwischen den Lagerstellen 4 und 5, so wird das Filter auf dem oberen Stützring 14 angeordnet. Zweckmäßig wird die Vorschubhülse 2 innen noch mit Aluminiumlack od. dgl. als Wärmestrahlungsschutz ausgestrichen. Durch die beschriebene Bauweise wird erreicht, daß die Lagerwärme sich nicht der Hülse 2 mitteilt, so daß diese bei jeder Spindeldrehzahl gleichmäßig leicht in der Führung des Spindelstockgehäuses verschoben werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 greifen in die Längsnuten jeder Büchse 7 Leisten 18 ein, die in der Wand der Vorschubhülse 2 befestigt sind. Das Einstellen des seitlichen Spiels erfolgt durch Keilleisten 19. Zwischen der Büchse 7 und der Innenwand der Hülse 2 ist wiederum ein Zwischenraum 11 und zwischen dem Boden der Längsnuten 8 und der Stirnfläche der Leisten 18 ein Zwischenraum 12 vorgesehen.

Die Drehsicherungen 8, 9,10 bzw. 8, 18,19 werden mit einem so kleinen seitlichen Spiel eingestellt, daß bei einer radialen Wärmedehnung der Büchse 7 noch ein Gleiten an den Berührungsflächen stattfinden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 hat die Büchse 7 keine Längsnuten, sondern in gleichmäßig zueinander versetzten Radialebenen übereinander angeordnete Bohrungen 20, in welche Paßbolzen 21, die in der Wand der Bohrhülse 2 befestigt sind, eingreifen. Es sind wieder radiale Spielräume 11,12 vorgesehen. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel für das untere Bohrspindellager würde an Stelle von jeweils zwei übereinander angeordneten Paßbolzen 21 auch nur ein einziger genügen, so daß die Bauhöhe der Büchse 7 auf eine kleinste Höhe gebracht werden kann. Die Bolzen 21 sind so in die Bohrungen 20 der Büchse 7 eingepaßt, daß eine Drehsicherung mit kleinstem seitlichem Spiel gebildet ist und die Büchse 7 bei einer Wärmedehnung auf den Bolzen 21 gleiten kann. Bei Verwendung von Paßbolzen 21 und entsprechenden zugehörigen Bohrungen 20 als Drehsicherung wird die Büchse 7 für die oberen Spindellager (5, 6) zweckmäßig unterteilt, d. h. als zwei getrennte Büchsen ausgeführt, um für jede Büchse eine kleine Bauhöhe zu erhalten.

Bei den dargestellten Beispielen sind die Büchsen 7 mit Nuten 8 bzw. Bohrungen 20 versehen, während die zugehörigen Gegenglieder in der Vorschubhülse 2 angeordnet sind. Die Anordnung könnte natürlich auch umgekehrt sein. Die Mindestzahl der Drehsicherungen ist drei. Wenn gesagt ist, daß die Drehsicherungen für die Büchsen 7 in gleichmäßig zueinander versetzten Radialebenen angeordnet sind, so ist hierzu noch zu bemerken, daß kleine Abweichungen in der Gleichmäßigkeit der Versetzung zulässig sind.

Der Erfindungsgegenstand läßt sich bei allen Werkzeugmaschinenspindeln anwenden, bei denen auf Grund zeitweilig unterschiedlicher Lagerwärme ein Klemmen der Lagerhülse in ihrer Führung eintreten kann.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. In einer längsverschiebbaren Lagerhülse umlaufende Arbeitsspindel von Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrspindel, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (4 bzw. 5, 6) der Spindel (1) jeweils in Büchsen (7) untergebracht sind, die in der Lager-

   hülse (2) mit radialem Zwischenraum (ii) durch mindestens drei gleichmäßig zueinander versetzte Drehsicherungen (z. B. 8, 9,10 oder 8,18,19 oder 20, 21) ruhend gelagert sind, die ebenfalls radialen Zwischenraum (12) gegenüber der zugehörigen Büchse bzw. der Innenwand der Hülse haben.
2. 2. Spindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsicherungen durch Längsnuten (8) mit parallelen Seitenflächen und in diese mit radialem Zwischenraum (12) eingreif end Gegenglieder (9,10 oder 18,19) gebildet sind.
3. 3. Spindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsicherungen durch zylindrische Paßbolzen (21) gebildet sind, die bei Anordnung an der Hülse (2) in entsprechende radiale Bohiungen (20) der Büchse bzw. bei Anordnung an der Büchse in entsprechende radiale Bohrungen der Hülse gleitend eingreifen.
4. 4. Spindel nach Anspruch! bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Büchse (7) mit den Stirnflächen über Kugeln (13) gegen Stützflächen der Hülse (2) anliegt.
5. 5. Spindel nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen (7) mit einer Stirnfläche gegen ein steif federndes Widerlager (15) in der Hülse anliegen.

   Angezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 57 521, 175 709, 886, 701 306;

   britische Patentschrift Nr. 140 076;
   USA.-Patentschrift Nr. 1425 430.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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