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"Axial einstellbare Spindellagerung für Werkzeugmaschinen" Die Erfindung
betrifft eine axial einstellbare Spindellagerung für Werkzeugmaschinen, insbesondere
für Schleifscheibenspindel, mit wenigstens einem eine Längskraft auf die Spindel
welle ausübenden @ett einer Druckflüssigkeit.
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hydrostatische Spindellagerungen sind an sich bekannt. So ist es bekannt
(DT-GbM 191 530), eine auf einer Welle sitzende Scheibe mit schneidenartigem Umfang
in einem mit hydraulischer Druckflüssigkeit gefüllten Gehäuse zu lagern. Diese bekannte
Anordnung ist eine reine Flüssigkeitslagerung in radialer und axialer Richtung ohne
Einstellmöglichkeit Um einen einseitigen Axialschub auf eine Spindelwelle einer
Drehbank auszuüben, ist es bekannt (DT-PS 550 017), die eine
Stirnseite
der Welle in einem mit hydraulischem Medium gefüllten Gehäuse zu lagern und damit
die Stirnseite der zelle mit dem hydraulischen Druck zu beaufschlagen. bei dieser
bekannten Anordnung ergeben sich Dichtungsproblenie, insbesondere bei höheren Drücken
und außerdem kann durch die bekannte An-Ordnung nur gegen ein die Welle axial formschlüssig
mechanisch festlegendes Lager gearbeitet werden, da die iilelle durch den hydraulischen
Druck nicht in einer genau definierten Lage gehalten wird. Eine axiale Verstellung
der Spindel ist also nur dann möglich, wenn die formschlüssige Gegenlagerung mechanisch
axial verstellt würde.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine derartige
hydrostatisch axial einstellbare Spindellagerung für Werkzeugmaschinen, insbesondere
für Schleifscheibenspindel zu schaffen, in welcher rein hydrostatisch eine Axialeinstelbrng
der Welle in gewissen Grenzen möglich ist und dabei die Welle in einer genau definierten
Einstellage gehalten wird Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Spindellagerung
der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die Spindelwelle in gegeneinander
konischen Gleitlagern gelagert ist, deren eines am Spindelgehäuse festliegt; und
deren anderes axial verscIjiebbjj im Spindelgehäuse gelagert und in Richtung des
zunehmenden bagerdurcimessers durch eine Federanordnung vorgespannt ist, wobei
jedes
der maurer im bereich seines kleineren Durchmessers eine Druckölzuführung und im
Bereich seines größeren Durch messers eine Druckölabführung aufweist, und Einrichtungen
zur Regelung des Staudruckes im Lagerspalt vorgesehen sind.
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Konische Gleitlager sind als Drucklager für Schiffsschraubenwellen
bekannt (DT-GbM 1 954 783), wobei die bekannte Lagenuig aus einem auf der Welle
sitzenden Gummikörper mit Anlaufkegel als Drucklager besteht, welcher unter Druckwasserschmie-@ung
in einem entsplechend konischen Gehäuse umläuft. Diese bekannte Lagerung nimmt jedoch
nur Axialschübe der Welle auf binde Einstellbarkeit durch Steuerung des Schmiermitteldruckes
im lagerspalt bzw. Steuerung der durchströmenden Menge durch den Lagerspalt ist
nicht vorgesehen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung zweier gegeneinander wirkeder
Lager, von denen das eine gegen eine Federkraft verschiebbar ist, wird durch die
von den Druck- bzw. Strömungsbedingungen im Lagerspalt abhängende zweite des Lagerspaltes
der Abstand der Lager verändert, wobei die Welle in einer ebenfalls von den Strömungs-
und Druckbedingungen in jedem der Lager abhähgenden Zwischenlage gehalten wird.
Diese Lage ist in Anbängigkeit von den bekannten Strömungsbedingungen in Gleitlagern
in weiten Grenzen der Breite des Lagerspaltes genau definiert.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das vorhandene Lager spiel zu
beeinflussen. In der Regel erfolgt dies über die hydraulische Druckregelung von
aussen, ohne die Spindel direkt zu beeinflussen. So kann das Drucköl mit konstantem
Druck zugeführt werden und zur Drosselung der Druckölabführung eine Einstellvorrichtung,
wie Ventil, vorgesehen sein.
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Durch die Ölzuführung am kleineren Durchmesser des Lagers und die
Abführung am größeren, erfolgt durch die Lagerbewegung selbst weitgehend unabhängig
vom Druckgefälle ein Transport des Öles in axialer Richtung des Lagers. Vorzugsweise
sind im Lager an sich bekannte Schmiernuten angeordnet, die in Form einer Spirale,
z.u. in Drehrichtung vom kleineren zum größeren turclmesser, verlaufen können.
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Vorzugsweise erfolgt zur gleichen Regelung in beiden Lagern die Drucköl
-, Zu- und Abführung über je eine gemeinsame Beitung und die Einrichtung zur Regelung
des Staudruck im Lager spalt beeinflußt beide Lager gemeinsam.
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Durch die Möglichkeit einer beliebigen bestimmung des im Lager herrschenden
Öldrucks und damit der Ölmenge in kb hängigkeit vom Zuführdruck und der Drosselung
an der Abfuh
rung, bzw. den Strömungsbedingungen im Lager kann die
Spindel praktisch in dem Drehzahlbereich von ihrer statischen Ruheauflage im Lager
abgehoben und "schwimmend" in einer genau definierten Lage gehalten werden, Eine
vorzugsweise Ausführungsform der Konstruktion des Lagers besteht darin, daß das
Lagergehäuse des axial verschiebbaren konischen Lagers kolbenartig in einer in einer
bohrung des Spindelgehäuses sitzenden, die Zu- und Abführkanäle für das Drucköl
aufweisenden Zylinderbüchse gelagert ist und Dichtungsringe im kolbenartigen Lagergehäuse
beidseits der Zu-und Abführkanäle in einem Abstand entsprechend der maximalen Axialverschiebung
vorgesehen sind0 Um die Axialverschiebung möglichst reibungsfrei bei einfacher Konstruktion
zu gestalten, ist vorzugsweise das kolbenartige Lagergehäuse unter Freilassung eines
Umfangsspaltes in der bohrung, der im Spindelgehäuse liegenden Zylinderbüchse gelagert
und eine Umfangskugelreihe im mittleren bereich vorgesehen, die sich gegen den Aussenumfang
des Lagergehäuses und den Innenumfang der Bohrung abstützt.
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Dabei kann, um die einzige oder eine zusätzliche l'ederanordnung zu
Wilden der den kleineren Lagerdurchmesser wngebende Abschnitt des kolbenartigen
l.agergehäuses einen kleineren
Aussendurchmesser haben als der den
größeren Lagerdurchmesser umgebende Abschnitt und ein Zuführkanal für Druckmittel
an einen Teilabschnitt der Stirnseite des kolbenartigen Lager gehäuses führen. Durch
diese Anordnung wird im betrieb ein dem Druck im zugeführten Medium entsprechender
durch den Grad der Verminderung des Aussendurchmessers an der seaufschlagungsseite
entsprechend reduzierter Beaufschlagungsdruck als Federkraft zur Wirkung gebracht.
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Insbesondere bei Schleifscheibenspindeln ist vorzugsweise an der Schleifscheibenseite
das im Spindelgehäuse festliegende Lager angeordnet. Dadurch können die beim Arbeitsvorgang
auftretenden unter Umständen stark schwankenden Kräfte nicht direkt auf die Federanordnung
Einfluß nehmen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch
eine erfindungsgemäße Spindellagerung, Fig. 2 in größerem Maßstab einen Axialschnitt
durch eine vol'-zugsweise Ausbildungsform eines axial verschiebbaren Spindellagers,
Fig.
3 einen Axialschnitt durch das Lager gemäß Fig. 2 jedoc in einer Axialebene, die
etwa 900 zu der Schnittebene der Fig. 2 verdreht ist, lig. 4 einen Ayialschnitt
durch das festliegende Spindellager, und ]ifr. 5 einen Axialschnitt durch das
in Fig. 54 gezeigte Lager, jedoch in einer Axialebene, die gegen die Schnittebene
der Fig, 4 um etwa 900 verdreht- ist.
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Die Spindelwelle 1 läuft im Gehäuse 2 um Sie ist auf der in Fig. 1
rechten Seite, welche auf einem Konussitz 3, das in Fig. 1 nicht dargestellte Werkzeug,
z.B. eine Schleifscheibe 3 a tragt, in einem im Gehäuse 2 festliegenden lagergehäuse
4 und auf der gegenüberliegenden, in Fig. 1 linken Seite, auf welcher sie auf dem
konischen Sitz 5 eine in Fig. 1 nicht dargestellte Antriebsscheibe, z.X. keilriemenscheibe
5 a trägt, in einem axial verschiebbaren Lagergehäuse 6 gelagert. Die Welle 1 sitzt
im Lager 4 mit einer sich zum Wellenende hin verjüngenden konischen Sitzfläche 7
und im Lager 6 mit einer sich zum anderen \Jellenende hin verjüngenden konischen
Lagersitz 8.
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An den Stirndeckeln 9 bzw. 10 ist in der Durchtrittsöfflung je eine
Dichtungsanordnung 11 angebracht, welche das Austreten vom Öl verhindert. Ain inneren
lande jedes der Lagergehäuse 4
und 6 ist in einer entsprechenden
Umfangsnut des Lagergehauses je eine Dichtungsanordnung 12 angebracht.
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Die Lagergehäuse 4 und 6 haben den konischen Laufflächen 7 und 8 der
Welle entsprechende konische bohrungen 13 und 14.
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Das axial verschiebbare Lagergehäuse 6 ist in Steigumgsrichtung der
konischen Flächen 8 bzw. 14 durch am Umfang der Stirnfläche verteilte Schraubendruckfedern
15, die sich in entsprechenden Vertiefungen im Deckel abstützen vorgespannt.
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Ferner ist im axial verschiebbaren Lagergehäuse 6 eine aus mehreren
Zweigleitungen bestehende Zufü'irleitumg 16 für Drucköl im bereich des kleineren
Durchmessers und im Bereich des größeren Durchmessers eine aus einer Anzahl vom
am Umfang verteilten Zweigleitumgen bestehende Äbführleitung 17 vorgesehen. Die
Leitungen 16 und 17 durchsetzen das Spindelgehäuse 2. beidseits jeder der Leitungen
16 und 17 sind in Umfangsnuten am äusseren Umfang des Lagergehäuses 6 Dichtungsringe,
zOB.
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0-Ringe 18, eingesetzt. Der Abstand der 0-Ringe von den Leitungen
16 bzw0 17 ist so groß, daß bei der maximal vorgesehenen Axialverschiebung des Lagergehäuses
6 der entsprechende 0-Ring 18 noch vor bzw. hinter der Leitung der entsprechenden
bohrung im Spindelgehäuse 2 liegt.
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In der Ableitung 17 ist eine nicht dargestellte Drosselanordnung,
z.D. ein Regelventil vorgesehen.
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Entsprechende Zuführleitungen 16 a und Abführleitungen 17 a sind im
festliegenden Lagergehäuse 4 vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Spindellagerung arbeitet wie folgt: sei Zuführen
von Drucköl durch die Zuführleitungen 16 und 16 a bei gleichzeitiger Drehung der
Spindelwelle 1 haut sich im Lagerspalt zwischen den konischen Lagerflächen 8 und
14 einerseits und 7 und 13 andererseits ein Staudruck im Öl auf. Dieser Staudruck
wird durch Drosselung in den Abführleitungen 17 bzw.
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17 a praktisch über die ganze Lagerfläche im wesentlichen konstant
gehalin. Durch diesen Staudruck in den Lagerspalten wird infolge der Konizität der
Lagerflächen eine Äxialschubkomponente auf die Lagerflächen übertragen, durch welche
die axial verschiebbare Lagerfläche 6 axial nach aussen verschoben wird, bis die
Axialschubkomponente mit der Federkraft der Federn 15 gleich ist. Durch Deeinflussung
des Druckes, z.B. durch änderung des Zuführdruckes oder Änderung der Drosselung
in der Ab für leitung kann der Staudruck und damit die Lage des axial verschiebbaren
Lagers beeinflußt; werden, wobei durch entsprechende Druckänderungen im Sestliegenden
rechten Lager die axiale Lage der Welle und damit des auf dem Konus 3 aufgesetzten
Werkzeugs verstrlilbar ist.
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In Fig. 2 und 3 ist eine praktische Ausführungsform des axial verschiebbaren
Lagers dargestellt. Im Spindelgehäuse 2 ist eine Aussenbüchse 20 eingesetzt, in
welcher eine zweiteilige Laufbüchse 21 für das axial verschiebbare Lagergehäuse
eingesetzt ist, Zwischen den beiden Lagerbüchsen 21 wird eine Umfangssammelnut 22
gebildet, in welcher ein Verteilerring 23 liegt. Vor der offenen Stirnseite der
Aussenbüchse 20 ist ein Deckel 24 mittels Schrauben 24 a befestigt.
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Der Deckel 24 hat an seiner Innenseite eine zylindrische Fläche 25.
Das axial verschiebbare Lagergehäuse 26 hat an seinem über dem kleineren Lagerdurchmesser
liegenden Abschnitt einen geringeren Aussendurchmesser als an dem über dem größeren
Lagerdurchmesser liegenden Abschnitt. Die zylindrische Aussenumfamgsfläche 27 mit
größerem Durchmesser liegt mit einem geringen Spalt in den Lagerbüchsen 21 und weist
zwei Umfang nuten 28 auf, in denen 0-Ringe 29 liegen, die sich gegen den Innenumfang
der Lagerflächen 21 anlegen. Zwischen den Nuten 28 sind bohrungen 30 angeordnet,
welche die Abführleitungen für das Drucköl bilden. Das durch die Leitungen 30 abströmende
Medium wird über die Saenelnut 22 gesammelt um durch eine Leitung 31 die als Axialbohrung
in der Aussenbüchse 20 ausgebildet ist und durch eine bohrung 32 im Deckel 24 t'tber
eine Verschraubung 33 abgeführt. Von der Verschraubung 33 führt die Abführleitung
zu einem nicht dargeslellterl Druckregelventil um die Drosselung des abströmenden
Drucköls Einzustellen.
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An der zylindrischen Aussenfläche 34 des axial verschiebbaren kolbenartigen
Lagergehäuses 26 ist eine büchse 35 aufgezogen. Die zylindrische Innenfläche 25
des Deckels 24 weist zwei Umfangsnuten 36 auf, in welchen 0-Ringe 37 liegen. Zwischen
den O-Ringen 37 mündet, wie in Vig. 2 dargestellt, eine Querbohrung 38, welche in
eine Lämgsbohrumg 39 in der Aussenbüchse 20 übergeht. Diese Längsbohrung 39 steht
über eine Dohrung 40 im Deckel 24 mit einer Verschraubung 41 in Verbinding, an welcher
die Zuführleitung für das Drucköl angeschlossen ist. Die Leitung 39 geht über die
ganze Länge der Aussenbüchse 20, d.h. die ganze Länge der Spindelwelle bis zu dem
am der rechten Seite der in Fig. 1 dargestellten festliegenden Lager.
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seide Lager der Spindelwelle haben daher eine gemeinsame Zuführleitung
39 für das Drucköl.
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In der Lagerbüchse 35 am kleineren Durchmesser des Lagergehäuses 26
sind Radialbohrungen 43 vorgesehen, welche in einen in der Umfangsfläche 34 vorgesehene
Umfangsverteilernut 44 münden. Von der Verteilernut 44 füllren Zuführleitungen 45
zum kleineren Durchmesser des Lagerspaltes.
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In axialer richtung überschneiden sich der äussere Lagerring 21 in
der Aussenbüchse 2U und die Lagerbüchse 35 am kleineren Durchmesser des lagergchäuses
26. in dem dabei gebildetem Spalt
sind Kugeln 46, die durch einen
Käfig 47geführt sind, eingesetzt. Diese Kugeln zentrieren das Lagergehäuse 26/en
Lager ringen 21 bzw. der zylindrischen Innenfläche 25 des Deckels 23. Sie ermöglichen
eine sehr leichte, reibungsarme hxialverschiebung des Lagergehäuses 26 gegen die
Kraft der Feder 15, sowie eine gewisse Schwenkbewegung.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, ist am Deckel 23 eine weitere Verschraubung
50 vorgesehen, welche über eine Axialbohrung 51 im Deckel 23 in eine Axialbohrung
52 in der Aussenbüchse 20 führt.
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Diese Axialbohrung 52 steht über eine Radialbohrung 53 mit dem die
Kugeln 46 aufnehmenden Spalt zwischen den äusseren Aussenringen 21 und der Lagerbüchse
35 in Verbindung Durch diese hnordnung wird es möglich, das kolbenartig wirkende
Lagergehäuse 26 an der Schulter im bereich der Kugeln 46 mit Drucköl zu beaufschlagen
und so die Kraft der Federn 15 im getrieb zu unterstützen. Die Höhe dieser Beaufschlagungskraft
im Verhältnis zu den gesamten im Lager auftretenden Kräften ist abhängig von dem
Flächendifferenzial zwischen der beaufschlagten Stirnseite des Lagergehäuses 26
und der axialen Projektion der Lagerflächen 8 bzw. 14. Durch diese Anordnung wird
es u.aO möglich, unbeabsichtigte Druckschwankungen im Drucköl zu kompensieren Eine
Axialboliruiig 54 zur Aufnahme von Lecköl in der äusseren Lagerbüclise stell-t über
eine Leitung 55 mit der an der äusseren
Stirnseite des Lagergehäuses
26 zwischen dieser Stirnseite und der Innenwand des Deckels 23 gebildeten Kammer
56 in Verbindung.
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Die Axialborhung 54 steht ausserdem über Öffnungen 54 a mit dem Innern
des Spindelgehäuses zur Abführung von Lecköl und durch eine Radialbohrung 55 a mit
der Stirnkaulmer 56 a am feststehenden Lagergehäuse auf der in Fig. 1 rechten Seite
der Spindel in Verbindung. Das anfallende Deckel wird über eine Radialbohrung 54
b abgeführt.
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In Fig. 4 und 5 ist das in Fig. 1 auf der rechten Seite dargestellte
festliegende Lager gezeigt0 Das Lagergehäuse 60 ist mit dem Deckel 61 aus einem
Stück ausgebildet und mittels Schrauben 62 an der Aussenbüchse 20 befestigt, die
ihrerseits mittels Schrauben 63 am Spimdelgehäuse 2 befestigt isto In Fig. 4 ist
die auch in Fig. 2 dargestellte Axialleitung 39 für die Zuführung des Drucköls dargestellt,
welche mit einer Verbilernut 64 über Radialbohrungen 65 in Verbindung steht, die
am kleineren Durchmesser der Lagerfläche 13 münden.
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Am größeren Durchmesser der lagerfläche 13 sind Radialbohrungen 66
vorgesehen, die in einer Sammelnut 67 münden. Diese Sammelnut 67 steht mit einer
Axialbohrung 68 in Verbindung, die über
eine Axialbohrung 69 im
Deckelflansch 61 und eine Radialbohrung 70 in diesem mit der Rückführleitung für
das Drucköl und einem gesonderten Drosselorgan oder mit dem Drosselorgan für das
verschiebbare Lager in Verbindung stehen.