DE2238428A1

DE2238428A1 - Lagerkonstruktion

Info

Publication number: DE2238428A1
Application number: DE2238428A
Authority: DE
Inventors: Robert Lee Leibensperger; Glen Ray Norris
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-08-01
Publication date: 1973-07-12
Also published as: NL7211240A; CH564701A5; US3716280A; BE787637A; FR2149218A5; SE388016B; AR197682A1; BR7205554D0; GB1373861A; JPS4867641A; JPS5119547B2; AU4469072A; ES405964A1; DE2238428C2; IT962097B; CA958057A

Description

PATENTANWALTS 2 238 A

Dr.-Ing. ΗΛΝ3. RU5CHKE Dlp!.-!iv!.^;" ''^- AGULAR

T 1143

The Timken Company, Canton Ohio, V.St.A

Lagerkonstruktion

Die Erfindung "bezieht sich allgemein auf Kegelrollenlager und insbesondere auf Kegelrollenlager, die ideal zur Verwendung im Präzisionsmaschinenbau, z.B. in Werkzeugmaschinen, geeignet sind.

Da Kegelrollenlager axiale Belastung ^sowohl wie Radialbelastung tragen, und wenn sie in Paaren benutzt werden, gegeneinander eingestellt werden können, um sowohl End- als auch Radialspiel zu steuern, haben diese Lager weit verbreiteten Gebrauch in der Werkzeugmaschinenindiistrie gefunden, wo große Genauigkeit verlangt wird. Kegelrollenlager sind besonders für die Benutzung als Lager für Werkzeugmaschinenspindeln erwünscht, wo es wichtig ist, die richtige Lagereinstellung aufrechtzuerhalten, und um die maximale Spindelsteifigkeit zu erhalten. Bisher sind die Kegelrollenlager für Werkzeugmaschinenspindeln durch mit Gewinde versehene Vorrichtungen eingestellt worden oder durch die Benutzung von zusätzlicher Verkeilung hinter den Lagern. Weder die mit Gewinde versehenen Vorrichtungen noch die Verkeilung ermöglichen es, Lager einzustellen, während die werkzeugmaschine sich im Betrieb befindet, sondern es ist im Gegenteil gewöhnlich erforderlich, das Spindelgehäuse zu

309828/0867

zerlegen, um die Einstellung zu bewirken. Demgemäß wird die Lagereinstellung für herkömmliche Spindeln vorher bestimmt oder wird, mit anderen Worten, zu dem Zeitpunkt des Zusammenbaues eingestellt, so daß die richtige Einstellung vorhanden ist, wenn die Spindel arbeitet· In den meisten Maschinen ist die Einstellung derart, daß die Spindellager unter vorbelasteten Bedingungen arbeiten, denn wenn die lager vorbelastet sind, ist die Genauigkeit am besten, d.h. die Auslenkung des Spindelkopfes von einem vollkommenen Kreis ist minimal und außerdem sind die dynamische und statische Steifheit ebenfalls die besten.

Die Unfähigkeit, die Kegelrollenlager von Werkzeugmaschinen während des Betriebes einzustellen, erbringt bedeutende Probleme. In erster Linie ist keine Kompensation für differentielle Expansionen vorhanden. Beispielsweise wird während des Anlaufes die in den Lagern erzeugte Hitze in erster Linie an die Lager übertragen, und dies kann die Lager ausdehnen und sie unter eine übermäßige axiale Vorbelastung setzen, in welchem Falle die Lager versagen können. Ferner sind die Wärmeübertragungscharakteristiken des Lagergehäuses und der Spindelwelle verschieden, so daß die mit ihnen in Kontakt stehenden Lagerbestandteile bei verschiedenen Temperaturen arbeiten. In dieser Hinsicht ist zu beachten, daß Werkzeugmaschine nlager mit keinem Endspiel oder sogar Vorbelastung betrieben werden, was bedeutet, daß die Wärmeexpansion die Lager in einen Vorbelastungszustand bringen können, der die Kapazität des Lagers übersteigt. Wenn, andererseits die Wärme sich in das Gehäuse zerstreut, welches die Lager trägt,und auch in die Spindelwelle, welche die Lager abstützt, kann die sich ergebende Lagereinstellung nicht optimal sein. Die vorerwähnte differentiale Expansion tritt auch als das Ergebnis von zusätzlichen Änderungen in der Geschwindigkeit ein, und ist in der Tat ziemlich schwerwiegend, wo die zusätzlichen Änderungen relativ groß sind.

- 3 -309828/0 667

Da ferner die Lager nicht bei der gleichen Temperatur für alle Geschwindigkeiten arbeiten, ist keine einzige Einstellung für alle Geschwindigkeiten ideal. Yvährend' so eine "besondere Einstellung der Lager einen genauen lull spiel raum oder eine Vorbelastung "bei 200 Umdrehung pro Minute ergehen kann, kann die gleiche Einstellung eine übermäßige Vorbelastung bei 7000 Umdrehung pro Minute bewirken, wo das Lager viel heißer lauft.

Iss ist beobachtet worden, daß die !Resonanzfrequenz einer ,ferkzeugmaschinenspindel eine Funktion der Spindelsteifigkeit oder -Starrheit ist. Sollte eine Schneidoperation eine erzwungene oder selbsterregte Vibration in oder nahe der !Resonanzfrequenz der Spindel erzeugen, würde es erklärlicherweise erwünscht sein, die Spindelsteifigkeit zu ändern, um eine übermäßige Bewegung des Spindelkopfes zu vermeiden. Dies kann erzielt werden, indem man die Vorbelastung der Spindellager ändert, aber herkömmliche Spindellager bieten keine Mittel, um die Vorbelastung leicht zu ändern.

Eines der Hauptziele der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kegelrollenlagerkonstruktion zu schaffen, die unter einer konstanten Vorbelastung gehalten werden kann, selbst wenn Differentialexpansion zwischen dem Lager und seiner Tragkonstruktion eintritt. Ein anderes Ziel ist die Schaffung einer Lagerkonstruktion, in welcher die Lagereinstellung, während das Lager arbeitet, geändert werden kann. Sin weiteres Ziel bezweckt die Schaffung einer Lagerkonstruktion, welche verbesserte statische und dynamische ,Steifheitscharakteristiken für die dadurch getragene Welle bietet. Noch ein anderes Ziel ist die Schaffung einer Lagerkonstruktion, welche für eine Steuerung sorgt und die Einstellung der Resonanzfrequenz für die getragene Welle ermöglicht.

309828/0667

Noch ein anderes Ziel ist die Schaffung einer Lagerkonstruktion, die ideal für Werkzeugmaschinen geeignet ist. Diese und andere Zwecke und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung ist in einer Lagerkonstruktion der Kegelrollenvarietät verkörpert. Das Lager hat eine schwimmende oder schwebende Rippe,welche die Hollen axial zwischen dem Napf und dem Konus einstellt, sowie Rippeneinstellungsmittel, um eine im wesentlichen konstante Kraft auf die Rippe aufrechtzuerhalten.

Diese Kraft entspricht einem vorherbestimmten Einstellungspunkt und die Rippeneinstellungseinriehtung ist einstellbar, während das Lager arbeitet, um die im wesentlichen- konstante Kraft zu ändern, damit sie einem anderen gewählten Einstellungspunkt entspricht. Die Erfindung besteht auch in den Teilen und in den Anordnungen und Kombinationen von Teilen, was nachfolgend beschrieben und beansprucht ist.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Lagerkonstruktion zur Ibstützung einer Welle in einem Gehäuse vor, wobei sie einen Konus enthält, der die Welle umgibt und eine nach auswärts gerichtete verjüngte Laufbahn hat, einen Napf in dem Gehäuse und eine nach einwärts gerichtete verjüngte Laufbahn, die entgegengesetzt zu der Konuslaufbahn eingestellt ist, eine Mehrzahl von Kegelrollen, die zwischen dem Napf und dem Konus eingestellt sind und die mit den Laufbahnen derselben in Eingriff stehen, einen durch das Gehäuse in der Nähe des großen Durchmesserendes der Laufbahn abgestützten Träger, einen durch den Träger an den Enden der Rollen getragenen Ring zur axialen Einstellung der Rollen zwischen deci Napf und dem Konus, wobei der Ring in einer axialen Richtung relativ zu dem Träger und dem Napf verschiebbar ist, sowie Ring-

- 5 _ 309828/0667

einstellungsmittel zur Ausübung einer, axial gerichteten Kraft auf den Hing, um den Ring gegen die Rollen zu drängen und ihn mit den Rollen im Eingriff zu.haiten.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Verbindung des Lagers, welches die Schritte der Einstellung des ETapfes in einer festen Stellung in dem Gehäuse enthält, das Halten der Kegelrollen in dem Napf, die Einstellung derKegelrollen gegen eine nachgiebige Kraft, derart, daß die Scheitel der Rollen und der Scheitel der Napflaufbahn sich in der Drehachse für das Lager schneiden, das Vorrücken des Konus axial über die felle, um seine Laufbahn in Kontakt mit den Rollen zu bringen und das Vorrücken des Konus noch weiter, um die Rollen zu veranlassen, sich nach auswärts gegen die nachgiebige Kraft zu bewegen.

In den Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden, und in welchen gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile benutzt werden, sind:

.Fig. 1 ein Querschnitt einer Lagerkonstruktion nach der Erfindung,

]?ig. 2 eine Querschnittsansicht nach Linie 2-2 in Fig. 1,

Pig. 3 eine teilweise, schematische Ansicht eines hydraulischen Belastungs- und Steuersystemes, welches für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist,

Pig. 4 eine schematische Ansicht eines hydraulischen Belastungs- und Steuersystemes, welches ebenfalls zur Verwendung bei der vorliegenden J^findung geeignet und von der Luft- öl-Servomotorart ist,

309828/0667

. 5 eine teilweise Schnittansicht einer abgewandelten Lagerkonstruktion,

Fig. 6 eine Schnittansicht einer noch anderen abgewandelten Lagerkonstruktion,

Pig. 7 eine Schnittansicht nach Linie 6-6 in Fig. 5,

Pig. 8 eine teilweise Endansicht der in Pig. 6 gezeigten Lagerkonetruktion, und

Fig. 9 eine Schnittansichijnach Linie 9-9 in Fig. 8.

In den Zeichnungen bezeichnet 2 den Spindelstock eines Präzisionswerkzeuges, wie einer Drehbank oder Bohrmaschine. Der Spindelstock 2 (Fig. 1) enthält ein Gehäuse 4» eine Spindel 6, die sich durch dasselbe hindurch erstreckt und sich in dem Gehäuse 4 dreht. Ferner ein Paar von Kegelrollenlagerbaugruppen 8 und 10, welche die Spindel 6 in ' dem Gehäuse 4 abstützen und sie instandsetzen, sich frei darin unter gewählter Vorbelastung ungeachtet der Spindelgeschwindigkeit oder des Temperaturdifferentiales in dem Spindelkopf 2 zu drehen.

Das Gehäuse 4 ist mit einer Bohrung 12 versehen und das Lager 8 ist in einem Ende dieser Bohrung eingestellt, während das Lager 10 in dem entgegengesetzten Ende desselben angeordnet ist. Die Bohrung 12 enthält auch einen hülsenförmigen Abstandshalter 14, der zwischen den beiden Lagern 8 und angeordnet ist, und der obere Teil dieses Abstandshaltern ist mit einem Paar Schmierkanälen 15 versehen, welche zu den Lagern führen und auf diese Lager 8 und 10 gerichtet sind, um eine Schmierflüssigkeit in dieselben abzugeben.

Die Spindel 6 erstreckt sich durch die Bohrung 12 in dem Gehäuse 4 und ist an dem nach auswärts gerichteten inde des Lagers 8 mit einer Schulter 16 versehen.

- 7 -309828/0667

Zwischen den beiden Lagern 8 und 10 verläuft die Spindel 6 durch einen inneren Abstandshalter 18, der durch den äußeren Abstandshalter 14 umgeben ist. Schließlich hat die Spindel über das Lager 10 hinaus Gewindegänge 20, die mit einer Mutter 22 in Eingriff stehen, und die Mutter 22 drückt einen kurzen Ring 24 gegen das Lager 10.' Auf diese Y/eise werden der Ring 24? das Lager 10, der innere Abstandshalter 18 und das Lager 8 alle in dieser Or dnung>zwi sehen die Mutter 22 und die Schulter 16 geklemmt.

Das Lager 8 ist im Entwurf üblich und enthält den üblichen Konus 30, v/elcher die Spindel 6 umgibt und ist zwischen die Schulter 16 und den Abstandshalter 18 geklemmt. Der Konus 30 hat eine nach auswärts gerichtete, verjüngte. Laufbahn 32, sowie Rippen 34 an jedem Ende der Laufbahn 32· Ferner enthält das Lager 8 einen Uapf 36» der in die Gehäusebohrung 12 paßt und hat eine nach einwärts gerichtete, verjüngte Laufbahn 38, die gegenüber der Konuslaufbahn 32 angeordnet ist. Der Napf 36 ist auch mit einem aus einem Stück damit versehenen Flansch 40 versehen, welcher nach auswärts längs der Endfläche des Gehäuses 4 vorsteht und der durch einen Haltering $2 in Stellung geklemmt und gegen das Gehäuse 4 durch Schrauben 43 befestigt ist. Das Lager 8 wird durch Kegelrollen 44 vervollständigt, die die Laufbahnen 32 und 38-angreifen und daran entlang rollen, lerner ist ein Käfig vorhanden, um den richtigen Abstand zwischen den Rollen 44 aufrechtzuerhalten. Der Käfig 46 hält in Zusammenarbeit mit den Rippen 34 die Rollen auf dem Konus 30, wenn das Lager zerlegt wird, während die Rippe 34 an dem großen Durohmesserende der Laufbahn 32 axial die Rollen 44 in dem Lager 8 einstellt und den Kräften widersteht, welche sie herauszutreiben suchen.

8 -

309 8 28/0667

Das andere Kegelrollenlager 10 unterscheidet sich beträchtlich von der herkömmlichen Kegelrollenlagerkonstruktion. Dieses Lager enthält einen Konus 50, der rund um die Spindel 6 gepaßt und in .Stellung zwischen den inneren Abstandshalter 18 und den Ring 24 geklemmt ist. Der Konus 50 hat eine nach auswärts gerichtete verjüngte Laufbalm 52 und eine Rippe 53 an dem großen Durchmesserende dieser Laufbahn. Die Rippe 53 besteht nur für den Zweck der Entfernung des dicht angepaßten Konus 50 von der Welle 6 während der Zerlegung und unterscheidet sich daher von der größeren der·beiden Konusrippen 34 an dem anderen Lager 8, welches die Kegelrollen 44 angeordnet. Das Lager enthält auch einen Napf 54, der in die Gehäusebohrung 12 paßt, wobei seine Hinterfläche gegen den äußeren Abstandshalter 14 lagert , während seine Vorderfläche f nach auswärts gerichtet ist. Auf diese Weise hält der äußere Abstandshalter 14 einen vorherbestimmten und feststehenden Abstand zwischen den Näpfen 36 und 54 der beiden Lager 8 und 10, während der innere Abstandshalter 18 einen vorherbestimmten und feststehenden Abstand zwischen den Konen 30 und 50 jener Lager aufrechterhält. Der Napf 54 hat eine nach einwärts gerichtete verjüngte Laufbahn 56, die entgegengesetzt zu der Konuslaufbahn 52 angeordnet ist und sich axial über die Laufbahn 56 eine beträchtliche Strecke hinaus erstreckt, wobei ein Rippenringträger 58 vorhanden ist. Inkier Tat ist der liippenringträger 58 ein integraler Teil des Napfes 54 und hat eine Bohrung 60, die zylindrisch geschliffen und im Durchmesser größer ist als das große Durchmesserende der Laufbahn 56. itxi der Seite von dem Konus 50 und dem Napf 54 enthält das Lager 10 ebenfalls Kegelrollen 62, welche die Laufbahnen, und 56 des Konus 50 und des Napfes 54 angreifen und daran entlangrollen. Außerdem ist ein Käfig 64 vorhanden, der die Rollen 62 als eine Baugruppe zurückhält und den richtigen Abstand zwischen ihnen aufrechterhält. Die Hollen 62 greifen die Rippe 53 an dem Konus 50 nicht an.

_ 9 _ 309828/0667

Zur Yervo11standigung des Lagers 10 ist ein Hapfring 66 vorhanden, der in die Bohrung 60 des Napres 54 paßt und eine ringförmige Hippe 68 (Pig. 1 und 2) von reduziertem Durchmesser an seinem inneren Ende hat, so daß sie nach einwärts über das große Durchmesserende der Napflaufbahn 54 hinaus vorstehen kann. Die Rippe 68 lagert gegen die großen Durchmesserendflächen der Hollen 62 und stellen diese Hollen axial zwischen den gegenüberliegenden Laufbahnen 52 und 56 ein. Dementsprechend ist die Größe der Vorbelastung in den Lagern 8 und 10 von der axialen Stellung des Hippenringes abhängig. Es ist ein Spielraum zwischen dem Rippenring 66 und der Bohrung 60 seines Trägers 58 vorhanden, um dem ersteren zu ermöglichen, sich frei in der letzteren in der Axialrichtung zu verschieben. Der Hippenring 66 kann aus Stahl oder Keramiken gebildet sein.

Angepaßt an den Hippenringträger 58 ist ein Trägerverschluß 70 mit einem Flansch 72, der sich in Querrichtung erstreckt und an die Bndfläche des Hippenringträgers 58 angeschraubt ist. Nach einwärts von dem Plansch 72.trägt der Trägerverschluß 70 eine 0-Ringdichtung 74> die mit der Bohrung 60 in Eingriff steht und eine Strömungsmitteldichte Dichtung damit bildet. Über §ie Dichtung 74 hinaus besitzt der Tragerverschluß 70 einen reduzierten Abschnitt.76 mit einer iußenoberflache,,die zylindrisch geschliffen und-im Abstand nach einwärts von der geschliffenen zylindrischen , Oberfläche der Bohrung 60 angeordnet ist, um einen ringförmigen Hohlraum 78 mit dem Träger 5& zu bilden. Der reduzierte ,Abschnitt 76 steht nach einwärts über das Hinterende des Hippenringes 66 vor oder das Hinterende des Rippenringes 66 steht, mit anderen V/orten, in den Hohlraum 78 vor. Wiederum existiert der Spielraum zwischen dem reduziertem Abschnitt 76 des Trägerverschlusses 70 und dem überlappenden Teil des Rippenringes 66, um dem Ende des Rippenringes 66 zu gestatten, sich frei in dem Hohlraum 78 zu verschieben.

- 10 -

309828/0667

Der Hohlraum 78 enthält eine doppellippige Dichtung 80 der schwimmenden Type, welche aus einem Elastomer gebildet ist und &egen die Endfläche des Rippenringes 66 lagert. Die Lippen der schwimmenden Dichtung 80 divergieren nach hinten und greifen die geschliffenen zylindrischen Oberflächen der Trägerbohrung 60 und des reduzierten Abschnittes 76 des Trägerverschlusses 70 an, wobei sich eine strömungsmitteldichte Dichtung dazwischen bildet. Der Hohlraum 78 wird mit Öl durch einen Kanal 82 in dem Hinterende des Rippenringträgers 58 versorgt.

Um die richtige Rollbewegung in dem Lager 10 zu erzielen, ist es wichtig, daß die Hollen 62 des Lagers 10 auf den gleichen Scheiteln wie diejenigen der Laufbahn 52 des Konus 50 und der Laufbahn 56 von Napf 54 laufen. Dies wird erreicht, indem man einen Blindabstandshalter (dummy spacer) (nur für Einstellzwecke) zwischen dem Hippenring 66 und der Napf vorderfläche f_ von Napf 54 vorsieht. <ienii der Rippenring 66 durch den Blindabstandshalter und die Hapfvorderfläohe f von Napf 54 geklemmt ist, sind die Rollen 62 auf dem Scheitel mit den Laufbahnen 52, 56. Der Vorderflächenstand von Lager 10 ist dann bestimmt. Der Stand von Lager ist ebenfalls bemessen und wird benutzt, um die relative Länge des Außenabstandshalters 14 und Innenabstandshalters zur richtigen Verbindung zu bestimmen.

Eine alternative Annäherung besteht darin, den Innenabstandshalter 18 und die Notwendigkeit für den Blindabstandshalter auszuschalten.

Der Rippenring 66 ist dann so entworfen, daß, wenn seine Fläohe mit der Napfvorderfläche f und Napf 54 anstößt, die Scheitel der Rollen 62 und der Laufbahn 52 und 56 identisch sind,

- 11 -

309828/0667

Beim Zusammenbau wird der Hohlraum 78 mnter Druck gesetzt, um den Kontakt zwischen der Fläche des Hippenringes 66 und der Vorderfläche f_ des Napfes 54 zu sichern. Die Lager 8 und 10 werden dann durch die Mutter 22 eingestellt, um eine vorher beschriebene Vorbelastung zu geben, welche den Rippenring 66 veranlaßt, sich zurück in den Hohlraum 73 zu bewegen. Die Mutter 22 wird dann an der Spindel 6 durch eine geeignete Sperrvorrichtung befestigt. Eine v/eitere Lagervorbelastung wird dann durch Variierung der Einstellkraft gesteuert, die auf den Rippenring 66 ausgeübt wird.

Der Kanal 82 des Rippenringträgers 58 ist mit einem hydraulischen Belastungs- und Steuersystem verbunden, welches das Öl in dem ringförmigen Hohlraum 78 unter Druck hält, um die otellung des Rippenringes 66 zu steuern und somit die Vorbelastung in den Lagern 8 und 10.'Es können verschiedene kittel zur Aufrechterhaltung und Steuerung des Druckes in dem ringförmigen Hohlraum 78 benutzt werden. Für die meisten Werkzeugmasciiinenanv/endungen kann eine angemessene maximale erforderliche Lagervorbelastung mit einer Betriebsluftlieferung von 4,22 kg/cm (60 psig) (Fig. 3) erhalten werden. Die Betriebsluft wird zu einer gewünschten Vorbelastungseinstellung oder Einstellpunkt mit einem einfachen Selbstfreigabeluftdruckregulator 83 reguliert, mit welchem ein unter Druck stehender Luft-Öltank 84 verbunden ist. Eine Luft-Öl-Zwischenfläche ist in dem Tank 84 vorhanden und die untere oder Ölseite des Tankes 84 ist mit dem Hohlraum 78 durch eine Ölleitung 85 verbunden. Die Benutzung von Öl zwischen dem Selbstfreigabeluftdruckregulator 83 und dem ringförmigen Hohlraum vermeidet Korrosionsprobleme in dem ringförmigen Hohlraum 78. In der Ölleitung 85 zwischen dem unter Druck stehenden Luft-Öl-Tank 84 und dem ringförmigen

- 12

309828/0667

Hohlraum 78 befindet sich ein Druckmesser 86, welcher den Ölleitungsdruck anzeigt. Der Druckmesser 86 kann geeicht sein, um die Spindelvorbelastung (Kilograram) direkt abzulesen.

Wenn die Lagervorbelastungen größer als jene sind, die mit dem verfügbaren Betriebsluftdruck erreicht werden können, dann sollte ein Luft-Öl-Hilfsmotorsystem 90 (Pig. 4) benutzt werden. Das System 90 enthält einen Luft-Öl-Hilfsmotor 92, dessen Ölseite mit dem Kanal 82 des Rippenringträgers 58 durch eine Ölleitung 94 verbunden ist, und wobei die Leitung 94 einen Druckwandler 96 enthält, der in Angaben der Spindelvorbelastung geeicht ist, um das System 90 zu überwachen. Die Ölleitung 94 ist ferner mit einem Reservoir 98 und auch mit einem Druckübertrager 100 verbunden, welch letzterer den Öldruck in der Leitung 94 fühlt und ein pneumatisches Signal liefert, welches dem gemessenen Druck proportional ist. Tatsächlich bildet das Signal eine Variation in dem Luftdruck in einer Luftleitung 102, die zu einem Druckregler 104 führt. So stellt der Übertrager 100 Änderungen in dem Öldruck fest und wandelt diese Änderungen in proportionale Änderungen in Luftdruck um. Normalerweise werden zwei Übertrager 100 benutzt, einer für relativ niedrige Öldrücke und der andere für höhere Drücke.

Der Druckregler 104 ist ferner mit der Luftseite des Luft-Öl-Hilfsmotors 92 durch eine andere Luftleitung verbunden. Der Druckregler 104 besitzt einen Steuerknopf, mit welchem der Einstellpunktdruck für die hydraulische Leitung 94 von Hand eingestellt wird und dieser Druck entspricht einer gewählten Einstellpunktvorbelastung für

- 13 309828/0667

die Lager 8 und 10. Wenn einmal das Zifferblatt (dial) so eingestellt ist, vergleicht der Kegler 104 den Druck in der Luftleitung 102 mit der Einstellung oder dem Uinstellpunkt, der in der Vorrichtung angezeigt ist und verändert den Luftdruck in der Leitung 106, die zu dem Luft-Öl-Hilfsmotor 92 führt, derart, daß der Luft-Öl-Hilfsmotor 92 den Öldruck in der Ölleitung 94 zurück zu dem Einsteilölwert Tdringt, falls er davon abweichen sollte. Dies hält einen im wesentlichen konstanten Öldruck in der Ölleitung 94 und dein Hohlraum 78 aufrecht, flenn so der Druck in der Ölleitung 94 fällt, fühlt einer der Übertrager 100 die Abnahme im Druck und überträgt diese Änderung im Öldruck an den liegler 104 als einen reduzierten Druck in der Luftleitung 102. Der Regler seinerseits kompensiert diese Druckreduzierung durch Zunahme des Luftdruckes in der Leitung 106 und dies erhöht natürlich den Luftdruck an der Luftseite des Luft-Öl-Hilfsmotors 92, der seinerseits den Öldruck in dem Luft-Öl-Hilfsmotor 92 erhöht, um den Öldruck auf seinen Einstellungspunkt zurückzubringen. Gerade das Gegenteil erfolgt, wenn der Öldruck über den Einstellungspunkt ansteigt.

Wenn jedoch die Werkzeugmaschine, die die Lager 8 und 10 enthält, auch ein hydraulisches Pumpensystem mit genügenden Druckkapazitäten enthält, kann es vorteilhaft sein, dieses System zu benutzen, um den ringförmigen Hohlraum 78 unter Druck zu setzen. Um ein. solches System zu regulieren, würde die Installation eines Druckrediizierventiles zwischen der Pumpe und dem ringförmigen Hohlraum 78 erforderlich sein. In manchen Werkzeugmaschinen, die ein eigenes hydraulisches Pumpensystern haben, sind die Spindellager in einem Ölreservoir angeordnet, 'denn das Lager 10 so angeordnet ist, kann die doppellippige Dichtung 80 der Schwimmtype ausgeschaltet werden, da ein Auslaß zwischen dem engen Spielraum des Rippenringträgers 58 und dem reduzierten Abschnitt 76 des Trägerverschlusses 70 einerseits und dem Rippenring 66 andererseits

-H-309828/0667

vernachlässigbar sein würde. Die Ausschaltung der doppellippigen Dichtung 80 der schwimmenden I¹Jpe würde den .Reibungswiderstand reduzieren und die Systemsnsprache verbessern.

Die Wirkung des Lagers 1Ö wird nur in Verbindung mit dem Luft-Öl-HiIfsmotorsystem 90 besprochen, da das Verständnis dieses Systemes es ermöglicht, die anderen^benfalls zu ver-. stehen.

Ein Werkzeug oder Arbeitsstück wird mit dem Spindelkopf verbunden, welches das Ende der Spindel 6 ist, die sich in der Nähe"des Lagers 10 befindet, und zwar mittels einer Einspannvorrichtung oder irgendeiner anderen Verbindungsvorrichtung.. Danach wird das Zifferblatt an dem Druckregler von Hand auf einen gewählten Einstellungspunkt eingestellt, der für die Bearbeitungsoperation geeignet ist und dieser Einstellungspunkt entspricht einem spezifischen Öldruck in dem Hohlraum 78.Dieser Öldruck wird durch den Luft-Öl-Hilfsmotor 92 abgeleitet und bewirkt natürlich die axial gerichtete Kraft auf den Napfrippenring 66, welche Kraft den Rippenring 66 gegen die Kegelrollen 62 drückt. In der Tat lagert die ringförmige Rippe 68 an dem Rippenring 66 gegen die großen Durchmesserendflächen der Rollen 62 und drückt diese Rollen 62 gegen die verjüngten Laufbahnen 52 und 56 des Konus 50 und des Napfes 54. Das Vorhandensein der Rippe 68 angrenzend an die Napflaufbahn 56 bestimmt die axiale Stellung der Rollen 62 in dem Lager 10 und die auf diese Rollen ausgeübte Kraft durch das Drucköl wirkt auf den Rippenring 66, um Vorbelastungen in den Lagern 8 und 10 zu bewirken. Die Kraft sollte natürlich nicht die Lagorvorbelastungskap^itut übersteigen.

V/enn einmal der Druckregler 104 auf den vorbeschriebenen Druck eingestellt ist, v/ird die Spindel 6 erregt und au! die gewählte Geschwindigkeit für die üearbeitungsoperation

- 15 309828/0667

gebracht. Die Lager 8 und 10 erzeugen natürlich Wärme land diese Wärme oder Hitze wird in erster Linie an die Lager 8 und 10 selbst übertragen, wobei darin eine differentiale Expansion erzeugt wird. Im besonderen vergrößern sich die Konen 30 und 50 und die Rollen 44 und 62 der Lager 8 und 10 proportional viel mehr als die Näpfe 36 und 54, welche durch das ungeheizte Gehäuse 4 umgeben sind» Diese Expansion kann der Erzeugung des elastohydrodynamaschen Ölfilmes und der Scherwirkung in diesem PiIm an den Hollenlaufbahnenkontakten beigemessen werden. Dementsprechend drücken die Rollen 62 des Lagers 10 den Napfrippenring 66 weiter in den ringförmigen Hohlraum 78, aber da der Druck des Öles in dem ringförmigen Hohlraum 78 mnd der Leitung 94 konstant an dem Einstellungspunkt bleibt, auf welchen der Regler 104 eingestellt ist, ändert sich die Vorbelastung an dem Lager 10 nicht und wird natürlich nicht übermäßig.

Nach einer ungestörten Betriebsperiode verteilt sich die Wärme aus den Lagern 8 und 10 in die Spindel 6 und das Gehäuse 4 und diese Bestandteile dehnen sich ebenfalls aus und die Ausdehnung des Gehäuses 4 gestattet den Näpfen 36 und 54» sich auszudehnen. l;ies befreit die Roll'en 62, sich weiter in dem Lager 10 zu bewegen und der Rippeitiring 66 folgt den Rollen 62 in das Lager, wobei die gleiche Kraft auf dieselben aufrecii!erhalten wird. Auf diese Weise ändert sich die Vorbelastung auf das Lf-ger 10 nicht, wenn der Spindelkopf 2 einmal seine normale B-.triebstemperatur erreicht hat. In der Tat uleibt die Vorbelastung konstant, selbst, wenn andere Betriebsperaiueter, solche wie die Geschwindigkeit, sich beträchtlich ändert.

i>er Einstellpunktdruck kann während des Betriebes der Werkzeugmaschine bloß durch Einstellung eines verschiedenen Einstellpunkt druckes in das System 90 an dem Regler 104 geändert werden, iiienn beispielsweise die Bearbeitungsoperation eine

- 16 309828/0 6 67

Frequenz nahe der Resonanzfrequenz der Spindel 6 erreicht, kann die Resonanzfrequenz der Spindel 6 geändert werden, indem man die Vorbelastung in den Lagern 8 und 10 ändert. In dieser Beziehung wird daran erinnert, daß die iiesonanz- oder natürliche Frequenz der Spindel 6 eine Funktion seiner steifigkeit oder Starrheit ist, und die Steifigkeit ist von der auf das Lager 10 ausgeübten Vorbelastung abhängig. Auf diese «eise kann die übermäßige Spindelkopfbewegung} die mit Bearbeitungeoperationen in der Nähe der Resonanzfrequenz verbunden ist, mit der vorliegenden Erfindung reduziert werden.

Die Vorbeiartung kenn auch während des Betriebes geändert werden, um die Temperatur oder das iieibungsdrehiaonient in sicheren Grenzen zu halten.

Außerdem ergibt das Vorhandensein ues Laßers 10 una seines hydraulischen Vorbelastungasystemes eine verbesserte statische und dynamische Steifigkeit der Spindel 6, verglichen mit federkompensierten Systemen, die bei der gleichen Vorbelastung arbeiten. Jin Teil der verbesserten dynamischen Charakteristiken kann sich aus der Dämpfungs-wirkung ues Cles in dem Hohlraum 78 hinter dein üippenring 66 ergeben.

Kurz gesagt, ermöglicht das Lager 10, gekuppelt mit aeineia hydraulischen Belastung- unu Steuersystem der Spindel 6 mit höheren Geschwindigkeiten, verbesserter Genauigkeit und erhöhten dynamischen und statischen Steilheitscharakteristiken der Spindel 6 zu laufen und bietet erhöhte Flexibilität der Steuerung der SpindelCharakteristiken. Dies ergibt eine verbesserte Schneidgemruigkeit der Spindel 6 über einen weiten Geschwindigkeitsbereich.

Die -irkung der vorbelastungskompensierten Lagervorrichtung wurde vorhergehend für das Luft-öl-Hilfsmotordruckeystem (Fig. 4) beschrieben. Pie ..irkung würde ähnlich sein, wenn man

- 17 309828/0667

den Selbstfreigabeluftdruokregulator 83 mit dem tint er Druck gesetzten Luft-Öl-tüank 84 (Pig. 3) benutzt oder das DrucksysteiUf welches eine hydraulische piuape und ein Druckredu- · zierventil verwendet.

Der liinstellpunkt aller druckregulierten Systeme, die hierin beschrieben sind, wird von Hand eingestellt, um die gewünschten Betriebscharakteristiken zu erhalten. Es ίat jedoch ausführbar, daß diese Betriebscharakteristiken (statische Steifigkeit, dynamische Steifigkeit, Resonanzfrequenz, Reibungsdrehmoment, Spindelgenauigkeit und (temperatur) durch einen Y/andler gefühlt werden könnten, der seinerseits benutzt werden könnte, um den Einstellpunkt (Spindelvorbelastuhg) zu steuern, um das Optimum oder die gewünschten Spindelvollkommenheitscharakteristiken zu ergeben.

Insteile den Bippenringträger 58 aus einem Stück mit dem ITapf 54 des Lagerä 10 zu bilden, kann er getrennt geformt und an das Gehäuse 4 durch die Schrauben 120 (I ig. 5) geschraubt sein. In einer solchen Konstruktion würde der Napf 54 des Lagers 10 die herkömmliche Gestalt "besitzen*

Bs ist auch möglich, eine konstante Vorbelastung an dem Lager 10 mit mechanischen federn anstatt hydraulieoher Belastung aufrechtzuerhalten. In einer solchen itons truktion (Fig. 6 - 9) besitzt der Napf 54 des Lagers 10 die übliche oder herkömmliche Napfgestalt und ist in eine Bohrung 140 eingesetzt, die in einem Gehäuse 142 gebildet ist. Das Gehäuse 142 hat eine Schulter 144 an dem iSnde der Bohrung und die Hinterfläche des Napfes 54 stößt gegen diese Schulter» In das Gehäuse 142 ist ein Rippenringträger 146 mxM angeachr&ubt, der eine axial verlaufende iiippe 148 aufweist, welche in die .bohrung 140 des Gehäuses 142 vorsteht und.gegen die Voirder« fläche dee ilapfes 54 Stößt. ,atxi^% diese uelse"ifl't der Naißf zwischen der Schulter 144 und der Lippe 148 W

18 -

Der Hippenringtrager 146 ist mit einer zylindrischen Bohrung ) 150 versehen, die sich gegen den Lagernapf 54 öffnet, und unmittelbar hinter der zylindrischen Bohrung 150 hat er eine mit Gewinde versehene Bohrung 152.

In die zylindrische Bohrung 150 ist ein Hippenring 154 eingepaßt, der eine reduzierte ringförmige Rippe 156 hat, die über die Laufbahn 56 des Endnapfes mit großem Durchmesser vorsteht und gegen die großen Iiurchmesserenden der Kegel- ι rollen 62 lagert. Die Bohrung 150 ist etwas langer als der Hippenring 154 und dementsprechend ist der Rippenring 154 frei, sich axial in der Bohrung 150 zu verschieben.

Eingestellt hinter dem Hippenring 154 befindet sich ein xiippenringfolgeteil 158, der äußere Gewindegänge hat, die * mit den Gewindegängen der Rewindebohrung 152 in üingriff { stehen. Auf diese Weise kann die Axialeinstellung des Folge- ! teiles 158 in dem Hippenringtrager 146 durch Drehung dea Folgeteiles 158 geändert werden. Zusätzlich zu den äußeren Gewindegängen ist der üolgeteil 158 mit einer Mehrzahl von axial verlaufendtη Taschen 160 versehen, die sich im gleichen Abstand befinden und sich nach vorn gegen den Rippenring 154 öffnen. Jede Taaohe 160 enthält eine Uickelfeder 162 und einen Stift 164 (Fig. 6 und 7), wobei der Stift 164 nach t auswärts in den Eingriff mit dem Hippenring 154 durch aie Feder 162 gedrängt wird. An der entgegen^setzten Seite hat der Folgeteil 158 auswärts geüxlnete Lafjer 165, die in einem Kreis konzentrisch zu der Mitte desselben angeordnet sind.

Der Bippenringfolge teil 158 hat an seinem entgegengehet;, ten oder nach auswärts gerichteten Ende eine ..inkelschwenkplatte 166 (Fig· 8 und 9), welche drei vorstehende stifte 167, ( 168 und 169 hat. Zwei dieser Stifte greifen normalerweis in Stiftlöcher 170 in dem üippe»ringträger 146. Eines der btiitlöcher 170 in de« Ringträger 146 ist mit einem Kugelkolben 172

- 19 309828/06«? ^₀₀RK₃₁NAL.

• ■ · ■ t-4.

(Viler "ball plunger) (Pig. 9) versehen und die hervorragenden "Stifte 167 und 168 der Schwenkplatte sind mit Hüten versehen, die mit dem Kugelkolben 172 übereinstimmen, um die inkelschwenkplatte 166 mit dem -iippenringträger 146 zu verriegeln, tfeiixi die Winkelschwenkplf.tte 166 mit dem .Ringträger 146 im Eingriff steht, paßt der dritte Stift 169 der :. inkel schwenkplatte in irgendeines der Lager 165 in dem Folgeteil 158, um denselben in einer festen Stellung zu halten. Die Schwenkplatte 166 kann von dem fiippenringträger 146 durch Herausziehen des Stiftes 167 aus den Stiftlöchern 170 gelöst werden. Dies gestattet die Drehung des Folgeteiles 158 relativ zu dem Träger 146, der seinerseits die axiale Stellung des Polgeteiles 158 in dem Träger 146 wechselt und die Kraft ändert, die durch die Pedern 162 auf dem tiippenring 154 ausgeübt wird. Dementsprechend wird die Vorbelastung in dem Lager 10 durch Drehung des Rippenringfolgeteiles 158 verändert und diese Drehung kann ausgeführt werden, während die Spindel 6 sich dreht, aber bleibt für aine besondere Einstellung konstant. Die irchwenkplette 166 wird mit der; Träger 146 an irgendeiner von zahlreichen win&elsteilungen im eingriff stehen und ihn sperren, so daß die Vorbelastung mit beträchtlicher Genauigkeit eingestellt n iu.uin.

Die Erfindung soll alle Änderungen und Abwandlungen der hierin gewählten Beispiele der Erfindung umfassen.

.- 20 -

309828/0667

Claims

Patentansprüche

1./Lagerkonstruktion zur Abstützung einer Welle in einem Gehäuse, welche einen, die Welle umgebenden Konus und eine nach auswärts gerichtete verjüngte Laufbahn hat, einen Napf in dem Gehäuse mit einer nach einwärts gerichteten verjüngten Laufbahn, die entgegengesetzt zu der Konuslaufbahn angeordnet ist, eine Mehrzahl von Kegelrollen, die zwischen dem Napjjund dem Konus angeordnet sind und mit den Laufbahnen derselben im Eingriff stehen, gekennzeichnet durch einen Träger (70, 146), der durch das Gehäuse in der Nähe der großen Durchmesserenden der Laufbahnen getragen wird, einen durch den Träger an den Enden der Rollen getragenen Ring (66, 154) zur axialen Einstellung der Rollen zwischen dem Napf (54) und dem Konus (50), wobei der Ring in Axialrichtung relativ zu dem Träger und dem Napf verschiebbar ist, sowie eine Ringeinstellungseinrichtung zur Ausübung einer axial gerichteten Kraft auf den xiing, während sich die Welle relativ zu dem Gehäuse dreht, um den Ring gegen die Rollen zu drücken und ihn mit denselben in Eingriff zu halten.

2. Lagerkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß- der Ring (66, 154) eine ringförmige wippe (68, 156) an seinem einen Ende hat,wobei die Rippe die Rollen angrenzend an das große Durchmesserende der Napflaufbahn angreift.

5· Lagerkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die r.ing einst el lungs einrichtung Mittel enthält, die einen ringförmigen Hohlraum (78) bilden, v/elcher das Ende des Ringes (66) entgegengesetzt von den Rollen aufnimmt und eine Strömungsmittelliefereinrichtung, um ein Druckströmungsmittel an den Hohlraum zu liefern, um den Druck des Ltrömungsinittels für irgendeine gewählte Einstellung im wesentlichen konstant zu halten.

_ 21 -

309828/0667

4. Lagerkons traction nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche den ringförmigen. Hohlraum, "uildet, eine zylindrische nach einwärts gerichtete Oberfläche (50) an dei¹.. ü.^;ncle deü Trägers enthält, welches von dem napf (54) entfernt angeordnet ist, sowie einen an dem Träger montierten Verschluß (70), der sich in den Träger erstreckt, und wobei der nach einwärts verlaufende Teil (76) des Verschlusses (70) eine nach auswärts gerichtete zylindrische Oberfläche hat, die von der nach einwärts gerichteten zylindrischen Oberfläche (60) des Trägers (58) auf ./'bstand steht und damit den ringförmigen Hohlraum bildet.

5. Lagerkonstruktion, nach Anspruch 3 oder 4» dadui'ch gekennzeichnet, daß die itrömungsmittelliefereinrichtung ein Reservoir (98) mit hydraulischem Strömungsmittel enthält, welches mit dem Hohlraum verbunden ist, eine Druckgasquelle, einen mit dem Hohlraum und der Druckgasquelle verbundenen Hilfsmotor (92), um das komprimierte Gas in · eine Kraft umzuwandeln, welche das hydraulische Strömungsmittel in dem Hohlraum unter Druck setzt, einen Übertrager (100) , um den Lruck des hydraulischen Strömungsmittel s festzustellen und um diesen Druck in ein Signal

,umzuwandeln, sowie einen Druckregler (104)? um einen vorherbestimmten .^instellpunktdruck aufrechtzuerhalten.

6. Lagerkonstruktion nach'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hingeinstellungseinrichtung einen an dem Träger (146) montierten Folgeteil (158) enthält, der relativ dazu in der .ix i al richtung verschiebbar ist, sowie durch den Folgeteil getragene Federn,, um die Axialkraft auf dem xiippenring (154) auszuüben.

309828/0667

7. Li'gerkonstruktion nach Anspruch 6, dc durch gekennzeichnet, da'.i der lolreteil (158) ringförmig ist und eine Mehrzahl von axial verlaufenden '.Jas ehe η (160) hat, ei ie sich gegen den rtip^enring hin öf.;.nen und worin die Taschen federn enthalten.

8. Lagerkonstruktion nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der I'Olgeteil in den Träger eingeschraubt ist, wodurch seine Axialstellung durch relative Drehung zu dem Träger geändert werden kann, sowie eine Einrichtung, Uni den Folgeteil von Hand zudrehen und ihn in einer gewählten Winkelsteilung zu sperren.

9. Verfahren zur Verbindung desLagers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einstellung des Bppfes in einer festen Stellung in dem Gehäuse, das Halten der Kegelrollen in dem Napf, das Einstellen der Kegelrollen gegen eine nachgiebige Kraft derart, daß die Scheitel der Rollen und der Scheitel der ITa ρ fl auf bahn sich in der L'rehachse für das Lager schneiden, das Vorstellen des Konus axial. über die V,eile, um seine Laufbahn im Kontakt mit den Rollen zu bringen uiia das noch weitere Vorstellen des Konus, um die Rollen zu veranlassen, sich nach auswärts gegen die nachgiebige Kraft zu bewegen.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Vorstellen durch Drehung einer Mutter bewirkt wird, welche mit der V.¹ eile im Eingriff steht und die Stellung des Konus bestimmt.

11. Verfahren nach Anspruch 9_} dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen anfänglich mit dem Ring des Lagers eingestellt sind.

309828/0667

BAD ORIGINAL