Loslager mit Dämpfungsfunktion Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Loslager mit Dämpfungsfunktion, bestehend aus wenigs- tens einem in einer Lagerbohrung in einem Maschinengehäuse axial verschiebbaren Außenring, wenigstens einem axial verschiebefest auf einer Welle oder einer Spindel angeordneten Innenring und dazwischen auf Laufbahnen abrollenden Wälzkörpern, insbesondere für die Wellenlagerung von Werkzeugmaschinenspindeln.

Hintergrund der Erfindung

In der DE 198 18 634 A1 ist ein Loslager für Spindeln, Wellen und dergleichen der eingangs erwähnten Art beschrieben, dessen Außenring in einer Hülse aufge- nommen ist, die in einem Einbauraum eines Gehäuses untergebracht ist und einen Ringraum zur Bohrung im Gehäuse bildet, während der Außenring des Loslagers in der Hülse mit enger Passung angeordnet ist. Zur radialen Positionierung ist die Hülse an ihren Enden durch axial elastisch nachgiebige Stützelemente mit dem Gehäuse verbunden. Der Ringraum zwischen der Hülse und dem Gehäuse ist durch axial beabstandete Elastomer-Dichtringe abgedichtet und mit einem dämpfenden Material gefüllt, das beispielsweise aus Fett bestehen kann. Durch dieses Dämpfungsmaterial wird das dynamische Verhalten einer Werkzeugmaschinenspindel verbessert, so dass mit dieser Ausbildung eines Loslagers größere Leistungen und/oder bessere Bearbeitungsqualitäten möglich sind. Es ist auch mög- lieh, als Dämpfungsmaterial ausschließlich die beiden Elastomer-Dichtringe zu verwenden. Bei diesem bekannten Loslager ist eine Hülse erforderlich, in die ein oder mehrere Wälzlager eingepasst sind, während die Hülse im Gehäuse mit Spiel angeordnet ist und axial beweglich ist, zusätzlich aber radial geführt sein muss. Hierdurch erhöht sich die Anzahl der Einzelkomponenten und Schnittstellen, die kostenauf- wendig sind und wodurch die Betriebssicherheit beeinflusst wird.

Aufgabe der Erfindung

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungs- gemäße Loslager so auszubilden, dass es mit geringem konstruktivem und fertigungstechnischem Aufwand herstellbar sowie ohne besondere Anpassung eines Maschinengehäuses montierbar ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Demnach geht die Erfindung aus von einem Loslager mit Dämpfungsfunktion, bestehend aus wenigstens einem in einer Lagerbohrung in einem Maschinengehäuse axial verschiebbaren Außenring, wenigstens einem axial verschiebefest auf einer Welle oder Spindel angeordneten Innenring und dazwischen auf Laufbahnen abrollenden Wälzkörpern, insbesondere für die Wellenlagerung von Werkzeugmaschinenspindeln. Davon ausgehend besteht die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe darin, dass die Dämpfungsfunktion aus dem direkten Zusammenwirken des wenigstens einen Außenrings mit der Lagerbohrung im Maschinengehäuse resultiert.

Die Dämpfungsfunktion kann dabei wenigstens teilweise aus der Reibung zwischen der Außenmantelfläche des wenigstens einen Außenrings und der Innenmantelfläche der Lagerbohrung und/oder wenigstens teilweise aus der Anordnung eines viskosen Fluids in einem Spalt zwischen der Außenmantelfläche des wenigs- tens einen Außenrings und der Innenmantelfläche der Lagerbohrung und/oder wenigstens teilweise aus der Anordnung wenigstens eines in einer Ringnut in der Innenmantelfläche der Lagerbohrung und/oder in einer Ringnut in der Außenman- telfläche in dem wenigstens einen Außenring angeordneten Elastomer-Dichtring resultieren.

Während das Loslager gemäß der DE 198 18 634 A1 in eine Hülse eingepasst ist und diese Hülse dann in einem Maschinengehäuse angeordnet ist, so dass die Dämpfungsfunktion zwischen der Hülse und dem Maschinengehäuse resultiert, ist bei dem erfindungsgemäßen Loslager die Dämpfungsfunktion aus dem direkten Zusammenwirken des wenigstens einen Außenrings mit der Lagerbohrung im Maschinengehäuse erreicht, welches zu einer erheblichen Vereinfachung des kon- struktiven und herstellungstechnischen Aufwandes führt, da eine zusätzliche Hülse mit ihren Führungs- und Befestigungselementen weggefallen ist.

Der Außenring kann vorteilhafterweise dünnschichtverchromt sein, wodurch dauerhaft eine gute und sichere Schiebefunktion im Maschinengehäuse und eine Rei- bungsdämpfung ohne Gefahr des Fressens oder einer unerwünschten Abnutzung gewährleistet sind.

Wird ein viskoses Fluid in einem Spalt zwischen der Außenmantelfläche des wenigstens einen Außenrings und der Innenmantelfläche der Lagerbohrung ange- ordnet, kann dieses viskose Fluid aus einem Wälzlager-Schmieröl oder einem Wälzlager-Schmierfett bestehen.

Weiterhin kann das viskose Fluid ein reoplexes oder dilatantes Fluid sein. Reople- xe Fluide haben die Eigenschaft, dass ihre Viskosität mit zunehmender Scherge- schwindigkeit abnimmt, während bei dilatanten Fluiden die umgekehrte Wirkung eintritt, d.h. die Viskosität nimmt mit zunehmender Schergeschwindigkeit zu.

Durch die Auswahl eines entsprechenden viskosen Fluids lässt sich die Dämpfungswirkung des Loslagers gezielt an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen. Des Weiteren ist es möglich, die Dämpfungswirkung des Loslagers aktiv zu beeinflussen, wenn das Fluid aus einem elektrorheologischen oder magnetorheologi- schen Fluid besteht. Die Viskosität derartiger Fluide lässt sich durch das Anlegen eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes gezielt beeinflussen, was beim Durchlaufen von kritischen Drehzahlen einer Werkzeugmaschinenspindel von Vorteil ist. Möglich ist, dass der Außenring eine größere axiale Breite aufweist als der Innenring, vorzugsweise mindestens etwa die doppelte axiale Breite des Innenrings aufweist. Zwar wird das Loslager so insgesamt größer; es wird jedoch ermöglicht, eine größere Fläche, z.B. Mantelfläche, zwischen Außenring und Lagerbohrung für die Dämpfung zur Verfügung zu stellen. Die Stärke der Dämpfung kann somit bei gleichbleibender Dämpfungsfunktion gesteigert werden, oder aber eine weniger effektive und günstigere Dämpfungsfunktion kann gewählt werden ohne Einbussen in der Stärke der Dämpfung hinnehmen zu müssen.

Im Einzelnen kann das Loslager aus wenigstens einem axial vorgespannten Schrägkugellager bestehen, dessen Außenring mit Spiel direkt in der Lagerbohrung des Maschinengehäuses angeordnet ist, und wenigstens zwei axial beabstandete Elastomer-Dichtringe in Ringnuten in der Innenmantelfläche der Lagerbohrung und/oder in der Außenmantelfläche des Außenrings aufweisen. Dieses axial vorgespannte Schrägkugellager kann aus serienmäßigen, in großer Stückzahl gefertigten Einzelteilen bestehen, umfasst aber vorzugsweise einen Außenring, der mindestens etwa die doppelte axiale Breite des Innenrings aufweist, wobei die Ringnuten zur Aufnahme der Elastomer-Dichtringe benachbart zu den axialen Endflächen des Außenrings angeordnet sind.

Zur aktiven Beeinflussung eines elektro- oder magnetorheologischen Fluids im Spalt zwischen dem Außenring und der Lagerbohrung des Maschinengehäuses kann im Bereich des Loslagers ein Drehzahl- und/oder ein Schwingungssensor angeordnet sein, der mit einem Aktuator zum drehzahl- und/oder schwingungsab- hängigen Beeinflussen des elektro- oder magnetorheologischen Fluids verbunden ist. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Loslager in einem Teilschnitt dargestellt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Das erfindungsgemäße Loslager ist in einer Lagerbohrung 2 in einem Maschinen- gehäuse 1 angeordnet. Das Loslager ist als Schrägkugellager ausgebildet und besteht aus einem Außenring 5 mit einer Laufbahn 6, der mit Spiel in der Lagerbohrung 2 des Maschinengehäuses 1 angeordnet ist und sich durch Druckfedern 7, die sich an einem Absatz 4 des Maschinengehäuses 1 abstützen, axial verschieben lässt. Ein Innenring 8 mit einer Laufbahn 9 für als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 10, die in einem Käfig 1 1 geführt sind, ist auf einer Welle oder Spindel 12 einer Werkzeugmaschine verschiebefest angeordnet, indem dieser Innenring 8 mittels einer Mutter 14 über eine Buchse 13 gegen ein nicht dargestelltes Festlager gespannt ist. Die axiale Vorspannung des Loslagers ergibt sich aus dem Druck der Druckfedern 7, die eine Axialbewegung des Außenrings 5 aufgrund von thermischen Längenänderungen der Welle oder Spindel 12 zulassen, ohne dass sich die Vorspannung des Loslagers wesentlich verändert.

Benachbart zu Endflächen 18 des Außenrings 5 sind in der Innenmantelfläche der Lagerbohrung 2 des Maschinengehäuses 1 Ringnuten 15 sowie in der Außenman- telfläche des Außenrings 5 Ringnuten 16 ausgebildet, in denen Elastomer- Dichtringe 17 angeordnet sind. Zwischen diesen Elastomer-Dichtringen 17 ist ein abgedichteter Spalt 3 gebildet. Dieser Spalt 3 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem elektro- oder magnetorheologischen Fluid gefüllt, das sich mittels einer Elektrode oder Magnetspule 21 beeinflussen lässt.

Zu diesem Zweck ist ein Drehzahl- und/oder Schwingungssensor 19 im Bereich des Loslagers, beispielsweise an der Welle oder Spindel 12 angeordnet, der mit einem Aktuator 20 in Verbindung steht. Dieser Aktuator 20 ist mit der Elektrode oder Magnetspule 21 verbunden und beaufschlagt die Elektrode oder Magnetspule 21 mit einer drehzahl- und/oder schwingungsabhängigen Spannung, wodurch die Viskosität des elektro- oder magnetorheologischen Fluids im Spalt 3 aktiv und gezielt beeinflussbar ist, um eine Anpassung der Dämpfung an die gegebenen Betriebsverhältnisse zu erreichen.

Je nach Anforderung an die Dämpfungsfunktion ist es möglich, auf die aktive Beeinflussung der Dämpfungswirkung zu verzichten. Beispielsweise ist es möglich, den Außenring 5 ohne Elastomer-Dichtringe 17 direkt in der Lagerbohrung 2 des Maschinengehäuses 1 anzuordnen und die Dämpfungswirkung durch die mechanische Reibung zwischen der Außenmantelfläche des Außenrings 5 und der Innenmantelfläche der Lagerbohrung 2 im Maschinengehäuse 1 zu erreichen. Des Weiteren ist es möglich, die Elastomer-Dichtringe 17, wie dargestellt, vorzusehen, ohne ein viskoses Fluid in den Spalt 3 einzubringen, so dass die Dämpfungswirkung allein durch das Material der Elastomer-Dichtringe 17 erreicht wird. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, nur einen Elastomer-Dichtring oder auch mehr als zwei Elastomer-Dichtringe 17 vorzusehen.

Des Weiteren kann bei Anordnung von zwei beabstandeten Elastomer-Dichtringen 17 der Spalt 3 mit einem viskosen Fluid in Form eines Wälzlager- Schmieröls oder eines Wälzlager-Schmierfetts gefüllt sein, oder, wenn eine an die Betriebsverhältnisse anpassbare, veränderliche Viskosität des viskosen Fluids erwünscht ist, ein reoplexes oder dilatantes Fluid in dem Spalt 3 angeordnet sein. Die Viskosität eines reoplexen Fluids nimmt mit zunehmender Schergeschwindigkeit ab, während die Viskosität eines dilatanten Fluids mit zunehmender Schergeschwindigkeit zunimmt, so dass durch die Auswahl eines geeigneten Fluids dieser Art eine gezielte Anpassung der Dämpfungswirkung an die Betriebsverhältnisse möglich ist, ohne dass dafür eine aktive Steuerung erforderlich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Loslager mit Dämpfungsfunktion lassen sich Schwingungen in Spindeln durch Material-, Fugen- oder Flüssigkeitsdämpfung an oder nahe den Lagerstellen vermeiden, wobei die Dämpfungswirkung passiv oder aktiv beeinflussbar ist.

Bezugszeichenliste

1 Maschinengehäuse

2 Lagerbohrung

3 Spalt

4 Absatz

5 Außenring

6 Laufbahn

7 Druckfedern

8 Innenring

9 Laufbahn

10 Wälzkörper, Kugeln

1 1 Käfig

12 Welle oder Spindeln

13 Buchse

14 Mutter

15 Ringnut

16 Ringnut

17 Elastomer-Dichtring

18 Axiale Endflächen

19 Drehzahl- und/oder Schwingungssensor

20 Aktuator

21 Elektrode oder Magnetspule