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Dokumentenidentifikation DE10120490B4 05.02.2004
Titel Lageranordnung
Anmelder AB SKF, Göteborg, SE
Erfinder Reith, Walter, 97708 Bad Bocklet, DE
Vertreter Gosdin, M., Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 97422 Schweinfurt
DE-Anmeldedatum 24.04.2001
DE-Aktenzeichen 10120490
Offenlegungstag 21.11.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.02.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.02.2004
IPC-Hauptklasse F16C 23/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, die mindestens eine Lagereinheit für die radiale und axiale Lagerung eines Wellenteils relativ zu einem Gehäuse aufweist, wobei Mittel vorgesehen sind, um das Wellenteil sowohl rotatorisch als auch axial relativ zu dem Gehäuse zu bewegen, wobei das Wellenteil mit einem ersten Wellenabschnitt drehfest und axial unverschiebbar in Verbindung steht, der von einem Motor rotatorisch angetrieben werden kann, wobei das Wellenteil oder der erste Wellenabschnitt drehfest und axial unverschiebbar mit einem zweiten Wellenabschnitt in Verbindung steht und wobei der zweite Wellenabschnitt mit einem Mittel zum axialen Verschieben des zweiten Wellenteils relativ zu dem Gehäuse in Verbindung steht, das von einem Motor angetrieben werden kann.

Eine Lageranordnung der eingangs genannten Gattung ist aus der DE 39 38 353 A1 bekannt. Mit ihr ist es möglich, eine kombinierte Rotations- und Translationsbewegung einer Spindel zu bewerkstelligen.

Lageranordnungen der gattungsgemäßen Art werden in verschiedenen Bereichen des Maschinenbaus benötigt, beispielsweise im Druckmaschinenbau und im Werkzeugmaschinenbau. Beispielsweise muss eine Druckwalze einerseits radial und axial gelagert werden; gleichzeitig muss die Möglichkeit bestehen, die Walze in Achsrichtung geringfügig zu verstellen bzw. zu positionieren. Eine derartige Einstellung wird als Registerverstellung bezeichnet und dient der genauen Positionierung der Walze zwecks Erreichung eines entsprechenden Druckbildes. Andererseits werden beispielsweise im Werkzeugmaschinenbau gattungsgemäße Lageranordnungen benötigt, um einer Drehbewegung eine axiale Translationsbewegung zu überlagern. Dies ist beispielsweise bei Schleif- und Honbearbeitungen notwendig.

Zum Erreichen einer einer Rotationsbewegung überlagerten Translationsbewegung sind ferner Lageranordnungen bekannt, die einen Kreuzschlitten aufweisen, mit der eine drehbar gelagerte Welle sowohl positioniert werden als auch in Achsrichtung bewegt werden kann.

Weitere Lageranordnungen, die ähnlich wie die gattungsgemäße Anordnung ausgebildet sind, sind aus der DE 298 05 351 U1 , der DE 34 16 938 A1, der DE 197 33 239 A1, der DE 43 36 312 A1, der DE 196 07 295 C1 und der CH 586 583 A5 bekannt.

Nachteilhaft ist es bei bekannten Lageranordnungen der gattungsgemäßen Art, dass zumeist ein relativ hoher konstruktiver Aufwand getrieben werden muss, um eine von der Rotation eines Wellenteils unabhängige translatorische Verschiebung zu bewerkstelligen. Weiterhin ist die Steifigkeit bekannter Lageranordnungen – insbesondere bei Verwendung eines Kreuzschlittens – begrenzt, so dass sich auch diesbezüglich Nachteile ergeben. Schließlich summieren sich mitunter bei aufwendigen Aufbauten die jeweiligen Fertigungstoleranzen, so dass die Präzision der Lagerung begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lagerungsanordnung der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich insgesamt ein kompakter Aufbau ergibt, der mit einer möglichst geringen Anzahl Bauteile auskommt; damit soll der Herstellaufwand einer solchen Lageranordnung minimiert werden. Weiterhin soll die Lageranordnung eine möglichst hohe Steifigkeit aufweisen. Schließlich soll auch eine präzise Lagerung und axiale Verschiebung des Wellenteils möglich sein.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass

nur der zweite Wellenabschnitt ein Gewinde aufweist und die Mittel zum axialen Verschieben als Gewindespindel und -mutter ausgebildet sind,

wobei der erste Motor für den Drehantrieb des Wellenteils als koaxial um den ersten Wellenabschnitt angeordneter Motor, insbesondere als Direktantriebsmotor, ausgebildet ist und

wobei der erste Motor eine axiale Verschiebung des Rotors relativ zum Stator zulässt.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass Wellenteil, erster Wellenabschnitt und zweiter Wellenabschnitt einstückig miteinander verbunden und als gemeinsame Welle ausgebildet sind.

Die Gewindemutter kann mittels eines Lagers drehbar und axial unverschiebbar relativ zu dem Gehäuse gelagert sein.

Der Motor für den axialen Verschiebeantrieb des Wellenteils kann direkt die Gewindemutter antreiben.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit können Brems- oder Sperrmittel vorgesehen sein, die bei Erreichen einer maximalen axialen Verschiebung des Wellenteils die Mittel zum axialen Verschieben unwirksam werden lassen oder abschalten.

Die Aufnahme der Drehbewegungen sowohl des ersten Wellenabschnitts als auch der Gewindemutter werden gemäß einer Weiterbildung erfolgt mittels Sensoren.

Der Kern der Erfindung stellt also darauf ab, dass der Motor für den Drehantrieb der Welle und derjenige für die axiale Verschiebung der Welle auf verschiedenen Abschnitten einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Wie später noch im Detail erläutert werden wird, kommt es dabei dann lediglich zu einer rotatorischen Bewegung der Welle, wenn beide Motoren – einmal der für den Drehantrieb, einmal der für den Axialantrieb – synchron mit derselben Drehzahl drehen. Bei unterschiedlicher Drehzahl zwischen beiden Motoren überlagert sich der Drehbewegung der Welle eine translatorische Bewegung.

Mit dieser Ausgestaltung wird das der Erfindung zugrundeliegende Ziel erreicht: Es wird eine sehr kompakte Lageranordnung geschaffen, die auf engstem Bauraum in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden kann. Die Anordnung besteht aus relativ wenigen Einzelteilen, so dass auch die Herstellkosten gering bleiben. Durch den kompakten Aufbau wird auch eine sehr stabile und präzise Führung der Welle möglich.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch den Schnitt durch eine Lageranordnung, mit der sowohl die Drehung als auch die axiale Verschiebung einer Welle bewerkstelligt werden.

Die in der Figur dargestellte Lageranordnung 1 dient zur Lagerung eines Wellenteils 4, das beispielsweise mit einer Druckmaschinenwalze oder mit der Spindel einer Werkzeugmaschine verbunden sein kann. Die Lagerung des Wellenteils 4 erfolgt durch eine Lagereinheit 2, 3, die aus einem Loslager 2 und einem Festlager 3 besteht.

Zum rotatorischen Antrieb des Wellenteils 4 ist ein Motor 5 vorgesehen. Dieser ist als Direktantriebsmotor ausgebildet und umgibt mit seinem Rotor 14 und seinem Stator 15 das Wellenteil 4 koaxial.

In ähnlicher Weise ist der Motor 6 für den axialen Verschiebeantrieb des Wellenteils 4 ausgeführt. Auch hier sind Rotor und Stator des Motors koaxial um die Welle angeordnet.

Das Wellenteil 4 setzt sich im Ausführungsbeispiel in einen ersten Wellenabschnitt 7 und einen zweiten Wellenabschnitt 8 fort. Dabei sind vorliegend alle drei Teile 4, 7 und 8 als gemeinsame Welle ausgebildet. Der Motor 5 für den Drehantrieb des Wellenteils 4 ist im Bereich. des ersten Wellenabschnitts 7 angeordnet. In entsprechender Weise sind Mittel 9 zum axialen Verschieben des Wellenteils 4 im Bereich des zweiten Wellenabschnitts 8 angeordnet. Die Mittel 9 bestehen im vorliegenden Falle aus einer Gewindespindel mit dem Gewinde 10 und einer Gewindemutter 11. Die Gewindemutter 11 ist über das Festlager 3 sowohl radial als auch axial im Gehäuse 12 gelagert.

Mit diesem Lageraufbau wird folgende Wirkung erzielt: Soll das Wellenteil 4 lediglich rotatorisch bewegt werden und dabei keine überlagerte Translationsbewegung in Achsrichtung stattfinden, werden die Motoren 5 und 6 synchron betrieben. Sensoren 16 und 17 nehmen die Drehbewegung des Wellenabschnitts 7 (und damit auch des Wellenteils 4 bzw. des zweiten Wellenabschnitts 8) sowie der Gewindemutter 11 auf. Die Motoren selber werden geregelt betrieben (nicht dargestellt), d.h. die vorgegebenen Drehgeschwindigkeiten der Motoren 5 und 6 werden – überwacht von den Sensoren 16 und 17 – auf gewünschten Drehzahlen gehalten.

Soll eine axiale Verschiebung des Wellenteils 4 unterbleiben, werden daher beide Motoren 5 und 6 auf derselben Drehzahl gehalten. Die Gewindemutter 11 dreht dadurch synchron mit dem zweiten Wellenabschnitt 8, so dass eine axiale Verschiebung zwischen Gewindespindel 10 und Gewindemutter 11 unterbleibt.

Soll indes eine axiale Verschiebebewegung des Wellenteils 4 erfolgen, werden die Motoren 5 und 6 so betrieben, dass sich eine Differenzdrehzahl zwischen beiden Motoren einstellt; der Motor 6 kann dabei schneller oder langsamer laufen als der Motor 5, wodurch sich eine axiale Verschiebebewegung in die eine bzw. in die andere Richtung ergibt.

Es kann insbesondere vorgesehen werden, dass beide Motoren 5 und 6 so geregelt werden, dass die Differenzdrehzahl zwischen beiden Motoren sinusförmig an- und abschwillt. Es kommt dadurch zu einer hin- und hergehenden axialen Verschiebung des Wellenteils 4 relativ zum Gehäuse 12. Eine solche Bewegung kann beispielsweise bei einer Honbearbeitung vorteilhaft eingesetzt werden.

Der Motor 5 ist hinsichtlich der Ausgestaltung des Rotors 14 bzw. des Stators 15 so konzipiert, dass der gewünschte axiale Verschiebebetrag problemlos gefahren werden kann. Der Stator 15 hat im Ausführungsbeispiel hierzu eine größere Breite als der Rotor 14, so dass eine einwandfreie Funktion des Motors 5 auch dann sichergestellt ist, wenn sich der erste Wellenabschnitt 7 translatorisch hin- und herbewegt.

Damit bei einer Fehlbedienung bzw. bei einer Störung keine Probleme bzw. Zerstörung des Systems zu befürchten sind, ist ein Bremsmittel 13 in die Lageranordnung integriert. Wird die vorgesehene maximale Translationsverschiebung der Welle 4, 7, 8 überschritten, läuft im Ausführungsbeispiel die linke Bremsbacke des Bremsmittels 13, das mit dem ersten Wellenabschnitt 7 verbunden ist, an der rechten Bremsbacke des Bremsmittels 13 an, das drehfest mit der Gewindemutter 11 verbunden ist. Die Bremswirkung des Bremsmittels 13 blockiert daraufhin die relative Verdrehbarkeit des ersten Wellenabschnitts 7 zur Gewindemutter 11, so dass die Gewindemutter 11 samt dem Rotor des Motors 6 starr mit umläuft, wenn der Motor 5 das System rotatorisch antreibt.

1 Lageranordnung 2, 3 Lagereinheit 2 Loslager 3 Festlager 4 Wellenteil 5 Motor für den Drehantrieb des Wellenteils 6 Motor für den axialen Verschiebeantrieb des Wellenteils 7 erster Wellenabschnitt 8 zweiter Wellenabschnitt 9 Mittel zum axialen Verschieben (Gewindespindel und -mutter) 10 Gewinde 11 Gewindemutter 12 Gehäuse 13 Brems- oder Sperrmittel 14 Rotor des Motors 5 15 Stator des Motors 5 16, 17 Sensoren

Anspruch[de]
  1. Lageranordnung (1), die mindestens eine Lagereinheit (2, 3) für die radiale und axiale Lagerung eines Wellenteil (4) relativ zu einem Gehäuse (12) aufweist,

    wobei Mittel (5, 6, 9) vorgesehen sind, um das Wellenteil (4) sowohl rotatorisch als auch axial relativ zu dem Gehäuse (12) zu bewegen,

    wobei das Wellenteil (4) mit einem ersten Wellenabschnitt (7) drehfest und axial unverschiebbar in Verbindung steht, der von einem ersten Motor (5) rotatorisch angetrieben werden kann,

    wobei das Wellenteil (4) oder der erste Wellenabschnitt (7) drehfest und axial unverschiebbar mit einem zweiten Wellenabschnitt (8) in Verbindung steht und

    wobei der zweite Wellenabschnitt (8) mit einem Mittel (9) zum axialen Verschieben des zweiten Wellenteil (8) relativ zu dem Gehäuse (12) in Verbindung steht, das von einem zweiten Motor (6) angetrieben werden kann,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass nur der zweite Wellenabschnitt (8) ein Gewinde (10) aufweist und die Mittel (9) zum axialen Verschieben als Gewindespindel (10) und -mutter (11) ausgebildet sind,

    wobei der erste Motor (5) für den Drehantrieb des Wellenteils (4) als koaxial um den ersten Wellenabschnitt (7) angeordneter Motor ausgebildet ist und

    wobei der erste Motor (5) eine axiale Verschiebung des Rotors (14) relativ zum Stator (15) zulässt.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenteil (4), erster Wellenabschnitt (7) und zweiter Wellenabschnitt (7) einstückig miteinander verbunden und als Welle ausgebildet sind.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindemutter (11) mittels eines Lagers (3) drehbar und axial unverschiebbar relativ zu dem Gehäuse (12) gelagert ist.
  4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) für den axialen Verschiebeantrieb des Wellenteils (4) als koaxial um den zweiten Wellenabschnitt (8) angeordneter Motor, insbesondere als Direktantriebsmotor, ausgebildet ist.
  5. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) für den axialen Verschiebeantrieb des Wellenteils (4) die Gewindemutter (11) antreibt.
  6. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Brems- oder Spemmittel (13) vorgesehen sind, die bei Erreichen einer maximalen axialen Verschiebung des Wellenteils (4) die Mittel (9) zum axialen Verschieben unwirksam werden lassen oder abschalten.
  7. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (16, 17) zur Aufnahme der Drehbewegung sowohl des ersten Wellenabschnitts (7) als auch der Gewindemutter (11) vorgesehen sind.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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