| 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
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| Beschreibung[de] |
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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
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| Anspruch[de] |
- 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.
- Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenteil (4),
erster Wellenabschnitt (7) und zweiter Wellenabschnitt (7) einstückig
miteinander verbunden und als Welle ausgebildet sind.
- 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.
- 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.
- Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6)
für den axialen Verschiebeantrieb des Wellenteils (4) die Gewindemutter
(11) antreibt.
- 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.
- 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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