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PATENTANSPRÜCHE
1. Mehrfach gelagerte Spindel für den allgemeinen Maschinenbau, insbesondere für den Werkzeugmaschinenbau, wobei die Spindel aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Spindelteile aus Werkstoffen mit verschiedenem Elastizitätsmodul und verschiedenem Dämpfungsverhalten aufgebaut sind.
2. Mehrfach gelagerte Spindel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Spindelteile aus Werkstoffen mit verschiedenem Elastizitätsmodul und verschiedenem Dämpfungsverhalten gegeneinander verspannt sind.
3. Mehrfach gelagerte Spindel nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf den zentral angeordneten Spindelteilen aus Stahl am Umfang gleichmässig Teile aus Material mit höherem Elastizitätsmodul und höherer Dämpfung angeordnet sind.
4. Mehrfach gelagerte Spindel nach den Patentansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzfugen der Spindelteile koaxial zur Spindelachse angeordnet sind.
5. Mehrfach gelagerte Spindel nach den Patentansprüchen 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzfugen der Spindelteile senkrecht zur Spindelachse angeordnet sind.
6. Mehrfach gelagerte Spindel nach den Patentansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzfugen der Spindelteile mit einem dämpfenden Material ausgefüllt sind.
Die Erfindung betrifft eine mehrfach gelagerte Spindel für den allgemeinen Maschinenbau, insbesondere für den Werkzeugmaschinenbau.
Mehrfach gelagerte Spindeln für den allgemeinen Maschinenbau, insbesondere für den Werkzeugmaschinenbau als die den Bearbeitungsprozess durchführende Bauelement sind bekannt. Diese Bauelemente werden im Werkzeugmaschinenbau zumeist als Arbeitsspindel bezeichnet.
Spindeln im Werkzeugmaschinenbau sollten neben hoher Steifigkeit ebenfalls über eine hohe Dämpfung verfügen.
Hohe Steifigkeit der Spindel wird in erster Linie durch eine entsprechende Gestaltung derselben sowie durch eine entsprechend konzipierte Lagerung erreicht.
Die Beeinflussung der Dämpfung eines Spindel-Lagerungssystems ist wesentlich schwieriger.
Durch das Konzept der Spindellagerung als Wälzlagerung, hydrodynamische Lagerung oder hydro- beziehungsweise gasstatische Lagerung lässt sich die Dämpfung derselben in einem weiteren Bereich variieren und somit konstruktiv festlegen.
Die Spindel, welche bis heute in einem Stück zumeist aus Stahl gefertigt wird, kann in bezug auf ihr Dämpfungsverhalten praktisch nicht beeinflusst werden. Auf der Spindel befestigte Antriebsräder und Spannfutter erhöhen die Dämpfung nur um ein geringes Mass, können also deren Gesamtwert und somit das Verhalten der Spindel nur gering beeinflussen.
Diese Elemente sind zumeist auch noch in Bereichen der Spindel befestigt, in welchen dieselbe geringe, von der Belastung herrührende Durchbiegung besitzt, wodurch die dabei vorhandene geringe Befestigungsbreite nur vernachlässigbare Dämpfung bewirkt.
Durch geeignete Materialwahl lässt sich die Dämpfung einer Spindel in geringem Masse verbessern. Materialdämpfung ist jedoch nicht in allen Fällen ausreichend, um die Bearbeitungscharakteristik einer Werkzeugmaschinenspindel grundlegend zu verändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dämpfung des eigentlichen, den Bearbeitungsprozess massgebend beeinflussenden Bauelementes, nämlich der Spindel, zu erhöhen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die einzelnen Spindelteile aus Werkstoffen mit verschiedenem Elastizitätsmodul und verschiedenem Dämpfungsverhalten aufgebaut sind. Die einzelnen Spindelteile aus Werkstoffen mit verschiedenem Elastizitätsmodul und verschiedenem Dämpfungsverhalten können gegeneinander verspannt sein.
Im folgenden werden an Hand der beiliegenden Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Innenschleifspindel, welche aus zwei koaxialen Teilen zusammengesetzt ist.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Werkstückspindel, welche aus drei koaxialen Teilen zusammengesetzt ist, wobei zwei Trennfugen und eine Aussparung mit einem Material ausgefüllt sind, welches einen höheren Elastizitätsmodul als Stahl besitzt.
Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Werkstückspindel.
Der in Fig. 1 dargestellte zentrische Teil 1 der Innenschleifspindel ist in den Schrägkugellagerpaaren 2 und 3 gelagert und besitzt an seinem vorderen Ende den Aufnahmesitz 4, in welchem der Schleifdorn 5 mit aufgebrachter Schleifscheibe 6 befestigt wird.
Auf dem zwischen den Schrägkugellagerpaaren 2 und 3 liegenden zentrischen Teil 1 der Innenschleifspindel ist der rohrförmige Teil 7 mittels Festsitz aufgebracht.
Der in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte zentrische Teil 8 der Werkstückspindel besitzt eine Aussparung 9, in welcher Kohlefasern vom Hochmodultyp 10 in der Spindelachsrichtung unidirektional in einer Aralditmatrix 11 verlegt sind.
Die Kohlefaser-Aralditverbundschicht 10, 11 wird durch ein Stahlrohr 12 abgedeckt, auf welchem sowohl die Antriebszahnräder 13, 14 als auch die Lagerringe 15, 16 angebracht sind, welche durch die Distanzringe 17, 18 und 19 in Längsposition gehalten werden.
Durch die in der Erfindung beschriebene Anordnung weist eine Spindel gegenüber einer aus Vollmaterial gefertigten Spindel verschiedene Einzelteile mit verschiedenen Elastizitätsmodulen auf. Während des Betriebes wird dadurch in den Fugenflächen Reibung erzeugt, was zu erhöhter Dämpfung führt.
Gleichzeitig besitzen die verschiedenen Spindelteile verschiedene Eigenschwingzahlen, wodurch sich eine Spindelresonanzschwingung nie in der gleichen Höhe wie bei einer aus Vollen gefertigten Spindel entwickeln kann.
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PATENT CLAIMS
1. Multiple-bearing spindle for general mechanical engineering, in particular for machine tool construction, the spindle being composed of several parts, characterized in that the individual spindle parts are constructed from materials with different modulus of elasticity and different damping behavior.
2. Multiple bearing spindle according to claim 1, characterized in that the individual spindle parts made of materials with different modulus of elasticity and different damping behavior are braced against each other.
3. Multiple-bearing spindle according to claims 1 and 2, characterized in that on the centrally arranged spindle parts made of steel, parts of material with a higher modulus of elasticity and higher damping are arranged uniformly on the circumference.
4. Multiple bearing spindle according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the assembly joints of the spindle parts are arranged coaxially to the spindle axis.
5. Multiple bearing spindle according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the assembly joints of the spindle parts are arranged perpendicular to the spindle axis.
6. Multiple bearing spindle according to claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the assembly joints of the spindle parts are filled with a damping material.
The invention relates to a multi-bearing spindle for general mechanical engineering, in particular for machine tool construction.
Spindles with multiple bearings for general machine construction, in particular for machine tool construction, are known as the component carrying out the machining process. In machine tool construction, these components are mostly referred to as work spindles.
In addition to high rigidity, spindles in machine tool construction should also have high damping.
High stiffness of the spindle is primarily achieved through an appropriate design of the same and through an appropriately designed bearing.
It is much more difficult to influence the damping of a spindle bearing system.
Due to the concept of spindle bearings as roller bearings, hydrodynamic bearings or hydrostatic or gas-static bearings, the damping of the same can be varied in a wider area and thus determined in terms of design.
The spindle, which is still mostly made of steel in one piece, can practically not be influenced in terms of its damping behavior. Drive wheels and chucks attached to the spindle only increase the damping to a small extent, so they can only have a minor influence on their overall value and thus on the behavior of the spindle.
These elements are usually also fastened in areas of the spindle in which the same has a small deflection resulting from the load, as a result of which the present small fastening width causes only negligible damping.
The damping of a spindle can be improved to a small extent by a suitable choice of material. However, material damping is not sufficient in all cases to fundamentally change the machining characteristics of a machine tool spindle.
The object of the invention is to increase the damping of the actual component, namely the spindle, which has a decisive influence on the machining process.
According to the invention, this is achieved in that the individual spindle parts are constructed from materials with different modulus of elasticity and different damping behavior. The individual spindle parts made of materials with different modulus of elasticity and different damping behavior can be braced against each other.
In the following two embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Show it:
Fig. 1 shows a longitudinal section through an internal grinding spindle, which is composed of two coaxial parts.
Fig. 2 shows a longitudinal section through a workpiece spindle, which is composed of three coaxial parts, two parting lines and a recess are filled with a material which has a higher modulus of elasticity than steel.
Fig. 3 shows a cross section through the workpiece spindle shown in Fig. 2.
The central part 1 of the internal grinding spindle shown in FIG. 1 is mounted in the angular contact ball bearing pairs 2 and 3 and has at its front end the receiving seat 4, in which the grinding mandrel 5 is fastened with the grinding wheel 6 applied.
On the central part 1 of the internal grinding spindle lying between the pairs of angular contact ball bearings 2 and 3, the tubular part 7 is applied by means of a tight fit.
The central part 8 of the workpiece spindle shown in FIGS. 2 and 3 has a recess 9, in which carbon fibers of the high module type 10 are laid unidirectionally in an araldite matrix 11 in the spindle axis direction.
The carbon fiber araldite composite layer 10, 11 is covered by a steel tube 12, on which both the drive gears 13, 14 and the bearing rings 15, 16 are attached, which are held in the longitudinal position by the spacer rings 17, 18 and 19.
Due to the arrangement described in the invention, a spindle has different individual parts with different elasticity modules than a spindle made of solid material. During operation, this creates friction in the joint surfaces, which leads to increased damping.
At the same time, the different spindle parts have different natural vibrations, which means that a spindle resonance vibration can never develop at the same level as that of a spindle made of solid material.