DD255771A1 - Dichtungsanordnung fuer spindellagerungen mit waelzlagern - Google Patents

Abstract

Dichtungsanordnung für Spindellagerungen mit Wälzlagern, insbesondere von Arbeitsspindeln in Bearbeitungszentren, mit einer Labyrinthdichtung, von einer Fangnut umgebenen spindelseitigen Spritzkanten, nach außen führenden Drainagebohrungen und einem dem Lager vorgeordneten Dichtungsring. Der Dichtungsring weist eine in an sich bekannter Weise drehzahlabhängig von einer Dichtfläche abhebende Dichtlippe auf und die der Labyrinthdichtung vorgeordneten Spritzkanten sind von einer druckbeaufschlagbaren Fangnut umgeben, in die seitlich ein nach außen gerichteter Dichtspalt einmündet, wobei vor dem Funktionsbereich von Dichtfläche und Dichtlippe eine Auffangkammer angeordnet ist, die einerseits Anschluss an die Labyrinthdichtung erhält und andererseits mit vom Funktionsbereich getrennten Drainagebohrungen in Verbindung steht. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für Spindellagerungen mit Wälzlagern, insbesondere von Arbeitsspindeln in Bearbeitungszentren, mit einer Labyrinthdichtung, von einer Fangnut umgebenen spindelseitigen Spritzkanten, nach außen führenden Drainagebohrungen und einem dem Lager vorgeordneten Dichtungsring.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Übliche Abdichtungen für wälzgelagerte Spindeln sind Labyrinthdichtungen. Das gilt sowohl für Lagerungen von Arbeitsspindeln in Werkzeugmaschinen (Publ. Nr. 02113 DAFAG Kugelfischer Georg Schäfer KG a A/DE, S.37-46) als auch von Spindeln anderer Maschinengattungen (Kugellager-Zeitschrift Nr.220 SKF/SE, S. 14-16). Bei diesen für viele Anwendungsfälle ausreichenden Dichtungen kann der Abdichteffekt besonders im niedrigen Drehzahlbereich oder bei Spindelstillstand eingeschränktwerden,dasich mit abnehmender Zentrifugalkraft die Möglichkeiten des Eindringens von Fremdstoffen erhöhen. Derartige Erscheinungen können vor allem bei Bearbeitungszentren auftreten, in deren sehr häufig vollständig gekapselten Arbeitsräumen ein relativ starker Anfall von Prozeßabfällen zu verzeichnen ist. Das unter diesen Bedingungen begünstigte Zusetzen der Labyrinthdichtungen sowie der mit ihnen verbundenen Ablaufbohrungen mit Fremdstoffen kann dazu führen, daß diese in das Lagerinnere gelangen und dort verschleißfordernd wirken. Allgemein bekannte zusätzliche Abdichtmaßnahmen, wie das Einbringen einer dem Lager vorgeordneten schleifenden Dichtung, z. B. eines Radial-Dichtringes, sind verschleißbehaftet.

Bekannt ist, einer berührungsfreien Dichtung eine Lippendichtung nachzuordnen (DE-OS 2322458). Bei höheren Drehzahlen hebt deren Dichtlippe von der Dichtfläche ab und die Wirkung der berührungsfreien Dichtung setzt ein. Im Stillstand und bei niedrigen Spindeldrehzahlen soll die Lippendichtung die Abdichtfunktion übernehmen.

Während im Stillstand die Dichtwirkung gegeben ist, erscheint diese insbesondere unter härteren Einsatzbedingungen in dem Drehzahlbereich nicht ausreichend, wo die Lippendichtung den Kontakt zur Dichtfläche verliert, die Spaltdichtung jedoch noch nicht voll zur Wirkung kommt. Nachteilig ist weiterhin, daß prinzipiell die Möglichkeit des Ansammeins von Fremdstoffen in der Spaltdichtung besteht, die dann bei Offenstellung der Lippendichtung in das Lagerinnere gelangen können.

Die Verwendung sich drehender Schutzkragen in Verbindung mit mehreren Radialspalten zwischen drehenden und stehenden Teilen der Lagerbaugruppe sowie Fangnuten mit Drainagebohrungen bringt einen erhöhten Abdichteffekt, der im Extremfall durch einen leichten Luftüberdruck unterstützt werden kann (o.g. Publ.Nr.02113 DA, S.42 u.43).

Dieses Dichtungssystem erfordert eine erhebliche radiale Baufreiheit, die jedoch beispielsweise dann nicht zur Verfügung steht, wenn für die Kühlmittelzuführung zum Werkzeug, wie bei Bearbeitungszentren häufig üblich, unmittelbar um die Arbeitsspindel Einspritzdüsen anzuordnen sind.

Eine weitere Lösung sieht vor, als Vordichtung zwei außenspannende Fey-Doppelringe einzusetzen. Der Vordichtung sind spindelseitig Spritzkanten zugeordnet, die von Fangnuten mit Drainagebohrungen umschlossen werden. Neben einem Kanal zur Einspeisung von Druckluft ist ein weiterer Fey-Doppelring als Nachdichtung vorgesehen (o. g. Publ. Nr. 02113 DA, S. 43 u. 44).

Damit wird zwar eine gute Abdichtung erreicht, die Lösung ist jedoch relativ aufwendig in der Herstellung und erfordert spezielle Abdichtringe.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, mit geringem Aufwand und Platzbedarf eine maximale Abdichtung zu erreichen.

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtungsanordnung für wälzgelagerte Arbeitsspindeln, die eine Labyrinthdichtung, von einer Fangnut umgebene spindelseitige Spritzkanten, nach außen führende Drainagebohrungen und einen dem Lager vorgeordneten Dichtungsring aufweist, wobei ohne zusätzlichen Abdichtaufwand ein Eindringen von Fremdstoffen bei geringer Drehzahl, Drehrichtungswechsel und im Stillstand der Spindel weitestgehend vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dichtungsring einein an sich bekannter Weise drehzahlabhängig von einer Dichtfläche abhebende Dichtlippe aufweist und die der Labyrinthdichtung vorgeordneten Spritzkanten von einer druckbeaufschlagbaren Fangnut umgeben sind, in die seitlich ein nach außen gerichteter Dichtspalt einmündet, wobei vor dem Funktionsbereich von Dichtfläche und Dichtlippe eine Auffangkammer angeordnet ist, die einerseits Anschluß an die Labyrinthdichtung erhält und andererseits mit vom Funktionsbereich der Lippendichtung getrennten Drainagebohrungen in Verbindung steht.

Die über Kanäle mit Reinigungsimpulsen beaufschlagbare Fangnut weist im unteren Bereich eine Tasche auf, in die neben zwei Kanälen, diesen jeweils unmittelbar nebengeordnet und in etwa gleichgerichtet schräg nach unten verlaufend, Drainagebohrungen münden.

Ein drehfest zur Arbeitsspindel angeordneter konzentrischer Flanschring ist Träger der Dichtfläche und seine die Arbeitsspindel spielbehaftet umgreifende Bohrung bildet einen Teilbereich der Labyrinthdichtung mit einer Fangnut, wobei sein Flansch die Auffangkammer zum Funktionsbereich abschließt und von der Fangnut eine Bohrung zur Auffangkammer verläuft. Der Dichtungsring ist in dem Distanzring für den Innenring der Wälzlager aufgenommen, der eine Spritzkante aufweist, die auf eine Ablaufbohrung gerichtet ist, zu deren beiden Seiten die mit der Auffangkammer verbundenen Drainagebohrungen angeordnet

Bedarfsweise kann für die Zuführung von Sperrluft vom oberen Kanal eine Abzweigung zum Dichtspalt vorgesehen werden, der ein den Kanal zur Fangnut abschließendes Rückschlagventil nachgeordnet ist, dessen Öffnungsdruck größer als der Druck der Sperrluft zum Dichtspalt ist.

Bei Stillstand oder niedriger Drehzahl der Arbeitsspindel liegt die Dichtlippe des Dichtringes an der Dichtfläche an, so daß eine ausreichende Sperrwirkung zur Lagerstelle gegeben ist. Reinigungsimpulse, die bei Spindelstillstand durch die Kanäle in die Dichtungsanordnung gegeben werden, beseitigen eventuell während des Bearbeitungsvorganges eingedrungene Fremdstoffe.

Dabei tritt die Reinigungsluft über die Fangnut in den radialen Dichtspalt sowie die Labyrinthdichtung ein und trifft auf die Spritzkanten. Da der Dichtungsring voll wirksam ist, wird ein Lufteintritt in den der Kontaktstelle von Dichtfläche und Dichtlippe nachgeordneten Bereich verhindert. Die in der Labyrinthdichtung befindlichen Fremdstoffe sammeln sich in der Auffangkammer und werden über die zugeordneten Drainagebohrungen nach außen befördert. Die im Funktionsbereich von Dichtfläche und Dichtkante befindliche Spritzkante mit zugeordneter Ablaufbohrung stellt ihrem Charakter nach eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme dar.

Hebt die Dichtlippe bei höheren Drehzahlen der Arbeitsspindel von der Dichtfläche ab, setzt mit auftretender Zentrifugalkraft die Dichtwirkung des radialen Dichtspaltes, der Spritzkanten und der Labyrinthdichtung ein.

Bei Vorliegen extremer Einsatzbedingungen kann der radiale Dichtspalt insbesondere im unteren Drehzahlbereich mit Sperrluft beaufschlagt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung der Dichtungsanordnung,

Fig. 2: die Ausbildung sowie die Druckbeaufschlagung der Fangnut mit zugeordneten Drainagebohrungen,

Fig.3: den Drainageanschluß an die Auffangkammer, Fig.4: einen sperrluftbeaufschlagten radialen Dichtspalt.

Die von Wälzlagern 1 aufgenommene Arbeitsspindel 2 wird um den doppelten Betrag eines radialen Dichtspaltes 3 spielbehaftet von einem drehfesten Ring 4 umgriffen. Dieser ist für die Zuführung von Druckluft mit Kanälen 5,6 und 7 versehen, die mit einer die spindelseitigen Spritzkanten 8 umschließenden Fangnut 9 verbunden sind. Die Fangnut 9 weist in ihrem unteren Bereich ein Tasche 10 auf, in die die Kanäle 5 und 6 sowie diesen nebengeordnete Drainagebohrungen 11,12 münden (Fig.2). Mit letztgenannter Anordnung ist gewährleistet, daß bei Druckbeaufschlagung der Fangnut 9 gleichzeitig die Drainagebohrungen 11,12 gesäubert werden.

Von der Fangnut 9 erstreckt sich lagerseitig eine Labyrinthdichtung 13, der ein zeitweise mit einer Dichtfläche 14 in Wirkverbindung stehender Dichtungsring 15 nachgeordnet ist. Ein drehfest zur Arbeitsspindel 2 angeordneter Flanschring 16 ist Träger der Dichtfläche 14 und bildet mit seiner die Arbeitsspindel 2 spielbehaftet umgreifenden Bohrung 17 einen Teilbereich der Labyrinthdichtung 13. Der Dichtungsring 15 besitzt eine bei Stillstand der Arbeitsspindel 2 an der Dichtfläche 14 anliegende und bei höheren Drehzahlen abhebende Dichtlippe 18.

Wie aus Fig. 1 weiterhin ersichtlich, ist vor dem Funktionsbereich 19 von Dichtfläche 14 und Dichtlippe 18 eine Auffangkammer 20 angeordnet, die einerseits Anschluß an die Labyrinthdichtung 13 erhält und andererseits über Anschlußbohrungen 21,22 mit vom Funktionsbereich 19 getrennten Drainagebohrungen 23, 24 in Verbindung steht (Fig.3). Der Flansch des Flanschringes 16 trennt Funktionsbereich 19 und Auffangkammer 20.

Die Aufnahme des Dichtungsringes 15 erfolgt im Distanzring 25 für den Innenring der Wälzlager 1. Dabei weist der Distanzring 25 eine Spritzkante 26 auf, die auf eine Ablaufbohrung 27 gerichtet ist (Fig. 1 und 3). Diese besitzt vorrangig eine Kontrollfunktion und kann verschließbar ausgeführt sein.

Eine im Flansch ring 16 von einer Fang nut 33 der Labyrinthdichtung 13 in Richtung der Auffangkammer 20 verlaufende Bohrung 28 verbessert die Abführung von Fremdstoffen aus diesem Bereich. Dem Funktionsbereich 19 lagerseitig nachgeordnete fettgeschmierte Nuten 29, 30 vervollkommnen den Abdichteffekt.

Fig.4zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung bei Vorliegen extremer Einsatzbedingungen. Zum Einbringen von Sperrluft in den radialen Dichtspalt 3 geht von Kanal 5 eine Abzweigung 31 ab, der ein den Kanal 5 zur Fangnut 9 abschließendes Rückschlagventil 32 nachgeordnet ist. Dessen Öffnungsdruck ist größer als der Druck der Sperrluft zum Dichtspalt 3.

Die Zuführung von Sperrluft erfolgt bei Stillstand oder im niedrigen Drehzahlbereich der Arbeitsspindel 2, wobei die Dichtlippe 18 noch sperrenden der Dichtfläche 14 anliegt.

Mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird mit einem relativ geringen Aufwand und Platzbedarf ein hoher Abdichteffekt erreicht.

Claims (5)

1. Dichtungsanordnung für Spindellagerungen mit Wälzlagern, insbesondere von Arbeitsspindeln in Bearbeitungszentren, mit einer Labyrinthdichtung, von einer Fangnut umgebenen spindelseitigen Spritzkanten, nach außen führenden Drainagebohrungen und einem dem Lager vorgeordneten Dichtungsring, gekennzeichnet dadurch, daß der Dichtungsring (15) eine in an sich bekannter Weise drehzahlabhängig von einer Dichtfläche (14) abhebende Dichtlippe (18) aufweist und die der Labyrinthdichtung (13) vorgeordneten Spritzkanten (8) von einer druckbeaufschlagbaren Fangnut (9) umgeben sind, in die seitlich ein nach außen gerichteter Dichtspalt (3) einmündet, wobei vor dem Funktionsbereich (19) von Dichtfläche (14) und Dichtlippe (18) eine Auffangkammer (20) angeordnet ist, die einerseits Anschluß an die Labyrinthdichtung (13) erhält und andererseits mit von Funktionsbereich (19) getrennten Drainagebohrungen (23; 24) in Verbindung steht.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die über Kanäle (5; 6; 7) in bekannterWeise mit Reinigungsimpulsen beaufschlagbare Fangnut (9) im unteren Bereich eine Tasche (10) aufweist, in die neben den beiden Kanälen (6; 7), diesen jeweils unmittelbar nebengeordnet und in etwa gleichgerichtet schräg nach unten verlaufend, zwei Drainagebohrungen (11; 12) münden.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein drehfest zur Arbeitsspindel (2) angeordneter konzentrischer Flanschring (16) Träger der Dichtfläche (14) ist und seine die Arbeitsspindel (2) spielbehaftet umgreifende Bohrung (17) einen Teilbereich der Labyrinthdichtung (13) mit einer Fangnut (33) bildet, wobei sein Flansch die Auffangkammer (20) zum Funktionsbereich (19) abschließt und von der Fangnut (33) eine Bohrung (28) zur Auffangkammer (20) verläuft.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Dichtungsring (15) in dem Distanzring (25) für den Innenring der Wälzlager (1) aufgenommen ist und der Distanzring (25) eine Spritzkante (26) aufweist, die auf eine Ablaufbohrung (27) gerichtet ist, zu deren beiden Seiten die mit der Äuffangkammer (20) verbundenen Drainagebohrungen (23; 24) angeordnet sind.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bedarfsweise für die Zuführung von Sperrluft vom Kanal (5) eine Abzweigung (31) zum Dichtspalt (3) vorgesehen wird, der ein den Kanal (5) zur Fangnut (9) abschließendes Rückschlagventil (32) nachgeordnet ist, dessen Öffnungsdruck größer als der Druck der Sperrluft zum Dichtspalt (3) ist.