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Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit zur Aufnahme von Stangenmaterial, insbesondere mittels einer Spannhülse. Derartige Lagereinheiten, auch als Spannhülsen-Lagerungen bezeichnet, sind in Lademagazinen von Werkzeugmaschinen angeordnet und dienen als Verbindungselement zwischen einer Spannhülse und einer Vorschubstange der Zuführung des Stangenmaterials zur Werkzeugmaschine zum Zwecke einer maschinellen Bearbeitung. Die Werkzeugmaschine kann dabei insbesondere eine Drehmaschine, wie etwa ein Mehrspindler, ein Langdreher oder ein Kurzdreher sein. Das Stangenmaterial ist oftmals zylindrisch, kann jedoch neben runden auch mehreckige oder andere beliebig geformte Querschnitte aufweisen.
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Entsprechende Spannhülsen zur Anwendung für einen Stangenvorschub sind beispielsweise im Produktkatalog der Firma Schlenker in der Ausgabe des Jahres 2014 auf den Seiten 30 bis 31 gezeigt.
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Bisherige Lagereinheiten gemäß dem Stand der Technik weisen eine Welle auf, die zur Befestigung einer Spannhülse zur Aufnahme von Stangenmaterial dient. Das Stangenmaterial wird dabei drehend gelagert und rotiert für gewöhnlich mit Drehzahlen zwischen achttausend und zehntausend Umdrehungen pro Minute. Hierzu wird die Welle innerhalb einer Hülse mittels zwei radialen Kugellagern gelagert. Zur Aufnahme von Axialkräften, die während der Bearbeitung sowie während der Aufnahme des Stangenmaterials auftreten, ist innerhalb der Hülse der Lagereinheit zusätzlich ein Axiallager vorgesehen, an welchem sich die Welle axial abstützt.
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Nachteilig bei bisherigen Lagereinheiten ist allerdings, dass infolge von axialen Kräften, die überwiegend während der Aufnahme bzw. dem Auffädeln von neuem Stangenmaterial auftreten, das Axiallager in vergleichsweise kurzer Zeit versagt und die gesamte Lagereinheit in Folge davon ausgetauscht werden muss. Da der Ausfall des Axiallagers oftmals nicht bemerkt wird und sich die Kugeln als Wälzelemente des Axiallagers abnutzen, kommt es als Folge zur Reib-Verschweißung der Welle sowie der Hülse und das geförderte Stangenmaterial lässt sich nicht mehr drehen. Hierdurch kommt es nicht selten zu Folgeschäden an der Werkzeugmaschine bzw. an dem Lademagazin.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Lagereinheit zur Aufnahme von Stangenmaterial anzugeben, welche in der Lage ist, hohe axiale Kräfte aufzunehmen, die beim Aufnehmen von neuem Stangenmaterial auftreten können, und somit eine höhere Standzeit der Lagereinheit zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagereinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beschrieben ist eine Lagereinheit zur Aufnahme von Stangenmaterial, die eine Welle sowie eine Hülse aufweist, wobei das Stangenmaterial etwa mittels einer Spannhülse an der Welle befestigt wird, wobei die Welle innerhalb der Hülse mittels mindestens eines Radiallagers gelagert ist und sich an einem Axiallager abstützt. Erfindungsgemäß ist die Welle innerhalb der Hülse axial verschiebbar angeordnet und zwischen dem Axiallager und der Welle und/oder zwischen dem Axiallager und der Hülse ist mindestens ein Federelement zur Aufnahme von Axialkräften angeordnet. Dabei grenzt das Federelement nicht notwendigerweise direkt an der Welle bzw. dem Axiallager bzw. der Hülse an, sondern es können zwischen dem Federelement und der Welle bzw. zwischen dem Federelement und dem Axiallager bzw. zwischen dem Federelement und der Hülse weitere elastische oder nicht-elastische Bauteile angeordnet sein.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das mittels der erfindungsgemäßen Lagereinheit gehaltene Stangenmaterial nunmehr mit höheren Drehzahlen von mindestens 12000 U/min rotieren kann, ohne dass die Lagereinheit Schaden nimmt.
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Vorzugsweise wird die Welle mittels zweier Radiallager gelagert, die einen gewissen axialen Abstand zueinander aufweisen. Hierbei werden bevorzugt zwischen den Innenringen der beiden Radiallager eine Hülse sowie zusätzlich zwischen den Außenringen der Radiallager eine Buchse angeordnet, um beide Radiallager unter Vorspannung zu halten und um ferner eine axiale Kräfteübertragung über die Außenringe sowie die Innenringe der Radiallager zu gewährleisten.
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Die Radiallager sind Wälzlager, insbesondere Kugellager. Es können alternativ jedoch auch andere Wälzlagerarten, wie etwa Rollenlager oder Nadellager verwendet werden. Das Axiallager ist ebenfalls ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager. Auch hier könnten alternativ andere Wälzlager zum Einsatz kommen, wie etwa Kegelrollenlager.
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Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das mindestens eine Radiallager innerhalb der Hülse axial verschiebbar angeordnet ist. Hierzu ist eine Stufe an der Welle vorgesehen, welche am Innenring des dem Wellenausgang aus der Hülse benachbarten Radiallagers anliegt. Ferner ist vorzugsweise eine weitere Stufe an der Welle vorgesehen, mittels welcher sich die Welle am Axiallager abstützt.
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Der axiale Verschiebeweg der Welle beträgt dabei je nach Ausführung lediglich einige zehntel Millimeter bis einige Millimeter. Ferner findet eine axiale Verschiebung der Welle lediglich bei Kräften auf, die einen gewissen Schwellwert überschreiten. Dieser Schwellwert liegt bevorzugt oberhalb von 300 Newton. Das Federelement ist dabei in der Lage, Kräfte von mehr als 500 Newton aufzunehmen. Bevorzugt liegen die von dem Federelement aufnehmbaren Kräfte je nach Ausführung des Federelements zwischen 500 und 1000 Newton.
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Bevorzugt werden das mindestens eine Radiallager sowie das Axiallager von derjenigen Seite innerhalb der Hülse montiert, auf welcher die Welle die Hülse verlässt und das zu bearbeitende Stangenmaterial gehalten wird. Auf der anderen Seite der Hülse ist eine Aufnahme vorgesehen zur Verbindung der Lagereinheit mit einem Lademagazin einer Werkzeugmaschine.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Lagereinheit zur Aufnahme von Stangenmaterial.
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Beschreibung von bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung
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Die 1 zeigt den Grundaufbau der erfindungsgemäßen Lagereinheit zur Aufnahme von Stangenmaterial. Das Stangenmaterial wird dabei mittels einer Spannhülse (nicht zeichnerisch dargestellt) gehalten. Die Spannhülse wird dabei auf das freie Ende der Welle 12 aufgeschoben und mittels eines Stiftes (nicht zeichnerisch dargestellt) arretiert. Dieser Stift zur Halterung der Spannhülse wird ein Loch 15 geführt, das sich senkrecht zur Drehachse 40 der Welle 12 durch die Welle hindurch erstreckt.
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Eine in Richtung der Drehachse 40 innerhalb der Welle 12 angeordnete zentrische Bohrung 13 ragt in das Loch 15 zur Aufnahme des Stifts zur Halterung der Spannhülse zumindest partiell hinein. Innerhalb der zentrischen Bohrung 13 sind ein Radiusstift 18 sowie eine Druckfeder 17 angeordnet. Ein Bauelement 19 verschließt die zentrische Bohrung 13 innerhalb der Welle endseitig. Der Stift zur Halterung einer Spannhülse selbst wird wiederum arretiert durch den Radiusstift 18, der in axialer Richtung, d. h. parallel zur Drehrichtung 40, beweglich ist und der mittels der Druckfeder 17 mit einer axialen Vorspannung beaufschlagt wird, welche den Radiusstift 18 in Richtung des innerhalb der Welle 12 befindlichen Loches 15 sowie bei nicht montiertem Stift zur Halterung der Spannhülse teilweise in dieses Loch 15 hinein drückt und somit bei montiertem Stift zur Halterung einer Spannhülse gegen ebendiesen Stift drückt. Die Druckfeder 17 stützt sich auf seiner dem Radiusstift 18 entgegengesetzten Seite an dem Bauelement 19 ab. Da die zentrische Bohrung 13 innerhalb der Welle 12 nicht vollständig in das Loch 15 durchbricht, ragt der Radiusstift 18 wie zeichnerisch dargestellt lediglich ein Stück weit in das Loch 15 hinein und wird beim Einführen eines Stifts zur Halterung einer Spannhülse zur Seite gedrückt und gibt somit das Loch 15 frei.
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Dasjenige Ende der Welle 12, das die Spannhülse zur Halterung des Stangenmaterials aufnimmt, ragt einseitig aus der Hülse 14 heraus. Die Welle 12 ist gegenüber der Hülse 14 mittels zweier Radiallager 20 und 22 drehbar gelagert. Ein erstes Radiallager 20 ist innerhalb der Hülse dem aus der Hülse 14 herausragenden Ende der Welle 12 benachbart angeordnet. Ein zweites Radiallager 22 ist in einem gewissen axialen Abstand vom ersten Radiallager innerhalb der Hülse 14 angeordnet. Die Innenringe beider Radiallager sind mittels Presspassungen P1 und P2 auf der Welle 12 befestigt.
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Ferner ist innerhalb der Hülse ein Axiallager 24 zur Aufnahme von Axialkräften vorgesehen, wobei die Axialkräfte überwiegend auf das aus der Hülse 14 herausragende Ende der Welle 12 in Richtung zur Hülse 14 gerichtet wirken. Die Welle 12 weist eine erste Stufe S1 auf, mittels welcher sie sich am Innenring des ersten Radiallagers 20 abstützt. Ferner weist die Welle 12 eine zweite Stufe S2 auf, welche als Anlagefläche auf das Axiallager 24 wirkt, d. h. die Welle stützt sich mit dieser Anlagefläche am Axiallager ab.
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Das Axiallager 24 ist innerhalb der Hülse 14 angeordnet zwischen der Stufe S2 der Welle 12 einerseits sowie einem Druckbolzen 30 andererseits. Das Axiallager 24 sowie der Druckbolzen 30 sind ihrerseits angeordnet innerhalb einer Aufnahme 36. Der Druckbolzen stützt sich gegenüber der Aufnahme axial an einem Gewindestift 32 ab, der innerhalb der Aufnahme 36 zentrisch eingeschraubt ist. Die Aufnahme 36 ist innerhalb der Hülse 14 axial verschiebbar angeordnet und stützt sich dabei an einem Federelement 34 ab. Das Federelement 34 ist bevorzugt als Tellerfeder ausgestaltet und stützt sich seinerseits an einem innerhalb der Hülse 14 zentrisch eingeschraubten Gewindestift 38 ab. Beide Gewindestifte 32 und 38 dienen der Einstellung des axialen Spiels des Axiallagers bzw. der Einstellung der Vorspannung des Federelements 34. Alternativ kann der Gewindestift 32 entfallen und gemeinsam mit dem Druckbolzen einteilig mit der Aufnahme 36 ausgestaltet sein. Ebenso kann der Gewindestift 38 einteilig mit der Hülse 14 ausgebildet sein.
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Bei einer Krafteinwirkung auf das aus der Hülse 14 herausstehende Wellenende in Richtung zur Hülse ist der axiale Verfahrweg der innerhalb der Hülse 14 angeordneten Aufnahme 36 begrenzt durch eine konische Anschlagsfläche A, die durch eine Verringerung des Innendurchmessers der Hülse gebildet ist und ferner eine Notlauf-Eigenschaft der Lagereinheit auch bei abgenutzten Lagern sicherstellt.
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Zwischen den Innenringen des ersten und des zweiten Radiallagers befindet sich eine Hülse 26, welche einen Mindestabstand beider Innenringe festlegt. Ferner ist zwischen dem Außenring des ersten Radiallagers 20 und dem Außenring des zweiten Radiallagers 22 eine Buchse 28 angeordnet, welche einen Mindestabstand zwischen den Außenringen der jeweiligen Radiallager definiert.
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Das zweite Radiallager 22 ist benachbart zum Axiallager 24 angeordnet, wobei vorzugsweise zwischen dem Innenring des zweiten Radiallagers 22 und dem Axiallager 24 ein Abstand als Lagerspiel vorgesehen ist, während der Außenring des zweiten Radiallagers ohne Lagerspiel an der Aufnahme 36 anliegt.
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Axialkräfte, die auf das Wellenende in Richtung zur Hülse 14 hin wirken, werden durch die zweite Stufe S2 der Welle 12 auf das Axiallager übertragen, die mittels des Federelements 34 gegenüber der Hülse 14 federnd gelagert ist, wodurch diese Axialkräfte größtenteils von dem Federelement aufgenommen werden. Durch die erste Stufe S1 der Welle 12 werden axiale Kräfte weiterhin auf die Radiallager übertragen. Die zwischen den Innenringen beider Radiallager 20 und 22 angeordnete Hülse 26 und die zwischen den Außenringen beider Radiallager angeordnete Buchse 28 dienen ebenfalls der Kraftübertragung zwischen den Radiallagern und dienen ferner der Kraftübertragung auf die Aufnahme 36.
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Zur Halterung des ersten Radiallagers 20 sowie zum Abschluss der Hülse auf derjenigen Seite, auf welcher die Welle 12 die Hülse verlässt, ist eine Abdeckung 16 vorgesehen, die in die Hülse eingepresst wird und alternativ oder zusätzlich verklebt bzw. (Laser-)geschweißt wird.
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Vorzugsweise befindet sich in der Hülse eine axial durchgehende Öffnung, so dass beide Gewindestifte auch nach der Montage der Radiallager sowie des Axiallagers innerhalb der Hülse von derjenigen Seite der Hülse 14 aus verstellt werden können, die dem Austritt der Welle 12 gegenüber liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lagereinheit
- 12
- Welle
- 13
- zentrische Bohrung
- 14
- Hülse
- 15
- Loch
- 16
- Abdeckung
- 17
- Druckfeder
- 18
- Radiusstift
- 19
- Bauelement
- 20
- erstes Radiallager
- 22
- zweites Radiallager
- 24
- Axiallager
- 26
- Hülse
- 28
- Buchse
- 30
- Druckbolzen
- 32
- erster Gewindestift
- 34
- Federelement
- 36
- Aufnahme
- 38
- zweiter Gewindestift
- 40
- Drehachse
- S1
- erste Stufe der Welle
- S2
- zweite Stufe der Welle
- P1
- Presspassung des ersten Radiallagers
- P2
- Presspassung des zweiten Radiallagers
- A
- Anschlag