Robustes Design für die Motorspindel

Eine neue Hochleistungs-Spindellagerbaureihe und ein thermisch robustes Zylinderrollenlager sollen hohe Drehzahleignung mit hoher Belastbarkeit und Unempfindlichkeit gegenüber wechselnden Betriebsbedingungen verbinden. Die Lagerung von direkt angetriebenen Motorspindeln kann so gegenüber konventionellen Lösungen wesentlich vereinfacht werden. Diese beiden Produkte stellt die Schaeffler Gruppe Industrie zur EMO in Hannover vor.

Die FAG-Spindellager RS sind großkugelige Lager mit einem nominellen Druckwinkel von 20 Grad und einer reibungsoptimierten Innenkonstruktion. Diese Eigenschaften sollen RS-Lager robust gegen Veränderungen der Radialluft machen und die Drehzahleignung der kleinkugeligen Hochgeschwindigkeitsbaureihen mit der Robustheit und Tragfähigkeit großkugeliger Lager verbinden. Das thermisch robuste FAG-Zylinderrollenlager TR dagegen, soll erstmals die sichere Loslagerfunktion von Zylinderrollenlagern mit der Eignung für hohe Drehzahlen und wechselnde Temperaturdifferenzen vereinen.

Die Hauptspindeln einer Werkzeugmaschine werden bei höchsten Anforderungen an Drehvermögen und Zerspanungsleistung heute in der Regel als direkt angetriebene Einheiten, sogenannte Motorspindeln, ausgeführt. Bei dieser Bauform sitzt der Motor direkt auf der präzise gelagerten Welle der Spindel. Die Lager müssen für optimalen Rundlauf und hohe Führungsgenauigkeit vorgespannt sein und sitzen daher zur Optimierung der statischen und dynamischen Steifigkeit typischerweise an beiden Seiten des Motors. Aufgrund der hohen Leistungsdichte treten durch elektrische Verluste im Rotor im Betrieb Temperaturen bis zu 150° C auf. Diese führen zu großen Temperaturgradienten zwischen Welle und Gehäuse, die durch die Lagerung ausgeglichen werden müssen. Bei konventionellen Lagerungen werden Fest- und Loslager in Form eines mit Federn vorgespannten Spindellagers realisiert. Die Vorspannung wird durch Federn zwischen Buchse und Gehäuse erzeugt. Durch die Schiebebewegung des Außenrings können Längenänderungen der Welle sowie Überstandsänderungen der Lager infolge von Drehzahl- und Temperatureinflüssen ausgeglichen werden. Schiebebuchsen, Kugelbüchse und Federn machen die Umgebungskonstruktion aufwendig und die Montage kompliziert. Die Schiebefunktion der Buchse kann infolge von Verkippungen und bei zu geringem Spiel, beispielsweise durch Temperaturdifferenzen, versagen.

Die Hochleistungsbaureihe RS und das thermisch robuste Zylinderrollenlager TR eröffnen neue Möglichkeiten bei der konstruktiven Gestaltung von Hauptspindellagerungen. Bei starrer Anstellung reagieren RS-Lager deutlich unempfindlicher auf Einflüsse aus Überdeckung, Drehzahl und Temperatur als konventionelle Spindellager. Daher kann es bei Verwendung von RS-Lagern in Verbindung mit der verbesserten Drehzahleignung möglich sein, statt Federanstellung konstruktiv einfachere starre Anstellungen zu verwenden. Dies vereinfacht die Spindelkonstruktion und erhöht gleichzeitig die Steifigkeit. Der Anwender von Spindellagern erhält somit größere konstruktive Freiheiten. dz

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