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12.01.2010FL.2
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
•• Sichern der geometrisch bestimmten LageSichern der geometrisch bestimmten Lagezwischen Werkzeug und Werkstzwischen Werkzeug und Werkstüückck
•• Aufnehmen von BelastungenAufnehmen von Belastungen
•• Bestimmung der BewegungsrichtungBestimmung der Bewegungsrichtung
Aufgaben von Führungen und Lagern
2- 1206 - 4Rall
12.01.2010FL.3
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Fräsmaschinenschlitten Bohrwerkspindel Drehbankspindel
5 entzogene Freiheitsgrade 4 entzogene Freiheitsgrade 5 entzogene Freiheitsgrade
bleibt: bleibt: , bleibt: y y
Element mit 6 Freiheitsgraden
translatorisch: , , rotatorisch:
x y zαx αy αz, ,
αy
αxαy
αx
αz
x
yz
Bewegungsfreiheitsgerade geführter Werkzeugmaschinenelemente
rechtsorientierteskartesisches KOS
12.01.2010FL.4
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0037 - 0Weck
Bewegungsarten
Führungen in Werkzeugmaschinen
Verstellführungen
geradlinig
kreisförmig
geradlinig undkreisförmig
während desBearbeitungsprozesses
bewegt
während desBearbeitungsprozessesbewegt oder geklemmt
während desBearbeitungsprozessesgeklemmt o. verschraubt
Reitstock an einerDrehmaschine
Schlitten einerHobelmaschine
Spindel einesBohrwerkes
Kreuztischführungan einer
Universalfräsmaschine
Lagerung einesSternrevolvers
Beispiel
Spindellager
Führung Säule-Auslegereiner
Auslegerbohrmaschine
Lagerung eines Trommel-revolvers beim Plan-bzw. Längsdrehen
Bewegungsführungen
Führung und Lagerungen in Werkzeugmaschinen
12.01.2010FL.5
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Herstell-fehler
Normal-kräfte
Schub-kräfte
Erwär-mung
Fremd-stoffe
Ober-flächengüte
Lage- undFormgen.
Kontakt-steifigkeit
Dämpfungs-vermögen
Reib-verhalten
Langzeit-genauigkeit
Reib-leistung
Wärmeüber-tragung
Eindring-schutz
Ent-sorgung
Störeinflüsse
Anforderungen an Führungen
Funktion der Führung
2 - 0039 - 0
Störeinflüsse und Anforderungen an Führungen
Rall
12.01.2010FL.6
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 0042 - 4
Momentanpol
Momentanpol
Schwerpunkt
stabil
Schwerpunkt
instabilTischbahn enger
Tischbahn weiter
Lagestabilität von Führungen
Rall
12.01.2010FL.7
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Fremdkörperschutz
abstreifend abdeckend
Schlittenkante umbaute Führung.
starre Abdeckung
Faltenbälge
Abdeckbänder
Teleskopabdeckung
Abstreifer (Gew. Elast.)
Druckluft
Druckflüssigkeit
2- 0046 - 4
Möglichkeiten zum Führungsbahnschutz
Rall
12.01.2010FL.10
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0040 - 0
Grundformen und abgeleitete Formen als Führungsprinzip
Rall
12.01.2010FL.15
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3371 - 5TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Profilschienenführung
12.01.2010FL.16
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Mx
Fy Fz
Kugel Rolle
x-Anordnung der Wälzkörper O-Anordnung der Wälzkörper
Kugel Rolle
Mx
Fy Fz
Kugel-Umlaufführungen
2-PunktKontakt
4-PunktKontakt
Mx
Fy Fz
Modifizierte O-Anordnung der Wälzkörper
2-PunktKontakt
Mx
Fy Fz
2- 3245 - 4INA, Star
Übersicht über Bauarten von Profilschienenwälzführungen
12.01.2010FL.17
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2- 2632 - 2
Verkeilen Verklemmen
Verkeilen und Verklemmen
Rall
12.01.2010FL.19
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
HaftreibungFestkörperreibung
Mischreibung Flüssigkeitsreibung
Gleitführungen von Dreh-und Fräsmaschinen
hydrodynamische Radial- undAxiallager, Gleitführung von Hobelmaschinen und Pressen-stößeln
Rei
bung
skoe
ffizi
ent
Gleitgeschwindigkeit v
Übertragungsgeschwindigkeit vüca. 10mmin
µ
Stribeck - Kurve
12.01.2010FL.20
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Gleitbelagtechnik GmbH 2 - 0044 - 0
Reibungskennlinien von beschichteten und unbeschichteten Führungsbahnen
12.01.2010FL.23
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
SchaublinSchaublin
Zeit
Schlittenbewegung
soll
Stick-Slip
haften
gleiten
Soll-Ist-Bewegung
Vorschubgeschwindigkeit
m
Reibkraft
Federkraft
Führung
12.01.2010FL.24
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Vorschubgeschwindigkeit
m
Reibkraft
Federkraft
Führung
[ ]
[ ]
0 rel
0 rel
( ) cos für 0( )
( )cos für 0
v v
v v
mgt v
cq t v tmg
t vc
µ µ Ω µ
µ µ Ω µ
− − >− ⋅ = − + <
Stick-Slip
SchaublinSchaublin
12.01.2010FL.25
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
1.1. Reibwertdifferenz µ0 - µv möglichst klein halten.
2.2. Haftreibung und Gleitreibung durch geeignete Mittel (Schmiermittel, Beschichtung der Führungen) verringern.
3.3. Masse m möglichst klein halten
4.4. Steifigkeit c der Elemente des Vorschubantriebesmöglichst groß gestalten.
Einflussgrößen Stick-Slip
12.01.2010FL.29
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Wie verhWie verhäält sich der Druck in lt sich der Druck in den Taschen und in Richtung den Taschen und in Richtung der Abstrder Abströömstrecken?mstrecken?
Hydrostatische Führung
pT pT pT
pA
12.01.2010FL.30
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Gesetz von Hagen-Poisseuille und effektive Fläche
3
T 0( )12
b hQ p p
lη= −
QÖlzufuhr
Ölabfluss
Ölabfluss
l
b h
Spalt
Spalt
b hl h >> >>
p0
pT
FF
12.01.2010FL.31
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
0,A
F p da p p p∆ ∆= = = −∫∫
Tasche AußenkanteAußensteg
p
p0
xl
dd , consteff
a
A
F p a p∆ ∆= =∫∫
deff
eff
A
F p a A p∆ ∆= =∫∫
p
p0
xl
l/2
Idee der effektiven Fläche I
In erster Näherung läge eine linearer Druckabfall vor.
12.01.2010FL.32
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
QÖlzufuhr
Ölabfluss
Ölabfluss
l
b h
Spalt
Spalt
b hl h
>> >>
p0
pT
FF
AAeffeff
Idee der effektiven Fläche II
pT Taschendruck sein konstant
12.01.2010FL.33
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
eff
T
0 0
Kraft
effektive Fläche mit konstantem Überdruck
Durchflussmenge
Taschendruck
Umgebungsdruck (Annahme: 0)
Abströmbreite
Abströmlänge
Ölspalthöhe (Flughöhe)
F
A p
Q
p
p p
b
l
h
∆===== ====
Gesetz von Hagen-Poisseuille und effektive Fläche
12.01.2010FL.35
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0050 - 0
Hydrostatisches Lager ohne Umgriff und seine elektrische Analogieschaltung
12.01.2010FL.36
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0055 - 0
Hydrostatisches Lager mit einer und zwei Taschen bei exzentrischer Belastung
Rall
12.01.2010FL.38
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0056 - 5
p
Tisch
Bett
hT
hU
p
1
2
Prinzip einer hydrostatischen Lagerung im Umgriff
Rall
12.01.2010FL.40
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0054 - 0
Prinzip einer hydrostatischen Lagerung im Umgriff
Rall
12.01.2010FL.41
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0051 - 0
Prinzip einer hydrostatischen Lagerung mit unterschiedlichen Ölversorgungssystemen
Rall
12.01.2010FL.42
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0052 - 0
Ölspaltverformungen bei verschiedenen Ölversorgungssystemen ohne Umgriff
12.01.2010FL.45
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Siebers
2 - 0057 - 0
Schematische Darstellung einer Mehrkreispumpe
12.01.2010FL.46
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
GroGroßße statische Steifigkeite statische Steifigkeit
GroGroßße dynamische Steifigkeite dynamische Steifigkeit
Kleine ReibungKleine Reibung
Fehlen von AnFehlen von An-- und Auslaufreibungund Auslaufreibung
Kein VerschleiKein Verschleißß
GroGroßße Bewegungsgenauigkeite Bewegungsgenauigkeit
Vor- und Nachteile hydrostatischer Lagerungen
Hoher AufwandHoher Aufwand
Hohe KostenHohe Kosten
Schlechte EnergieausnutzungSchlechte Energieausnutzung
Geringer WirkungsgradGeringer Wirkungsgrad
UmweltverschmutzungUmweltverschmutzung
Spezialkenntnisse notwendigSpezialkenntnisse notwendig
ÜÜberwachungsaufwandberwachungsaufwand
12.01.2010FL.58
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Zwischenplatten
Kunststofflamellen
Metallabstreifer
Distanzplatte
Enddichtungen Ölreservoir KugelketteSchmierölgeber
Ölmengenregulator
2- 3242 - 4TUHHPROF.DR.-ING. K.RALL
Kompaktführung mit Kugelkette (Profilschienenwälzführung)THK GmbH
Lager alt (ohne Kugelkette) Lager neu (mit Kugelkette)
12.01.2010FL.61
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 2759 - 9SKF
b = Spulenwicklungc = Aktorscheibed = Axtialsensore = Statorf = WelleZ , Z = Achsen
1
1 2
Axialmagnetlager
12.01.2010FL.62
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
abcdev ; v ; w ; w
= Stator = Rotor = Welle = Spulenwicklung = Radialsensor
= Achsen1 3 1 3
SKF 9 - 2760 - 9
Rotor eines aktiven Radialmagnetlagers
12.01.2010FL.63
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Kosten
Anschaffung
Reperatur
Druckluft
Reibungsverluste
Energieverbrauch Magnetlager
Energieverbrauch Motor
Wuchten von Werkzeugen
Gesamtkosten
21.000 €
12.400 €
14.400 €
1.835 €
38.640 €
48.000 €
136.275 €
magnetgelagerte Spindel
63.000 €
322 €
1.400 €
38.640 €
103.362 €
wälzgelagerte Spindel
Kostenvergleich
Rall
12.01.2010FL.64
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0633 - 0
Siemens
Merkmale
Lauf-genauigkeit
Betriebs-sicherheit
Bereit-stellkosten
Verlust-leistung
Dämpfung
Verschleiß-freiheit
Kühl-möglichkeit
Drehzahl-bereich
hydro-dynam.Lager
Wälz-lager
hydrostat.Lager
Bewertung der Eigenschaften
hoch niedrig
Eigenschaften unterschiedlicher Hauptspindellagerungen
12.01.2010FL.65
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 0058 - 9
FAG
Lagerbauart
Merkmale
Rad
ialb
elas
tbar
keit
Axi
albe
last
bark
eit
in b
eide
n R
icht
unge
n
Eig
nung
für
hohe
Dre
hzah
len
-ger
äusc
harm
er L
auf
-hoh
e S
teifi
gkei
t
-ger
inge
Rei
bung
Rillenkugellager
Schrägkugellager
Schrägkugellagerzweireihig
Spindellager
Pendelkugellager
ZylinderrollenlagerNU, N
Kegelrollenlager
Axial-Rillenkugellager
Eignung
-sehr gut
-gut
-normal/möglich
-mit Einschränkung
-nicht geeignet/entfällt
Einzellager und Lager in Tandem-Anordnung in eine Richtung
Gebräuchliche Wälzträger und deren Merkmale
12.01.2010FL.66
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 1312 - 8FAG
normales Spindellager Baureihe HS:Kugeldurchmesser auf 70% reduziertKugelmasse auf 1/3 reduziertZahl der Kugeln um 2/3 erhöhtAußen- und Innenring versteiftFett-Lebensdauerschmierung
30% höhere Maschinendrehzahl
Hochgeschwindigkeitsspindellager
12.01.2010FL.67
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0059 - 4
Aufbau einer Spindellagerung mit Kegelrollenlagern
12.01.2010FL.69
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0060 - 6
Aufbau einer Spindellagerung mit Zylinderrollenlagern und Axial-Schrägkugellager
12.01.2010FL.70
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 0061 - 0
Aufbau einer Spindellagerung mit Schrägkugellagern und Zylinderlager
12.01.2010FL.73
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 2934.1 - 1
Hauptspindel
Lagerung
Antriebsleistung 22 kW
Drehzahl max 3000 min
Die Spindel wird radial in zweireihigen
Zylinderrollenlagern, in einem
FAG NN3020ASK.M.SP und einem
FAG NN3016ASK.M.SP, geführt.
Zur axialen Abstützung dient ein
Axial-Schrägkugellager FAG 234420M.SP.
Die Lager werden mit Fett geschmiert.
-1
Technische Daten einer Hauptspindel
12.01.2010FL.75
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 3399 - 5
Basiskennzeichen
.
Zeichen für die Lagerreihe
Nachsetzzeichen
Zeichen für die Lagerbohrung
Vorsetzzeichen: für bestimmte Lagerbestandteile (Ringe, Käfige)
Nachsetzzeichen: für Besonderheiten der inneren Konstruktion, Maßtoleranzen, Laufgenauigkeiten,
Lagerspiel etc.
Einzelheiten sind den Katalogen der Wälzlagerhersteller zu entnehmen.
NU10 32 E
Vorsetzzeichen
Bezeichnung der Wälzlager
12.01.2010FL.81
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
2 - 2602 - 6
Einflussfaktoren auf erreichbare Drehzahlen von Wälzlager in WZM- Spindeln
- Lagerbauart
- Schmierung
- Umbauteile
- Genauigkeit
- Anordnung
- Aufbau
- Lagergröße
Einflussfaktoren
12.01.2010FL.82
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
9 - 2768 - 9
alle 100 mm
Fettschmierung Ölschmierung
Kegelrollenlager
Zylinderrollenlager
Spindellager
Axial-Schrägkugel.
2000
4000
7500
2800
3000
4800
10000
3800
0.3 10
0.48 10
1 10
0,38 10
6
6
6
6
Bohrungs :
Typische Drehzahlen in min-1
12.01.2010FL.83
Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack
Lagergebrauchsdauerist größer
Höchste Drehzahlen,auch bei Fettschmierung
Notlaufeigenschaftensind sehr gut
Niedrige Betriebstemperatur
Beste Oberflächenqualitätund Genauigkeit der
bearbeiteten Werkstücke
Kostengünstige Schmierung
geringe Bruchzähigkeit,geringes plastisches
Deformationvermögen
hoher E-Modulhoher Preis
9 - 2603 - 7
Vorteile
Nachteile
Eigenschaften von Hybridlagern
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