DE3143344A1

DE3143344A1 - Einstellbare lagervorspannung

Info

Publication number: DE3143344A1
Application number: DE19813143344
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 8501 Kalchreuth Wehrfritz
Original assignee: GMN GEORG MUELLER NUERNBERG GmbH
Current assignee: GMN GEORG MUELLER NUERNBERG GmbH
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1983-05-19

Description

Einstellbare Lagervorspannung
Für das Schleifen, Fräsen oder Bohren von Werkstücken auf Bearbeitungsmaschinen werden Spindeln eingesetzt, deren Eigenschaften für die Güte der Werkstücke und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens entscheidend sind.
Die Spindeln werden konstruktiv für einen bestimmten Maschinentyp und eine bestimmte Bearbeitungsaufgabe festgelegt, so daß der wirtschaftliche Einsatzbereich der Maschine durch die Spindeln begrenzt ist. Eine Anpassung erfolgt häufig durch das Auswechseln von Spindeln, wobei jedoch ein gewisser Zeit- und Personalaufwand zum Umrüsten und Einstellen erforderlich ist. Zudem ist nicht immer für jeden Anwendungsfall eine Spindel verfügbar.
Die Eigenschaften der Spindeln sind u.a. abhängig von der Lagergröße, der Lagerart, der Vorspannung der Lager und der Schmierung. Durch die Vorspannung der Lager werden die Steifheit, das Schwingungsverhalten und die maximale Drehzahl einer gegebenen Konstruktion bestimmt, d.h. bei einer ausgeführten Spindel kann durch eine Veränderung der Vorspannung eine gewisse Anpassung an die Bearbeitungsaufgabe erfolgen. Für die Vorspannung der Lager sind verschiedene Systeme eingeführt: 1. Verwendung von abgestimmten Lagereinheiten; dabei sind die Einzellager so abgestimmt, daß beim Einbau der Lagerpaare durch das Zusammenpressen der Planflächen eine vorbestimmte axiale Vorspannung entsteht. Eine Veränderung ist möglich, durch das Auswechseln der Lagergruppen. Dies ist jedoch aufwendi-g und wird normalerweise nicht durchgeführt.
2. Einsatz von Federn zur axialen Vorspannung; dabei werden Einzel lager oder Lagergruppen durch Tellerfedern oder Schraubenfedern axial angestellt.
Eine Veränderung der Vorspannung kann durch Veränderung des Federweges oder durch Verwendung anderer Federabmessungen erfolgen. Auch hier ist ein erheblicher Aufwand notwendig.
3. Einsatz von SteTlbüchsen; dabei werden die Lager über Gewinde angestellt.
Eine manuelle Anpassung ist möglich, wobei die Anpassung der Vorspannung vom Bedienungspersonal abhängt und leicht Fehler gemacht werden, die zum Ausfall der Spindel oder zu Qualitätsminderung der Werkstücke führen können.
4. Die hydrostatische Vorspannung von Lagern erfordert einen verhältnismäßig hohen Aufwand für die Ulversorgung und die Oberwachung. Bei einem Ausfall des Versorgungssystems muß die Spindel schnell stillgesetzt werden, da sonst die Lager ausfallen.
5. Aus der Literatur sind Spindeln bekannt, bei denen die Vorspannung über zweiseitig wirkende Kolben erfolgt. Diese Lagerungen werden vorwiegend zum Test von Lagern verwendet. Die Vorspannung kann durch Beaufschlagen des zweiseitig wirkenden Kolbens mit Drucköl oder Druckluft eingestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spindel system zu entwickeln, bei dem die Vorspannung der Lager ohne großen Aufwand zu verändern ist und eine manuelle oder automatische Anpassung möglich sein soll, wobei die Einstellung von der ,Maschine oder Anlage gesteuert werden kann. Außerdem ist sicherzustellen, daß bei Ausfall der Versorgungseinrichtung die Spindel nicht beschädigt wird.
Die neuentwickelte Einrichtung besteht nun aus einer Führungsbüchse, in die Lager aufgenommen werden, wobei diese Führungsbüchse als Kolben ausgebildet ist. Diese Büchse gleitet in einer Hülse. An der Büchseagreifen Federn an, die in axialer Richtung vorspannen. Die Federkraft ist für den Betriebspunkt der Spindel eingestellt, der eine minimale Vorspannung erfordert (z.B. Leerlauf).
Durch die Veränderung des Druckes eines Luftpolsters auf die Büchse wird die Vorspannung erhöht und der Bearbeitungsaufgabe angepaßt.
Die Luftversorgung erfolgt über ein Druckregelventil, an welchem der Sekundär-Druck verändert werden kann, d.h. unabhängig vom Versorgungsdruck wird der Druck an der Büchse auf den am Ventil eingestellten Wert geregelt.
Aus der Fläche, die die Büchse mit der Hülse bildet, und aus dem Luftdruck ergibt sich die Vorspannkraft. Es ist nun möglich, das Druckregelventil von der Maschine anzusteuern. Als Führungsgröße können hier die Spindeldrehzahl, die Bearbeitungsoperationen (z.B. beim Schleifen - Schruppen, Schlichten, Leerlauf), die Werkzeugdurchbiegung, die Schwingungen, die Stromaufnahme von Antriebsmotoren oder der Schlupf von Motoren verwendet werden.
Die Lebensdauer der Lagerungen ist von der Axialkraft bzw. von der axialen Vorspannung abhängig. Wenn die Vorspannung verändert werden kann, ist es möglich, sie während der Bearbeitung auf die Bearbeitungsoperationen und während des Leerlaufs auf die Lebensdauer der Spindel zu optimieren. Dadurch kann die Gebrauchsdauer der Spindel wesentlich erhöht werden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Maßanpassung beim Einstech- oder Stirnschleifen. Da eine Veränderung der Vorspannung auch eine axiale Verschiebung der Welle bewirkt, kann in engen Grenzen eine sehr feinfühlige axiale Zustellung bzw. Verstellung Uber die Druckluft erfolgen.
Die niedrigste Vorspannung erfolgt über Federn. Dadurch ist sichergestellt, daß die Lager beim Ausfall der Druckluft nicht zerstört werden.
Eine beispielhafte Ausführung der erfingungsgemäßen einstellbaren Lagervorspannung ist in Fig. 1 dargestellt.
In einem Gehäuse 1 ist der Stator 3 des Elektromotors befestigt. Am Gehäuse ist ein Deckel 15 befestigt, der das Festlager 5 aufnimmt. Dieses Lager wird mit den Muttern 6 und 7 im Deckel bzw. auf der Welle 2 fixiert. Auf der Welle istaußerdem der Rotor 4 des Elektromotors befestigt. Im Gehäuse 1 ist eine Büchse 9 verschiebbar eingepaßt. In dieser Büchse sitzt das Loslager 8, über welches die Vorspannkraft auf das Lagersystem aufgebracht wird.
In der Druckkammer, die die Büchse 9 mit dem Gehäuse 1 bildet, sind die Druckfedern 10 für die Sicherheits- oder Grundvorspannung eingesetzt. Die Druckkammer wird durch eine Dichtung 11 abgedichtet und über die Verschraubung 14 und den Kanal 12 mit Druckluft versorgt. Die Kraft, die als Summe der Federkraft und der Kolbenkraft entsteht, wirkt auf das Loslager 8 in der Büchse 9 und gleichzeitig über die Welle 2 auf das Festlager 5.
In Fig. 2 wird schematisch der Steuerungsaufbau gezeigt. Die Büchse mit Gehäuse wirkt als Zylinder, der über ein Druckregelventil mit Luft versorgt wird. Die Ansteuerung des Druckregelventils kann manuell, mit Luft oder elektrisch erfolgen.
Leerseite

Claims

PATENTANSPROCHE ( 1 / Wälzgelagerte Spincel mit Bauteilen zur Einstellung der Vorspannung bzw. der Fnstellkraft oder zur Korrektur der axialen Lage der Spindelwelle, bestehend aus einer Spindelhülse, Spindelwelle, axial vorgespannten Wälzlagern, wobei das vom aufzunehmenden Werkzeug entfernt liegende Wälzlager in einer verschiebbaren Gleitbüchse aufgencmmen ist, und einer Luftversorgung über ein Druckregelventil, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Gleitbüchse (9) mit einer Kolbenringfläche (16) versehen ist, auf die Federn (10) wirken, die die Wälzlager (5) und (8) mit einer Mindestkraft unter ständiger axialer Vorspannung halten, und die gleichzeitig gleichsinnig zur Federkraft mit Druckluft beaufschlagt wird, wobei durch Veränderung des Luftdruckes die Lager (5) und (8) optimal, entsprechend den von der Spindel geforderten Leistungen und Genauigkeiten, axial vorgespannt werden.
2. Einstellbares Vorspannsystem #nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Grund- oder Sicherheitsvorspannung durch Federn (10) erfolgt, damit die Lager (5) und (8) bei Ausfall der Luftversorgung nicht zerstört werden.
3. Einstellbares Vorspannsystem nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Vorspanndruck verändert wird, wobei als Führungsgröße für die Steuerung die Spindeldrehzahl oder die Bearbeitungsoperationen (Leerlauf - Werkzeugeingriff) oder die Werkzeugdurchbiegung oder die Schwingungen oder die Stromaufnahme oder der Schlupf von Motoren oder eine Kombination dieser Größen verwendet werden kann.
4. Einstellbares Vorspannsystem nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) durch Veränderung der Vorspannkraft axial verschoben werden kann und damit in einem engen Bereich eine sehr feinfühlige Zustell-bzw. Einstellbewegung entsprechend der Federkennlinie der Lager (5) und (8) möglich ist.