DE102014208238A1

DE102014208238A1 - Bearing arrangement for a tool spindle and method for adjusting a bearing arrangement for a tool spindle

Info

Publication number: DE102014208238A1
Application number: DE102014208238.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kern-Trautmann
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-11-05

Abstract

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Lageranordnung (1) für eine Werkzeugspindel, mit einer Einrichtung (3) zum Einstellen einer Steifigkeit der Lageranordnung (1) auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel (2).Exemplary embodiments relate to a bearing arrangement (1) for a tool spindle, having a device (3) for setting a rigidity of the bearing arrangement (1) to different operating states of the tool spindle (2).

Description

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Lageranordnung für eine Werkzeugspindel sowie ein Verfahren zum Einstellen einer Lageranordnung für eine Werkzeugspindel. Embodiments relate to a bearing arrangement for a tool spindle and a method for adjusting a bearing arrangement for a tool spindle.

Bei einer Vielzahl von Anwendungen wird ein erstes Bauteil gegenüber einem zweiten Bauteil drehbar gelagert. Bei manchen dieser Anwendungen soll die Relativbewegung zwischen den Bauteilen mit einer möglichst hohen Laufruhe und Genauigkeit erfolgen. Schwingungen, die bei einer Betriebsdrehzahl nahe einer Resonanzdrehzahl oder Eigenfrequenz der Lageranordnung auftreten oder beim Anfahren eines Systems beim Durchlaufen dieser Frequenzen erzeugt werden, können zu einer schlechteren Laufruhe und/oder Genauigkeit führen. In a variety of applications, a first component is rotatably mounted relative to a second component. In some of these applications, the relative movement between the components should be as smooth as possible and accurate. Vibrations that occur at an operating speed close to a resonant speed or natural frequency of the bearing assembly or that are generated when starting a system as it passes through these frequencies can result in poorer smoothness and / or accuracy.

Ein Beispiel für solche Anwendungen kann die Lagerung einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine sein. Viele konventionelle Lagerungen für Werkzeugspindeln werden sehr steif ausgeführt. Dadurch wird versucht, die Lageranordnung als System auszulegen, sodass die Resonanzdrehzahl der Lageranordnung einen möglichst großen Abstand zu der Betriebsdrehzahl des Systems bzw. der Lageranordnung aufweist. Solche hohen Steifigkeiten werden meist durch eine massive Lagerumgebung, große Wellenquerschnitte und/oder hochgenaue Lager realisiert. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die Lagerung selbst sehr aufwendig ist. Auch kann unter Umständen die Schmierung der hochgenauen Lagerung sehr aufwendig sein. An example of such applications may be the mounting of a tool spindle of a machine tool. Many conventional bearings for tool spindles are made very stiff. As a result, it is attempted to design the bearing arrangement as a system, so that the resonance speed of the bearing arrangement has as large a distance as possible from the operating speed of the system or the bearing arrangement. Such high stiffnesses are usually realized by a massive storage environment, large shaft cross sections and / or highly accurate bearings. This can for example lead to the fact that the storage itself is very expensive. Also, under certain circumstances, the lubrication of highly accurate storage can be very expensive.

Es besteht daher ein Bedarf daran, ein Konzept zur Lagerung einer Werkzeugspindel zu verbessern. There is therefore a need to improve a concept for supporting a tool spindle.

Diesem Bedarf tragen eine Lageranordnung für eine Werkzeugspindel nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Einstellen einer Lageranordnung für eine Werkzeugspindel nach Anspruch 10 Rechnung. This requirement is taken into account by a bearing arrangement for a tool spindle according to claim 1 and a method for adjusting a bearing arrangement for a tool spindle according to claim 10.

Ausführungsbeispiele betreffen eine Lageranordnung für eine Werkzeugspindel mit einer Einrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit der Lageranordnung. Dabei kann die Steifigkeit der Einrichtung auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel eingestellt werden. Dadurch, dass die Steifigkeit der Lageranordnung auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel einstellbar ist, kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine Eigenfrequenz oder eine Resonanzdrehzahl der Lageranordnung an eine Erregerfrequenz angepasst oder möglichst weit von dieser beabstandet werden. Embodiments relate to a bearing arrangement for a tool spindle with a device for adjusting a rigidity of the bearing assembly. In this case, the rigidity of the device can be set to different operating states of the tool spindle. Characterized in that the stiffness of the bearing assembly is adjustable to different operating conditions of the tool spindle, in some embodiments, a natural frequency or a resonance speed of the bearing assembly adapted to an exciter frequency or spaced as far as possible from this.

Eine Lageranordnung kann beispielsweise zum beweglichen Lagern von zwei Bauteilen zueinander dienen. Bauteile können zum Beispiel linear oder rotierend zueinander bewegt werden. Um Bauteile relativ zueinander zu bewegen, können ggf. Gleit- und/oder Wälzlager eingesetzt werden. Eventuell kann dazu auch eine Mehrzahl von Lagern in einer Lageranordnung verbaut werden. For example, a bearing assembly may be used to movably support two components. For example, components can be moved linearly or rotationally relative to one another. To move components relative to each other, sliding and / or rolling bearings can be used if necessary. Eventually, a plurality of bearings may be installed in a bearing assembly.

Die Steifigkeit eines Bauteils kann zum Beispiel den Widerstand des Bauteils gegen eine elastische Verformung beschreiben. Diese Verformung kann ggf. durch eine von außen angreifende Kraft oder ein Drehmoment bewirkt werden. Faktoren, von denen die Steifigkeit eines Bauteils abhängen kann, können zum Beispiel der Werkstoff des Bauteils oder dessen Elastizität und/oder eine Geometrie des Bauteils sein. Die Steifigkeit des Bauteils kann beispielsweise von einem E-Modul (von: Elastizitätsmodul) des Werkstoffs und/oder einer Größe und Form der Querschnittsfläche abhängig sein. The stiffness of a component may, for example, describe the resistance of the component to elastic deformation. This deformation may possibly be caused by an externally applied force or torque. Factors on which the rigidity of a component may depend may be, for example, the material of the component or its elasticity and / or a geometry of the component. The rigidity of the component can be dependent, for example, on an E-modulus (of: elastic modulus) of the material and / or a size and shape of the cross-sectional area.

Um die Steifigkeit der Lageranordnung zu verändern oder einzustellen kann in manchen Fällen die Form einer Querschnittsfläche oder die Größe einer Querschnittsfläche verändert werden. Beispielsweise können dazu weitere Bauteile an der Lageranordnung montiert oder befestigt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Elastizität der Lageranordnung verändert werden. Dazu kann zum Beispiel auch eine Verbindung oder Anordnung einzelner Bauteile verändert werden. Mit anderen Worten kann unter Umständen eine Bewegungsmöglichkeit einzelner Bauteile oder Komponenten der Lageranordnung zueinander verkleinert oder vergrößert werden. In order to change or adjust the rigidity of the bearing assembly, in some cases, the shape of a cross-sectional area or the size of a cross-sectional area may be changed. For example, other components can be mounted or attached to the bearing assembly. Additionally or alternatively, the elasticity of the bearing assembly can be changed. For this purpose, for example, a connection or arrangement of individual components can be changed. In other words, under certain circumstances, a possibility of movement of individual components or components of the bearing arrangement can be reduced or increased in relation to one another.

Ferner kann in manchen Fällen auch eine Steifigkeit der Einrichtung zum Einstellen der Steifigkeit selbst einstellbar sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so auf einfache Art und Weise die Steifigkeit der Lageranordnung eingestellt oder verändert werden. Dies könnte dann beispielsweise möglich sein, ohne weitere Bauteile an der Lageranordnung anzuordnen oder die Positionen einzelner Bauteile der Lageranordnung gegenüber anderen Bauteilen der Lageranordnung zu verändern. Um die Steifigkeit der Einrichtung selbst einzustellen, kann die Lageranordnung einen Einsteller aufweisen. Further, in some cases, a rigidity of the means for adjusting the rigidity itself may be adjustable. In some embodiments, the stiffness of the bearing assembly can be adjusted or changed in a simple manner. This could then be possible, for example, without arranging further components on the bearing arrangement or changing the positions of individual components of the bearing arrangement with respect to other components of the bearing arrangement. To adjust the rigidity of the device itself, the bearing assembly may have an adjuster.

Um die Steifigkeit der Einrichtung einstellbar zu gestalten, können eine Vielzahl von Möglichkeiten genutzt werden. Beispielsweise kann die Steifigkeit der Einrichtung oder der Lagereinrichtung in einer Stufe, einer Mehrzahl von Stufen oder stufenlos verstellt werden. Unter Umständen kann die Einrichtung ein Medium aufweisen, das unterschiedliche Aggregatszustände annehmen kann. Mit dem Einsteller kann bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise eine Temperatur, die auf das Medium oder die Einrichtung wirkt, verändert werden. Das Medium kann bei manchen Ausführungsbeispielen seine Elastizität oder Steifigkeit ändern, indem es als Gas, Flüssigkeit und/oder Feststoff vorliegt. Ergänzend oder alternativ kann unter Umständen auch ein Druck des Mediums verändert werden, um die Steifigkeit zu verändern. Bei dem Medium kann es sich zum Beispiel um eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein rieselfähiges Gut handeln, das sich ähnlich zu einem Fluid verhält, wie Sand, Granulat oder dgl. Wenn ein höherer Druck auf das Medium wirkt, kann dieses bei manchen Ausführungsbeispielen eine höhere Steifigkeit aufweisen. Wenn der Druck in dem Medium reduziert wird, kann dieses ggf. eine geringere Steifigkeit aufweisen. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann der Einsteller dann ausgebildet sein, um den Druck des Mediums zu verändern. Dazu kann ggf. eine Menge des Mediums in einem Raum verändert werden. Der Einsteller kann unter Umständen eine Fördereinrichtung sein, mit der die Menge des Mediums in der Einrichtung vergrößert und/oder verkleinert werden kann. Ergänzend oder alternativ kann bei manchen Ausführungsbeispielen auch, um den Druck in dem Medium zu verändern, ein Raumvolumen, in dem sich das Medium befindet, verändert werden.To make the rigidity of the device adjustable, a variety of possibilities can be used. For example, the rigidity of the device or the storage device can be adjusted in one stage, a plurality of stages or continuously. Under certain circumstances, the device may have a medium that can assume different states of aggregation. With the adjuster, in this embodiment, for example, a temperature acting on the medium or the device can be changed. The medium may in some embodiments change its elasticity or rigidity by acting as a gas, Liquid and / or solid is present. Additionally or alternatively, under certain circumstances, a pressure of the medium can be changed in order to change the rigidity. The medium may be, for example, a liquid, gas or free-flowing material that behaves in a manner similar to a fluid, such as sand, granules or the like. When a higher pressure acts on the medium, it may in some embodiments have higher rigidity. If the pressure in the medium is reduced, this may possibly have a lower rigidity. In such embodiments, the adjuster may then be configured to vary the pressure of the medium. For this purpose, if necessary, a quantity of the medium in a room can be changed. Under certain circumstances, the adjuster can be a conveying device with which the amount of medium in the device can be increased and / or reduced. Additionally or alternatively, in some embodiments, to change the pressure in the medium, a volume of space in which the medium is located, be changed.

Ferner kann die Einrichtung als ein Festkörper ausgebildet sein und/oder zumindest einen Festkörper umfassen, dessen Steifigkeit oder Beweglichkeit einstellbar ist. Bei einem solchen Festkörper kann es sich unter Umständen um eine Feder handeln, deren Steifigkeit einstellbar ist. Beispielsweise kann es sich dabei um zumindest eine Stab-, Gas- und/oder Öldruckfeder oder dgl. handeln.Furthermore, the device may be formed as a solid and / or comprise at least one solid whose stiffness or mobility is adjustable. Such a solid may possibly be a spring whose rigidity is adjustable. For example, these may be at least one rod, gas and / or oil pressure spring or the like.

Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Einrichtung ein Medium oder eine Flüssigkeit, deren Viskosität veränderbar ist. Ein Beispiel für eine solche Flüssigkeit ist eine magnetorheologische Flüssigkeit. Da deren Viskosität besonders schnell variiert oder verändert werden kann, könnte eine Steifigkeit der Einrichtung auch ohne große Zeitverschiebung angepasst werden. Die magnetorheologische Flüssigkeit kann zum Beispiel eine Suspension von magnetisch polarisierbaren Teilchen oder Partikeln umfassen, die in einer Trägerflüssigkeit fein verteilt sind. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln ein Ferromagnetisches Material, Eisenpulver oder Carboneisenpulver handeln. In some other embodiments, the device comprises a medium or a liquid whose viscosity is variable. An example of such a liquid is a magnetorheological fluid. Since their viscosity can be varied or changed very quickly, a rigidity of the device could also be adapted without a large time shift. The magnetorheological fluid may comprise, for example, a suspension of magnetically polarisable particles or particles dispersed in a carrier fluid. For example, the particles may be a ferromagnetic material, iron powder or carbon iron powder.

Zur Aufnahme der beschriebenen Medien kann die Einrichtung beispielsweise eine Kammer oder einen Raum umfassen. So kann bei manchen Ausführungsbeispielen sichergestellt werden, dass das Medium an einem definierten Ort gehalten wird. Die Kammer kann in manchen Fällen von Wänden begrenzt sein. Unter Umständen stützt sich die Einrichtung mit diesen Wänden gegenüber anderen Bauteilen der Lageranordnung ab oder steht mit diesen in Kontakt. For receiving the described media, the device may comprise, for example, a chamber or a room. Thus, in some embodiments, it can be ensured that the medium is held at a defined location. The chamber may in some cases be bounded by walls. Under certain circumstances, the device is supported by these walls with respect to other components of the bearing assembly or is in contact with these.

Bei Ausführungsbeispielen bei denen die Einrichtung die magnetorheologische Flüssigkeit umfasst, kann der Einsteller beispielsweise einen Elektromagneten umfassen. Auf einfache Art und Weise könnte so ein Magnetfeld erzeugt oder verändert werden, das auf die magnetorheologische Flüssigkeit wirkt. Deren Steifigkeit oder Viskosität kann dann erheblich variiert und so die Gesamtsteifigkeit der Lageranordnung bzw. des Systems gezielt beeinflusst werden. Ergänzend oder alternativ umfasst der Einsteller bei manchen Ausführungsbeispielen zumindest einen Permanentmagneten. So können bei manchen Ausführungsbeispielen die Notlaufeigenschaften der Lageranordnung sichergestellt oder zumindest verbessert werden. Im Falle eines plötzlichen Stromausfalls könnte das Magnetfeld mittels des zumindest einen Permanentmagneten trotzdem erhalten werden. Beispielsweise können die Permanentmagneten dazu mittels einer mechanischen Einrichtung in den Bereich der magnetorheologischen Flüssigkeit gebracht und/oder auch wieder aus diesem entfernt werden. Eine mechanische Einrichtung kann zum Beispiel eine Schwenkeinrichtung, eine Linearführung mit oder ohne Antrieb oder dgl. sein.For example, in embodiments where the device comprises the magnetorheological fluid, the adjuster may include an electromagnet. In a simple way, such a magnetic field could be generated or changed, which acts on the magnetorheological fluid. Their stiffness or viscosity can then be varied considerably and thus the overall rigidity of the bearing arrangement or of the system can be influenced in a targeted manner. Additionally or alternatively, the adjuster comprises in some embodiments, at least one permanent magnet. Thus, in some embodiments, the emergency running properties of the bearing assembly can be ensured or at least improved. In the case of a sudden power failure, the magnetic field could still be obtained by means of the at least one permanent magnet. For example, the permanent magnets can be brought by means of a mechanical device in the area of the magnetorheological fluid and / or also removed from this again. A mechanical device may for example be a pivoting device, a linear guide with or without a drive or the like.

Ergänzend oder alternativ wird bei manchen Ausführungsbeispielen ein Elektromagnet eingesetzte, der eine hohe Remanenz aufweist. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann so beispielsweise ein Energieverbrauch des Systems reduziert werden. Ein Elektromagnet mit einer hohen Remanenz oder Restmagnetisierung kann zum Beispiel seine magnetische Eigenschaft noch weitere behalten, auch wenn kein Strom mehr durch den Leiter fließt. Additionally or alternatively, in some embodiments, an electromagnet is used which has a high remanence. In some embodiments, for example, a power consumption of the system can be reduced. An electromagnet with a high remanence or residual magnetization can, for example, retain its magnetic property even if no current flows through the conductor.

Bei manchen Ausführungsbeispielen wird mit dem Einstellen der Steifigkeit der Lageranordnung oder der Einrichtung selbst bewirkt, dass sich eine Eigenfrequenz der Lageranordnung von der Frequenz der Erregung durch einen aktuellen Betriebszustand unterscheidet. Dadurch könnte beispielsweise vermieden werden, dass die Werkzeugspindel oder die Lageranordnung in einem Betriebszustand betrieben wird, der einer Eigenfrequenz der Lageranordnung entspricht. So könnte evtl. ein Aufschwingen des Systems vermieden werden und eine damit einhergehende verschlechterte Laufruhe und/oder Laufgenauigkeit. In some embodiments, adjusting the stiffness of the bearing assembly or the device itself causes a natural frequency of the bearing assembly to differ from the frequency of the energization by a current operating condition. This could be avoided, for example, that the tool spindle or the bearing assembly is operated in an operating condition corresponding to a natural frequency of the bearing assembly. So possibly a swinging of the system could be avoided and a concomitant deteriorated smoothness and / or running accuracy.

Ein Betriebszustand der Lageranordnung oder der Werkzeugspindel kann dabei ggf. von einem mit der Werkzeug- oder Maschinenspindel verbundenen Werkzeug, einem Zustand des Werkzeugs, einem Zustand der Lagerung selbst, einer Art des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder einer Drehzahl der Werkzeugspindel abhängig sein. Der Zustand des Werkzeugs kann unter Umständen von einem Verschleiß, einem Bruch, Abnutzungsgrad oder dgl. abhängig sein. Die Drehzahl kann beispielsweise einen maßgeblichen Einfluss auf die Anregung des Systems haben. Deshalb kann in manchen Fällen ein Einstellen der Steifigkeit in Abhängigkeit einer Drehzahl der Werkzeugspindel geeignet sein, um das Aufschwingen des Systems zu verhindern. Ferner kann die Drehzahl der Werkzeugspindel auch einer der Einflussfaktoren sein, die sich innerhalb kürzester Zeit am schnellsten ändern. An operating state of the bearing arrangement or of the tool spindle may possibly be dependent on a tool connected to the tool or machine spindle, a state of the tool, a state of the bearing itself, a type of workpiece to be machined and / or a rotational speed of the tool spindle. The condition of the tool may be dependent on wear, breakage, degree of wear or the like. The speed, for example, can have a significant influence on the excitation of the system. Therefore, in some cases, adjusting the stiffness depending on a speed of the tool spindle to prevent the swinging of the system. Furthermore, the speed of the tool spindle can also be one of the influencing factors that change fastest within a very short time.

Zur Anpassung an die sich ändernden Betriebszustände kann die Lageranordnung einen geschlossenen Regelkreis umfassen. Dazu könnte die Steifigkeit automatisch in Abhängigkeit eines erfassten Betriebszustands geregelt werden. Beispielsweise können zum Erfassen des Betriebszustands, Betriebs- und/oder Prozessparameter der Lageranordnung erfasst oder gemessenen werden. Solche Betriebsparameter können zum Beispiel eine Drehzahl, ein Vorschub, eine Schwingungsamplitude oder ein Geräusch sein, das sich bei dem Betrieb der Lageranordnung ergibt und/oder dgl. Dadurch könnte beispielsweise aktiv auf aktuelle Prozessparameter reagiert werden. To adapt to the changing operating conditions, the bearing assembly may include a closed loop. For this purpose, the stiffness could be regulated automatically as a function of a detected operating state. For example, for detecting the operating state, operating and / or process parameters of the bearing arrangement can be detected or measured. Such operating parameters may be, for example, a rotational speed, a feed, a vibration amplitude or a noise that results during the operation of the bearing arrangement and / or the like. This could, for example, actively respond to current process parameters.

Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen ist die Werkzeugspindel mit einem Lager gegenüber einem Gehäuse drehbar gelagert. Bei manchen dieser Ausführungsbeispiele ist die Einrichtung in radialer Richtung zumindest abschnittsweise zwischen dem Gehäuse und dem Lager angeordnet. So könnte die Steifigkeit der Lageranordnung besonders effektiv verändert werden. In some other embodiments, the tool spindle is rotatably mounted with a bearing relative to a housing. In some of these embodiments, the device is arranged in the radial direction at least in sections between the housing and the bearing. Thus, the rigidity of the bearing assembly could be changed particularly effective.

Ergänzend oder alternativ entspricht bei manchen Ausführungsbeispielen eine axiale Ausdehnung der Einrichtung im Wesentlichen einer axialen Ausdehnung des Lagers, das die Werkzeugspindel drehbar gegenüber dem Gehäuse lagert. Mit anderen Worten kann beispielsweise ein Außenring des Lagers an der Einrichtung aufgenommen, befestigt oder mit dieser in Kontakt sein. Ein Bauraum, den die Einrichtung benötigt, kann bei manchen Ausführungsbeispielen so minimiert werden.Additionally or alternatively, in some embodiments, an axial extent of the device substantially corresponds to an axial extent of the bearing that rotatably supports the tool spindle with respect to the housing. In other words, for example, an outer ring of the bearing can be received, fixed or in contact with the device. A space required by the device can be minimized in some embodiments.

Der Einsteller kann beispielsweise in axialer Richtung neben der Einrichtung angeordnet sein. Dadurch könnte, besonders in Fällen, bei denen der Einsteller ein Magnetfeld erzeugt, das auf die Einrichtung oder deren magnetorheologische Flüssigkeit wirkt, ermöglicht werden, dass sich die Einrichtung in dem Wirkbereich des Einstellers befindet. The adjuster can be arranged, for example, in the axial direction next to the device. Thereby, especially in cases where the adjuster generates a magnetic field acting on the device or its magnetorheological fluid, it could be allowed for the device to be within the range of action of the adjuster.

Ausführungsbeispiele gemäß einem weiteren Aspekt betreffen ein Verfahren zum Einstellen einer Lageranordnung für eine Werkzeugspindel. Bei dem Verfahren wird eine Steifigkeit der Lageranordnung auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel eingestellt. Embodiments according to a further aspect relate to a method for adjusting a bearing arrangement for a tool spindle. In the method, a stiffness of the bearing assembly is set to different operating states of the tool spindle.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Further advantageous embodiments will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings, to which exemplary embodiments are not restricted.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer geschnittenen Ansicht einer Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 shows a schematic representation of a sectional view of a bearing assembly according to an embodiment;

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Diagramms in dem eine Schwingungsamplitude gegenüber Drehzahlen einer Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel aufgetragen ist; 2 shows a schematic representation of a diagram in which a vibration amplitude is plotted against rotational speeds of a bearing assembly according to an embodiment;

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Einstellen einer Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3 shows a schematic representation of a method for adjusting a bearing assembly according to an embodiment.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.In the following description of the accompanying drawings, like reference characters designate like or similar components. Further, summary reference numbers are used for components and objects that occur multiple times in one embodiment or in one representation, but are described together in terms of one or more features. Components or objects which are described by the same or by the same reference numerals may be the same, but possibly also different, in terms of individual, several or all features, for example their dimensions, unless otherwise explicitly or implicitly stated in the description.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer geschnittenen Ansicht einer Lageranordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 1 shows a schematic representation of a sectional view of a bearing assembly 1 according to an embodiment.

Die Lageranordnung 1 für eine Werkzeugspindel 2 umfasst eine Einrichtung 3 zum Einstellen einer Steifigkeit der Lageranordnung 1. Mit der Einrichtung 3 kann die Steifigkeit der Lageranordnung 1 auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel 3 eingestellt werden. The bearing arrangement 1 for a tool spindle 2 includes a device 3 for adjusting a rigidity of the bearing assembly 1 , With the device 3 can the rigidity of the bearing assembly 1 to different operating states of the tool spindle 3 be set.

Die Genauigkeit und Effizienz von Werkzeugmaschinen kann zum großen Teil durch eine Genauigkeit und/oder Laufruhe einer Maschinenspindeln oder der Werkzeugspindel 2 bestimmt werden. Anforderungen, die an die Werkzeugspindel 2 oder deren Lagerung gestellt werden sind also eine große Laufruhe und hohe Genauigkeit in allen Betriebszuständen, also auch für unterschiedliche Drehzahlen und Drehgeschwindigkeiten.The accuracy and efficiency of machine tools can be largely due to the accuracy and / or smoothness of a machine spindle or tool spindle 2 be determined. Requirements related to the tool spindle 2 or their storage are provided so are a great smoothness and high accuracy in all operating conditions, including for different speeds and rotational speeds.

Die Werkzeugspindel 2 kann beispielsweise mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Drehzahlen mit denen die Werkzeugspindel 2 betrieben wird, sind in vielen Fällen von einer Baugröße der Werkzeugspindel 2 und/oder deren Lager 6 abhängig. Für die Werkzeugspindel 2 kann in manchen Fällen eine von einer Baugröße der Werkzeugspindel 2 oder den Lager 6 abhängige Relativdrehzahl ndm, die z.B. 2 000 000 (U·mm)/min beträgt, angegeben werden. Die Relativdrehzahl ndm kann zum Beispiel aus einem Produkt einer Anzahl der Umdrehungen pro Minute und einem mittleren Durchmesser der Lagerung ermittelt werden. Um den mittleren Durchmesser der Lagerung zu erhalten, wird der Außendurchmesser der Außenrings zu dem Innendurchmesser der Innenrings addiert und dann die Summe durch zwei geteilt. Für viele typische Bearbeitungsvorgänge wird die Werkzeugspindel 2 mit einer Betriebsdrehzahl zwischen 16 200 U/min 16 600 U/min, betrieben. Deshalb können auf eine Lagerung oder die Lageranordnung 1 sehr hohe Kräfte wirken. Schwingungen, die bei einem Durchlaufen oder in einem Betrieb nahe der Resonanzdrehzahl auftreten, können bei manchen Ausführungsbeispielen zu erheblichen Problemen führen. Die Resonanzdrehzahl kann beispielsweise eine Drehzahl sein, deren Frequenz mit der Eigenfrequenz der Lageranordnung 1 oder des Systems übereinstimmt. Als Eigenfrequenz eines Systems kann eine Frequenz bezeichnet werden, mit der das System nach einmaliger Anregung schwingen kann. Ein Betrieb der Lageranordnung 1 mit oder nahe der Resonanzdrehzahl kann also zu einem Aufschwingen des Systems oder der Lageranordnung führen. The tool spindle 2 For example, it can be operated at different speeds. Speeds with which the tool spindle 2 are operated, are in many cases of a size of the tool spindle 2 and / or their bearings 6 dependent. For the tool spindle 2 can in some Cases one of a size of the tool spindle 2 or the warehouse 6 dependent relative speed ndm, which is, for example, 2,000,000 (U · mm) / min. The relative rotational speed ndm can be determined, for example, from a product of a number of revolutions per minute and an average diameter of the bearing. In order to obtain the mean diameter of the bearing, the outer diameter of the outer ring is added to the inner diameter of the inner ring and then the sum divided by two. For many typical machining operations, the tool spindle becomes 2 operated at an operating speed between 16 200 U / min 16 600 U / min. Therefore, on a storage or the bearing assembly 1 very high forces act. Vibrations that occur in a run or in an operation near the resonance speed can lead to significant problems in some embodiments. The resonance speed may, for example, be a speed whose frequency coincides with the natural frequency of the bearing arrangement 1 or the system. The natural frequency of a system can be defined as a frequency with which the system can oscillate after a single excitation. An operation of the bearing assembly 1 with or near the resonance speed can thus lead to a swinging of the system or the bearing assembly.

Ein Betriebszustand kann zum Beispiel durch eine Drehzahl, ein Werkzeug, eine Bearbeitungsart, ein Werkstück, eine Montage, eine Revision, ein zu bearbeitendes Werkstück und/oder dgl. vorgegeben oder zumindest beeinflusst sein.An operating state may be predetermined or at least influenced by, for example, a rotational speed, a tool, a machining method, a workpiece, an assembly, a revision, a workpiece to be machined and / or the like.

Bei konventionellen Lageranordnungen für Werkzeugspindeln wird deshalb oft versucht, die kritische Drehzahl durch Erhöhung der Steifigkeit der Lageranordnung nach oben zu verschieben, um einen ausreichend großen Abstand zu einer Betriebsdrehzahl zu erzielen. Dazu erfolgt eine Auslegung meist mit Orientierung an einer bestimmten Betriebsdrehzahl mit der die Werkzeugspindel häufig oder üblicherweise betrieben wird. Die hohe Gesamtsteifigkeit wird bei einer konventionellen Lagerung häufig durch eine Anzahl der verwendeten Lager, eine sehr massive Lagerumgebung, beispielsweise ein Gehäuse, große Wellenquerschnitte und/oder hochgenaue Lager realisiert. Mit anderen Worten werden konventionelle Lageranordnungen für Werkzeugspindeln oft überdimensioniert ausgeführt. In conventional bearing arrangements for tool spindles, therefore, it is often attempted to shift the critical speed upwards by increasing the rigidity of the bearing arrangement in order to achieve a sufficiently large distance to an operating speed. For this purpose, a design usually takes place with orientation at a certain operating speed with which the tool spindle is frequently or usually operated. The high overall stiffness is often realized in a conventional storage by a number of bearings used, a very massive storage environment, such as a housing, large shaft cross-sections and / or high-precision bearings. In other words, conventional bearing arrangements for tool spindles are often made oversized.

Gegenüber konventionellen Lageranordnungen für Werkzeugspindeln, kann mit der Lageranordnung 1 dadurch, dass sich die Steifigkeit der Lageranordnung 1 auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel 2 einstellen lässt, ermöglicht werden, dass das System so eingestellt werden kann, dass die Resonanzdrehzahl oder kritische Drehzahl von einer aktuellen Betriebsdrehzahl weit genug entfernt ist. Die Gesamtsteifigkeit der Lageranordnung 1 kann also während eines Betriebs verändert werden. Dadurch können bei der Konstruktion oder Auslegung der Lageranordnung 1 enge Toleranzen, besonders in Bezug auf Passungen, Vorspannungen und/oder Lagerluft vermieden werden. Ferner könnte der Austausch von Komponenten, der zu einer veränderten Resonanzfrequenz führen kann, durch die Einstellung der Steifigkeit kompensiert werden. Dadurch kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine Revision, ein Einbau oder ein Austausch von einzelnen Komponenten der Lageranordnung, zum Beispiel der Lager selbst, vereinfacht werden. Wenn etwa in einem dieser Fälle ein Lager mit einer anderen Lagerluft eingesetzte wird, kann eine dadurch veränderte kritische Drehzahl des Systems durch Einstellen der Steifigkeit der Lageranordnung ausgeglichen werden. Compared to conventional bearing arrangements for tool spindles, can with the bearing assembly 1 in that the stiffness of the bearing assembly 1 to different operating states of the tool spindle 2 allows the system to be tuned so that the resonance speed or critical speed is far enough away from a current operating speed. The overall rigidity of the bearing assembly 1 can therefore be changed during operation. As a result, in the construction or design of the bearing assembly 1 narrow tolerances, especially in terms of fits, preloads and / or internal clearance can be avoided. Furthermore, the replacement of components, which can lead to a changed resonant frequency, could be compensated by the adjustment of the rigidity. As a result, in some embodiments, a revision, installation or replacement of individual components of the bearing assembly, for example, the bearing itself, be simplified. For example, if a bearing is used with another bearing clearance in one of these cases, a critical system speed changed thereby can be compensated for by adjusting the rigidity of the bearing assembly.

Auch könnte dadurch, dass sich die Steifigkeit einstellen lässt, auf sich verändernde Unwuchtkräfte der Lageranordnung oder des Systems, die sich beispielsweise durch unterschiedliche Werkzeuge oder Anbackungen an dem Werkzeug ergeben können, reagiert werden. Also, by allowing the stiffness to be adjusted, it could be responded to changing imbalance forces of the bearing assembly or system, which may arise, for example, from different tools or caking on the tool.

Weil die Lageranordnung 1 nach dem Ausführungsbeispiel mit höheren Toleranzen ausgelegt werden kann als konventionelle Lageranordnungen, kann sich unter Umständen, die Fertigung, Montage, Schmierung und/oder dgl. gegenüber konventionellen Systemen vereinfachen. Because the bearing assembly 1 According to the embodiment can be designed with higher tolerances than conventional bearing assemblies, may under certain circumstances, simplify manufacturing, assembly, lubrication and / or the like. Compared with conventional systems.

Optional umfasst die Lageranordnung 1 bei dem Ausführungsbeispiel der 1 einen Einsteller 4, mit dem die Steifigkeit der Einrichtung 3 selbst einstellbar ist. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Einrichtung 3 als Ring ausgebildet. Ferner umfasst die Einrichtung 3 eine magnetorheologische Flüssigkeit (MRF), deren Viskosität durch den Einfluss eines Magnetfelds veränderbar ist. Das Magnetfeld wird von dem Einsteller 3 erzeugt und/oder verändert. Optionally, the bearing assembly comprises 1 in the embodiment of the 1 an adjuster 4 with which the rigidity of the device 3 self adjustable. In the embodiment of the 1 is the device 3 designed as a ring. Furthermore, the device includes 3 a magnetorheological fluid (MRF) whose viscosity is variable by the influence of a magnetic field. The magnetic field is from the adjuster 3 generated and / or changed.

Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Einsteller ausgebildet sein, um eine Temperatur, einen Druck, eine Masse und/oder dgl. des Mediums der Einrichtung zu verändern. Dazu kann der Einsteller zum Beispiel als Heizung, Fördereinrichtung oder ähnliches ausgebildet sein.In some other embodiments, not shown, the adjuster may be configured to vary a temperature, a pressure, a mass and / or the like of the medium of the device. For this purpose, the adjuster can be designed, for example, as a heater, conveyor or the like.

Zur Aufnahme der magnetorheologischen Flüssigkeit umfasst die Einrichtung 3 eine nicht dargestellte Kammer. Mit anderen Worten ist die Einrichtung 3 als ringförmiges Bauteil mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet. To accommodate the magnetorheological fluid includes the device 3 a chamber, not shown. In other words, the device is 3 designed as a ring-shaped component with a magnetorheological fluid.

Die Einrichtung 3 ist in radialer Richtung zwischen einem Gehäuse 5 und der Werkzeugspindel 2 angeordnet. Die Werkzeugspindel 2 ist als Welle ausgebildet, an der eine nicht dargestellte Werkzeugaufnahme befestigt sein kann. Mit einem Lager 6 ist die Werkzeugspindel 2 gegenüber dem Gehäuse 5 drehbar gelagert. Bei dem Lager 6 handelt es sich um das werkzeugseitige Lager der Werkzeugspindel 2. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Einrichtung 3 in radialer Richtung zwischen dem Gehäuse 5 und dem Lager 6 angeordnet. In axialer Richtung ist die Einrichtung 3 innerhalb einer axialen Ausdehnung des Lagers 6 angeordnet und weist eine axiale Ausdehnung auf, die einer axialen Ausdehnung des Lagers 6 entspricht. The device 3 is in the radial direction between a housing 5 and the tool spindle 2 arranged. The tool spindle 2 is designed as a shaft to which a tool holder, not shown, can be attached. With a warehouse 6 is the tool spindle 2 opposite the housing 5 rotatably mounted. At the warehouse 6 it is the tool-side bearing of the tool spindle 2 , In the embodiment of the 1 is the device 3 in the radial direction between the housing 5 and the camp 6 arranged. In the axial direction is the device 3 within an axial extent of the bearing 6 arranged and has an axial extent, the axial extent of the bearing 6 equivalent.

Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Einrichtung in axialer Richtung auch kürzer oder länger als eine axiale Ausdehnung der Lager ausgebildet sein. In some other embodiments, not shown, the device may also be designed to be shorter or longer than an axial extent of the bearings in the axial direction.

Das Lager 6 umfasst ein erstes Schrägkugellager 6-a und ein zweites Schrägkugellager 6-b. Ein Innenring 7 des Schrägkugellagers 6-a stößt dabei in axialer Richtung an einen Absatz 8 der Werkzeugspindel 2. Ein Außenring 9 des Schrägkugellagers 6-b liegt in axial entgegengesetzter Richtung an einem Absatz 10 des Gehäuses 5 an. Die Lager 6-a und 6-b sind jeweils mit ihren Außenringen an einer nach radial innen gerichteten Umfangsfläche der Einrichtung 3 angeordnet. The warehouse 6 includes a first angular contact ball bearing 6-a and a second angular contact ball bearing 6-b , An inner ring 7 of angular contact ball bearing 6-a pushes in the axial direction of a paragraph 8th the tool spindle 2 , An outer ring 9 of angular contact ball bearing 6-b lies in an axially opposite direction on a paragraph 10 of the housing 5 at. Camps 6-a and 6-b are each with their outer rings on a radially inwardly directed peripheral surface of the device 3 arranged.

Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Werkzeugspindel gegenüber einem Gehäuse nur mit einem Lager, einer anderen Kombination von Wälzlagern, zumindest einem Gleitlager oder einer Kombination aus zumindest einem Wälz- und zumindest einem Gleitlager gelagert sein.In some other embodiments, not shown, the tool spindle can be mounted relative to a housing with only one bearing, another combination of rolling bearings, at least one sliding bearing or a combination of at least one rolling and at least one sliding bearing.

Das Gehäuse 5 ist in axialer Richtung mit einem Deckel 11 verschlossen, der ggf. als Dichtung wirken kann. So könnte verhindert oder zumindest vermieden werden, dass Schmutz in das Lager 6 eindringt. Zum Verändern der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit der Einrichtung 3 erzeugt der Einsteller 4 ein Magnetfeld. Dazu umfasst der Einsteller 4 bei dem Ausführungsbeispiel der 1 einen Magneten 12 und einen Magneten 13. Der Magnet 12 ist in axialer Richtung neben der Einrichtung 3 angeordnet, sodass er mit der Einrichtung 3 in Kontakt steht und eine in die axiale Richtung gerichtete Stirnkante 14 der Einrichtung 3 berührt. Der Magnet 12 ist ebenfalls als ringförmiges Bauteil ausgebildet. Analog ist der Magnet 13 auf einer dem Magneten 12 in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Einrichtung 3 angeordnet. Auch der Magnet 13 ist als ringförmiges Bauteil ausgebildet. Der Magnet 13 ist so an der Einrichtung 3 angeordnet, dass er deren in axialer Richtung gerichtete Stirnseite 15 berührt. In radialer Richtung weisen die Magnete 12 und 13 jeweils eine Ausdehnung auf, die der radialen Ausdehnung der Einrichtung 3 entspricht. The housing 5 is in the axial direction with a lid 11 closed, which may possibly act as a seal. This could prevent or at least prevent dirt from entering the bearing 6 penetrates. To change the viscosity of the magnetorheological fluid of the device 3 the adjuster generates 4 a magnetic field. This includes the adjuster 4 in the embodiment of the 1 a magnet 12 and a magnet 13 , The magnet 12 is in the axial direction next to the device 3 arranged so that he with the device 3 is in contact and a directed in the axial direction end edge 14 the device 3 touched. The magnet 12 is also formed as an annular member. Analog is the magnet 13 on a the magnet 12 in the axial direction opposite side of the device 3 arranged. Also the magnet 13 is designed as an annular component. The magnet 13 is so at the facility 3 arranged that he their directed in the axial direction end face 15 touched. In the radial direction, the magnets 12 and 13 in each case an extension, that of the radial extent of the device 3 equivalent.

Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Einsteller oder die Magnete auch in axialer Richtung beabstandet von der Einrichtung angeordnet sein. Ferner können bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen die Magnete oder der Einsteller nicht ringförmig ausgebildet sein. Beispielsweise können die Magnete nur abschnittsweise in Umfangsrichtung entlang der Einrichtung angeordnet sein. Ferner können die Magnete oder der Einsteller in radialer Richtung eine andere Ausdehnung als die Einrichtung aufweisen. Beispielsweise kann der Einsteller oder können die Magnete in dem Bereich der Einrichtung angeordnet sein, sodass ein Magnetfeld erzeugt werden kann, das auf die Einrichtung wirkt.In some other embodiments, not shown, the adjuster or the magnets can also be arranged in the axial direction spaced from the device. Further, in some other, not shown embodiments, the magnets or the adjuster may not be annular. For example, the magnets may be arranged only partially in the circumferential direction along the device. Furthermore, the magnets or the adjuster can have a different extent in the radial direction than the device. For example, the adjuster or magnets may be disposed in the region of the device so that a magnetic field acting on the device may be generated.

Bei den Magneten 12 und 13 handelt es sich um Elektromagneten. So kann das Magnetfeld, das auf die Einrichtung 3 wirkt, auf einfache Art und Weise eingestellt werden. Dadurch kann eine mehrstufige oder sogar stufenlose Regelung der Steifigkeit der Einrichtung 3 bzw. der Lageranordnung 1 möglich sein. Zum Erhalt von Notlaufeigenschaften, beispielsweise bei einem plötzlichen Stromausfall, kann das mittels der Magnete 12 und 13 erzeugte Magnetfeld durch nicht dargestellte Permanentmagnete ergänzt sein. Dazu können beispielsweise nicht dargestellte Permanentmagnete in dem Bereich der Einrichtung 3 angeordnet sein oder werden. With the magnets 12 and 13 are electromagnets. So can the magnetic field on the device 3 works, be adjusted in a simple way. This allows a multi-stage or even stepless control of the rigidity of the device 3 or the bearing assembly 1 to be possible. To obtain emergency running properties, for example in the event of a sudden power failure, this can be done by means of the magnets 12 and 13 generated magnetic field to be supplemented by permanent magnets, not shown. For this purpose, for example, not shown permanent magnets in the region of the device 3 be arranged or become.

Ergänzend oder alternativ kann bei manchen Ausführungsbeispielen ein sogenanntes semiaktives System eingesetzt werden. Bei diesem semi-aktiven System kann die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit in der Einrichtung 3 beispielsweise durch einen Quasi-Permanentmagneten bestimmt werden. Der Quasi-Permanentmagnet kann als Elektromagnete mit einer hohen Remanenz ausgebildet sein. So könnte das Magnetfeld und/oder ein Zustand der Einrichtung ggf. auch ohne permanente Stromversorgung aufrechterhalten werden.Additionally or alternatively, in some embodiments, a so-called semi-active system can be used. In this semi-active system, the viscosity of the magnetorheological fluid in the device 3 be determined for example by a quasi-permanent magnet. The quasi-permanent magnet can be designed as electromagnets with a high remanence. Thus, the magnetic field and / or a state of the device could possibly be maintained even without permanent power supply.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Diagramms in dem eine Schwingungsamplitude gegenüber Drehzahlen der Lageranordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel aufgetragen ist. 2 shows a schematic representation of a diagram in which a vibration amplitude with respect to rotational speeds of the bearing assembly 1 is applied according to an embodiment.

Bei dem in 2 gezeigten Diagramm ist entlang einer x-Achse eine Drehzahl der Werkzeugspindel 2 gegenüber einer entlang einer y-Achse eingetragenen Amplitude der Schwingung der Werkzeugspindel 2 aufgetragen. Das Diagramm der 2 gibt einen Überblick über das Dämpfungsverhalten einer sogenannten MRF-Lagerung (Abk. von: magnetorheologischen Flüssigkeits-Lagerung) oder eine magnetorheologische Dämpfung der Werkzeugspindel 2. Bei dem Ausführungsbeispiel der Lageranordnung 1 mit der Werkzeugspindel 2 für die das Diagramm der 2 erstellt wurde, ist als eine Kurve 17 eine Betriebsdrehzahl eingezeichnet. Die Betriebsdrehzahl 17 liegt zwischen 16 200 U/min und 16 600 U/min. At the in 2 The diagram shown is along an x-axis, a speed of the tool spindle 2 against a recorded along a y-axis amplitude of the vibration of the tool spindle 2 applied. The diagram of 2 gives an overview of the damping behavior of a so-called MRF storage (abbreviation of: magnetorheological fluid storage) or a magnetorheological damping of the tool spindle 2 , In the embodiment of the bearing arrangement 1 with the tool spindle 2 for which the diagram of 2 was created is as a curve 17 an operating speed drawn. The operating speed 17 is between 16 200 rpm and 16 600 rpm.

Als Kurve 20 sind Messwerte in das Diagramm eingetragen, die sich für die Lageranordnung 1 ergeben. Die Schwingungsamplitude der Lageranordnung 1 wird durch eine aktive Veränderung der Steifigkeit oder der Viskosität der Einrichtung 3 oder der magnetorheologischen Flüssigkeit in der Einrichtung 3 abgeschwächt. Somit wird das Aufschwingen des Systems oder der Lageranordnung 1 verhindert oder zumindest vermieden. Innerhalb kürzester Zeit kann die Steifigkeit des Gesamtsystems der Lageranordnung 1 an sich verändernde Betriebszahlen oder Drehzahlen angepasst werden. So können die kritischen Frequenzbereiche der Lageranordnung verschoben werden. As a curve 20 Measured values are entered in the diagram that are suitable for the bearing arrangement 1 result. The vibration amplitude of the bearing assembly 1 is achieved by actively changing the stiffness or viscosity of the device 3 or the magnetorheological fluid in the device 3 weakened. Thus, the swing of the system or the bearing assembly 1 prevented or at least avoided. Within a short time, the rigidity of the entire system of the bearing assembly 1 adapted to changing operating numbers or speeds. Thus, the critical frequency ranges of the bearing assembly can be moved.

Durch eine aktive dämpfende Lagerung kann der Resonanzbereich aktiv verstellt werden. Die Änderung der Steifigkeit bzw. Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit kann sehr schnell erfolgen, sodass die Schwingungsamplitude bei der Resonanzdurchfahrt unter Umständen kaum oder nur sehr kurz erhöht wird.Through an active damping storage, the resonance range can be actively adjusted. The change in the stiffness or viscosity of the magnetorheological fluid can be done very quickly, so that under certain circumstances, the oscillation amplitude in the resonance passage is hardly or only very briefly increased.

Beispielsweise kann die Einstellung der Steifigkeit über einen Regel- oder Steueralgorithmus vorgenommen werden. So kann ggf. beim Anfahren der Lageranordnung oder der Anlage die Einrichtung 3 angesteuert werden, sodass das System eine hohe Gesamtsteifigkeit aufweist. Ein möglicher kritischer Resonanzbereich ist dann weit von der aktuellen Drehzahl beim Anfahren entfernt. Der Resonanzbereich der Lageranordnung 1 befindet sich in dem mit 19 gekennzeichneten Ausschlag der Kurve 20. Eine Anregung würde demnach bei Drehzahlen zwischen 14 600 U/min und 16 600 U/min erfolgen. Während des Anfahrvorgangs werden diese Drehzahlen nicht erreicht. Wenn sich die Drehzahl der Werkzeugspindel 2 diesem Resonanzbereich der Lageranordnung 1 nähert, wird das System durch eine entsprechende Einstellung der Einrichtung 3 auf weich geschaltet. Der neu kritische Frequenzbereich bzw. die Resonanzfrequenz der Lageranordnung 1 liegt dann in einem Drehzahlbereich weit unterhalb der aktuellen Drehzahl. Die aktuelle kritische Drehzahl liegt in einem Bereich zwischen 7 000 U/min und 9 000 U/min wie in dem Ausschlag 18 der Kurve 20 erkennbar, während die Werkzeugspindel 2 mit der Betriebsdrehzahl zwischen 16 200 U/min und 16 600 U/min der Kurve 17 betrieben wird. Da mit der Einrichtung 3 die Viskosität und/oder Steifigkeit der Lageranordnung 1 und der magnetorheologischen Flüssigkeit sehr schnell variiert oder verändert werden kann, können die Lageranordnung 1 oder Werkzeugspindel 2 in allen möglichen Betriebspunkten betrieben werden, ohne einen Bereich einer Eigenfrequenz oder eines Resonanzspektrums zu durchlaufen. For example, the adjustment of the stiffness can be made via a control algorithm. Thus, if necessary, when starting the bearing assembly or the system, the device 3 be controlled so that the system has a high overall stiffness. A possible critical resonance range is then far away from the current speed when starting. The resonance range of the bearing assembly 1 is in the with 19 marked deflection of the curve 20 , An excitation would therefore take place at speeds between 14 600 U / min and 16 600 U / min. During the starting process, these speeds are not reached. When the speed of the tool spindle 2 this resonance range of the bearing assembly 1 Approaching, the system is adjusted by an appropriate setting of the device 3 switched to soft. The newly critical frequency range or the resonant frequency of the bearing assembly 1 then lies in a speed range far below the current speed. The current critical speed is in a range between 7,000 rpm and 9,000 rpm as in the rash 18 the curve 20 recognizable while the tool spindle 2 with the operating speed between 16 200 rpm and 16 600 rpm of the curve 17 is operated. Because with the device 3 the viscosity and / or rigidity of the bearing assembly 1 and the magnetorheological fluid can be varied or changed very quickly, the bearing arrangement can 1 or tool spindle 2 be operated at all possible operating points, without passing through a range of a natural frequency or a resonance spectrum.

Bei einigen weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Werkzeugspindel mit andern Drehzahlen, ggf. in Abhängigkeit von einer Baugröße oder einem Durchmesser der Werkzeugspindel oder deren Lagerung betrieben werden. Beispielsweise kann die Werkzeugspindel mit einer Relativdrehzahl von ndm 2 000 000 (U·mm)/min. Optional kann die Werkzeugspindel auch mit einer kleineren oder größeren Relativdrehzahl betrieben werden.In some other, not shown embodiments, the tool spindle can be operated at different speeds, possibly in dependence on a size or diameter of the tool spindle or its storage. For example, the tool spindle with a relative speed of ndm 2 000 000 (U · mm) / min. Optionally, the tool spindle can also be operated with a smaller or larger relative speed.

Das zur Beeinflussung der Steifigkeit und der Viskosität der Einrichtung 3 notwendige Magnetfeld kann beispielsweis von einem Bediener oder automatisch über einen Regelkreis erzeugt oder verändert werden. Beispielsweise kann die Lageranordnung 1 einen nicht dargestellten Sensor aufweisen. Der Sensor kann evtl. Schwingungen erfassen, die an der Lageranordnung 1 entstehen. Ferner kann die Lageranordnung 1 einen Controller oder eine Steuerung umfassen, mittels der die Magneten 12 und 13 oder der Einsteller 4 angesteuert werden, basierend auf den von dem Sensor erhaltenen Werten. Die Steuerung der Steifigkeit kann also bei manchen Ausführungen über einen manuellen Eingriff in die Stellgröße und/oder bei anderen Ausführungsbeispielen als Regelung, beispielsweise durch einen Selbstabgleich mit einem vorgegebenen Parameter und einer entsprechenden Nachstellung der Stellgröße erreicht werden. Die Stellgröße kann beispielsweise die Steifigkeit der Einrichtung selbst sein oder Faktoren, die diese beeinflussen. This affects the rigidity and viscosity of the device 3 necessary magnetic field can be generated or changed for example by an operator or automatically via a control loop. For example, the bearing assembly 1 have a sensor, not shown. The sensor can possibly detect vibrations occurring at the bearing assembly 1 arise. Furthermore, the bearing assembly 1 a controller or a controller, by means of which the magnets 12 and 13 or the adjuster 4 are driven based on the values obtained from the sensor. The control of the rigidity can thus be achieved in some embodiments via a manual intervention in the manipulated variable and / or in other embodiments as a control, for example by a self-adjustment with a predetermined parameter and a corresponding adjustment of the manipulated variable. The manipulated variable can be, for example, the rigidity of the device itself or factors that influence it.

Mit anderen Worten kann durch den Einsatz von magnetorheologischen Flüssigkeiten (MRF) als Dämpfungselement an der werkzeugseitigen Gleit- oder Wälzlagerung einer Maschinenspindelanwendung ermöglicht werden, den Betriebspunkt oder eine Betriebsdrehzahl 17 ohne nennenswerte Beeinträchtigung durch Schwingungen zu erreichen. In other words, the use of magnetorheological fluids (MRF) as a damping element on the tool-side sliding or roller bearing of a machine spindle application can enable the operating point or an operating speed 17 without significant impairment due to vibrations.

Ferner kann bei einigen Ausführungsbeispielen eine Nachregelung bei Veränderung der Lageranordnung 1 bzw. des Systems erfolgen. Diese Veränderung kann beispielsweise durch unterschiedliche Werkzeuge entstanden sein. Ferner können auch eine Beschädigung des Werkzeugs, wie Zahnbruch einer Fräseschneide, Abnutzung oder einen Abnutzungsgrad des Werkzeugs durch eine Nachregelung oder Einstellung der Steifigkeit ausgeglichen werden. Die Lageranordnung 1 ist nicht nur auf einen Betriebspunkt ausgelegt, sondern kann bei manchen Ausführungsbeispielen in einem optimalen Kennfeld aus Drehzahl, Vorschubverhalten und/oder in Abhängigkeit eines Abnutzungsgrads des Werkzeugs betreiben werden. Auch ein Austausch eines Lagers und dadurch bedingte minimale Veränderungen der Lagerfedersteifigkeit können beispielsweise durch die Anpassung der Steifigkeit der Lageranordnung, der Einrichtung oder der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit ausgeglichen werden. Further, in some embodiments, readjustment may occur upon changing the bearing assembly 1 or the system. This change can be caused for example by different tools. Furthermore, damage to the tool, such as tooth fracture of a milling cutter, wear or a degree of wear of the tool can be compensated by a readjustment or adjustment of the rigidity. The bearing arrangement 1 is not only designed for an operating point, but can be operated in some embodiments in an optimal map of speed, feed behavior and / or depending on a degree of wear of the tool. An exchange of a bearing and the resulting minimal changes in the bearing spring stiffness can be compensated for example by adjusting the rigidity of the bearing assembly, the device or the viscosity of the magnetorheological fluid.

Es wird also bei manchen Ausführungsbeispielen eine aktive Dämpfung der Werkzeugspindel 2 oder der Maschinenspindel durch eine magnetorheologische Flüssigkeit durchgeführt. It is thus in some embodiments, an active damping of the tool spindle 2 or the machine spindle performed by a magnetorheological fluid.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 30 zum Einstellen einer Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3 shows a schematic representation of a method 30 for adjusting a bearing assembly according to an embodiment.

Bei dem Verfahren 30 zum Einstellen einer Lageranordnung für eine Werkzeugspindel wird in einem Vorgang 31 eine Steifigkeit der Lageranordnung auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel angepasst. Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen kann dazu in einem weiteren Vorgang 32 eine Schwingung der Lageranordnung und/oder eine Betriebsdrehzahl der Lageranordnung erfasst werden. In the process 30 for adjusting a bearing arrangement for a tool spindle is in one operation 31 a rigidity of the bearing assembly adapted to different operating conditions of the tool spindle. In some other embodiments, this may be done in a further process 32 a vibration of the bearing assembly and / or an operating speed of the bearing assembly are detected.

Die beiden Vorgänge können in unterschiedlichen Reihenfolgen teilweise überlappen oder gleichzeitig ausgeführt werden. The two processes may partially overlap or be executed simultaneously in different orders.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Ausführungsbeispiele sowie deren einzelne Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.The embodiments disclosed in the foregoing description, the appended claims and the appended figures, as well as their individual features, may be relevant and implemented both individually and in any combination for the realization of an embodiment in its various forms.

Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen können Merkmale, die in anderen Ausführungsbeispielen als Vorrichtungsmerkmal offenbart sind, auch als Verfahrensmerkmale implementiert sein. Ferner können ggf. auch Merkmale, die in manchen Ausführungsbeispielen als Verfahrensmerkmale implementiert sind, in anderen Ausführungsbeispielen als Vorrichtungsmerkmale implementiert sein.In some other embodiments, features disclosed as a device feature in other embodiments may also be implemented as method features. Further, features that are implemented as method features in some embodiments may also be implemented as device features in other embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lageranordnung bearing arrangement
22: Werkzeugspindel tool spindle
33: Einrichtung Facility
44: Einsteller adjuster
55: Gehäuse casing
66: Lager camp
77: Innenraum inner space
88th: Absatz paragraph
99: Außenring outer ring
1010: Absatz paragraph
1111: Deckel cover
1212: Magnet magnet
1313: Magnet magnet
1414: Stirnseite front
1515: Stirnseite front
1717: Betriebsdrehzahl Operating speed
1818: kritische Resonanzdrehzahl geringe Steifigkeit critical resonance speed low rigidity
1919: kritische Resonanzdrehzahl hohe Steifigkeit critical resonance speed high rigidity
2020: Kurve Curve
3030: Verfahren method
3131: Vorgang process
3232: Vorgang process
xx: x-Achse X axis
yy: y-Achse y-axis

Claims

Lageranordnung (1) für eine Werkzeugspindel, mit einer Einrichtung (3) zum Einstellen einer Steifigkeit der Lageranordnung (1) auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel (2).Bearing arrangement ( 1 ) for a tool spindle, with a device ( 3 ) for adjusting a rigidity of the bearing assembly ( 1 ) to different operating states of the tool spindle ( 2 ).

Lageranordnung (1) nach Anspruch 1, umfassend einen Einsteller (12, 13), mit dem eine Steifigkeit der Einrichtung (3) selbst einstellbar ist.Bearing arrangement ( 1 ) according to claim 1, comprising an adjuster ( 12 . 13 ), with which rigidity of the device ( 3 ) is self-adjustable.

Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (3) zumindest teilweise eine magnetorheologische Flüssigkeit umfasst.Bearing arrangement ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the device ( 3 ) at least partially comprises a magnetorheological fluid.

Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (3) eine Kammer zur Aufnahme eines Mediums umfasst.Bearing arrangement ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the device ( 3 ) comprises a chamber for receiving a medium.

Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Einsteller einen Elektromagnet (12, 13) und/oder einen Permanentmagnet umfasst. Bearing arrangement ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, wherein the adjuster an electromagnet ( 12 . 13 ) and / or comprises a permanent magnet.

Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steifigkeit der Einrichtung (3) einstellbar ist, sodass sich eine Eigenfrequenz der Lageranordnung (1) von der Frequenz der Erregung durch einen aktuellen Betriebszustand, unterscheidet. Bearing arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the rigidity of the device ( 3 ) is adjustable, so that a natural frequency of the bearing assembly ( 1 ) differs from the frequency of the excitation by a current operating condition.

Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebszustand auf den die Steifigkeit der Einrichtung (3) einstellbar ist, eine Drehzahl der Werkzeugspindel (2) ist.Bearing arrangement ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the operating condition depends on the rigidity of the device ( 3 ) is adjustable, a speed of the tool spindle ( 2 ).

Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (3) in radialer Richtung zumindest abschnittsweise zwischen einem Gehäuse (5) und einem Lager (6) angeordnet ist, das die Werkzeugspindel (2) gegenüber dem Gehäuse (5) drehbar lagert und/oder wobei eine axiale Ausdehnung der Einrichtung (3) einer axialen Ausdehnung eines Lagers (6) entspricht, das die Werkzugspindel (2) drehbar gegenüber einem Gehäuse (5) lagert. Bearing arrangement ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the device ( 3 ) in the radial direction at least in sections between a housing ( 5 ) and a warehouse ( 6 ) is arranged, which the tool spindle ( 2 ) opposite the housing ( 5 ) and / or wherein an axial extent of the device ( 3 ) an axial extension of a bearing ( 6 ) corresponding to the work spindle ( 2 ) rotatable relative to a housing ( 5 ) stores.

Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Einsteller (12, 13) in axialer Richtung neben der Einrichtung (3) angeordnet ist.Bearing arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the adjuster ( 12 . 13 ) in the axial direction next to the device ( 3 ) is arranged.

Verfahren (30) zum Einstellen einer Lageranordnung (1) für eine Werkzeugspindel (2), umfassend: Einstellen (31) einer Steifigkeit der Lageranordnung (1) auf unterschiedliche Betriebszustände der Werkzeugspindel (2). Procedure ( 30 ) for adjusting a bearing arrangement ( 1 ) for a tool spindle ( 2 ), comprising: setting ( 31 ) a rigidity of the bearing assembly ( 1 ) to different operating states of the tool spindle ( 2 ).