DE3143344A1 - Adjustable bearing preload - Google Patents

Abstract

The static and dynamic behaviour and service life of spindles is determined to a substantial extent by the preload on their bearings. In the known designs, it is not possible to match the bearing preloads optimally and in a simple manner to the particular application. In a new design, a bush which is set by means of springs and accommodates the floating bearing is additionally supplied with compressed air, the springs ensuring a minimum preload while the compressed air is used to set the optimum preload for the machining task. The spindle comprises a housing (1), in which a bush (9) accommodating the floating bearing (8) is arranged in a manner which allows displacement. The springs (16) subject the bearing to the minimum preload to ensure functional reliability. The bush (9), which is designed as an annular piston, is supplied with compressed air via a system (12) of channels. The air pressure and hence the axial force can be controlled by means of a pressure control valve. <IMAGE>

Description

Einstellbare LagervorspannungAdjustable bearing preload

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.For grinding, milling or drilling workpieces on processing machines spindles are used, their properties for the quality of the workpieces and the cost-effectiveness of the process are decisive.

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.The spindles are designed for a specific type of machine and a specific machining task set, so that the economic area of application the machine is limited by the spindles. An adjustment is often made by the replacement of spindles, which, however, requires a certain amount of time and personnel is required for retooling and setting. In addition, it is not always for every application a spindle available.

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.The properties of the spindles depend, among other things, on the size of the bearing, the type of bearing, the preload of the bearings and the lubrication. Because of the bias of the bearings are the rigidity, the vibration behavior and the maximum speed determined by a given construction, i.e. with an executed spindle a certain adjustment to the machining task by changing the preload take place. Various systems have been introduced to preload the bearings: 1. Use of coordinated storage units; the individual bearings are coordinated in such a way that that when installing the pairs of bearings by pressing the flat surfaces together, a predetermined one axial preload arises. A change is possible by replacing it of the camp groups. However, this is laborious and is not normally carried out.

2. Einsatz von Federn zur axialen Vorspannung; dabei werden Einzel lager oder Lagergruppen durch Tellerfedern oder Schraubenfedern axial angestellt.2. Use of springs for axial preload; thereby become single bearings or bearing groups adjusted axially by disc springs or coil springs.

Eine Veränderung der Vorspannung kann durch Veränderung des Federweges oder durch Verwendung anderer Federabmessungen erfolgen. Auch hier ist ein erheblicher Aufwand notwendig. A change in the preload can be achieved by changing the spring deflection or by using other spring dimensions. Here, too, is a significant one Effort necessary.

3. Einsatz von SteTlbüchsen; dabei werden die Lager über Gewinde angestellt.3. Use of SteTlbüchsen; the bearings are adjusted by means of a thread.

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. A manual adjustment is possible, whereby the adjustment of the preload depends on the operating personnel and mistakes are easily made that lead to failure of the spindle or to a reduction in the quality of the workpieces.

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.4. The hydrostatic preload of bearings requires a relative amount high effort for ul supply and monitoring. In the event of a failure of the supply system the spindle must be stopped quickly, otherwise the bearings will fail.

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.5. Spindles are known from the literature in which the preload takes place via double-acting pistons. These bearings are mainly used for Test of bearings used. The preload can be applied by applying the two-sided acting piston can be adjusted with pressure oil or compressed air.

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.The object of the invention is to develop a spindle system at which the preload of the bearings can be changed without great effort and a manual one or automatic adjustment should be possible, whereby the setting of the, machine or system can be controlled. In addition, it must be ensured that in the event of failure the spindle is not damaged.

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).The newly developed device now consists of a guide bush, are included in the camp, this guide bushing designed as a piston is. This sleeve slides in a sleeve. Feathers attack the rifle, which in preload in the axial direction. The spring force is for the operating point of the spindle which requires a minimum preload (e.g. idling).

Durch die Veränderung des Druckes eines Luftpolsters auf die Büchse wird die Vorspannung erhöht und der Bearbeitungsaufgabe angepaßt.By changing the pressure of an air cushion on the rifle the preload is increased and adapted to the machining task.

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.Air is supplied via a pressure control valve on which the Secondary pressure can be changed, i.e. it is independent of the supply pressure the pressure at the sleeve is regulated to the value set on the valve.

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.From the area that the liner forms with the sleeve and from the air pressure results in the pre-tensioning force. It is now possible to remove the pressure control valve from the To control the machine. The spindle speed, the machining operations (e.g. when grinding - roughing, finishing, idling), the tool deflection, the vibrations, the power consumption of drive motors or the slip of motors be used.

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.The service life of the bearings depends on the axial force or on the axial preload dependent. If the preload can be changed, it is possible to use them during machining on the machining operations and during of idling to optimize the service life of the spindle. This can reduce the service life the spindle can be increased significantly.

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.Another option is to adjust the dimensions of the grooving or Face grinding. Since a change in the preload also results in an axial displacement the shaft causes a very sensitive axial infeed within narrow limits or adjustment via the compressed air.

Die niedrigste Vorspannung erfolgt über Federn. Dadurch ist sichergestellt, daß die Lager beim Ausfall der Druckluft nicht zerstört werden.The lowest preload is provided by springs. This ensures that the bearings are not destroyed if the compressed air fails.

Eine beispielhafte Ausführung der erfingungsgemäßen einstellbaren Lagervorspannung ist in Fig. 1 dargestellt.An exemplary embodiment of the adjustable according to the invention Bearing preload is shown in FIG. 1.

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.The stator 3 of the electric motor is fastened in a housing 1. At the A cover 15 is attached to the housing and accommodates the fixed bearing 5. This camp is fixed with nuts 6 and 7 in the cover or on the shaft 2. On the wave The rotor 4 of the electric motor is also fixed. In the housing 1 is a sleeve 9 slidably fitted. In this sleeve sits the floating bearing 8, over which the Preload force is applied to the bearing system.

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 the pressure chamber that forms the sleeve 9 with the housing 1 are the compression springs 10 used for the safety or basic bias. The pressure chamber is sealed by a seal 11 and over the screw connection 14 and the channel 12 supplied with compressed air. The force, which is the sum of the spring force and the piston force arises, acts on the floating bearing 8 in the sleeve 9 and at the same time via the shaft 2 on the fixed bearing 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.The control structure is shown schematically in FIG. The rifle with housing acts as a cylinder that supplies air via a pressure control valve will. The pressure control valve can be controlled manually, with air or electrically take place.

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Claims (4)

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. PATENT APPROACH (1 / Spincel with roller bearings with components for adjustment the preload or the adjusting force or to correct the axial position of the spindle shaft, consisting of a spindle sleeve, spindle shaft, axially preloaded roller bearings, wherein the rolling bearing located away from the tool to be picked up in a displaceable Sliding bush is received, and an air supply via a pressure control valve, d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the sliding bush (9) has a piston ring surface (16) is provided, act on the springs (10) that the roller bearings (5) and (8) with keep a minimum force under constant axial preload, and at the same time compressed air is applied in the same direction as the spring force, whereby by changing the air pressure the bearings (5) and (8) optimally, corresponding to that of the spindle required performance and accuracy, are axially preloaded. 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. 2. Adjustable prestressing system # according to claim 1, d a d u r c h g It is not indicated that the basic or safety preload is provided by springs (10) takes place so that the bearings (5) and (8) are not destroyed if the air supply fails will. 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. 3. Adjustable pretensioning system according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the preload pressure is changed, with as Reference variable for the control, the spindle speed or the machining operations (Idle - tool engagement) or the tool deflection or the vibrations or the current consumption or the slip of motors or a combination of these Sizes can be used. 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.4. Adjustable pretensioning system according to claim 1, 2 and 3, characterized characterized in that the shaft (2) is axially displaced by changing the preload force can be and thus in a narrow area a very sensitive delivery or. Adjustment movement according to the spring characteristic of the bearings (5) and (8) is possible.