DE3910576C1

DE3910576C1 - Apparatus for setting the bearing prestress at a shaft bearing arrangement, in particular for machine tools

Info

Publication number: DE3910576C1
Application number: DE3910576A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Universal-Kugellager-Fabrik 1000 Berlin De GmbH
Current assignee: Universal-Kugellager-Fabrik 1000 Berlin De GmbH
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-07-12
Anticipated expiration: 2009-03-31

Abstract

In a shaft bearing arrangement which is designed in particular as a spindle bearing arrangement for a machine tool, at least one rolling-contact bearing (2) for a shaft (1) is acted upon by a hydrostatic pressure in order to adapt the rigidity of the rolling-contact bearing (2) to the forces (5) acting on the shaft (1). Serving to adapt the rigidity to the forces (5) is a controller (8) which controls an electrically operable, so-called proportional pressure-relief valve (10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen der Lagervorspannung an einer Wellenlagerung insbeson dere für Werkzeugmaschinen, mit mindestens einem einen Außen- und einen Innenring aufweisenden Wälzlager, des sen Vorspannung durch eine auf den Außen- oder Innen ring des Wälzlagers einwirkende Druckflüssigkeit in Ab hängigkeit von der Drehzahl der Welle veränderbar ist, wobei ein von einem Drehzahlaufnehmer geliefertes, der Belastung der Welle proportionales Signal den Druck der dem Wälzlager zugeführten Druckflüssigkeit bestimmt. The invention relates in particular to a device for adjusting the bearing preload on a shaft bearing for machine tools, with at least one Rolling bearing and an inner ring, the pretension by one on the outside or inside Ring of the rolling bearing acting in Ab depending on the speed of the shaft, one supplied by a speed sensor, the Signal load proportional to the pressure of the shaft the hydraulic fluid supplied to the roller bearing.

Die Möglichkeit, eine solche Vorrichtung für eine Wellenlagerung im vorstehenden Sinne zu konzipieren, ist im DE-GM 83 04 587 angedeu tet, ohne daß in dieser Druckschrift jedoch eine den praktischen Bedürfnissen gerecht werdende Lösung offen bart ist.The possibility of such a device for a shaft bearing in the above To design the senses is suggested in DE-GM 83 04 587 tet, but without one in this document solution that meets practical needs is beard.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für eine Wellenlagerung der in Betracht gezogenen Art zu schaffen, die auf einfache, aber sichere Weise eine Veränderung der Steifigkeit des Lagers in Abhängigkeit von der Belastung der Welle ermöglicht.The invention is based on the object a device for a shaft bearing of the type under consideration create one in a simple but safe way Change in the stiffness of the bearing depending from the load on the shaft.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.This task is in connection with the generic features according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch hohe Betriebssicherheit und Regelgenauigkeit bei ange messener Regelgeschwindigkeit aus. Sie eignet sich ins besondere für den Einsatz in Fällen, in denen häufige Änderungen der Wellendrehzahlen beispielsweise infolge von sich abwechselnden Schrupp- und Feinbearbeitungen von Werkstücken zu erwarten sind. Der Herstellungsauf wand und der Platzbedarf bleiben in vertretbaren Grenzen.The device according to the invention is characterized by high operational reliability and control accuracy with measured control speed. It is suitable for special for use in cases where frequent Changes in shaft speeds, for example, as a result of alternating roughing and fine machining of workpieces are to be expected. The manufacturing order wall and space requirements remain within reasonable limits.

Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.Embodiments result in the context of the invention resulting from subclaims 2 to 5.

Die Erfindung wird in folgendem anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Blockschaubildes näher erläutert.The invention is based on the in the following Drawing schematically illustrated block diagram closer explained.

In der Figur ist 1 eine von der Spindel einer Werkzeug maschine gebildete Welle, die in zwei Wälzlagern 2 und 3 gelagert ist. Am vorderen Ende der Welle 1 ist ein Futter 4 angeordnet, das unter der Einwirkung einer Ra dialkraft 5 steht. Die Steifigkeit des Wälzlagers 2 läßt sich durch Einwirkung eines hydrostatischen Druckes auf den mit einer nicht dargestellten Ringnut für eine Druckflüssigkeit versehenen Außenring dieses Lagers verändern. Die Veränderung erfolgt dabei in Ab hängigkeit von der Drehzahl der Welle 1. Der drehzahl abhängigen Veränderung liegt die Überlegung zugrunde, daß die auf die Welle einwirkenden Kräfte bei niedrigen Drehzahlen (Schruppvorgänge) regelmäßig größer sind als bei hohen Drehzahlen (Schlichtvorgänge). Zum Er fassen der Drehzahlen der Welle 1 dient ein induktiver Drehzahlaufnehmer 6, dessen in einem Wandler 7 in Gleich strom oder Gleichspannung umgewandelte Signale einem PI-Regler 8 zugeleitet werden. Der PI-Regler 8 steuert einen Proportionalverstärker 9 für ein elektrisch be tätigbares Proportional-Druckbegrenzungsventil 10. Wäh rend der nach einer vorgegebenen Kennlinie erfolgenden Re gelung des Druckes der von einer durch einen Motor 11 an getriebenen Pumpe 12 aus einem Behälter 13 geförderten Druckflüssigkeit wird die tatsächliche Höhe des Druckes in der Hydraulikleitung 14 ständig durch ein Druckmeß gerät 15 mit nachgeschaltetem Druckmeßumformer 16 über wacht, wobei der Druckmeßumformer 16 die mechanische Größe "Druck" wiederum in einen Gleichstrom oder eine Gleichspannung umwandelt, der bzw. die ebenfalls dem Regler 8 zugeführt wird. Der Regler 8 ist folglich mit zwei Platinen ausgestattet, von denen die eine gewisser maßen den einer Drehzahl zugeordneten Druck einstellt und von denen die andere die Höhe dieses Druckes bei gleichbleibender Drehzahl überwacht bzw. konstant hält. In the figure, 1 is a shaft formed by the spindle of a machine tool, which is mounted in two roller bearings 2 and 3 . At the front end of the shaft 1 , a chuck 4 is arranged, which is under the action of a Ra dialkraft 5 . The rigidity of the rolling bearing 2 can be changed by the action of a hydrostatic pressure on the outer ring of this bearing, which is provided with an annular groove (not shown) for a hydraulic fluid. The change takes place as a function of the speed of shaft 1 . The speed-dependent change is based on the consideration that the forces acting on the shaft are generally greater at low speeds (roughing processes) than at high speeds (finishing processes). To record the speeds of the shaft 1 , an inductive speed sensor 6 is used , the signals converted into direct current or direct voltage in a converter 7 are fed to a PI controller 8 . The PI controller 8 controls a proportional amplifier 9 for an electrically operable proportional pressure relief valve 10 . While during a predetermined characteristic re regulation of the pressure of the pumped from a container 13 by a motor 11 driven pump 12 from a container 13 , the actual level of pressure in the hydraulic line 14 is constantly by a pressure measuring device 15 with a downstream pressure transducer 16 watches, the pressure transducer 16 in turn converts the mechanical variable "pressure" into a direct current or a direct voltage, which is also supplied to the controller 8 . The controller 8 is consequently equipped with two boards, one of which to a certain extent adjusts the pressure associated with a speed, and of which the other monitors or maintains the level of this pressure at a constant speed.

Die Welle 1 könnte auch als Hohlwelle ausgebildet sein, welche die Lager 2, 3 umschließt. In diesem Falle wäre der Innenring eines Lagers mit Druckflüssigkeit zu be aufschlagen. Statt eines PI-Reglers ließe sich auch ein PID-Regler einsetzen.The shaft 1 could also be designed as a hollow shaft which surrounds the bearings 2, 3 . In this case, the inner ring of a bearing would be opened with hydraulic fluid. Instead of a PI controller, a PID controller could also be used.

Claims

1. Vorrichtung zum Einstellen der Lagervorspannung an einer Wellenlagerung insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit mindestens einem einen Außen- und einen Innenring aufweisenden Wälzlager, dessen Vorspannung durch eine auf den Außen- oder Innenring des Wälzlagers einwirken de Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle veränderbar ist, wobei ein von einem Dreh zahlaufnehmer geliefertes, der Belastung der Welle pro portionales Signal den Druck der dem Wälzlager zuge führten Druckflüssigkeit bestimmt, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Steuereinrichtung mit einem Regler (8) vorgesehen ist, dem das Signal vom Drehzahlaufnehmer (6, 7) zuführbar ist und der in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Druck-Drehzahl-Kennlinie über ein mittels eines Pro portionalverstärkers (9) gesteuertes, elektrisch betätig bares Druckbegrenzungsventil (10) die Höhe des Druckes der Druckflüssigkeit regelt.1. Device for adjusting the bearing preload on a shaft bearing, in particular for machine tools, with at least one roller bearing having an outer and an inner ring, the preload of which can be changed by a pressure fluid acting on the outer or inner ring of the roller bearing depending on the speed of the shaft , wherein a speed sensor supplied by a speed sensor, the load on the shaft per proportional signal determines the pressure of the pressure fluid supplied to the rolling bearing, characterized in that a control device is provided with a controller ( 8 ) to which the signal from the speed sensor ( 6, 7 ) can be supplied and which, depending on a predetermined pressure-speed characteristic curve via a proportional amplifier ( 9 ) controlled, electrically actuated pressure relief valve ( 10 ) regulates the level of the pressure of the pressure fluid.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sie mit einem vom Hydrauliksystem der Maschine unabhängigen Druckflüssigkeitsversorgungs system versehen ist, das einen Druckflüssigkeitsbehälter (13), ein Pumpenaggregat (11, 12) sowie Zu- und Rückfluß leitungen aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that it is provided with an independent of the hydraulic system of the machine hydraulic fluid supply system, which has a hydraulic fluid container ( 13 ), a pump unit ( 11, 12 ) and inflow and return lines.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Zuflußleitung (14) für das mit Druckflüssigkeit zu beaufschlagende Wälz lager (2) einerseits mit dem Proportional-Druckbegren zungsventil (10) und andererseits mit einem Drucksensor (15, 16) in Verbindung steht, dessen Signale dem Regler (8) zugeführt werden. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the inflow line ( 14 ) for the roller to be acted upon with pressure fluid bearing ( 2 ) on the one hand with the proportional pressure limiter valve ( 10 ) and on the other hand with a pressure sensor ( 15, 16 ) is connected, the signals of which are fed to the controller ( 8 ).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Regler (8) als PI- oder PID-Regler ausgebildet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the controller ( 8 ) is designed as a PI or PID controller.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der mit der Druckflüssigkeit zu beaufschlagende Außen- oder Innen ring des Wälzlagers (2) mit einer Ringnut für die Druckflüssigkeit versehen ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outer or inner ring of the rolling bearing ( 2 ) to be acted upon with the hydraulic fluid is provided with an annular groove for the hydraulic fluid.