Vorrichtung zum Regeln der Vorspannung von Drehlagern

Die Erfindung gehört in den Bereich Werkzeugmaschinenbau und kann für die Veränderung der Vorspannung der Lagerung von Spindeln, insbesondere zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, benutzt werden. Die Konstruktion kann ebenso in ähnlichen Baugruppen verschiedener Maschinen Verwendung finden.

Vorrichtung zum Regeln der Vorspannung von Drehlagern mit einem Zentrifugalregler, der als federnde Axialspreizbuchse mit elastischem bogenartigem Teil hergestellt wird, ist bekannt (s. G 94 04 249.7). Der in dieser Konstruktion benutzte Regler sichert die Drehzahl-Vorspannungszuordnung, die praktisch mit der im Katalog (s. z.B. Katalog 3700 T: SKF Genauigkeitslager, S. 64. Reg. 47150001987 - 03, gedruckt in der BRD bei Weppert GmbH & Co. KG) empfolenen Drehzahl-Vorspannungszuordnung kongruent ist. Im Vergleich zu den herkömmlichen Konstruktionen mit hydraulischer Steuerung der Vorspannung der Spindellagerung (HSC - Spindeln, "Konstruktion", Nr. 44, s. A20, 1992), ist die genannte Vorrichtung einfacher. Dadurch, daß die Änderung der Vorspannung der Lager durch die Verschiebung der inneren sich drehenden Lagerringe bedingt ist, kann es zu einer Reibkorrosion auf der äußeren Fläche der Spindel kommen (s. z.B. Tribology handbook, Editor M.J. Neale, London, Butterworth, 1973, chapter E7). In der bekannten Konstruktion befindet sich der Regler zwischen den Spindellagerungen. Obwohl der Regler im Prinzip wenig Platz benötigt, besteht die Möglichkeit seine Anwendung, inbesondere in den schon entwickelten Spindeleinheiten zu vereinfachen, wenn man ihn außerhalb der Spindel anbringt.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln der Vorspannung von Drehlagern zu schaffen, die durch die Beseitigung der Gefahr der Spindelkorrosion, die von der Verschiebung der inneren Drehringe der Lager relativ der Spindel bedingt wird, die Lebensdauer der Spindeleinheit erhöht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Regler mit zusätzlichen Reglerlagern versehen ist, so daß er sich auf das Gehäuse der Spindeleinheit stützt, wobei die äußeren sich nicht drehenden Ringe der Reglerlager auf die äußeren Ringe der Spindellager drücken und der Regler mit Hilfe eines federnden Elementes in Drehung versetzt wird, das eine große Verdrehungs- und eine kleine Biegesteifigkeit besitzt und fest mit der Spindel und dem Regler verbunden ist.

R AT T RE

Mit der Erfindung wird die Gefahr der Spindelkorrosion beseitigt, da die Druckringe des Reglers während der Regelung der Vorspannung die äußeren sich nicht drehenden Ringe der Lager der Spindel verschieben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanpruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 vereinfacht die Anwendung des Reglers, weil der Regler außerhalb der Strecke, an deren Enden sich jeweils die Spindellager befinden, angebracht wird und folglich nur minimale Veränderungen der Konstruktion der Spindeleinheit notwendig sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 , 2, 3 und 4 erläutert. Es zeigt:

Fig.1 Achsenschnittansicht der Spindeleinheit; Fig.2 Schnitt nach A-B;

Fig.3 Achsenschnittansicht der Spindeleinheit mit dem Regier, der in einem zusätzlichen Gehäuse untergebracht wird, wobei das Bogenprofil der elastischen Elemente des Reglers eine konkave Form besitzten; Fig.4 Schnitt nach C-D.

Die Spindeleinheit enthält die in dem Gehäuse 1 auf den Spindellagern 2, 3 und 4 eingebaute Spindel 5, die Vorrichtung der Erzeugung der Grundvorspannung der Lager und der mit ihr zusammenhängende Regler der Vorspannung, der aus den elastischen Element 6, den inertialen Massen 7 und den Druckringen 8, 9 besteht. Die elastischen Elemente 6, die inertialen Massen 7 und die Druckringe 8, 9 sind als ein Teil hergestellt. Das Bogenprofil der elastischen Elemente 6 besitzt eine konvexe Form. Der Regler ist mit den Lagerungen 10,11 versehen, so daß er sich auf das Gehäuse 1 der Spindeleinheit stützt. Die ringförmige Membran 12, die eine große Verdrehungssteifigkeit und eine kleine Biegesteifigkeit besitzt, ist fest mit der Abstandhülse 13 und mit dem Druckring 9 des Reglers verbunden. Diese Abstandhülse ist zwischen dem inneren Ring des Spindellagers 4 und dem Ansatz der Spindel 5 eingespannt und stellt durch die Membran 12 eine Verbindung zwischen dem Regler und der Spindel 5 her. Ihre Dicke bestimmt auch die maximale Größe der Vorspannung der Spindellager 2,3,4. mit anderen Worten, die Größe der Grundvorspannung. Der Distanzring 14 ist zwischen den äußeren Ringen des Spindellagers 4 und Reglerlagers 1 1 eingespannt und der äußere Ring des Reglerlagers 10 ist zum hinteren Ansatz des Gehäuses 1 angedrückt. Die Mutter 15 befindet sich an der Spindel 5 und ist mit ihrer Stirnseite zum inneren Ring von Spindeliager 4 angedrückt. Die Außenringe der Spindellager 2 und 3 sind zwischen dem vorderen Ansatz des Gehäuses 1 und dem Deckel 16 eingespannt.

Die Regelung der Vorspannung von Lagern wird wie folgt durchgeführt: Zur Erzeugung der Grundvorspannung wird die Mutter 15 auf das Gewindeteil der Spindel 5 aufgeschraubt. Mit ihrer Stirnseite drückt die Mutter 15 auf den inneren Ring des Spindellagers 4 und durch das Spindellager 4, den Distanzring 14, das Reglerlager 11 auf den Druckring 9, wodurch die Bögen der elastischen Elemente 6 gebogen werden und somit die maximale Grundvorspannung der Spmdellager 2,3 und 4 entsteht. Die Vergrößerung der Vorspannung des Spindellagers 4 (die Verschiebung seines inneren Ringes bezüglich des Außenringes) verläuft so lange, bis die Abstandhülse 13 zu dem Ansatz der Spindel 5 Kontakt aufnimmt. Dies trifft auch für die Spmdellager 2 und 3 zu, da die ganze Spindel (mit ihr zusammen die inneren Ringe der Spmdellager 2,3) sich gleichzeitig bei der Erzeugung der Grundvorspannung nach hinten verschiebt. Bei der Drehung der Spindel 5 wird der Regler durch die Membran 12 in Drehung versetzt. Die inertialen Massen 7 rufen zentrifugale Kräfte hervor und diese bewirken horizontale Zwangkräfte an den Stellen der Bogenverankgrung in den Druckringen 8, 9 und verringern dadurch die Kräfte der Vorspannung. Weil die ringförmige Membran 12 eine kleine Biegesteifigkeit besitzt, rufen die Verschiebungen des Druckringes 9 während der Vorspannungsregelung keine Verschiebungen der Spindel 5 durch die genannte Membran hervor. Bei der Verringerung der Vorspannung während der Vergrößerung der Umdrehungsgeschwindigkeit entsteht keine Verschiebung sowohl der inneren Ringe der Spmdellager 2,3,4 als auch der Abstandhulse 13 bezüglich der Spindel 5. Die ganze Spindel 5 (mit ihr zusammen die inneren Ringe der Spindellager und die Abstandhülse) verschiebt sich gleichzeitig nach vorne. Die Änderung der Vorspannung von Lagern ist nur mit der Verschiebung der äußeren sich nicht drehenden Ringe des Spmdellagers 4 und der Regellager 10 und 1 1 sowie des Distanzringes 14 bezüglich des Gehäuses 1 verbunden. Auf diese Weise wird die Gefahr einer Spindelkorrosion beseitigt.

Die Positionen 1 - 1 1 in den Fig.3, 4 bzw. Fig.1 ,2 stimmen mit einander uberein und Position 19 in der Fig.3 stimmt mit Position 16 in der Fig 1 uberein. Im Unterschied zu der schon beschriebenen Variante gemäß Fig.1.2 wird der Regler gemäß Fig.3, 4 mit seinen Reglerlagern 10, 1 1 außerhalb der Strecke, an deren Enden sich die Spindellager befinden, in einem zusätzlichen Gehäuse 21 untergebracht Das Bogenprofil der elastischen Elemente 6 besitzt eine konkave Form. Das Gehäuse 21 ist fest mit dem Gehäuse 1 verbunden. Die Spindeleinheit enthalt die Tellerfedern 22,23, die zwischen dem äußeren Ring des Spindellagers 4 und dem Ansatz des Gehäuses 1 eingespannt sind. Die ringförmige Membran 24 ist fest mit der Mutter 25 und mit dem Druckring 9 des Reglers verbunden. Die Mutter 25 befindet sich an der Spindel 5 und ist mit ihrer Stirnseite zum inneren Ring des Spmdellagers 4 angedruckt. Der

Distanzring 17 ist zwischen dem inneren Ring des Spindellagers 4 und dem Ansatz der Spindel 5 eingespannt, seine Dicke bestimmt die maximale Größe der Vorspannung der Spindellager 2,3 und 4. Die Abstandhülse 18 ist zwischen den äußeren Ringen des Spindellagers 4 und des Reglerlagers 10 eingespannt. Der hintere Deckel 20 ist fest mit dem Gehäuse 21 verbunden und drückt mit seinem ringförmigen Ansatz auf den Außenring des Reglerlagers 11. Die Dicke des ringförmigen Ansatzes bestimmt die leichte vorläufige Vorspannung des deformierbaren Elementes 6. Zur Erzeugung der Grundvorspannung wird die Mutter 25 auf das Gewindeteil der Spindel 5 aufgeschraubt. Mit ihrer Stirnseite drückt die Mutter 25 auf den inneren Ring des Spindellagers 4 und biegt die Tellerfedern 22 und 23, wodurch die maximale Grundvorspannung der Spindellager 2,3,4 entsteht. Die Vergrößerung der Vorspannung der Spindellager 2,3,4 verläuft so lange, bis der Distanzring 17 zu dem Ansatz der Spindel 5 Kontakt aufnimmt. Bei der Drehung der Spindel 5 wird der Regler durch die Membran 24 in Drehung versetzt. Weil der Regler außerhalb der Strecke, an deren Enden sich jeweils die Spindellager befinden, untergebracht wird, müssen die bei der Drehung entstehender Zwangkräfte eine entgegengesetzte (im Vergleich zu der Variante auf den Fig.1 ,2) Richtung haben. Deshalb besitzt das Bogenprofil der elastischen Elementen 6 eine konkave Form. Im Unterschied zur Variante auf den Fig. 1 ,2 bei der Verringerung der Vorspannung der Spindellager 2,3,4 vergrößert sich die Vorspannung der Reglerlager 10,11. Dadurch daß die Reglerlager 10,11 eine bedeutend geringere Bohrung als die Spindellager 2,3 und 4 haben können, ist es möglich, sowohl für die Spindellager 2, 3, 4 als auch für die Reglerlager 10 und 11 die Drehzahl-Vorspannungszuordnungsbegrenzungen zu erfüllen, wenn man für die Spindellager die Lager der Ausführung CD, Reihe 719 und für die Reglerlager die Lager der Ausführung ACD, Reihe 70 bzw. 72 (relativ höhere Größen der Vorspannung nach Klasse A, B, C, relativ niedrigere Drehzahlgrenzen) anwendet. Zum Beispiel (s. S. 62, 72, 74 des oben genannten Kataloges):

Lager 71920 CD, Bohrung 100 mm

Vorspannung nach Klasse A, B, C 230. 460, 920 N Drehzahlgrenze bei der Fettschmierung 8500 U/min

Lager 7012 ACD. Bohrung 60 mm

Vorspannung nach Klasse A, B, C 240. 480. 960 N Drehzahlgrenze bei der Fettschmierung 13000 U/min

Aus diesen Daten ist zu ersehen, daß die Verringerung der Vorspannung der Spindellager von einer maximalen Größe nach Klasse C bei der Nulldrehungsgeschwindigkeit bis zur minimalen Größe nach Klasse A, bei der maximalen Drehungsgeschwindigkeit der Drehzahlgrenze entspricht, die eine zugelassene Vergrößerung der Vorspannung der Reglerlager hervorruft.

Auf diese Weise beseitigt die vorgeschlagene Konstruktion somit die Gefahr der Spindelkorrosion und vereinfacht die Anwendung des Zentrifugalreglers.