DE112008001321T5

DE112008001321T5 - Lagervorrichtung und Vorrichtung zum Erfassen von Lagervorspannungen

Info

Publication number: DE112008001321T5
Application number: DE112008001321T
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Iwata-shi Mizutani
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2010-05-12
Also published as: KR20100016484A; WO2008142841A1; TW200923224A

Abstract

Lagervorrichtung umfassend
einen Abstandshalter eingefügt zwischen Laufringen einer Vielzahl von axial zueinander angeordneten Wälzlagereinheiten,
ein verformungsinduzierendes Element, dass in der Lage ist, durch Einwirkung einer axialen Kraft, die zwischen entgegengesetzten Enden des Abstandshalters wirkt, eine Verformung zu induzieren, wobei das verformungsinduzierende Element an einem axial ausgerichteten Bereich des Abstandshalters vorgesehen ist, und
einen Verformungsdetektor zum Detektieren einer Verformung, die an dem verformungsinduzierenden Element erfolgt.

Description

In Beziehung stehende Anmeldungen
Diese Anmeldung basiert auf und nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldungen Nr. 2007-127763 , eingereicht am 14. Mai 2007 und Nr. 2007-201513 eingereicht am 2. August 2007 in Anspruch, deren gesamte Offenbarung unter Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingefügt wird.
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung zur Anwendung in einer Hauptspindelwelle einer Werkzeugmaschine und eine Vorrichtung zum Erfassen von Lagervorspannungen.
Stand der Technik
In einer Spindelvorrichtung für eine Werkzeugmaschine ist eine Vorspannungskontrolle des Lagers erforderlich, um die Verarbeitungspräzision und Effizienz zu erhöhen, so dass aus diesem Grund Anforderungen zur Detektion der Lagervorspannung gestellt wurden
Unter Bezugnahme auf Detektionsmethoden zur Bestimmung der Lagervorspannung gemäß dem Stand der Technik wurden die folgenden Techniken vorgeschlagen:

(1) Die Vorspannungshöhe wird durch einen angenommenen Stabilitätswert durch Bestimmen der Resonanzfrequenz des Lagers bestimmt, welches durch Anlegen einer Vibration an einer Achse anhand einer Schwingungsvorrichtung gemessen wird und wobei anschließend die Vibration der Achse durch eine externe Vorrichtung gemessen wird, und ausgehend von der gemessenen Resonanzfrequenz eine Lagerstabilität angenommen wird, um den angenommen Stabilitätswert zu bestimmen (siehe unten aufgelistetes Patentdokument 1).
(2) Die auf das Lager einwirkende Vorspannungslast wird durch Detektion einer Verformung ermittelt, die in einem äußeren Ring zum Zeitpunkt der Passage von Wälzkörpern induziert wird, während ein Dehnungsmessstreifen auf dem äußeren Lagering angebracht wird (siehe die unten aufgeführten Patentdokumente 2 und 3).
(3) Die Vorspannung wird durch Bereitstellung eines magnetostriktiven Materials in einem äußeren Ringabstandshalter bestimmt und durch Messen einer auf den Abstandshalter auferlegten axialwirkenden Kraft bestimmt (siehe die unten aufgeführten Patentdokumente 4 und 5).
(4) Die Vorspannung wird durch Bereitstellen eines Verformungssensors in einem äußeren Ringabstandshalter und Messen einer auf den Abstandshalter auferlegten axialwirkenden Kraft bestimmt (siehe unten aufgelistetes Patentdokument 6).

Darüber hinaus ist es wünschenswert in der Drehspindelvorrichtung für die Werkzeugmaschine das Auftreten von Abweichungen vor dem tatsächlichen Auftreten solcher Abweichungen durch Detektion der Anfangsstadien des Auftretens solcher Abweichungen zu vermeiden. Für diese Detektion von Abweichungen des Lagers wurde die Installation eines Temperatursensors und/oder eines Vibrationssensors in ein Gehäuse oder einen Abstandshalter vorgeschlagen (siehe unten angeführtes Patentdokument 7). Mit diesen Sensoren ist eine Abweichung des Lagers wie z. B. ein abrupter Anstieg der Temperatur oder ähnlichem als Ergebnis eines Mangels an Schmiermitteln nachweisbar.

Patentdokument 1: JP veröffentlichte Patentanmeldung Nr. H05-10835
Patentdokument 2: JP veröffentlichte Patentanmeldung Nr. H09-108903
Patentdokument 3: JP veröffentlichte Patentanmeldung Nr. H08-25106
Patentdokument 4: JP veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2004-204913
Patentdokument 5: JP veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2004-279125
Patentdokument 6: JP veröffentlichte Patentanmeldung Nr. H02-164241
Patentdokument 7: JP veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 2004-169756

Beschreibung der Erfindung
Die durch die Erfindung zu lösenden Probleme
Das Verfahren zur Bestimmung der Resonanzfrequenz veröffentlicht in dem oben angeführten Patentdokument 1 weist das Problem auf, dass die Vorspannung des Lagers während der Betätigung der Werkzeugmaschine nicht detektiert werden kann. Im Falle der Anbringung eines Dehnungsmessstreifens an dem äußeren Ring des Lagers, wie in den oben angeführten Patentdokumenten 2 und 3 offenbart, ergibt sich die Notwendigkeit, den äußeren Lagerring und/oder das Gehäuse mit einer Ausfräsung zu versehen, wodurch Probleme wie steigende Kosten und Schwierigkeiten beim Zusammenbau resultieren. Das Verfahren, in welchen der Abstandshalter mit einem magnetostriktiven Material versehen wird, wie in den oben angeführten Patentdokumenten 4 und 5 veröffentlicht, ist anfällig gegenüber den Einflüssen eines externen störenden magnetischen Feldes von einem Achselmotor oder Ähnlichem. Das in den oben angeführten Patentdokument 6 veröffentlichte Verfahren, in welchem der äußere Abstandshalter mit einem Verformungssensor versehen wird, weist aufgrund einer hohen Stabilität des Abstandshalters ein niedrige Detektionsgenauigkeit auf und auf Grund störender Geräusche während der Betätigung der Fahrzeugsmaschine ist das Auflösungsvermögen tendenziell geringer.
Im Bezug auf das oben angeführte Patentdokument 7 werden die Temperatur und die In dem Laufring auftretenden Vibrationen zum Zwecke der Detektion von Abweichungen in den oben angeführten Lagerungen gemessen, wobei jedoch die Messung dieser zwei Parameter nicht notwendiger Weise in einer akkuraten und schnellen Detektion von Abweichungen der Lagerung resultieren. Beispielsweise passiert es bei der Detektion der Abweichungen durch Messung der Temperatur des Laufringes in der Lagerung oft, dass die Temperatur des Laufringes sprunghaft vor dem Auftreten einer Abweichung wie zum Beispiel Reibverschweißung oder Ähnliches ansteigt, und es daher oft passieren kann, dass die Bedingung vor dem Auftreten der Abweichung nicht in einer angemessenen Zeit detektiert werden kann.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Lagervorrichtung und einer Vorrichtung zum Erfassen von Lagervorspannungen, die in der Lage sind, eine Vorspannung eines in Betrieb befindlichen Lagers zu erkennen; in welcher nicht nur die Fertigung zusammen mit einer Reduzierung der Herstellungskosten vereinfacht werden kann, sondern die Messempfindlichkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber störenden Geräuschen erhöht werden kann; und welche in der Lage sind, den Zustand vor dem Auftreten einer Abweichung der Lagerung in einem angemessenen Zeitraum zu bestimmen und, ebenfalls in der Lage ist, die Abweichung der Lagerung akkurat und schnell zu detektieren.
Mittel zur Lösung des Problems
Die Lagervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine einen Abstandshalter enthaltene Lagervorrichtung auf, der zwischen Laufringen mit einer Mehrzahl von axial zueinander angeordneten Wälzlagereinheiten eingeschoben ist, ein verformungsinduzierendes Element, das geeignet ist, durch Einwirkung einer axialen Kraft, die zwischen entgegen gesetzten Enden des Abstandshalter wirkt, eine Verformung zu induzieren, wobei das Element an einem axial ausgerichteten Bereich des Abstandshalters vorgesehen ist, und einen Belastungsdetektor zum Detektieren einer Verformung, die an dem verformungsinduzierenden Element erfolgt.
Gemäß diesem Aufbau ist das verformungsinduzierende Element derart vorgesehen, so dass der axial angeordnete Bereich des Abstandshalters durch die Wirkung der Axialkraft die zwischen dem entgegengesetzten Enden dieses Abstandshalters wirkt, eine Verformung generiert. Der Detektor, der in diesem verformungsinduzierenden Element vorgesehen ist, detektiert die so generierte Verformung. Aufgrund der so detektierten Verformung, kann eine auf die Lagerungseinheiten auferlegte Vorspannung erhalten werden. Da auf diese Weise das verformungsinduzierende Element in dem Bereich des Abstandshalters vorgesehen ist und die Verformung, die in dieses verformungsinduzierende Element induziert wird, detektiert wird, kann die Messempfindlichkeit im Vergleich zu der Ausführung, in welcher der Verformungssensor oder Ähnliches im Abstandshalter selber und/oder im Lagerlaufring vorgesehen ist, erhöht werden. Dementsprechend wird es robuster gegenüber störenden Geräuschen und/oder störenden Magnetfelder während des Betriebes der Lagervorrichtung sein und die Lagervorspannung kann akkurater detektiert werden. Zusätzlich ist es nicht notwendig, beliebige Ausschnitte oder Ähnliches in den Laufring zum Zwecke der Bereitstellung des verformungsinduzierenden Elementes vorzusehen und entsprechend können dadurch nicht nur die Verarbeitungskosten reduziert werden, aber auch kann die Fertigung der Lagervorrichtung vereinfacht werden. Ebenfalls ist es nicht notwendig, einen Beschleunigungssensor erneut zu verwenden, da die in den Lagereinheiten entstehende Vibration durch Messung der Vibration in dem verformungsinduzierenden Element ermittelt werden kann. Daher kann die gleichzeitige Verwendung dieser Bauteile verstärkt und die Herstellungskosten können weiter reduziert werden.
In der vorliegenden Erfindung kann der Abstandshalter einen ringförmigen Abstandskörper, der in eine Vielzahl von axial nebeneinander liegenden abgeteilten Abstandshaltersegmenten aufgeteilt ist, oder einen einheitlichen ringförmigen Abstandskörper, und ein verformungsinduzierendes Element in Form eines Ringteiles enthalten, wobei in diesem Fall das verformungsinduzierende Element zwischen die abgeteilten Abstandhaltersegmente oder zwischen dem Abstandshalterkörper und den Laufringen der Wälzlagereinheiten eingeschoben ist.
In dem Fall, wo der ringförmige Abstandskörper verwendet wird, der in eine Vielzahl von axial nebeneinander liegenden abgeteilten Abstandshaltersegmenten aufgeteilt ist, kann die Lagervorrichtung ohne das Gehäuse zur Aufnahme der Wälzlagereinheiten zusammengesetzt werden, und der Abstandshalter zusätzlich bearbeitet werden. In dem Fall, wo ein einheitlicher ringförmiger Abstandskörper verwendet wird, ist es möglich, die Zahl der Bauteile zu reduzieren und damit die Kosten der Herstellung der Lagervorrichtung zu reduzieren. Im Vergleich zu dem Fall, in welchem eine Vielzahl von abgeteilten Abstandshaltersegmenten verwendet wird, kann ebenfalls die Fertigung der Lagervorrichtung vereinfacht werden, um so die erforderliche Zeit zur Vervollständigung der Fertigung zu reduzieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das verformungsinduzierende Element einen äußeren peripheren Bereich auf einer axial ausgerichteten Seitenfläche und einen inneren peripheren Bereich auf der entgegengesetzten axial ausgerichteten Seitenfläche aufweisen, wobei der äußere periphere Bereich und der innere periphere Bereich des verformungsinduzierenden Elementes mit den die Abstandskörper bildenden Bauteilen anliegend gehalten werden, oder die Laufringe der Wälzlagereinheiten sind auf der jeweiligen axialen gegenüberliegenden Seite des verformungsinduzierenden Elementes angeordnet. Daher wird die Verformung, die in den Abstandskörper und/oder den Laufring oder ähnliches induziert wird, nicht detektiert, aber durch Einwirkung einer axial wirkenden relativen Kraft auf den inneren peripheren Bereich an einer der entgegengesetzten Stirnflächen des verformungsinduzierenden Elementes relativ zu dem äußeren peripheren Bereich an der anderen der entgegengesetzten Stirnflächen des verformungsinduzierenden Elementes ist möglich, die Verformung in dieses verformungsinduzierende Element zu induzieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das verformungsinduziernde Element einen radialen inneren Bereich und einen radialen äußeren Bereich aufweisen, wobei einer der radialen inneren Bereiche und der radialen äußeren Bereiche einen fragilen Bereich mit einer Stabilität aufweisen, die geringer ist als die der anderen radialen inneren Bereiche und der radialen äußeren Bereiche.
In diesem Fall kann der fragile Bereich durch Bearbeitung des radialen inneren Bereiches oder des radialen äußeren Bereiches auf einer Seite des vorformungsinduzierden Elementes, z. B., durch eine Drehtechnik leicht erhalten werden. In dieser Weise kann das verformungsinduzierende Element einfach und akkurat erhalten werden, was die Messempfindlichkeit effektiv erhöht, die höher ist als in den konventionellen Systemen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Vorspannungsdetektor zum Detektieren einer Vorspannung der Wälzlagereinheiten durch die in dem verformungsinduzierenden Element auftretende Verformung vorgesehen, die durch den Verformungsdetektor detektiert wird. Durch Ausnutzung der Vorspannung, die durch diesen Vorspannungsdetektor detektiert wird, kann nicht nur die Hauptwelle der Werkzeugmaschinen in der gewünschten Rotationsgenauigkeit gehalten werden, aber auch die Stabilität der Hauptwellen kann genau kontrolliert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Abstandskörper einen axialen Endbereich auf, der mit einem axial abstehenden Überstand zum Aufbringen einer Spannung auf das verformungsinduzierende Element versehen ist. In diesem Fall kann ohne die Stabilität des Abstandskörpers die in das verformungsinduzierende Element induzierte Verformung durch den Detektor mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
In der vorliegenden Erfindung kann der Detektor derart ausgebildet sein, das er zur Detektion einer Verformung geeignet ist, die in mindestens einer oder in beiden eines druckbeanspruchten Bereiches des verformungsinduzierenden Elementes und in einen dehnbaren Bereich des verformungsinduzierenden Elementes auftritt. In diesem Fall kann die Montagefreiheit des Detektors erhöht werden. Auch in dem Fall, wo die in dem druckbeanspruchten Bereich auftretende Verformung und die in dem dehnbaren Bereich auftretende Verformung zu detektieren sind, kann die Messempfindlichkeit weiter erhöht werden.
Des Weiteren können mindestens ein Temperatursensor und ein Vibrationssensor in dem Abstandshalter angeordnet sein.
Entsprechend der Verwendung von mindestens einem Temperatursensor und Vibrationssensor im Abstandshalter, kann die innerhalb der Lagervorrichtung auftretende Spannung, durch den im Abstandshalter angeordneten Detektor detektiert werden. In dem Fall, wo der Temperatursensor im Abstandshalter vorgesehen ist, kann die Temperatur detektiert werden und in dem Fall wo der Vibrationssensor in dem Abstandshalter vorgesehen ist, kann die Vibration detektiert werden. Da, wie oben beschrieben, nicht nur die Temperatur und die Vibration, aber auch die in der Lagervorrichtung wirkende Spannung, detektiert werden, ist auch das Auftreten von Abweichungen in der Lagervorrichtung detektierbar, so dass eine Vorhersage des Auftretens von Abweichungen in der Lagervorrichtung präzise und in einer angemessenen Zeit ermöglicht werden kann.
Der Vibrationssensor kann an einem zu den Lagereinheiten benachbarten Bereich des Abstandshalters angeordnet sein. In diesem Fall können die in der Lagervorrichtung auftretenden Vibrationen akkurat detektiert werden. Daher kann die Genauigkeit des Auftretens von Abweichungen in der Lagervorrichtung erhöht werden.
Der Temperatursensor kann an einem zum Detektor benachbarten Bereich des Abstandshalters angeordnet sein. In diesem Fall kann die Temperatur in dem Detektor mit dem Temperatursensor akkurater detektiert werden.
Der Verformungsdetektor, auf den oben Bezug genommen wurde, kann eine Funktion aufweisen, die die vom Temperatursensor detektierte Temperatur zur Korrektur der Temperatur des Verformungsdetektors verwendet. Wenn die Vorspannung, die durch den Detektor detektiert wird, in dieser Weise bezüglich der Temperatur korrigiert wird, kann die Genauigkeit mit der die Vorspannung detektiert wird, erhöht werden.
Der Abstandshalter, auf den oben Bezug genommen wird, kann einen äußeren Ringabstandshalter enthalten, der zwischen axial nebeneinander liegenden äußeren Ringen angeordnet ist, und einen inneren Ringabstandshalter, der zwischen den inneren Ringen eingeschoben ist, und wobei einer der äußeren Ringabstandshalter und der inneren Ringabstandshalter derart strukturiert sind, so dass entgegengesetzte axiale Endbereiche des Detektors eingeschoben sind. In diesem Fall kann die Anzahl der Bauteile der Lagervorrichtung zur Vereinfachung der Struktur reduziert werden, und die Kosten der Herstellung der Lagervorrichtung reduziert werden.
Der Detektor kann mit mindestens einem Temperatursensor und Vibrationssensor versehen werden. Auch in diesem Fall kann die Anzahl der Bauteile der Lagervorrichtung zur Vereinfachung der Struktur reduziert werden. Während des Einbaus in den Abstandshalter kann eine gleichzeitige Handhabung des Detektionsmittels und der Sensoren ermöglicht werden, wobei die Anzahl der Fertigungsschritte reduziert werden können.
Ein Detektor für Abweichungen kann zur Detektion des Auftretens von Abweichungen, die in den Lagereinheiten in Bezug zu einem von Detektor zugeführten Sensorsignal und einem von mindestens einem Temperatursensor und dem Vibrationssensor zugeführten Sensorsignal auftreten, vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Detektion der Abweichung in der Lagervorrichtung nicht nur durch Detektion der Temperatur und der Vibration, aber auch durch die Spannung, die in der Lagervorrichtung wirkt, durchgeführt werden. Entsprechend kann die Vorhersage des Auftretens von Abweichungen in der Lagervorrichtung mit hoher Präzision und in einem angemessenen Zeitintervall vorgenommen werden.
Die Vorrichtung zur Detektion von Lagervorspannungen der vorliegenden Erfindung ist eine die Vorspannung detektierende Vorrichtung, die ein verformungsinduzierendes Element enthält, das in einem axial ausgerichteten Bereich des Abstandshalters vorgesehen ist und in der Lage ist, eine Verformung zu induzieren, die durch eine zwischen entgegengesetzten Enden des Abstandshalters wirkende Kraft generiert wird, und einen Vorspannungsdetektor zur Detektion einer durch in dem verformungsinduzierenden Element auftretenden Verformung hervorgerufenen Vorspannung von Wälzkörpern enthält, die durch den Detektor detektiert worden ist. Durch die Vorrichtung zur Detektion von Lagervorspannungen gemäß dieser Konstruktion kann die Vorspannung, die während des Betriebes der Lagervorrichtung erzeugt wird, detektiert werden. Durch die Verwertung der Vorspannung, die durch den Vorspannungsdetektor detektiert wird, kann die Hauptwelle der Werkzeugmaschine in der gewünschten Rotationsgenauigkeit gehalten werden und die Stabilität der Hauptwelle kann angemessen kontrolliert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird von der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich. Die Ausführungsbeispiele und Zeichnungen dienen jedoch lediglich dem Zweck der Darstellung und Erläuterung, und limitieren den Umfang der vorliegenden Erfindung in keinerlei Weise, da der Umfang durch die beigefügten Ansprüche bestimmt wird. In den beigefügten Zeichnungen werden Bezugszeichen zur Kennzeichnung von Bauteilen durchgängig in den verschiedenen Ansichten verwendet.
1 ist eine Schnittansicht die die Lagervorrichtung oder ähnliches gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Schnittansicht, die ein in der Lagervorrichtung angeordnetes verformungsinduzierendes Element zeigt;
3 ist eine Seitenansicht, die das verformungsinduzierende Element mit Ansicht in einer axialen Richtung zeigt;
4a ist eine Schnittansicht des gesamten verformungsinduzierenden Elementes, welches einen Verformungssensor zeigt, der in dehnbaren und zusammenpressbaren Bereichen des verformungsinduzierenden Elementes angeordnet ist;
4b ist eine fragmentarisch vergrößerte Schnittansicht des gesamten verformungsinduzierenden Elementes, die einen Verformungssensor zeigt, der in dehnbaren und zusammenpressbaren Bereichen des verformungsinduzirenden Elementes angeordnet ist;
5 ist eine Seitenansicht, die die Lagervorrichtung oder ähnliches gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Seitenansicht, die die Lagervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Schnittansicht des in der Lagervorrichtung verwendeten verformungsinduzierenden Elementes;
8 ist eine Vorderansicht, die das verformungsinduzierende Element zeigt;
9a ist eine fragmentarische Schnittansicht, die die relative Anordnung zwischen dem verformungsinduziernden Element und dem Sensor in einem vergrößerten Maßstab zeigt;
9b ist eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Beispiel zeigt, in welchem der Sensor in einer linken Stirnseite des verformungsinduzierenden Elementes vorgesehen ist;
10 ist eine Schnittansicht, die die Lagervorrichtung entsprechend eines vierten Ausführungsbeispieles der vorliegen Erfindung zeigt;
11 ist eine Schnittansicht, die die Lagervorrichtung entsprechend einer Anwendungsform zeigt;
12 ist eine Schnittansicht, die einen wichtigen Bereich einer in der Lagervorrichtung angeordneten Sensoreinheit zeigt;
13 ist eine Vorderansicht, die die Sensoreinheit zeigt;
14 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen in der Sensoreinheit angeordneten magnetostriktiven Sensor zeigt; und
15 ist eine Vorderansicht, die den magnetostriktiven Sensor zeigt.
Anwendungsformen zur Ausführung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die 1–4a und 4b wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Eine Lagervorrichtung gemäß dieser ersten Ausführungsform ist der Gestalt, in welcher eine Achse 2 innerhalb eines Gehäuses 1 anhand von einer Vielzahl von Lagereinheiten 3 rotierbar gelagert ist. Diese Lagervorrichtung wird in einer Spindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine verwendet und in diesem Fall dient die Achse 2 als Hauptspindel für die Spindelvorrichtung.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Hauptspindel 2 eine Vielzahl von in regelmäßigen axialen Abständen zueinander angeordnete Lagereinheiten 3, die in einer Pressverbindung darauf montiert sind, und einen inneren zwischen die inneren Ringe 3i und 3i eingefügten inneren Laufringabstandshalter 4 und einen zwischen die äußeren Ringe 3g und 3g eingefügten äußeren Laufringabstandshalter 5. Jeder der Lagereinheiten 3 ist eine Wälzlagereinheit, in welcher eine entsprechende Reihe einer Vielzahl von Wälzkörpern T zwischen die inneren Ringe 3i und den passenden äußeren Ring 3g eingefügt ist, und die Reihe dieser Wälzkörper T durch die Halterung RT drehend gehalten wird. Jede der Lagereinheiten 3 ist eine Lagereinheit, auf die in axialer Richtung eine Vorspannung angelegt werden kann, und kann z. B. in Form eines Schrägkugellagers, eines Rillenkugellagers oder eines Kegelrollenlagers angewendet werden. In dem gezeigten Beispiel wird das Schrägkugellager für jede der Lagereinheiten 3 angewendet und diese Lagereinheiten 3 sind in einem back-to-back-Verhältnis zueinander angeordnet.
Der äußere Laufringabstandshalter 5 ist aus einem ringförmigen Abstandskörper 6 und einem verformungsinduzierenden Element 7 aufgebaut, wobei der Abstandskörper 6 wiederum aus einem ersten abgeteilten Abstandshaltersegment 6a und einem zweiten abgeteilten Abstandshaltersegment 6b hergestellt ist. Das verformungsinduzierende Element 7 in Form eines Ringteiles, an welchem eine im Vergleich zu anderen Bereichen des Abstandskörpers erhebliche Verformung auftritt, ist zwischen die an einer Seite in der axialen Richtung angeordneten ersten abgeteilten Abstandshaltersegmente 6a und die an der entgegengesetzten Seite in axialer Richtung angeordneten zweiten abgeteilten Abstandshaltersegmente 6b eingeschoben. Die Längsmaße aller ersten und zweiten abgeteilten Abstandshaltersegmente 6a und 6b und des verformungsinduzierenden Elementes 7 sind verschieden, d. h. die Längsmaße H1 des äußeren Laufringabstandshalters 5 ist verschieden von den Längsmaßen H2 des inneren Laufringabstandshalters 4, so dass eine Vorspannung entsprechend den Unterschieden der Längsmaße zwischen dem äußeren Laufringabstandshalter 5 und dem inneren Laufringabstandshalter 4 auf die Lagervorrichtung angelegt wird, wenn die Gewindemutter 9, die an einer inneren Laufringstirnfläche von einer der Lagereinheiten 3 anliegend gehalten wird, durch ein Rohrträger 8 befestigt wird.
Das erste abgeteilte Abstandshaltersegment 6a auf der rechten Seite des Abstandskörpers 6 hat ein axiales rechtes Ende, das anliegend an der Rückseite des äußeren Laufringes 3ga von einer der Lagereinheiten 3 gehalten wird, und weist auch ein axiales linkes Ende auf, das an dem verformungsinduzierenden Element 7 anliegend gehalten wird. Das axiale rechte Ende dieses ersten abgeteilten Abstandshaltersegmentes 6a weist eine anliegende Fläche 6aa auf, die radial auswärts anliegend an der Rückseite des äußeren Laufringes 3ga gehalten wird, und eine nicht-anliegende Fläche 6ab, die nicht-anliegend an der Lagereinheit 3 gehalten wird, die radial nach innen zu der anliegenden Fläche 6aa durch einen Absatzbereich verläuft.
Das axiale linke Ende des ersten abgeteilten Abstandshaltersegmentes 6a hat eine nicht-anliegende Fläche 6ac, die nicht radial auswärts anliegend an das verformungsinduzierende Element 7 gehalten wird, und einen ringförmigen Überstand 6ad, der radial nach innen zu dieser nicht-anliegenden Fläche 6ac verläuft, und axial mit einem vorbestimmten geringen Abstand hervorsteht, um eine Spannung an das verformungsinduzierende Element 7 anzulegen.
Das zweite abgeteilte Abstandshaltersegment 6b hat ein axiales linkes Ende, das anliegend an die Rückseite des äußeren Laufringes 3ga der anderen Lagereinheit 3 gehalten wird, und weist ebenfalls ein axiales rechtes Ende auf, das eine sogenannte radiale Ebene bildet, die anliegend an das verformungsinduzierende Element 7 gehalten wird. Das axiale linke Ende dieses zweiten abgeteilten Abstandshaltersegmentes 6b hat eine anliegende Seite 6ba, die radial auswärts anliegend an die Rückseite des äußeren Laufringes 3ga gehalten wird, und eine nicht-anliegende Fläche 6bb, die nicht-anliegend an die Lagereinheit 3 gehalten wird, welche radial nach innen zu dieser anliegenden Fläche 3ba durch einen Absatzbereich verläuft.
Das verformungsinduzierende Element 7 weist einen sensiblen Bereich 7a auf, der in einem radialen inneren Bereich definiert ist. In anderen Worten, der sensible Bereich 7a ist so gestaltet, dass die Stabilität geringer ist, als die des radialen äußeren Bereiches. Der ringförmige Überstand 6ad des ersten abgeteilten Abstandshaltersegmentes 6a greift in die rechte Stirnfläche des radialen inneren Bereiches ein, der den sensiblen Bereich 7a bildet, um dabei eine Spannung anzulegen. Wie in 2 gezeigt, weist das verformungsinduzierende Element 7 eine linke Stirnfläche auf, die auf einer äußeren diametrischen Seite davon definierten anliegenden Fläche 7b gebildet wird, und anliegend an das axiale rechte Ende des zweiten abgeteilten Abstandshaltersegmentes 6b gehalten wird, und eine nicht-anliegende Fläche 7c, die entlang einer inneren diametrischen Seite dieser anliegenden Fläche 7b durch einen Absatzbereich verläuft und auf dieser angeordnet ist, aber nicht in das zweite abgeteilte Abstandshaltersegment 6b eingreift. Die anliegende Fläche 7b, der Absatzbereich und die nicht-anliegende Fläche 7c repräsentieren bei Betrachtung des Abschnittes einer axialen Ebene des verformungsinduzierenden Elementes 7 eine Form ähnlich der Form eines freitragenden Balkens, wobei seine freien Enden durch den sensiblen Bereich 7a definiert werden. Die Form des freitragenden Balkens ist im Fall des dargestellten Ausführungsbeispieles gezeigt, in welchem ein radialer äußerer Bereich des verformungsinduzierenden Elementes 7 ein befestigtes Ende bildet und ein radialer innerer Bereich ein freies Ende bildet. Mit anderen Worten wie am besten in 1 gezeigt, ist das verformungsinduzierende Element 7 zwischen das starre Segmente bildende erste und zweite abgeteilte Abstandshaltersegment 6a und 6b eingeschoben, und die axial wirkende Kraft kann an den sensiblen Bereich 7a des verformungsinduzierenden Elementes 7 von dem ringförmigen Überstand 6ad des ersten abgeteilten Abstandshaltersegmentes 6a angelegt werden.
Wie am Besten in 1 zu sehen ist, weist die rechte Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 einen Grundbereich auf, d. h., ein radialer äußerer Bereich ist mit einem Verformungssensor 10 versehen wie z. B. einem Dehnungsmessstreifen, und die bereits erwähnte im verformungsinduzierenden Element 7 auftretende Verformung wird durch den als Verformungsdetektor dienenden Verformungssensor 10 detektiert. Obwohl in dem dargestellten diskutierten Ausführungsbeispiel die Anordnung der Gestalt ist, dass die Verformung, die in einem sogenannten Balken der rechten Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 auftritt, detektiert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht immer darauf begrenzt. Zum Beispiel, kann der Verformungssensor in einer linken Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 vorgesehen sein, sodass die in einem Bereich der linken Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 auftretende Verformung verdichtet wird. Ebenfalls wie in 3 gezeigt, kann der Verformungssensor 10 an einer Vielzahl von umlaufenden Positionen vorgesehen sein, sodass bei Zusammenfassung und Ausgabe der jeweiligen Ausgangsgrößen von diesem Verformungssensor 10 die Messgenauigkeit der Verformung erhöht werden kann. Ebenfalls wie in den 4a und 4b gezeigt, kann der Verformungssensor 10 an einem dehnbaren Bereich 7d in der rechten Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 und auch an einem kompressierbaren Bereich 7e in der linken Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 vorgesehen sein, sodass bei einer Differenz zwischen den Ausgangsgrößen des Verformungssensors 10, die Messempfindlichkeit der Verformung erhöht werden kann.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Verkabelung 11, die eine Ausgabeeinheit des Verformungssensors 10 bildet, nach außerhalb des Gehäuses 1 durch ein in dem Gehäuse 1 definierten Loch 1a gezogen und ist wiederum elektrisch mit dem Vorspannungsdetektor 12 zur Detektion der auf die Wälzlageranordnung wirkende Vorspannung verbunden. Die durch den Verformungssensor 10 detektierte Vorspannung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt. Der Vorspannungsdetektor 12 besteht aus einem elektrischen Schaltkreis oder ähnlichem, der in geeignet ist, die Menge der Vorspannung proportional zu dem durch die Verkabelung 11 eingeführten elektrischen Signal zu berechnen. Dieser Vorspannungsdetektor 12 enthält einen Bereich zur Verhältniseinstellung (nicht gezeigt), in welchem das Verhältnis zwischen den oben erwähntem elektrischen Signal und der Vorspannungsmenge in einer Tabelle oder einer Berechnungsgleichung angeführt werden, und wobei aus dem auf der detektierten Vorspannung basierenden elektrischen Signal durch den Bereich zur Verhältniseinstellung die Vorspannungsmenge berechnet wird. Der Vorspannungsdetektor 12 kann ebenfalls derart gestaltet sein, dass die Lagervorspannung in dem Fall nicht als gewünschte Vorspannung bestimmt wird, wenn eine Spitzenspannung des elektrischen Signals mittelst einer Peak-hold-Verarbeitung gemessen wird, und dementsprechend einen Wert größer oder kleiner als dem Schwellenwert erreicht. Dieser Vorspannungsdetektor 12 kann ein einheitlicher elektrischer Schaltkreis sein, der unabhängig oder als Teil einer Kontrollvorrichtung zur Kontrolle einer Spindelvorrichtung vorgesehen ist.
Der äußere Ringabstandshalter 5, der innere Ringabstandshalter 4 und die mit dem Verformungssensor 10 versehenden Lagerabstandshalter, und der Vorspannungsdetektor 12 bilden zusammen eine Vorrichtung zur Detektion von Lagervorspannungen.
Die Bedienung und die daraus sich ergebenen Wirkungen der vorangehenden Konstruktion werden jetzt beschrieben. Wird die Hauptachse 2 durch eine externen Antriebsquelle (nicht gezeigt) der Spindelvorrichtung rotiert, und in Folge des Temperaturanstieges der Lagereinheiten 3, die korrespondieren inneren Ringe 3i thermisch in solch einem Maße expandieren, dass diese ein Anstieg der Vorspannung zu Im Vergleich zu den initial gesetzten Werten höheren Werten verursachen, so steigen die axial wirkenden Kräfte, die auf das entgegengesetzte Ende des äußeren Ringabstandshalter wirken, an. Greift die axial wirkende Kraft von dem ringförmigen Überstand 6ad des ersten abgeteilten Abstandshaltersegmentes 6a auf das verformungsinduzierende Element 7 des äußeren Ringabstandshalter 5, wirkt eine Zugspannung auf die rechte Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 und eine Druckspannung wirkt auf die linke Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7. Dementsprechend wird eine Verformung in dem im verformungsinduzierenden Element 7 vorgesehenen Verformungssensor 10 gebildet. Der Vorspannungsdetektor 12 berechnet die Vorspannungsmenge durch Prüfen des auf der detektierten Verformung basierenden elektrischen Signals gegen den Bereich zur Verhältniseinstellung. Wenn daher das Verhältnis zwischen den axial wirkenden externen Kräften, die auf das verformungsinduzierende Element 7 wirken, und das elektrische Signal im Voraus kontrolliert wird, können die anfängliche Vorspannung der in die Lagervorrichtung eingebauten Lagereinheiten 3 und die während des Betriebes ansteigende Vorspannung ermittelt werden.
Insbesondere im Vergleich mit dem Fall, in welchem das verformungsinduzierende Element 7 zwischen das erste abgeteilte Abstandshaltersegment 6a und das zweite abgeteilte Abstandshaltersegment 6b eingeschoben ist, und wobei zur Detektion der in dem verformungsinduzierenden Element 7 auftretenden Verformung, der Verformungssensor in einem Lagerlaufring oder dem Abstandskörper selber vorgesehen ist, kann die Messgenauigkeit erhöht werden. Dementsprechend kann es gegenüber Störungen durch Geräusche oder Störungen durch während des Betriebes der Lagervorrichtung entstehen magnetischen Felder widerstandsfähiger werden und die Lagervorspannung kann akkurat gemessen werden. Auch gibt es nicht nur keine Notwendigkeit der Bildung von Ausfräsungen in dem Laufring zur Beherbergung des verformungsinduzierenden Elementes 7, wodurch die Verfahrenskosten entsprechend reduziert werden können, sondern auch die Fertigung der Lagervorrichtung kann vereinfacht werden. Da die in den Lagereinheiten 3 auftretenden Vibrationen durch Messung der in den verformungsinduzierenden Element 7 auftretenden Vibrationen bestimmt werden kann, besteht zusätzlich keine Notwendigkeit zur Verwendung eines Beschleunigungssensors. Daher kann die gleichzeitige Verwendung von Bauteilen verstärkt werden und die Herstellungskosten weiter reduziert werden.
Wird wie im Falle des nunmehr diskutierten Ausführungsbeispiel ein ringförmiger Abstandskörper 6 verwendet, der in einer Vielzahl von abgeteilten Abstandshaltersegmenten 6a und 6b aufgeteilt ist, kann die Lagervorrichtung ohne zusätzliche Bearbeitung des Gehäuses 1 und anderer, in welche die Lagereinheiten 3, der äußere Ringabstandshalter 5 und das Gehäuse 1 eingepasst sind, zusammengebaut werden. Mit anderen Worten, es ist möglich die abgeteilten Abstandshaltersegmente 6a und 6b mit der geeigneten axialen Dimension an die Position des in dem Gehäuse 1 vorhandenen Loches 1a anzupassen. Dementsprechend kann die gleichzeitige Verwendung des Gehäuses 1 verstärkt werden.
Das in 1 gezeigte verformungsinduzierende Element 7 wird anliegend an die abgeteilten Abstandshaltersegmente 6a und 6b gehalten, die auf den entsprechenden axialen Seiten des verformungsinduzierenden Elementes durch einen inneren peripheralen Bereich 7i an der rechten Stirnfläche, in 2 gezeigt, und an einem äußeren peripheralen Bereich 7u in der linken Stirnfläche, ebenfalls gezeigt in 2, positioniert sind. Daher wird die in dem Abstandskörper und/oder in den Laufringen auftretende Verformung nicht detektiert, aber die Ausbildung einer axial wirkenden Relativkraft ist möglich, die auf den inneren peripheralen Bereich 7i an einer der entgegengesetzten Stirnflächen des verformungsinduzierenden Elementes 7 relativ zu dem äußeren peripheralen Bereich 7u an der anderen entgegengesetzten Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7 angreift, so dass die Verformung in das verformungsinduzierende Element 7 induziert werden kann.
Das verformungsinduzierende Element 7 liegt in Form eines einen sensiblen Bereich 7a aufweisenden Ringteiles vor, wobei die Stabilität des radialen inneren Bereiches davon relativ geringer ist als die des radialen äußeren Bereiches davon. Dieses Ringteil, bei Betrachtung von in der Achsenebene durchgeführten Schnitten, ist derart ausgebildet, sodass eine einem freitragenden Balken ähnliche Form dargestellt wird, wobei sein freies Ende durch den sensiblen Bereich 7a definiert wird, auf welchem die axial wirkende Kraft von einem axialen Endbereich des Abstandskörper 6 angelegt wird. In solch einem Fall kann der sensible Bereich leicht erhalten werden, wenn der radiale innere Bereich des verformungsinduzierenden Elementes 7 z. B. durch eine Drehvorrichtung oder Ähnliches bearbeitet wird. Allerdings ist das Bearbeitungsverfahren des sensiblen Bereiches 7a nicht immer nur auf ein Drehverfahren begrenzt. In dieser Weise kann die Form des verformungsinduzierenden Elementes einfach und sicher derart gebildet werden, sodass eine einen freitragenden Balken ähnliche Form bei Betrachtung eines in der Axialebene vorgenommenen Ausschnittes ermöglicht wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zusätzlich ein Vorspannungsdetektor 12 zur Detektion der Vorspannung der Wälzlagervorrichtung von einer in den verformungsinduzierenden Element 7a induzierten Verformung verwendet und durch den vorstehend beschriebenen Verformungssensor 10 detektiert, wie vorstehend beschrieben. Aufgrund der durch den Vorspannungsdetektor 12 detektierten Vorspannung kann nicht nur die Hauptachse 2 in der gewünschten Rotationslage gehalten werden, aber auch die Stabilität der Hauptachse 2 kann genau kontrolliert werden. Da der zum Anlegen der Spannung an das verformungsinduzierende Element 7 verwendete ringförmige Überstand 6ad an dem axialen linken Ende des ersten Ringes 6a des Abstandskörpers 6 derart vorgesehen ist, so dass dieser axial vorsteht, kann die in dem verformungsinduzierenden Element induzierte Verformung durch den Verformungssensor 10 mit großer Genauigkeit detektiert werden, ohne das die Stabilität des Abstandskörpers 6 erniedrigt wird.
Der Verformungssensor 10 kann eine Struktur haben, die die Detektion einer in einem zusammengedrückten Bereich des verformungsinduzierenden Elementes 7 und in einem dehnbaren Bereich des verformungsinduzierenden Elementes auftretende Verformung ermöglicht. In solch einem Fall können die Montagemöglichkeiten des Verformungssensors erhöht werden. Auch in dem Fall, wo die in jedem der zusammengedrückten Bereiche und der dehnbaren Bereiche auftretende Verformung detektiert wird, kann die Messgenauigkeit weiter erhöht werden.
Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail insbesondere unter Bezugnahme zur 5 beschrieben. Es ist anzumerken, dass bei der Beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung einschließlich dieses zweiten Ausführungsbeispieles, die darin verwendeten Bauteile ähnlich zu den in Verbindung mit dem vorgängig beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel Gezeigten und Beschriebenen sind und mit den gleichen Bezugszeichen, die in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel angewendet werden, gekennzeichnet sind, so dass daher die Details der Kürze halber nicht wiederholt werden. In dem Fall, wo lediglich Teile der Konstruktion erklärt werden, sind die übrigen Teile einer solchen Konstruktion als ähnlich zu der in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel anzusehen. Es ist ebenfalls anzumerken, dass es nicht nur möglich ist, die in verschiedenen Ausführungsbeispielen spezifisch beschriebenen Elemente zu kombinieren, aber auch zwei oder mehr der verschiedenen Ausführungsbeispiele zu kombinieren, es sei denn, eine derartige Kombination führt zu Problemen.
Der äußere Ringabstandshalter 5a, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält einen Abstandskörper 6a, welcher ein einzelnes unabhängiges Mitglied, d. h. ein unitäres Mitglied ist, und ein verformungsinduzierendes Element 7a, das anliegend an diesen Abstandskörper 6a gehalten wird, und einen äußeren Lagerring 3g. In anderen Worten, eine rechte Stirnfläche dieses verformungsinduzierenden Elementes 7a weist eine anliegende Seite 7Aa auf, die anliegend an die äußere Ringrückseite 3ga von einer der Lagereinheiten 3 gehalten wird, und eine nicht-anliegende Seite 7Ab, die radial nach innen zu der anliegenden Seite 7Aa durch einen Absatzbereich verläuft und nicht an der Lagereinheit 3 anliegt. Das verformungsinduzierende Element 7a weist einen schwachen Bereich 7Ac, der in einem radialen inneren Bereich davon definiert ist. Bei Betrachtung von Bereichen in der Achsenebene repräsentieren die anliegende Seite 7Aa, der Absatzbereich und die nicht-anliegende Seite 7Ab zusammen eine einen freitragenden Balken ähnliche Form, wobei deren freies Ende durch den schwachen Bereich 7Ac definiert sind. Die linke Stirnfläche dieses verformungsinduzierenden Elementes 7A bildet eine sogenannte Radialebene. Die axial wirkende externe Kraft wird von dem ringförmigen Überstand 6Aa des Abstandskörpers 6a auf den schwachen Bereich 7Ac an einem radialen inneren Bereich der linken Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7A angelegt.
Gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel kann die Anzahl der den äußeren Ringabstandshalter 5a bildenden Bauteile auf eine Anzahl, die geringer ist als die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Bauteile, reduziert werden, da der Abstandskörper 6a in Form eines unitären Ringteiles verwendet wird. Die Reduzierung der Anzahl der Bauteile erlaubt dementsprechend eine Vereinfachung der gesamten Struktur. Die Herstellungskosten der Lagervorrichtung können daher reduziert werden. Im Vergleich zu dem Fall, in welchem eine Vielzahl von abgeteilten Abstandshaltersegmenten verwendet werden, kann die Montage der Lagervorrichtung vereinfacht werden, um so die für die Vervollständigung der Montage benötigte Zeit zu reduzieren. Funktionen und Wirkungen ähnlich zu dem in dem vorangegangenen beschriebenen Ausführungsbeispiel werden ebenfalls erfasst.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird detailliert unter Bezugnahme auf die 6 bis 9a und 9b beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 6 enthält ein äußerer Ringabstandshalter 5 die ersten und zweiten kreisförmigen Ringteile 6a und 6b, die den in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel verwendeten ersten und zweiten abgeteilten Abstandshaltersegmenten entsprechen, und ein verformungsinduzierendes Element 7B. Das als Ringteil gestaltete verformungsinduzierende Element 7B ist zwischen dem ersten Abstandsteil 6a, der an einer axialen Seite vorgesehen ist, und dem zweiten Abstandsteil 6b, das an der anderen axialen Seite vorgesehen ist, eingeschoben. In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist das verformungsinduzierende Element 7B in Form eines freitragenden Balkens mit einer inneren freie Enden bildende diametrischen Seite, wie in den 7 und 8 gezeigt, wiedergegeben, und eine Vielzahl von Sensoren ist zur Bildung einer Sensoreinheit S1 in diesem verformungsinduzierenden Element 7B vorgesehen, wie später beschrieben wird. Das verformungsinduzierende Element 7B ist ein Bereich des äußeren Ringabstandshalters 5, an welchem eine größere Verformung als an jedem anderen Bereich davon auftritt. Das Verhältnis zwischen den Breitenabmaßen des ersten und zweiten Abstandsteiles 6a und 6b und dem verformungsinduzierenden Element 7B, d. h. die Breitenabmaße H3 des äußeren Ringabstandshalters 5 und die Breitenabmaße H4 des inneren Ringabstandshalters 4, ist ähnlich zu den vorhergehenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Das erste Abstandsteil 6a des äußeren Ringabstandshalters 5 auf der rechten Seite weist ein axial orientiertes rechtes Ende auf, das anliegend an eine Rückseite 3ga des äußeren Ringes an einer der Lagereinheiten 3 gehalten wird, und weist ebenfalls ein axial orientiertes linkes Ende auf, welches anliegend an das verformungsinduzierende Element 7B gehalten wird. Das axial orientierte rechte Ende dieses ersten Abstandsteiles 6 weist eine anliegende Seite 6aa auf, die an die Rückseite 3ga des äußeren Ringes auf einer äußeren diametrischen Seite gehalten wird, und eine nicht-anliegende Seite 6ab auf, welche nicht an die Lagereinheit 3 anliegt und zu dieser anliegenden Seite 6a durch einen Absatzbereich auf einer inneren diametrischen Seite verläuft.
Das axial orientierte linke Ende des ersten Abstandsteiles 6a weist eine nicht-anliegende Seite (nicht gezeigt) auf, die anliegend z. B. an das verformungsinduzierende Element 7B auf der äußeren diametrischen Seite gehalten wird, und einen ringförmigen Überstand auf (nicht gezeigt), der zu dieser nicht-anliegenden Seite durch einen Abstandsbereich auf der inneren diametrischen Seite verläuft und in einem vorbestimmten geringen Abstand axial hervorsteht, um eine Spannung auf das verformungsinduzierende Element 7B anzulegen.
Das zweite Abstandsteil 6b weist ein axial orientiertes linkes Ende auf, das anliegend an die Rückseite 3ga des äußeren Ringes der anderen der Lagereinheiten 3 anliegend gehalten wird, und weist ebenfalls ein axial orientiertes rechtes Ende auf, das eine radiale Ebene bildet und anliegend an das verformungsinduzierende Element 7B gehalten wird. Das axial orientierte linke Ende von diesem zweiten Abstandsteil 6b weist eine anliegende Seite 6ba auf, die anliegend an die Rückseite 3ga des äußeren Ringes an einer äußeren diametrischen Seite gehalten wird, und eine nicht an die Lagereinheit 3 nicht-anliegende Seite 6bb auf, die an einer inneren diametrischen Seite zu der anliegenden Seite 6ba durch einen Absatzbereich verläuft.
Das auf das oben Bezug genommene verformungsinduzierende Element 7B weist einen schwachen Bereich 7Ba auf, der an einem radialen inneren Bereich davon definiert ist. D. h., dass der schwache Bereich 76a derart gestaltet ist, so dass diese eine relativ geringere Stabilität im Vergleich zu dem radialen äußeren Bereich des verformungsinduzierenden Elementes 7B aufweist. Mit anderen Worten, das verformungsinduzierende Element 7B weist einen radialen äußeren Bereich auf, der eine dicke Wand hat, und weist ebenfalls einen radialen inneren Bereich auf, dessen Wanddicke geringer ist als die des radialen äußeren Bereiches. Der ringförmige Überstand des ersten Abstandsteiles 6a wird anliegend an die rechte Stirnfläche des den schwachen Bereich 76a bildenden radialen inneren Bereiches gehalten, um so eine Spannung darauf aufzubringen. Eine linke Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B hat eine anliegende Oberfläche 7Bb, die anliegend an das axial orientierte rechte Ende des zweiten Abstandsteiles 6b auf einer äußeren diametrischen Seite gehalten wird, und weist ebenfalls eine nicht an dem zweiten Abstandsteil 7 nicht-anliegende Fläche 7Bc auf, die auf einer inneren diametrischen Seite zur anliegenden Fläche 7Bb durch einen Absatzbereich verläuft. Bei Betrachtung von Bereichen in der Achsenebene repräsentieren die anliegende Seite 7Bb, der Abstandsbereich und die nicht-anliegende Seite 7Bc zusammen eine freitragende balkenähnliche Form, dessen freies Ende durch den schwachen Bereich 7Ba definiert ist. Im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels ist eine freitragende Balkenform dargestellt, in welcher ein radial äußerer Bereich des verformungsinduzierenden Elementes 7B ein befestigtes Ende bildet und ein radialer innerer Bereich ein freies Ende bildet. D. h., dass das verformungsinduzierende Element 7B zwischen die starre Segmente bildenden ersten und zweiten Abstandsteile 6a und 6b eingeschoben ist, und die axial wirkenden Kräfte an den schwachen Bereich 7Ba des verformungsinduzierenden Elementes 7B von dem ringförmigen Überstand des ersten Abstandsteiles 6a angelegt werden können.
Die Sensoren und Andere werden jetzt detailliert beschrieben.
Wie in den 7 und 8 gezeigt, weist eine rechte Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B einen Basisbereich auf, d. h., dass ein radialer äußerer Bereich mit einer Vielzahl, z. B. vier Verformungssensoren, wie z. B. Dehnungsmessstreifen, versehen ist, so dass die in dem verformungsinduzierenden Element 7B auftretende Verformung von jedem der als Detektionsvorrichtung zur Detektion von einer bestimmten Vorspannung dienenden Verformungssensoren 10 detektiert wird. Diese vier Verformungssensoren 10 sind in einem Abstand von 90° zueinander in vorbestimmten Intervallen in einer umlaufenden Richtung angeordnet. Wenn die mehrfachen Verformungssensoren 10 in einem gleichmäßigen Abstand voneinander auf einem Umfang angeordnet sind und die jeweiligen Ausgangsgrößen von diesen Verformungssensoren 10 zusammenaddiert werden, kann die Detektion erreicht werden, wobei die Einflüsse der Spannungsabweichung ausgeglichen werden.
Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel die an einem Bereich der rechten Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B, an welchem eine dehnbare Verformung durch ein sogenanntes Balkenbiegen wie in den 9A und 9B gezeigt hervorgerufen wird, auftretende Verformung detektiert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann eine Anordnung hergestellt werden, in welcher die Verformungssensoren 10 an der linken Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B vorgesehen sind, so dass die an einem Bereich der linken Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 76, wo eine sogenannte kompressive Verformung hervorgerufen wird, auftretende Verformung detektiert werden kann. Ebenfalls ist die Anzahl der Verformungssensoren 10 nicht immer auf vier begrenzt, wie gezeigt und beschrieben. Es kann sein, dass die mehrfachen Sensoren 10 nicht in gleicher Entfernung voneinander in der umlaufenden Richtung angeordnet sind. Es ist anzumerken, dass die Verformungssensoren 10 wie in 9B gezeigt an dem dehnbaren Bereich an der rechten Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B und der zusammendrückbare Bereich an der linken Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B jeweils angeordnet sind, sodass die Messgenauigkeit der Verformung durch summieren der jeweiligen Ausgangsgrößen von diesen Verformungssensoren erhöht werden kann.
Ein Temperatursensor 20 und ein Vibrationssensor 21 sind an der rechten Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B an jeweiligen umlaufenden Positionen an dem Selben durch die Verformungssensoren 10 dargestellten Teilkreisdurchmesser (pcd) und an jeweiligen von dem Verformungssensor 10 unterschiedlichen Phasen vorgesehen. Der Temperatursensor 20 ist an einer Position angeordnet, die in einem vorbestimmten Winkel α (α ist z. B. 30°) von einem vorbestimmten Verformungssensor 10 beabstandet ist, so dass die Temperatur des verformungsinduzierenden Elementes 7B gemessen werden kann. Basierend auf der durch diesen Temperatursensor 20 gemessenen Temperatur kann diese für den Zweck der Temperaturkorrektur des Verformungssensors 10 und des Vibrationssensors 21 verwendet werden. Ein Thermoelement, eine temperaturmessendes Widerstandselement oder ein Termister sind zur Anwendung als Temperatursensor 20 geeignet. Der Vibrationssensor 21 ist an einer Position angeordnet, die in einem vorbestimmten Winkel β (β ist z. B. 30°) von einem der Verformungssensoren 10 beabstandet ist, so dass die in den Lagereinheiten 3 auftretende Vibration gemessen werden kann. Es ist jedoch anzumerken, dass der Temperatursensor 20 und der Vibrationssensor 21 nicht notwendigerweise an solchen jeweiligen Positionen angeordnet sein müssen. Da der äußere Ringabstandshalter 5 und der äußere Ring 3g axial zueinander anliegend gehalten werden, ist es möglich, die Temperatur des äußeren Lagerringes 3g mit dem Temperatursensor 20 mit einem minimalen Fehler zu messen, wenn z. B. dieser Temperatursensor 20 in einer Aussparung angeordnet ist, die in der inneren Peripherie des Gehäuses definiert ist und einer äußeren diametrischen Oberfläche des äußeren Ringes gegenübersteht.
Die Verkabelung 13, die die jeweiligen Ausgabeeinheiten der Verformungssensoren 10, des Temperatursensors 20 und des Vibrationssensors 21 bilden, sind außerhalb des Gehäuses 1 durch ein in dem Gehäuse 1 definierten Loch 1a gezogen und sind wiederum elektrisch mit einem Abweichungsdetektor 14 zur Detektion einer in der Lageranordnung auftretenden Abweichung verbunden. Die durch die Verformungssensoren 10 detektierte Verformung und die durch den Vibrationssensor 12 detektierten Vibration werden nach Umwandlung in die jeweiligen elektrischen Signale entsprechend der durch den Temperatursensor 20 gemessenen Temperatur korrigiert. Der Abweichungsdetektor 14 enthält einen elektrischen Schaltkreis oder Ähnliches, der zur Berechnung eines detektierten abweichenden Wertes proportional zu dem korrigierten elektrischen Signal geeignet ist und durch die Verkabelung 13 eingespeist wird. Dieser Abweichungsdetektor 14 enthält einen Bereich zur Verhältniseinstellung (nicht gezeigt), in welchem die Verhältnisse zwischen dem oben erwähnten elektrischen Signal und dem detektierten abweichenden Wert durch Gleichungen oder Tabellen vorgegeben werden, so dass das auf Grundlage der detektierten Verformung und des Vibrationswertes korrigierte elektrische Signal gegen den Bereich der Verhältniseinstellung überprüft wird, um einen Detektionswert zu kalkulieren. Der Abweichungsdetektor 14 kann auch derart gestaltet sein, um das Auftreten einer Abweichung in der Lageranordnung zu bestimmen, wenn eine Spitzenspannung des oben erwähnten elektrischen Signales anhand z. B. einer Peak-Hold-Verarbeitung gemessen wird, und anschließend einen höheren oder niedrigen Wert als der Schwellenwert erreicht. Dieser Abweichungsdetektor 14 kann ein unitärer elektrischer Schaltkreis sein, der unabhängig oder als Teil einer Kontrollvorrichtung zur Kontrolle einer Spindelvorrichtung vorgesehen ist. Es ist anzumerken, dass obwohl nicht gezeigt ebenfalls in diesem dritten Ausführungsbeispiel der in der Ausführung des ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung angewendete Vorspannungsdetektor 12 hier ebenfalls angewendet wird.
Obwohl die Details der Funktion und Wirkungsweise der vorherstehenden Konstruktion nicht beschrieben sind, da diese im Wesentlichen ähnlich sind in den vorher beschriebenem ersten Ausführungsbeispiel, wird der Betrag der Vorspannung, insbesondere im Falle dieses dritten Ausführungsbeispieles, durch Vergleichen des elektrischen Signals, das auf der Basis der durch den Abweichungsdetektor 14 detektierten Verformung korrigiert wurde, mit dem Bereich der Verhältniseinstellung berechnet. Wenn das Verhältnis zwischen dem elektrischen Signal und einer auf das verformungsinduzierende Element 7B wirkenden axial orientierten externen Kraft im Voraus entsprechend geprüft wird, ist es möglich, die Anfangsvorspannung der in der Lagervorrichtung eingebauten Lagereinheiten 3 zu ermitteln, und die Vorspannung während des Betriebes zu erhöhen. Es ist möglich, das Auftreten von Abweichungen in der Lagervorrichtung basierend auf dieser erhöhten Vorspannung und dem Vibrationswert oder Ähnlichem zu bestimmen. Wie vorgehend beschrieben, kann, da die Detektion der Abweichung nicht nur durch Detektion der Temperatur und der Vibration durchgeführt wird aber auch durch Detektion einer sich innerhalb der Lagervorrichtung entwickelnden Vorspannungslast, anhand des in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Vorspannungsdetektor 12 eine Vorhersage von möglichen Abweichungen in den Lagereinheiten 3 an einem genauen Zeitpunkt mit hoher Präzision durchgeführt werden.
Der Temperatursensor 20 ist an einer Position nahe dem Verformungssensoren angeordnet, die in einem Winkel α von dem Verformungssensor 10 beabstandet sind, so dass die Temperatur des verformungsinduzierenden Elementes 7B gemessen werden kann. Aus diesem Grund kann die Temperatur in den Verformungssensoren 10 akkurat detektiert werden. Da der Temperatursensor 20 an einem Bereich der rechten Stirnfläche des verformungsinduzierenden Elementes 7B angeordnet ist, der auf demselben Teilkreisdurchmesser liegt, d. h. dem selben konzentrischen Kreis wie die Verformungssensoren 10 und der Vibrationssensor 21 liegt, können die jeweiligen Wärmemengen, die zu den Verformungssensoren 10, den Vibrationssensor 21 und dem Temperatursensor 20 geleitet werden, im Wesentlichen abgeglichen werden, so dass die Genauigkeit, mit welcher die Temperaturkorrektur durchgeführt wird, erhöht werden kann.
Ebenfalls kann die Messgenauigkeit der Verformung durch Bereitstellung der Verformungssensoren 10 an einer Vielzahl von Positionen in der umlaufenden Richtung und Summierung der entsprechenden Ausgabegrößen dieser mehrfachen Verformungssensoren 10 erhöht werden. Da der Abstandshalter den äußeren Ringabstandshalter 5 und den inneren Ringabstandshalter 4 enthält und von diesen der äußere Ringabstandshalter 5 eine Struktur aufweist, bei der das verformungsinduzierende Element 7B zwischen seinen entgegengesetzten Ende eingelagert ist, kann die Anzahl der in der Lagervorrichtung verwendeten Bauteile zur Vereinfachung der Struktur reduziert werden und die Herstellungskosten der Lagervorrichtung können ebenfalls reduziert werden. Da ein unitäres Bauteil verwendet wird, in welchem die Verformungssensoren 10, der Temperatursensor 20 und der Vibrationssensor 21 in das verformungsinduzierende Element 7B eingefügt sind, kann die Zahl der in der Lagervorrichtung verwendeten Bauteile zur Vereinfachung der Struktur reduziert werden. Die Verwendung dieses unitären Bauteiles ermöglicht eine Erhöhung der Handhabbarkeit für den Fall, dass ein solches unitäres Bauteil in den Abstandshalter eingefügt wird, so dass eine Reduzierung der Fertigungsschritte resultiert.
Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Verformungssensoren 10, der Temperatursensor 20 und der Vibrationssensor 21 auf dem verformungsinduzierenden Element 7B gelagert gezeigt und beschrieben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht immer auf solch ein Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise kann eine Anordnung vorgesehen sein, in welcher die Verformungssensoren 10 und der Temperatursensor 20 in dem verformungsinduzierenden Element 7B vorgesehen sind und auf den Vibrationssensor 21 verzichtet wird. Es ist auch möglich, das verformungsinduzierende Element 7B mit den Verformungssensoren 10 und dem Vibrationssensor 21 zu versehen und die Verwendung des Temperatursensors 20 zu eliminieren. In solch einem Fall kann der Temperatursensor 20 in dem Gehäuse 1 oder Ähnlichem vorgesehen sein.
In der folgenden Beschreibung ist ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Referenz zu 10 beschrieben.
In der Lagervorrichtung gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind mindestens ein Temperatursensor 20 und der Vibrationssensor 21 an einem Bereich des ersten Abstandsteiles 6 vorgesehen, der der Rückseite des äußeren Ringes 3ga gegenübersteht. Mindestens einer der Temperatursensoren 20 und der Vibrationssensor 21 sind ebenfalls an einem Bereich des zweiten Abstandsteiles 6b vorgesehen, der der Rückseite des äußeren Ringes 3ga gegenübersteht. Somit sind die Sensoren in der Umgebung der Lagereinheiten vorgesehen. In solch einem Fall können die Temperatur und die Vibration der Lagereinheiten 3 akkurater detektiert werden, als das in einer Lagervorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel ermöglicht wurde. Funktionsweise und Wirkungsweise ähnlich zu denen durch das oben beschriebene dritte Ausführungsbeispiel Hervorgebrachte können erreicht werden.
Während das verformungsinduzierende Element, welches in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, zum Anschauungszweck dient, ist die vorliegende Erfindung nicht immer darauf begrenzt, vorausgesetzt das der Abstandshalter lokal verformt werden kann.
Ein verformungsinduzierendes Element kann vorgesehen sein, welches in der Form einer umlaufenden verlängernden Fuge oder eines in einem Bereich des Abstandshalters gebildeten Spalte vorliegt, und welches geeignet ist, die Verformung zu induzieren, welche deutlicher ist als an jedem anderen Bereich des Abstandshalters. In dieser Weise kann das verformungsinduzierende Element in den Abstandskörper integriert vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Anzahl der in der Lagervorrichtung verwendeten Bauteile zu einem Wert reduziert werden, der kleiner ist als in dem vorgehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel.
Die Lagervorrichtung der vorangehenden beschriebenen Art kann in jeder Vorrichtung außer der Spindelvorrichtung verwendet werden wie z. B. in einem Roboter. Obwohl in der Beschreibung des gerade diskutierten Ausführungsbeispieles Bezug auf die Verwendung von zwei Lagereinheiten genommen wurde, die in einem back-to-back-Verhältnis zueinander gehalten werden, ist es auch möglich sie in einem front-to-front-Verhältnis zueinander zu positionieren. Auch muss die Anzahl der Lagereinheiten nicht notwendiger Weise auf zwei, wie gezeigt und beschrieben, begrenzt sein. Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel das verformungsinduzierende Element derart gezeigt und beschrieben wurde, dass es in dem axialen Endbereich des Abstandskörper des äußeren Ringabstandshalter vorgesehen ist, kann das verformungsinduzierende Element in einem axialen Endbereich des Abstandskörpers ist z. B. inneren Ringabstandshalters in einer Vorrichtung anders als die oben diskutierten Spindelvorrichtung vorgesehen sein. In solch einem Fall dient ein äußerer Laufring als Rotationsteil und die Verkabelung, durch welche eine Ausgabegröße von dem verformungsinduzierenden Element bereit gestellt wird, muss durch das Innere der Lagervorrichtung nach außerhalb der Lagervorrichtung gezogen werden. Das in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschriebene verformungsinduzierende Element dient lediglich dem Zweck der Darstellung, und die vorliegende Erfindung muss nicht notwendiger Weise auf das oben beschriebene limitiert sein, wenn ein verformter Abstandskörper erwünscht ist.
Das verformungsinduzierende Element, welches in der Form einer umlaufenden verlängernden Fuge oder eines in einem Bereich des Abstandshalters gebildeten Spalte vorliegt, und welches dazu geeignet ist, die Verformung zu induzieren, die beträchtlicher ist als an jedem anderen Bereich des Abstandskörpers, ist in einem Bereich des Abstandshalters vorgesehen und das verformungsinduzierende Element kann in den Abstandskörper eingebaut vorgesehen sein. In solch einem Fall kann die Zahl der in der Lagervorrichtung verwendeten Bauteile zu einer Größe reduziert werden, die kleiner ist als in dem vorgehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel.
Im Folgenden wird eine Art der Anwendung im Detail mit besonderer Bezugnahme auf die 11 bis 15 beschrieben.
In der folgenden Beschreibung werden die Bauteile, die hier verwendet werden und ähnlich zu denen in Verbindung mit dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel gezeigten und beschriebenen Teilen sind, durch Bezugszeichen gekennzeichnet, die in Verbindung mit dem vorher beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel angewendet werden, und daher kann es vorkommen, dass die Details der kürzehalber nicht wiederholt werden.
In dieser Anwendungsform enthält eine Sensoreinheit S2 eine Vielzahl von magnetostriktiven Teilen 15, eine Vielzahl von Drahtringen 16 und einen Ringteil RB, der diese magnetostriktiven Teile 15 und die Drahtringe 16 fixiert. Die mehrfachen (z. B. in der dargestellten Anwendungsform drei) magnetostriktiven Teile 15 sind gleichmäßig von einander beabstandet. Der Ringteil RB ist aus einem nicht-magnetischen Material wie z. B. Edelstahl oder Ähnlichem hergestellt, und sind, wie am Besten in 12 gezeigt, mit Aufnahmelöchern RBA zur Fixierung, d. h. Aufnahme von magnetostriktiven Sensoren 19 ausgebildet, wobei jeder aus dem magnetostriktiven Teil 15, dem Drahtring 16 und einem Bügel 18, und aus einem Sensoraufnahmeloch RBB zur Aufnahme von mindestens einem oder beider der Temperatursensoren 20 und des Vibrationssensors 21 hergestellt ist.
Der Temperatursensor 20 und der Vibrationssensor 21 sind an dem Ringteil RB an jeweiligen Positionen vorgesehen, die auf dem gleichen Teilkreisdurchmesser koaxial mit einer Achse des magnetostriktiven Teiles 15 des magnetostriktiven Sensors 19 liegen, und an einer von dem magnetostriktiven Sensor abweichenden Phase vorgesehen sind. Der Temperatursensor 20 kann nahe den magnetostriktiven Sensoren 19 und in einem vorbestimmten Winkel α (siehe 8) beabstandet von den magnetostriktiven Sensoren 19 angeordnet sein. In solch einem Fall, kann die Temperatur von jedem magnetostriktiven Sensor weiter akkurat detektiert werden.
Es ist anzumerken, dass die vielfachen magnetostriktiven Teile 15 in geeigneten Intervallen in der umlaufenden Richtung vorgesehen sein können. Auch ist die Anzahl der magnetostriktiven Teile nicht notwendigerweise wie gezeigt und beschrieben auf drei begrenzt, sondern jede geeignete Anzahl davon kann in Abhängigkeit von der Situation gewählt werden. Jedes der magnetostriktiven Teile 15 ist ein zylindrisches Teil, dass parallel zu der Längsachse der Hauptachse 2 verläuft, wobei ein Spulenkörper 17 an der äußeren Peripherie dieses zylindrischen Teiles um ein derartiges Zylinderteil gewundenen Drahtring 16 befestigt ist. Durch das Winden des Drahtringes 16 um das jeweilige magnetostriktive Teil 15 durch den verbundenen Spulenkörper 17 wird der magnetostriktive Sensor 19 gebildet. Die jeweiligen Drahtringe 16 können miteinander in Reihe über die gesamte Zahl dieser magnetostriktiven Teile 15 verbunden sein. Jeder dieser Drahtringe 16 umfasst einen lackierten Draht.
Die oben erwähnte Drahtspule 17 enthält einen auf der äußeren Peripherie des magnetostriktiven Teils 15 angebrachten Spulenkörper 17a, wobei ein erster Flansch 17b in einem axialen Endbereich des Spulenkörpers 17a derart ausgebildet ist, so dass dieser sich radial nach außen erstreckt, und ein zweiter Flansch 17c, der in dem entgegengesetzten axialen Endbereich des Spulenkörpers 17a derart ausgebildet ist, so dass dieser sich radial nach außen erstreckt. Der Drahtring 16 ist in passender Weise um einen ringförmigen Bereich gewunden, und durch den Spulenkörper 17a, den ersten Flansch 17b und den zweiten Flansch 17c gebunden.
Als magnetostriktives Material für dieses magnetostriktive Teil 15 wird bevorzugter Weise ein Material mit einer hohen magnetostriktiven Wirkung verwendet. Dieses magnetostriktive Material liegt auch bevorzugter Weise in Form eines Materiales mit einer hohen inversen magnetostriktiven Wirkung vor. Die inverse magnetostriktive Wirkung bezieht sich auf eine Wirkung, bei der eine magnetische Eigenschaft des magnetostriktiven Teiles 15 wie z. B. magnetische Permeabilität sich in Abhängigkeit von der Höhe des angelegten Druckes ändert. In der Ausführung dieses Ausführungsbeispieles ist das magnetostriktive Teil 15 z. B. aus Ni, Fe-Ni Legierungen, Fe-Co Legierungen, Fe-Al Legierungen, einer amorphen magnetostriktiven Legierung oder einem supermagnetostriktiven Material hergestellt.
Der Bügel 18 als ein Abdeckteil ist außerhalb des wie oben beschriebenen gewundenen Drahtringes 16 vorgesehen. Dieser Bügel 18 ist aus einem magnetischen Material hergestellt und enthält einen zylindrischen Bügelkörper 18a mit einem geschlossenen Ende, und ein ringförmiges Deckelteil 18b. Das magnetostriktive Teil 15 weist einen Endbereich auf, der in einer rohrförmigen Unterseite 18aa des Bügelkörpers 18a definierten Durchgangloches 18ab eingefügt wird, wobei die rohrförmige Unterseite 18aa derart angeordnet ist, sodass diese anliegend an oder in der Nähe des ersten Flansches 17b der Drahtspule 17 gehalten wird. In dieser Anordnung deckt eine rohrförmige Oberfläche des Bügelkörpers 18 den gesamten Drahtring 16 ab und eine freie Endkante des Bügelkörpers 18a ist an einem äußeren peripheralen Ende des Bügelteils 18b gesichert. Zu diesem Zeitpunkt wird das entgegengesetzte Ende des magnetostriktiven Teiles 15 durch das Durchgangsloch 18ba in das Deckelteil 18b eingeführt, und ein Oberflächenbereich des Deckelteiles 18b ist derart angeordnet, sodass es anliegend an oder nahe zum zweiten Flansch 17c der Drahtspule 17 gehalten wird. Auf diese Weise wirkt das magnetostriktive Teil 15 mit dem Bügel 18 zusammen, um einen geschlossenen magnetischen Schaltkreis für den Drahtring 16 zu definieren. Der den Bügelkörper 18a und das Deckelteil 18b enthaltene Bügel ist bevorzugter Weise aus einem Material mit einer höheren magnetischen Permeabilität als die des Abstandshalters hergestellt.
Wenn der magnetische Weg für den Drahtring 16 in Form einer geschlossenen magnetischen Bahnstruktur definiert ist, kann der magnetische Widerstand des Drahtringes insgesamt reduziert werden und die Sensorgenauigkeit des magnetostriktiven Sensors kann größer als die eines konventionellen Systemes sein. Selbst wenn der äußere Ringabstandshalter 5 und der innere Ringabstandshalter 4 entsprechend aus einem nicht magnetischen Material wie z. B. Edelstahl hergestellt ist, kann die auf das magnetostriktive Teil 15 wirkende Beanspruchung mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Es ist jedoch anzumerken, dass das Material für jeden des äußeren Ringabstandhalters 5 und des inneren Ringabstandshalters 4 nicht notwendigerweise auf Edelstahl beschränkt ist.
Ein Kabel 13, welches eine Ausgabeeinheit über dem Drahtring des magnetostriktiven Sensors 19 bildet, wird nach außerhalb des Gehäuses durch ein in dem Gehäuse definierten Loch 1a gezogen, und ist dann elektrisch mit einem Abweichungsdetektor 14 verbunden. In diesem Fall besteht der Abweichungsdetektor 14 aus einem elektronischen Schaltkreis, der eine sinusförmige Welle mit einem konstanten Zyklus an den magnetostriktiven Sensor bildende Drahtring 16 anlegt, um die Induktivität einer Phasenlaufzeit zu detektieren und die Größe der Vorspannung oder Ähnlichem zu berechnen. Dieser Abweichungsdetektor 14 enthält einen Bereich zur Verhältniseinstellung (nicht gezeigt), in welchem das Verhältnis zwischen der Phasenlaufzeit und dem Vorspannungswert durch Berechnung auf der Basis von Gleichungen oder Tabellen eingestellt wird, und die dann detektierte Phasenlaufzeit gegen den Bereich zur Verhältniseinstellung kontrolliert wird, um den Vorspannungswert oder Ähnliches zu berechnen. Zur Detektion der Induktivität in dem Drahtring 16, kann die Resonanzfrequenz eines Kondensators und des Drahtringes gemessen werden oder eine Brückenschaltung verwendet werden.
Gemäß dem Aufbau der vorhergehenden Anwendungsform kann der magnetische Widerstand des Drahtringes 16 reduziert werden, da insbesondere der aus einem magnetischen Material hergestellte Bügel 18 in dem entgegengesetzten axialen Endbereich der äußeren Peripherie des Drahtringes 16 des magnetostriktiven Sensors 19 vorgesehen ist und der Magnetspulenverlauf des magnetostriktiven Sensors 19 so ausgebildet ist, um die geschlossene magnetische Bahnstruktur darzustellen. Aus diesem Grund kann die Sensorgenauigkeit des magnetostriktiven Sensors 19 im Vergleich zu den konventionellen Systemen erhöht werden. Der magnetostriktive Sensor 19 wird entsprechend weniger von dazu peripheralen Bauteilen beeinflusst werden, so dass die Funktionssicherheit des magnetostriktiven Sensors 19 erhöht wird und die Detektion der Vorspannung der Lagereinheiten und die Detektion der Abweichung sorgfältig durchgeführt werden kann. In dem Fall, wo die um jedes der magnetostriktiven Teile 15 gewundenen Drahtringe 16 in Reihe miteinander verbunden sind, kann die jeweilige Induktivität dieser Drahtringe 16 zusammengefasst werden und der absolute Wert dieser Induktivität kann erhöht werden. Auf diese Weise kann nicht nur die Sensorgenauigkeit erhöht werden, aber auch jede Verzerrung der Spannung kann ausgeglichen werden. Wirkungen ähnlich in den dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auftreten können erreicht werden.
Im Folgenden wird eine bevorzugte angewandte Methode, die nicht in der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist, beschrieben.
[Angewandter Modus].
Dieser angewandte Modus ist eine Lagervorrichtung des Typs in welchem ein Abstandshalter zwischen Laufringen einer Vielzahl von axial zueinander angeordneten Wälzlagereinheiten eingefügt ist, so dass eine Vorspannung hierauf angelegt werden kann. In dieser Lagervorrichtung ist ein Detektor zur Detektion der Vorspannungslast in dem Abstandshalter vorgesehen und mindestens ein Temperatursensor und ein Vibrationssensor sind auch vorgesehen. Der Detektor enthält einen magnetostriktiven Sensor umfassend ein magnetostriktives Material mit magnetischen Eigenschaften, die sich in Abhängigkeit von einer Druckkraft ändern.
Durch einen dieses magnetostriktive Material enthaltenen magnetostriktiven Sensor kann die Vorspannungslast detektiert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme zu den nur zum Zwecke der Darstellung beigefügten Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, werden die mit dem vorliegenden Fachgebiet Vertrauten sich bereitwillig eine Vielzahl von Änderungen und Modifikationen innerhalb des offensichtlichen Rahmens beim Lesen der Beschreibung der hierin dargestellten vorliegenden Erfindung vorstellen. Dementsprechend sind solche Änderungen und Modifikationen hierin beinhaltet, sofern diese nicht von dem in den beigefügten Ansprüchen definierten Umfang der vorliegenden Erfindung abweicht.
Zusammenfassung der Offenbarung
Es ist eine Lagervorrichtung und eine Vorrichtung zur Detektion von Lagervorspannungen vorgesehen, die geeignet ist, eine Vorspannung eines in Betrieb befindlichen Lagers zu erkennen, die nicht nur einfacher und mit geringeren Kosten fertigbar ist, wobei aber auch die Messempfindlichkeit und die Widerstandsfähigkeit gegenüber störenden Geräuschen erhöht werden kann.
Ein Verformungsinduzierendes Element 7 zur Induzierung einer Verformung als Reaktion auf eine zwischen den entgegengesetzten Enden eines äußeren Ringabstandshalters 5 wirkende axiale Kraft, ist in einem axialen Bereich des äußeren Ringabstandshalters 5 vorgesehen, und ein Verformungssensor 10 zum Messen der Verformung ist in diesem Verformungsinduzierenden Element 7 vorgesehen. Der Abstandshalter 5 enthält ringförmige Abstandskörper 6a und 6b, wobei jeder eine Vielzahl von abgeteilten Abstandshaltersegmenten 6 enthält, und wobei das Verformungsinduzierende Element 7 in Form eine Ringteiles zwischen die abgeteilten Abstandshaltersegmente 6a und 6b eingeschoben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-127763 [0001]
- JP 2007-201513 [0001]
- JP 05-10835 [0005]
- JP 09-108903 [0005]
- JP 08-25106 [0005]
- JP 2004-204913 [0005]
- JP 2004-279125 [0005]
- JP 02-164241 [0005]
- JP 2004-169756 [0005]

Claims

Lagervorrichtung umfassend einen Abstandshalter eingefügt zwischen Laufringen einer Vielzahl von axial zueinander angeordneten Wälzlagereinheiten, ein verformungsinduzierendes Element, dass in der Lage ist, durch Einwirkung einer axialen Kraft, die zwischen entgegengesetzten Enden des Abstandshalters wirkt, eine Verformung zu induzieren, wobei das verformungsinduzierende Element an einem axial ausgerichteten Bereich des Abstandshalters vorgesehen ist, und einen Verformungsdetektor zum Detektieren einer Verformung, die an dem verformungsinduzierenden Element erfolgt.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Abstandshalter einen ringförmigen Abstandskörper beinhaltet, der in eine Vielzahl von axial nebeneinander liegenden abgeteilten Abstandshaltersegmente aufgeteilt ist, oder einen unitären ringförmigen Abstandskörper, und ein verformungsinduzierendes Element in Form eines Ringteiles, und wobei das verformungsinduzierende Element zwischen die abgeteilten Abstandshaltersegmente oder zwischen dem Abstandskörper und den Laufringen der Wälzlagereinheiten eingeschoben ist.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das verformungsinduzierende Element einen äußeren peripheren Bereich auf einer axial ausgerichteten Seitenfläche und einem inneren peripheren Bereich auf der entgegengesetzten axial ausgerichteten Seitenfläche aufweist, wobei der äußere periphere Bereich und der innere periphere Bereich des verformungsinduzierenden Elementes anliegend an den Abstandskörper bildende Bauteile gehalten wird, oder wobei die Laufringe der Wälzlagereinheiten auf der jeweiligen axialen gegenüberliegenden Seite des verformungsinduzierenden Elementes angeordnet sind.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das verformungsinduzierende Element einen radialen inneren Bereich und einen radialen äußeren Bereich aufweist, und wobei einer der radialen inneren Bereiche und einer der radialen äußeren Bereiche einen fragilen Bereich mit einer geringeren Stabilität als die der anderen radialen inneren Bereiche und des radialen äußeren Bereiche aufweist.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Vorspannungsdetektor zum Detektieren einer Vorspannung der Wälzlagereinheiten durch die in dem verformungsinduzierenden Element auftretende Verformung, die durch den Verformungsdetektor detektiert wird.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Abstandskörper einen axialen Endbereich aufweist, der mit einem axial abstehenden Überstand zum Aufbringen einer Spannung auf das verformungsinduzierende Element versehen ist.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Verformungsdetektor so ausgebildet ist, dass er in der Lage ist, eine Verformung zu detektieren, die in mindestens einer oder in beiden eines druckbeanspruchten Bereiches des verformungsinduzierenden Elementes und in einem dehnbaren Bereich des verformungsinduzierenden Elementes auftritt.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, des Weiteren mindestens einen Temperaturensensor und einen Vibrationssensor, die im Abstandshalter angeordnet sind, umfassend.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Vibrationssensor an einem zu den Lagereinheiten benachbarten Bereich des Abstandshalters angeordnet ist.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Temperatursensor an einen zum Verformungsdetektor benachbarten Bereich des Abstandshalters angeordnet ist.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Verformungsdetektor eine Funktion aufweist, die die vom Temperatursensor detektierte Temperatur zur Korrektur der Temperatur des Verformungsdetektors verwendet.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Abstandshalter einen äußeren Ringabstandshalter enthält, der zwischen axial nebeneinander liegenden äußeren Ringen angeordnet ist, und einen inneren Ringabstandhalter, der zwischen den inneren Ringen eingeschoben ist, und wobei einer der äußeren Ringabstandshalter und der inneren Ringabstandshalter derart strukturiert sind, so dass entgegengesetzte axiale Endbereiche des Detektors eingelagert sind.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Detektor mit mindestens einem der Temperatursensoren und der Vibrationssensoren versehen ist.
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 8, des Weiteren umfassend einen das Auftreten von Abweichungen detektierenden Abweichungsdetektor, die in den Lagereinheiten in Referenz zu einem vom Detektor zugeführten Sensorsignal und einem von mindestens einem der Temperatur- und Vibrationssensoren zugeführten Sensorsignal auftreten.
Eine Vorrichtung zur Detektion von Lagervorspannungen umfassend: eine die Vorspannung detektierende Vorrichtung, die in einer Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1 enthalten ist, wobei die Vorspannung detektierende Vorrichtung das im Abstandshalter angeordnete verformungsinduzierende Element und einen Detektor zur Detektion der Verformung enthält, die in dem im Abstandshalter angeordneten verformungsinduzierenden Element auftritt, und einen Vorspannungsdetektor zur Detektion einer Vorspannung von Wälzkörpern durch die in den verformungsinduzierenden Elementen auftretende Verformung, die von dem Verformungsdetektor detektiert wurde.