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In Beziehung stehende Anmeldungen
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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.
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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung zur Anwendung
in einer Hauptspindelwelle einer Werkzeugmaschine und eine Vorrichtung zum
Erfassen von Lagervorspannungen.
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Stand der Technik
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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
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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).
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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
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Beschreibung der Erfindung
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Die durch die Erfindung zu lösenden
Probleme
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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.
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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.
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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.
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Mittel zur Lösung
des Problems
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Des
Weiteren können mindestens ein Temperatursensor und ein
Vibrationssensor in dem Abstandshalter angeordnet sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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.
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1 ist
eine Schnittansicht die die Lagervorrichtung oder ähnliches
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht, die ein in der Lagervorrichtung angeordnetes
verformungsinduzierendes Element zeigt;
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3 ist
eine Seitenansicht, die das verformungsinduzierende Element mit
Ansicht in einer axialen Richtung zeigt;
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4a ist
eine Schnittansicht des gesamten verformungsinduzierenden Elementes,
welches einen Verformungssensor zeigt, der in dehnbaren und zusammenpressbaren
Bereichen des verformungsinduzierenden Elementes angeordnet ist;
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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;
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5 ist
eine Seitenansicht, die die Lagervorrichtung oder ähnliches
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Seitenansicht, die die Lagervorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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7 ist
eine Schnittansicht des in der Lagervorrichtung verwendeten verformungsinduzierenden
Elementes;
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8 ist
eine Vorderansicht, die das verformungsinduzierende Element zeigt;
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9a ist
eine fragmentarische Schnittansicht, die die relative Anordnung
zwischen dem verformungsinduziernden Element und dem Sensor in einem
vergrößerten Maßstab zeigt;
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9b ist
eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Beispiel
zeigt, in welchem der Sensor in einer linken Stirnseite des verformungsinduzierenden
Elementes vorgesehen ist;
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10 ist
eine Schnittansicht, die die Lagervorrichtung entsprechend eines
vierten Ausführungsbeispieles der vorliegen Erfindung zeigt;
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11 ist
eine Schnittansicht, die die Lagervorrichtung entsprechend einer
Anwendungsform zeigt;
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12 ist
eine Schnittansicht, die einen wichtigen Bereich einer in der Lagervorrichtung
angeordneten Sensoreinheit zeigt;
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13 ist
eine Vorderansicht, die die Sensoreinheit zeigt;
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14 ist
eine vergrößerte Schnittansicht, die einen in
der Sensoreinheit angeordneten magnetostriktiven Sensor zeigt; und
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15 ist
eine Vorderansicht, die den magnetostriktiven Sensor zeigt.
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Anwendungsformen zur Ausführung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird detailliert unter Bezugnahme auf die 6 bis 9a und 9b beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Sensoren und Andere werden jetzt detailliert beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
der folgenden Beschreibung ist ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit Referenz zu 10 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Folgenden wird eine Art der Anwendung im Detail mit besonderer Bezugnahme
auf die 11 bis 15 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte angewandte Methode, die nicht in
der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist, beschrieben.
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[Angewandter Modus].
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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.
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Durch
einen dieses magnetostriktive Material enthaltenen magnetostriktiven
Sensor kann die Vorspannungslast detektiert werden.
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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.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - 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]