DE3910574C1 - Apparatus for setting the bearing prestress at a shaft bearing arrangement, in particular for machine tools - Google Patents

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

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Abstract

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

Description

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

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

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

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Steuereinrichtung mit einem Regler vorgesehen ist, dem das Signal vom Drehzahl­ aufnehmer zuführbar ist und der in Ab­ hängigkeit von einer vorgegebenen Druck-Drehzahl- Kennlinie über einen Schrittmotor die Höhe des Druckes der Druckflüssigkeit regelt.This task is used in conjunction with the preamble features of claim 1 solved according to the invention in that a control device with a controller is provided, the signal from the speed transducer is feedable and in Ab dependence on a given pressure-speed Characteristic curve over a stepper motor the amount of pressure regulates the hydraulic fluid.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch hohe Betriebssicherheit und Regelgenauigkeit bei ange­ messener Regelgeschwindigkeit aus. Sie eignet sich ins­ besondere für den Einsatz in Fällen, in denen Änderun­ gen der Wellendrehzahlen verhältnismäßig selten zu er­ warten sind. Der Herstellungsaufwand ist insbesondere dann gering, wenn der Schrittmotor direkt den Kolben eines Hydraulikzylinders für die Druckflüssigkeit an­ treibt.The device according to the invention is characterized by high operational reliability and control accuracy with measured control speed. It is suitable for especially for use in cases where changes relatively seldom to the shaft speeds are waiting. The manufacturing effort is special then low when the stepper motor directly hits the piston a hydraulic cylinder for the hydraulic fluid drives.

Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.Refinements within the scope of the invention result from subclaims 2 to 6.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Blockschaubilder näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on two in the Drawing of schematically represented block diagrams explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 1 shows a first embodiment and

Fig. 2 ein zweites, besonders einfaches und folglich vor­ teilhaftes Ausführungsbeispiel. Fig. 2 shows a second, particularly simple and consequently before geous embodiment.

In Fig. 1 ist 1 eine als Spindel einer Werkzeugmaschine ausgebildete Welle, die in zwei Wälzlagern 2 und 3 ge­ lagert ist. Am vorderen Ende der Welle 1 ist ein Futter 4 angeordnet, das unter der Einwirkung einer Radialkraft 5 steht. Die Steifigkeit des Wälzlagers 2 läßt sich durch Einwirkung eines hydrostatischen Druckes auf den mit einer Ringnut für die Druckflüssigkeit versehenen Außenring dieses Lagers verändern. Die Veränderung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle 1. Der drehzahl­ abhängigen Veränderung liegt die Überlegung zugrunde, daß die auf die Welle einwirkenden Kräfte bei niedrigen Dreh­ zahlen (Schruppvorgänge) regelmäßig größer sind als bei hohen Drehzahlen (Schlichtvorgänge). Zum Erfassen der Drehzahlen der Welle 1 dient ein induktiver Drehzahlauf­ nehmer 6, dessen in einem Wandler 7 in Gleichstrom oder Gleichspannung umgewandelte Signale einem PI-Regler 8 zu­ geleitet werden. Der PI-Regler 8 steuert einen Regel- und Steuerverstärker 9 für einen Schrittmotor 10 an, der me­ chanisch ein Druckbegrenzungsventil 11 mit in zwei Rich­ tungen drehbarer Betätigungswelle betätigt. Während der nach einer vorgegebenen Kennlinie erfolgenden Regelung des Druckes der von einer durch einen Motor 12 angetrie­ benen Pumpe 13 aus einem Behälter 14 geförderten Druck­ flüssigkeit wird die tatsächliche Höhe des Druckes in der Hydraulikleitung 15 ständig durch ein Druckmeßgerät 16 mit nachgeschaltetem Druckmeßumformer 17 überwacht, wobei der Druckmeßumformer 17 die mechanische Größe "Druck" wiederum in einen Gleichstrom oder eine Gleichspannung umwandelt, der bzw. die dem Regler 8 ebenfalls zugeführt wird. Der Regler 8 ist folglich mit zwei Platinen ausge­ stattet, von denen die eine gewissermaßen den einer Dreh­ zahl zugeordneten Druck einstellt und von denen die an­ dere die Höhe dieses Druckes bei gleichbleibender Dreh­ zahl überwacht bzw. konstant hält.In Fig. 1 is 1 as a spindle of a machine tool shaft which is supported in two bearings 2 and 3 ge. At the front end of the shaft 1 , a chuck 4 is arranged, which is under the action of a radial force 5 . The rigidity of the rolling bearing 2 can be changed by the action of a hydrostatic pressure on the outer ring of this bearing provided with an annular groove for the pressure fluid. The change takes place depending on the speed of shaft 1 . The speed-dependent change is based on the consideration that the forces acting on the shaft at low speeds (roughing operations) are usually greater than at high speeds (finishing operations). To detect the speeds of shaft 1 , an inductive speed sensor 6 is used , the signals of which are converted into direct current or direct voltage in a converter 7 are fed to a PI controller 8 . The PI controller 8 controls a regulating and control amplifier 9 for a stepper motor 10 , which mechanically actuates a pressure relief valve 11 with an actuating shaft that can be rotated in two directions. During the regulation of the pressure of the fluid delivered by a motor 12 by a motor 12 pump 13 from a container 14 , the actual pressure level in the hydraulic line 15 is constantly monitored by a pressure gauge 16 with a downstream pressure transducer 17 , according to a predetermined characteristic curve the pressure transducer 17 in turn converts the mechanical variable "pressure" into a direct current or a direct voltage, which is also supplied to the controller 8 . The controller 8 is consequently equipped with two boards, one of which adjusts the pressure assigned to a speed and from which the other monitors the level of this pressure at constant speed or keeps it constant.

Während Fig. 1 eine Lösung mit einem maschinenunabhängi­ gen Druckflüssigkeitsversorgungssystem mit einer von ei­ nem Elektromotor 12 angetriebenen Pumpe 13 zeigt, ist in Fig. 2 eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Schrittmotor 10 über ein Zwischengetriebe 18 oder gege­ benenfalls direkt den Kolben 19 eines mit einer Druck­ flüssigkeit gefüllten Zylinders 20 mehr oder weniger stark hin- und herbewegt, um den Druck im Lager 2 zu ver­ ändern.While Fig. 1 shows a solution with a maschinenunabhängi gen pressure liquid supply system with a pump driven by ei nem electric motor 12 pump 13, an embodiment is shown in FIG. 2, when the stepping motor 10 via an intermediate gear 18, or where appropriate directly to the piston 19 a with a pressure liquid-filled cylinder 20 more or less moved back and forth to change the pressure in the bearing 2 ver.

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

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Einstellen der Lagervorspannung an einer Wellenlagerung, insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit mindestens einem einen Außen- und einen Innenring aufweisenden Wälzlager, dessen Vorspannung durch eine auf den Außen- oder Innenring des Wälzlagers einwirken­ de Druckflüssigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle veränderbar ist, wobei ein von einem Drehzahl­ aufnehmer geliefertes, der Belastung der Welle propor­ tionales Signal den Druck der dem Wälzlager zugeführten Druckflüssigkeit bestimmt, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Steuereinrichtung mit einem Regler (8) vorgesehen ist, dem das Signal vom Drehzahlaufnehmer (6, 7) zuführbar ist und der in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Druck-Drehzahl-Kennlinie über einen Schrittmotor (10) die Höhe des Druckes der Druckflüssigkeit regelt.1. Device for adjusting the bearing preload on a shaft bearing, in particular for machine tools, with at least one roller bearing having an outer and an inner ring, the preload of which can be changed by a pressure fluid acting on the outer or inner ring of the roller bearing depending on the speed of the shaft is, a signal supplied by a speed sensor, the load on the shaft proportional signal determines the pressure of the hydraulic fluid supplied to the roller bearing, characterized in that a control device is provided with a controller ( 8 ) to which the signal from the speed sensor ( 6, 7 ) can be supplied and which, depending on a predetermined pressure-speed characteristic curve, regulates the level of the pressure of the pressure fluid via a stepping motor ( 10 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit einem vom Hydrauliksystem der Maschine unabhängigen Druckflüssigkeitsversorgungs­ system versehen ist, das einen Druckflüssigkeitsbehälter (14), ein Pumpenaggregat (12, 13) sowie Zu- und Rückfluß­ leitungen aufweist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that it is provided with an independent of the hydraulic system of the machine hydraulic fluid supply system having a hydraulic fluid container ( 14 ), a pump unit ( 12, 13 ) and inflow and return lines. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zuflußleitung (15) für das mit Druckflüssigkeit zu beaufschlagende Wälz­ lager (2) einerseits mit einem vom Schrittmotor (10) gesteuerten Druckbegrenzungsventil (11) und andererseits mit einem Drucksensor (16, 17) in Verbindung steht, des­ sen Signale dem Regler (8) zugeführt werden. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the inflow line ( 15 ) for the roller to be acted upon with pressure fluid bearing ( 2 ) on the one hand with a stepper motor ( 10 ) controlled pressure relief valve ( 11 ) and on the other hand with a pressure sensor ( 16 , 17 ) is connected, whose signals are fed to the controller ( 8 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Regler (8) als PI- oder PID-Regler ausgebildet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the controller ( 8 ) is designed as a PI or PID controller. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schritt­ motor (10) unmittelbar oder über ein Zwischengetriebe (18) den Kolben (19) eines mit dem Wälzlager (2) ver­ bundenen Druckflüssigkeitszylinders (20) antreibt. (10) a drive 5. The apparatus of claim 3, since characterized by that the step motor directly or via an intermediate gear (18) the piston (19) with the rolling bearing (2) with affiliated pressure fluid cylinder (20). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der mit der Druckflüssigkeit zu beaufschlagende Außen- oder Innen­ ring des Wälzlagers (2) mit einer Ringnut für die Druck­ flüssigkeit versehen ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer or inner ring of the rolling bearing ( 2 ) to be acted upon with the pressure fluid is provided with an annular groove for the pressure fluid.
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