DE69508203T2

DE69508203T2 - Wälzlager mit hydraulischer Vorspannungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69508203T2
Application number: DE69508203T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Chuo-Ku Osaka 542 Ogino; Shinsuke Chuo-Ku Osaka 542 Tabata; Kouichi Yao City Osaka 581 Ueda
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Koyo Machine Industries Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; JTEKT Machine Systems Corp
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: DE69508203D1; US5803619A; EP0717208A1; EP0717208B1; JPH08166018A; JP3604431B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wälzlager-Vorspannvorrichtung zur Ausübung einer axialen Vorspannung auf ein Wälzlager wie etwa ein Schrägkugellager oder Kegelrollenlager, und auf eine Wellenlagerkonstruktion zur Lagerung einer Welle durch das Wälzlager, das durch die Vorspannvorrichtung vorgespannt ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Allgemein handelt es sich bei der Vorspannung für das Wälzlager um eine Spannung, die auf die Rollelemente wie etwa Kugeln oder Walzen ausgeübt wird, bevor eine Lagerlast ausgeübt wird, so daß die Festigkeit des Lagers vergrößert wird oder der Zwischenraum beseitigt wird. Darüber hinaus wird die Vorspannung in axialer Richtung auf das Wälzlager ausgeübt, das zur Aufnahme einer axialen Last geeignet ist. Die Art und Weise der Ausübung einer Vorspannung auf das Wälzlager, wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist, wird durch die vorbestimmte Position oder die Druckvorspannung oder die variable Vorspannung veranschaulicht.
Zunächst übt die Vorspannung für eine vorbestimmte Position eine axiale Vorspannung auf das Wälzlager aus, das durch Anziehen einer Mutter oder eines Schraubenbolzens in einer vorbestimmten Lage gehalten wird, und kann aufgrund einer kleinen axialen Verschiebung des Wälzlagers eine hohe Stabilität schaffen, so daß es beispielsweise für die Spindel eines Maschinenwerkzeugs geeignet ist. Die nächste vorbestimmte Druckvorspannung übt eine vorbestimmte axiale Vorspannung durch die Verwendung einer Schraubenfeder oder einer Tellerfeder aus und kann die Schwankung der Last oder das Ausdehnen oder Zusammenziehen der Welle aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen der laufenden Welle und dem Gehäuse aufnehmen, so daß ihre Größe zur Ausübung einer gleichmäßigen Vorspannung etwas schwanken kann. Daher ist die Vorspannung mit vorbestimmten Druck für einen kleindimensionierten elektrischen Motor oder ein elektrisches Haushaltsgerät geeignet, wenn wenig Vibration oder Lärm erwünscht ist. Übrigens kann die letztgenannte variable Vorspannung durch Verwendung eines hydraulischen oder piezoelektrischen Elements gesteuert werden, so daß es eine geeignete Vorspannung entsprechend dem Betriebszustand ausüben kann.
Die Vorspannung mit vorbestimmter Lage kann zwar eine hohe Stabilität gewährleisten, kann jedoch nicht auf eine eventuell auftretende Ausdehnung oder Kontraktion des Gehäuses oder der Welle aufgrund der Temperaturänderung reagieren, und ihre Größe kann abhängig vom Betriebszustand klein werden. Andererseits kann die Vorspannung mit vorbestimmten Druck die erwähnte Ausdehnung oder Kontraktion gegen die Temperaturänderung aufnehmen, so daß sie ein hervorragendes Ansprechverhalten zeigt. Falls jedoch die Spannung, die in der Richtung entgegengesetzt zur axialen Vorspannrichtung wirkt, besonders hohen Schwankungen unterworfen ist, kann die Vorspannfeder nach hinten verformt werden, so daß sie ihre Vorspannfunktion in erheblichem Maße einbüßt. Daher ist die Vorspannung mit vorbestimmten Druck bezüglich der Stabilität der vorstehend beschriebenen Vorspannung mit vorbestimmter Position unterlegen.
Im übrigen ist die veränderbare Vorspannung frei von den jeweiligen Nachteilen der Vorspannungen mit vorbestimmter Position oder vorbestimmten Druck, es ist jedoch zusätzlich erforderlich, eine Steuereinrichtung zu ihrer Änderung vorzusehen. Daher ist die Vorrichtung für eine variable Vorspannung groß dimensioniert und mit hohen Kosten verbunden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Wälzlager-Vorspannvorrichtung zu schaffen, die die Funktion des Typs der Vorspannung bei vorbestimmten Druck ausübt, indem eine konstante Vorspannung aufgebracht wird, so daß die Ausdehnung oder Kontraktion aufgrund der Temperaturänderung des Gehäuses oder der Welle aufgenommen wird und dadurch eine konstante axiale Vorspannung auf das Wälzlager aufgebracht wird, während gegenüber einer plötzlich auftretenden Last in einer Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung eine große Stabilität gewährleistet wird, so daß die Mängel der Vorspannung bei vorbestimmten Druck beseitigt werden.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wälzlager-Vorspannvorrichtung zu schaffen, die eine gleichmäßige Aufbringung der Vorspannung auf das Wälzlager gewährleistet.
Weitere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher, doch es versteht sich, daß die folgende Beschreibung und die Beispiele zur Darstellung der Erfindung vorgesehen sind, und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen, da viele Veränderungen und Varianten der hier offenbarten Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, wie sie durch die Ansprüche festgelegt ist.
Zur Erreichung der genannten Ziele umfaßt eine Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: einen Zylinder; einen Vorspannkolben, der axial beweglich in dem Zylinder zum Vorspannen des Wälzlagers angeordnet ist; eine Betriebsölkammer deren inneres Aufnahmevermögen entsprechend dem aufzunehmenden Volumen des Betriebsöls veränderbar ist, zur axialen Verschiebung des Kolbens im Zylinder entsprechend der Änderung der inneren Aufnahmefähigkeit; eine Öldruck- Erzeugungseinrichtung mit einem Betriebsölspeicher zur Speicherung des Betriebsöls, das zur Zuführung zur Betriebsölkammer und zur Druckbeaufschlagung und Zuführung des im Ölspeicher gespeicherten Betriebsöls zur Betriebsölkammer vorgesehen ist; und einen Betriebsölkanal mit einem Kanal kleinen Durchmessers zur Herstellung einer Verbindung zwischen denn Betriebsölspeicher und der Betriebsölkammer.
In der Wälzlager-Vorspannvorrichtung, die somit gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wird das Betriebsöl aus dem Speicher mit Druck beaufschlagt und durch die Öldruckerzeugungseinrichtung der Betriebsölkammer zugeführt. Dies führt dazu, daß der. Kolben eine vorbestimmte Vorspannung auf das Wälzlager ausübt.
Wenn im Haltebereich des Wälzlagers durch die Ausdehnung oder Kontraktion der Welle oder des Gehäuses, in dem die Welle gelagert ist, aufgrund einer Temperaturänderung ein Zwischenraum entsteht, wird eine kleine Menge Betriebsöl zur Betriebsölkammer aus dem Betriebsölspeicher durch einen Kanal kleinen Durchmessers zugeführt. Infolgedessen wird der Kolben in Richtung der Vorspannseite verschoben, so daß er zur Aufnahme des Zwischenraums gegen das Wälzlager gedrückt und dieses verschöben wird.
Wenn andererseits das Wälzlager in die Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung durch Ausdehnung oder Kontraktion der Welle oder des Gehäuses aufgrund der Temperaturänderung gedrückt wird, wird das Betriebsöl im Speicher zum Betriebsölspeicher durch den Kanal kleinen Durchmessers durch den auf den Kolben ausgeübten Druck abgeleitet. Infolgedessen wird der Kolben selbst in der Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung verschoben, so daß eine vorbestimmte Vorspannung stets wirkt, wenn kein Zwischenraum im Haltebereich des Wälzlagers besteht.
Da diese thermische Ausdehnung oder Kontraktion allmählich vor sich geht, kann das Betriebsöl durch die Öffnung mit kleinem Widerstand durchfließen, so daß der Kolben gleichmäßig verschoben wird.
Wenn hingegen eine axiale Last, d. h., eine Last entgegengesetzt der Vorspannrichtung plötzlich auf das Wälzlager wirkt, wird das Betriebsöl in der Kammer durch die auf den Kolben wirkende Last plötzlich durch den Kanal kleinen Durchmessers zum Betriebsölspeicher geleitet. Zu diesem Zeitpunkt übt jedoch der Kanal kleinen Durchmessers einen hohen Widerstand gegenüber dem plötzlichen Fluß des Betriebsöls aus, so daß die Verschiebung in Rückwärtsrichtung des Wälzlagers blockiert wird. Kurz gesagt wird gegen die plötzlich auftretende Last in der Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung eine hohe Steifigkeit aufgebaut.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Betriebsölkammer vorzugsweise durch die Zylinderwand festgelegt, deren Volumen an der Rückseite des Kolbens ausgebildet ist.
Ferner ist vorzugsweise bei der vorliegenden Erfindung eine Gehäuseeinheit in den inneren Umfang eines Gehäuses einpaßt, in die eine Welle eingefügt ist. Die Wand, die die Gehäuseeinheit bildet, bildet in axialer Richtung an einer Seite ein Zylinder, und die Öldruckerzeugungseinrichtung ist in einer Anzahl von Umfangspositionen auf der axial gegenüberliegenden Seite der Gehäuseeinheit angeordnet.
Weiter ist vorzugsweise bei der vorliegenden Erfindung der Kanal kleinen Durchmessers eine Öffnung oder ein gesintertes Formteil mit mikroskopischen Durchgangslöchern.
Bei der vorliegenden Erfindung umfaßt der Betriebsölkanal ferner bevorzugt einen Kanal großen Durchmessers zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Betriebsölspeicher und der Betriebsölkammer; ein Sperrmechanismus zum Schließen des Kanal großen Durchmessers, der zum Absperren des Flusses des Betriebsöls dient, wenn das Betriebsöl in der Richtung von der Betriebsölkammer zum Betriebsölspeicher fließt; und einen Spannmechanismus zum Antrieb des Sperrmechanismus in dieser Richtung.
Bei der vorliegenden Erfindung umfaßt die Öldruckerzeugungseinrichtung ferner vorzugsweise einen Hydraulikzylinder; einen Gleitkolben, der in dem Hydraulikzylinder zur Druckbeaufschlagung des im Betriebsölspeichers gespeicherten Betriebsöls angebracht ist; und einen Einstellmechanismus zur Einstellung des Maßes der Druckbeaufschlagung durch den Gleitkolben.
Weiter weist vorzugsweise bei der vorliegenden Erfindung der Einstellmechanismus eine Einstellfeder zum Antrieb des Gleitkolbens in einer Richtung zur Druckbeaufschlagung und Zuführung des Betriebsöls vom Betriebsölspeicher zur Betriebsölkammer auf.
Ferner ist vorzugsweise bei der vorliegenden Erfindung ein Hilfsmechanismus zum hilfsweisen Antrieb des Vorspannkolbens in axialer Richtung in der Betriebsölkammer vorgesehen. Bei der vorliegenden Erfindung ist weiter vorzugsweise das Wälzlager ein Schrägkugellager oder ein Kegelrollenlager.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingefügt sind und ein Teil von ihr bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen ist
Fig. 1 ein Längsschnitt einer Lagerkonstruktion, bei der eine Welle in einem Gehäuse mittels eines Wälzlagers gelagert ist, das durch eine Vorspannvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgespannt ist;
Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt der Vorspannvorrichtung für das Wälzlager in Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer Lagerkonstruktion, bei der eine Welle in einem Gehäuse mittels eines Wälzlagers gelagert ist, das durch eine Vorspannvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgespannt ist;
Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine Lagerkonstruktion, bei der eine Welle zum Antrieb eines Werkzeugs in einem Gehäuse mittels eines Wälzlagers gelagert ist, das durch eine Vorspannvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgespannt ist;
Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer Lagerkonstruktion, bei der eine Welle in einem Gehäuse mittels eines Wälzlagers gelagert ist, das durch eine Vorspannvorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgespannt ist; und
Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt der Öldruckerzeugungseinrichtung der Vorspannvorrichtung aus Fig. 5.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Im folgenden soll im Detail eine Vorspannvorrichtung für ein Wälzlager wie etwa ein Schrägkuggellager oder ein Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wer den.
Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 soll hier eine Vorspannvorrichtung für ein Wälzlager gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Ein Paar Wälzlager 3 und 4 wie etwa Schrägkugellager werden jeweils von inneren Laufringen 3a und 4a, äußeren Laufringen 3b und 4b, Kugeln 3c und 4c und Käfigen 3d und 4d zusammengesetzt. Diese Wälzlager 3 und 4 sind einzeln an beiden Seiten auf dem äußeren Umfang einer Welle 2 montiert, die sich durch ein Gehäuse 1 erstreckt. Diese Welle 2 ist an einem Ende so abgestuft 2b, daß sie einen größeren Durchmesser hat, und ist drehbar in dem Gehäuse 1 durch die Wälzlager 3 und 4 gelagert. Das Gehäuse 1 hat Bohrungen 1a und 1b, die durch eine Stufe 1c festgelegt sind.
Eine ringförmige Manschette 5 ist auf dem äußeren Umfang der Welle 2 befestigt und zwischen den einzelnen inneren Laufringen 3a und 4a der beiden Wälzlager 3 und 4 festgeklemmt. Eine Abstandshülse 6 ist so in der Bohrung 1b des Gehäuses 1 auf dem äußeren Umfang an einem Ende der ringförmigen Manschette 5 angebracht, daß er gegen das innere seitliche Ende der äußeren Lauffläche 4b des Wälzlagers 4 stößt und das Wälzlager 4 in seiner Lage hält. Eine Abstandshülse 7 ist so in der Bohrung 1a des Gehäuses 1 auf dem äußeren Umfang am anderen Ende der ringförmigen Manschette 5 angebracht, daß er gegen das innere seitliche Ende der äußeren Lauffläche 3b des Wälzlagers 3 stößt und das Wälzlager in seiner Lage hält.
Eine weitere ringförmige Abstandshülse 8 ist an der äußeren Endseite der inneren Lauffläche 3a des Wälzlagers 3 angeordnet. Das Wälzlager 3 wird durch die Hülsen 7 und 8 in seiner Lage gehalten. In diesem Fall stößt die Hülse 7 stumpf gegen den äußeren Laufring 3b des Wälzlagers 3, während die Hülse 8 stumpf gegen das äußere Ende des inneren Laufrings 3a des Wälzlagers 3 stößt. Die Hülse 8 wird axial in einer Richtung durch einen Gewindering 9 festgeklemmt, der auf dem mit einem Gewinde versehenen Bereich 2a der Welle 2 befestigt ist. Abhängig vom Festziehen des Gewinderings 9 auf dem Gewindebereich 2a preßt und befestigt die Hülse 8 das Wälzlager 3 in axialer Richtung zu einer Endseite hin.
Die Wälzlager-Vorspannvorrichtung A gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit einer zylindrischen Gehäuseeinheit 10 versehen, die so zwischen der Seitenwand 1d der Bohrung 1a des Gehäuses 1 und der Hülse 7 festgeklemmt ist, daß sie in axialer Richtung gehalten wird. Diese Gehäuseeinheit 10 ist koaxial zur Welle 2 orientiert. In des Gehäuseeinheit 10 sind ein ringförmiger Vorspannkolben 11 und eine Öldruckerzeugungseinrichtung 12 untergebracht. Die Wand des Einheitsgehäuses 10 bildet von der Mitte zum anderen Ende in axialer Richtung einen ringförmigen Vorspannzylinder 13, so daß der Kolben 11 darin befestigt ist.
Der Zylinder 13 ist auf solche Weise ringförmig ausgebildet, daß er das Wälzlager gleichmäßig entlang seinem Umfang vorspannen kann. Die Öldruckerzeugungseinrichtung 12 ist teilweise in verschieden Bereichen in der Umfangsrichtung innerhalb eines Bereichs von der Mitte zu einem axialen Ende der Gehäuseeinheit 10 vorgesehen, wie es gezeigt ist. Ein Bereich der Wand der Gehäuseeinheit 10 bildet einen hydraulischen Zylinderbereich 13a. Der Zylinder 13 ist in seinem Bereich 13a mit einem Betriebsölspeicher 14, einem Gleitkolben 15 und einem Feder-Halteorgan 17 versehen, so daß er eine bestimmte Vorspannung auf das Wälzlager ausüben kann.
Der Kolben 11 ist wie der Zylinder 13 ringförmig ausgebildet, so daß er das Wälzlager gleichmäßig entlang seines Umfangs vorspannen kann. Der Kolben 11 ist so in den ringförmigen Zylinder 13 eingepaßt, der in die Gehäuseeinheit 10 geformt ist, das seine axiale äußere Umfangs-Endfläche gegen das axial innere Ende der Hülse 7 auf seinem gesamten Umfang stößt. Mit anderen Worten, der Kolben 11 bewirkt, daß das Wälzlager 3 indirekt durch die Hülse 7 in axialer Richtung nach außen gepreßt wird.
In der Öldruck-Erzeugungseinrichtung 12 hält der Betriebsölspeicher 14 das Betriebsöl in verschiedenen Bereichen in Umfangsrichtung der Gehäuseeinheit 10, und der Gleitkolben 15 ist axial beweglich im Bereich des Hydraulikzylinders 13a angeordnet, der aus der Wand der Gehäuseeinheit 10 gebildet ist, so daß das Betriebsöl im Betriebsölspeicher 14 mit Druck beaufschlagt wird. Eine Druckeinstellfeder 16 treibt den Gleitkolben 15 in Richtung des Betriebsölspeichers 14, so daß das Betriebsöl im Speicher 14 mit Druck beaufschlagt wird. Das Federhalteorgan 17 trägt das hintere Ende der Druckeinstellfeder 16 und kann in axialer Richtung befestigt sein, so daß seine Lage eingestellt wird. Diese Druckeinstellfeder 16 und das Federhalteorgan 17 bilden einen Reguliermechanismus zur Regulierung des Drucks des Gleitkolbens 15.
Die so aufgebaute Öldruck-Erzeugungseinrichtung 12 ist dazu in der Lage, durch Einstellung des axialen Anzugswegs des Federhalteorgans 17 den Druck im Betriebsölspeicher 14 einzustellen und dadurch auf einfache Weise eine bestimmte Vorspannung zu schaffen.
Der Raum im Zylinder 13 an der Rückseite des Kolbens 11 wird als Betriebsölkammer 18 benutzt, um das vom Speicher 14 zugeführte Betriebsöl aufzufüllen, so daß der Kolben 11 in axialer Richtung entsprechend der in diesem Raum befindlichen Menge Betriebsöl verschoben wird. Die Betriebsölkammer 18 ist kommunizierend mit den einzelnen Betriebsölspeichern 14 der Öldruck-Erzeugungseinrichtung 12 durch Betriebsölkanäle verbunden. Diese Betriebsölkanäle sind aus einem Einweg-Ventilmechanismus B und einer Öffnung 20 aufgebaut, die einen schmalen Kanal mit einem kleinen Durchmesser aufweist.
Der Einweg-Ventilmechanismus B ist dazu vorgesehen, eine Verbindung zwischen der Betriebsölkammer 18 und den einzelnen Betriebsölspeichern 14 zu schaffen. Der Ventilmechanismus B ist versehen mit: einem großen Kanal 19, der einen größeren Durchmesser hat als die Öffnung 20; ein Ventilelement oder eine Kugel 21, die in den großen Kanal 19 eingepaßt ist und als Sperrmechanismus wirkt, der es ermöglicht, daß relativ viel Betriebsöl von den Betriebsölspeichern 14 in die Betriebsölkammer 18 fließt, jedoch, nicht zurück; und eine Schraubenfeder 22, der das Ventilelement 21 spannt. Die Schraubenfeder 22 wird durch einen Sockel 28 gehalten, der in den Auslaßkanal 19 eingeschraubt ist. Der Sockel 28 ist mit einem durchgehenden Ölkanal versehen.
Nun soll die Betriebsweise der Vorspannvorrichtung A gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Das Betriebsöl in den Betriebsölspeichern 14 wird mit Druck beaufschlagt und mit wenig Widerstand durch die Öldruckerzeugungseinrichtung 12 zur Betriebsölkammer 18 durch den Einweg-Ventilmechanismus B zugeführt. Infolgedessen übt der Kolben 11 eine vorbestimmte Vorspannung auf das Wälzlager 3 über die Abstandshülse 7 aus. Entsprechend dieser Vorspannung, die auf das Wälzlager 3 wirkt, wird das Wälzlager 4 ebenfalls über die Welle 2 vorgespannt.
(a) Nun wird der Fall beschrieben, in dem das Gehäuse 1 oder die Welle 2 sich aufgrund einer Temperaturänderung in axialer Richtung ausdehnt oder zusammenzieht, so daß in den Bereichen, in denen sich die Wälzlager 3 und 4 befinden, ein Zwischenraum bildet. Durch diesen Zwischenraum wird eine kleine Menge Betriebsöl von den Betriebsölspeichern 14 durch den großen Kanal 19 und die Öffnung 20 im Betriebsölkanal der Betriebsölkammer 18 zugeführt. Infolgedessen steigt der Öldruck in der Betriebsölkammer 18, so daß der Kolben 11 in die Richtung gedrängt wird, in der das Wälzlager 3 vorgespannt wird. Dadurch wird das Wälzlager 3 verschoben und bewegt, so daß der erwähnte Zwischenraum ausgefüllt wird.
(b) Wenn hingegen das Gehäuse 1 oder die Welle 2 entsprechend einer Temperaturänderung ausgedehnt oder zusammengezogen werden, so daß das Wälzlager 3 in die Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung geschoben wird, wird in dieser entgegengesetzten Richtung ein Druck auf den Kolben 11 durch das Wälzlager 3 ausgeübt, so daß dieser zu den Betriebsölspeichern 14 verschoben wird, d. h., in der Richtung zur Verminderung der inneren Aufnahmefähigkeit der Betriebsölkammer 18. Infolgedessen wird die Aufnahmefähigkeit der Betriebsölkammer 18 vermindert, so daß das Betriebsöl in der Kammer 18 durch die Öffnung 20 zu den Betriebsölspeichern 14 abgeleitet wird. In diesem Fall wird das Ventilelement 21 des Einweg- Ventilmechanismus B durch die Schraubenfeder 22 in die Richtung gedrängt, in der es den großen Kanal 19 verschließt, so daß der große Kanal 19 durch das Ventilelement 21 geschlossen wird. Infolgedessen wird das Betriebsöl in der Kammer 18 ausschließlich durch die Öffnung 20 zu den Betriebsölspeichern 14 abgeleitet, so daß das Ableiten allmählich schrittweise vor sich geht. Dadurch wird der Kolben 11 selbst ebenfalls rückwärts in der Richtung entgegensetzt zur Vorspannrichtung verschoben, so daß stets eine vorbestimmte Vorspannung auf das Wälzlager 3 ohne Zwischenraum ausgeübt wird. Da diese Ausdehnung oder Kontraktion des Gehäuses 1 oder der Welle 2 aufgrund der Temperaturänderung langsam vor sich geht, kann das Betriebsöl mit kleinem Widerstand innerhalb der Öffnung 20 fließen, so daß der Kolben 11 gleichmäßig verschoben wird.
(c) Nun soll der Fall beschrieben werden, in dem eine Last (d. h., eine axiale Last) in der Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung plötzlich auf die Welle 2 ausgeübt wird, abweichend vom vorstehend beschriebenen Fall einer Temperaturänderung. Diese plötzliche Last wirkt auf den Kolben 11 über das Wälzlager 3 und die Abstandshülse 7, so daß der Kolben 11 plötzlich belastet wird. Infolgedessen wird das Betriebsöl in der Kammer 18 plötzlich und ausschließlich durch die Öffnung 20 zu seinen Speichern 14 abgeleitet, da der große Kanal 19 aus dem gleichen Grund wie vorstehend beschrieben verschlossen ist. Die Öffnung 20 mit dem kleinen Durchmesser übt einen hohen Widerstand gegen den plötzlichen Fluß des Betriebsöls aus. Dies führt dazu, daß die Verschiebungen des Wälzlagers 3 und der Welle 2 gegen die Wirkung der beschriebenen plötzlichen Last blockiert sind. Anders ausgedrückt, die Wälzlager-Vorspannvorrichtung A gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, obwohl in der Wirkungsweise einer vorbestimmten Vorspannung, eine hohe Steifigkeit gegen die plötzliche Last in der Richtung entgegengesetzt zur Vorspannungsrichtung. Darüber hinaus kann die Wälzlager-Vorspannvorrichtung A gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dank der Einweg-Ventileinrichtung B die Vorspannung des Wälzlagers gleichmäßig gewährleisten und daß Wälzlager wirkungsvoll vor einer Verschiebung in Rückwärtsrichtung gegen die Last der Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung bewahren.
Mit Bezug auf Fig. 3 sollen nun eine Wälzlager-Vorspannvorrichtung A gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Bei dieser Vorspannvorrichtung A ist mit Hinblick auf die Ausübung einer stabileren Vorspannung in Verbindung mit der Öldruck-Erzeu gungseinrichtung 12 eine hilfsweise Vorspannfeder 23 als hilfsweiser Vorspannhilfsmechanismus an verschiedenen Umfangspositionen der Betriebsölkammer 18 vorgesehen, die an der Rückseite des Kolbens 11 ausgebildet ist. Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird andererseits nicht nur diese Vorspannung von der Öldruck-Erzeugungseinrichtung 12, sondern auch die Vorspannung von den hilfsweisen Vorspannfedern 23 ausgeübt, so daß diese aufgebauten Vorspannungen zuverlässig und gleichmäßig auf die Wälzlager 3 und 4 ausgeübt werden können.
Mit Bezug auf Fig. 4 soll nun eine Vorspannvorrichtung A gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Bei dieser Vorspannvorrichtung A gemäß der dritten Ausführungsform wird die Vorspannvorrichtung A gemäß der zweiten Ausführungsform mit einer Lagerkonstruktion zur Lagerung der Welle 2 zum Antrieb des Werkzeugs eines Fertigungsplatzes verwendet. In Fig. 4 ist die Welle 2 an einem Seiten-Endbereich mit einer Kegelbohrung 24 versehen, deren Durchmesser sich zum Endbereich hin vergrößert. In diese Kegelbohrung 24 ist ein nicht gezeigtes Werkzeug einpaßt. Eine Anzahl von Kugeln 25 sind entfernbar mit dem Endbereich des Werkzeugs verbunden, das in die Kegelbohrung 24 eingepaßt ist. Eine Austreibstange, d. h., eine Zugstange 26 ist axial beweglich in der Mitte der Welle 2 angebracht. Eine Tellerfeder 27 treibt die Zugstange 26 in der Richtung zur Befestigung des Werkzeugs (als erste Richtung bezeichnet). In der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zwei Wälzlager 3 und 4 zur Lagerung der Welle 2 an jeder der beiden Seiten auf dem äußeren Umfang der Welle 2 benutzt. An den axial äußeren Seiten der einzelnen Wälzlager 3 und 4 sind die Abstandshülsen 8 und 8 angeordnet. An der axial gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers 3 ist der Gewindering 9 angeordnet. Diese Abstandshülsen 8 und der Gewindering 9 schaffen eine Labyrinthstruktur, die als kontaktlose Dichtung wirkt, die das Eindringen von fremden Material wie etwa Spänen verhindert.
Wenn bei der dritten Ausführungsform das Werkzeug entfernt werden soll, wird die Zugstange 26 schrittweise in eine Richtung der Zeichnung gedrückt. Da die Zugstange 26 im gedrückten Zustand einige Zeit gehalten wird, bis das Werkzeug entfernt ist, wird die Kraft von der Welle 2 nachfolgend über die Wälzlager 3 und anschließend die Abstandshülse 7 übertragen, so daß dadurch der Kolben 11 gedrückt und bewegt wird. Nachdem jedoch die Abstandshülse in Kontakt mit der Seite des ringförmigen Zylinders 13 gekommen ist, wird der Kolben nicht mehr bewegt und die Zugstange 26 wird in die Welle 2 eingeschoben, so daß das Werkzeug entfernbar gehalten wird. Der Auswechselvorgang des Werkzeugs wird durchgeführt, während die Welle 2 nicht rotiert, so daß selbst dann kein Problem auftritt, wenn die Wälzlager 3, 4 nicht vorgespannt sind.
Mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 wird nun eine Vorspannvorrichtung A gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Vorspannvorrichtung A der vierten bevorzugten Ausführungsform ist beispielhaft dargestellt, so daß sie nicht wie die beschriebenen einzelnen Ausführungsformen montiert werden kann, da ein Motor 30 auf der Welle 2 befestigt ist.
Bei dieser vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Ende der Welle 2 im Gehäuse 1 durch eine Lagervorrichtung C getragen. Diese Lagervorrichtung C ist versehen mit: einem Paar Wälzlager 3 und 3; einem Lagergehäuse 31, das die Wälzlager 3 und 3 zwischen sich selbst und der Welle 2 befestigt und lagert; und einen Flansch 32, der durch Schrauben an einem Ende des Lagergehäuses 31 befestigt ist.
Darüber hinaus ist das Gehäuse 1 an verschiedenen Umfangsbereichen der Lagervorrichtung C mit der Vorspannvorrichtung A und den hilfsweisen Vorspannfedern 23 versehen, die als Vorspann-Hilfsmechanismus wirken. Der Aufbau der Vorspannvorrichtung A gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform ist im Grunde ähnlich zu der ersten Ausführungsform, im wesentlichen mit der Ausnahme, daß die Vorspannvorrichtung A nicht ringförmig konzentrisch zum äußeren Umfang der Welle 2 angeordnet ist, und daß sie nicht mit der Einweg-Ventileinrichtung B versehen ist. Kurz gesagt, ist die Vorspannvorrichtung A gemäß der vierten Ausführungsform mit dem Kolben 11, der Öldruckerzeugungseinrichtung 12, dem Zylinder 13, den Betriebsölspeichern 14, dem Gleitkolben 15, der Druckeinstellfeder 16, der Betriebsölkammer 18 und der Öffnung 20 versehen.
Im Betrieb stößt der Kolben 11 der Vorspannvorrichtung A gegen den Flansch 32 der Lagervorrichtung C, so daß der Flansch 32 und das Lagergehäuse 31 gemeinsam entsprechend der axialen Vorwärts- und Rückwärtsverschiebungen des Kolbens 1 axial verschoben werden. Infolgedessen werden die äußeren Laufringe der Wälzlager 3 und 3 axial verschoben, so daß die Vorspannungen auf die Wälzlager 3 und 3 variiert werden.
Während hier beschrieben wurde, was gegenwärtig als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betrachtet wird, versteht es sich, daß hierin verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, und es ist beabsichtigt, in den beigefügten Ansprüchen alle diese Änderungen zu berücksichtigen, die innerhalbs des Wesens und Umfangs der Erfindung liegen.

Claims

1. Wälzlager-Vorspannvorrichtung (A), mit:

- einem Vorspannzylinder (13);

- einem Vorspannkolben (11), der axial beweglich in dem Zylinder (13) zum Vorspannen des Wälzlagers (3, 4) angeordnet ist:

- einer Betriebsölkammer (18), deren inneres Aufnahmevermögen entsprechend dem aufzunehmenden Volumen des Betriebsöls veränderbar ist, zur axialen Verschiebung des Kolbens (11) im Zylinder (13) entsprechend der Änderung der inneren Aufnahmefähigkeit:

- einer Öldruck-Erzeugungseinrichtung (12) mit einem Betriebsölspeicher (14) zur Speicherung des Betriebsöls, das zur Zuführung zur Betriebsölkammer (18) und zur Druckbeaufschlagung und Zuführung des im Ölspeicher (14) gespeicherten Betriebsöls zur Betriebsölkammer (18) vorgesehen ist;

- und einem Betriebsölkanal (19, 20) mit einem Kanal (20) kleinen Durchmessers zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Betriebsölspeicher (14) und der Betriebsölkammer (18), welcher Kanal (20) kleinen Durchmessers eine gleichmäßige Bewegung des Vorspannkolbens (11) ermöglicht und einen hohen Widerstand gegenüber einem plötzlich auftretenden Fluß von Betriebsöl im Fall von plötzlich auftretenden Lagerbelastungen ausübt.

2. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, deren Betriebsölkammer (18) durch die Wand des Zylinders (13) festgelegt ist und deren Volumen an der Rückseite des Kolbens (11) ausgebildet ist.

3. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, mit einer Gehäuseeinheit (10), die in den inneren Umfang eines Gehäuses (1) eingepaßt ist und in die eine. Welle (2) eingefügt ist, wobei die Wand, die die Gehäuseeinheit (10) bildet, in axialer Richtung an einer Seite den Zylinder (13) bildet, und die Öldruckerzeugungs-Einrichtung (12) in einer Anzahl von Umfangspositionen auf der axial gegenüberliegenden Seite der Gehäuseeinheit (10) angeordnet ist.

4. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, deren Kanal kleinen Durchmessers eine Öffnung (20) oder ein gesintertes Formteil mit mikroskopischen Durchgangslöchern ist.

5. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, deren Betriebsölkanal ferner umfaßt:

- einen Kanal (19) großen Durchmessers zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Betriebsölspeicher (14) und der Betriebsölkammer (18):

- einen Sperrmechanismus (21) zum Schließen des Kanals (19) großen Durchmessers, der zum Absperren des Flusses des Betriebsöls dient, wenn das Betriebsöl in der Richtung von der Betriebsölkammer (18) zum Betriebsölspeicher (14) fließt; und

- einen Spannmechanismus (22) zum Antrieb des Sperrmechanismus (21) in dieser Richtung;

- wobei der Kanal (19) großen Durchmessers einen größeren Durchmesser hat als der Kanal (20) kleinen Durchmessers.

6. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 5, deren Sperrmechanismus ein Ventilelement (21) ist.

7. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, deren Öldruckerzeugungs-Einrichtung (12) ferner umfaßt:

- einen Hydraulikzylinder (13a);

- einen Gleitkolben (15), der in dem Hydraulikzylinder (13a) angebracht ist, zur Druckbeaufschlagung des Betriebsöls, das in dem Betriebsölspeicher (14) gespeichert ist;

- und einen Einstellmechanismus (16, 17) zur Einstellung des Maßes der Druckbeaufschlagung durch den Gleitkolben (15).

8. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 7, deren Einstellmechanismus eine Einstellfeder (16) zum Antrieb des Gleitkolbens (15) in einer Richtung zur Druckbeaufschlagung und Zuführung des Betriebsöls von dem Betriebsölspeicher (14) zur Betriebsölkammer (18) aufweist.

9. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, mit einem Hilfsmechanismus (23) zum hilfsweisen Antrieb des Vorspannkolbens (11) in axialer Richtung.

10. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 9, deren Hilfsmechanismus als Feder (23) ausgebildet ist.

11. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 9, deren Hilfsmechanismus (23) in der Betriebsölkammer (18) angeordnet ist.

12. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, deren Vorspannkolben (11) und Vorspannzylinder (13) ringförmig ausgebildet sind, so daß der Kolben (11) gleichmäßig entlang seines Umfangs vorgespannt wird, wenn er konzentrisch mit dem Umfang der Welle (2) angeordnet wird.

13. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Wälzlager (3, 4) ein Schrägkugellager ist.

14. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Wälzlager (3, 4) ein Kegelrollenlager ist.

15. Wälzlager-Vorspannvorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Gehäuseeinheit (10) an einer Endseite durch die Abstufung (1c) in der Bohrung (1a, 1b) des Gehäuses (1) gehalten wird.

16. Wellenlager-Konstruktion mit:

- einem Gehäuse (1);

- einer Welle (2), die in das Gehäuse (1) eingepaßt ist:

- einem Wälzlager (3, 4), das zwischen dem Gehäuse (1) und der Welle (2) angeordnet ist;

- und einer Vorspannvorrichtung (A) zum Vorspannen der Welle (2),

welche Vorspannvorrichtung (A) umfaßt:

- eine Gehäuseeinheit (10), die im inneren Umfang des Gehäuses (1) angeordnet ist:

- einen Vorspannzylinder (13), der durch die Wand in einer axialen Richtung der Gehäuseeinheit (10) festgelegt ist:

- einen Vorspannkolben (11), der zum Vorspannen des Wälzlagers in axialer Richtung im Zylinder (13) angeordnet ist;

- eine Betriebsölkammer (18), deren innere Aufnahmefähigkeit gemäß dem Volumen des aufzunehmenden Betriebsöls veränderlich ist zum Bewegen des Kolbens (11) in axialer Richtung im Zylinder (13) gemäß der Änderung der inneren Aufnahmefähigkeit;

- einer Öldruckerzeugungs-Einrichtung (12) mit einem Betriebsölspeicher (14), der durch die axial gegenüberliegende Seitenwand der Gehäuseeinheit (10) festgelegt ist, zur Druckbeaufschlagung und Zuführung des im Betriebsölspeicher (14) gespeicherten Betriebsöls zur Betriebsölkammer (18);

- und einen Betriebsölkanal (19, 20) mit einem Kanal (20) kleinen Durchmessers zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Betriebsölspeicher (14) und der Betriebsölkammer (18), welcher Kanal (20) kleinen Durchmessers eine gleichmäßige Verschiebung des Vorspannkolbens (11) ermöglicht und einen hohen Widerstand gegenüber einem plötzlich auftretenden Fluß vom Betriebsöl im Fall einer plötzlich auftretenden Lagerlast ausübt.

17. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, deren Ölkammer (18) durch die Wand des Zylinders (13) festgelegt ist und deren Volumen an der Rückseite des Kolbens (11) ausgebildet ist.

18. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, deren Kanal kleinen Durchmessers eine Öffnung (20) ist.

19. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, deren Betriebsölkanal ferner umfaßt:

- einen Kanal (19) großen Durchmessers zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Betriebsölspeicher (14) und der Betriebsölkammer (18);

- einen Sperrmechanismus (21) zum Schließen des Kanals (19) großen Durchmessers, der zum Sperren des Flusses des Betriebsöls in der Richtung von der Betriebsölkammer (18) zum Betriebsölspeicher (14) dient;

- und einen Spannmechanismus (22) zum Antrieb des Sperrmechanismus (21) in dieser Richtung,

wobei der Kanal (19) großen Durchmesser einen größeren Durchmesser aufweist als Kanal (20) kleinen Durchmessers.

20. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 19, bei der der Sperrmechanismus ein Ventilelement (21) ist.

21. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, bei der die Öldruckerzeugungs-Einrichtung (12) umfaßt:

- einen Hydraulikzylinder (13a);

- einen Gleitkolben (15), der im Hydraulikzylinder (13a) zur Druckbeaufschlagung des im Betriebsölspeicher (14) gespeicherten Betriebsöls dient;

- und einen Einstellmechanismus (16, 17) zur Einstellung des Maßes der Druckbeaufschlagung des Gleitkolbens (15).

22. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 21, deren Einstellmechanismus (16, 17) aufweist:

- eine Einstellfeder (16) zum Antrieb des Gleitkolbens (15) in einer Richtung zur Druckbeaufschlagung und Zuführung vom Betriebsölspeicher (14) zur Betriebsölkammer (18);

- und ein Federhalteorgan zur Einstellung der Antriebskraft der Einstellfeder (16).

23. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, bei der das Wälzlager (3, 4) in axialer Richtung durch den Vorspannkolben (11) geschoben wird.

24. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 23, bei der das Wälzlager (3, 4) an den beiden Endflächen der Welle (2) angeordnet ist, und welche Wellenlager-Konstruktion ringförmige Manschetten (5, 8) umfaßt, die zwischen dem äußeren Umfang der Welle (2) und den inneren Laufflächen (3a, 4a) der beiden Wälzlager (3, 4) gehalten sind.

25. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, die einen Positionierungsring (7) umfaßt, der zwischen dem Vorspannkolben (11) und der inneren Endseite der äußeren Lauffläche (36) des Wälzlagers (3) gehalten wird.

26. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 25, bei der die Welle (2) an ihrem Endbereich (2a) mit einem Gewinde versehen ist, und die eine Mutter (9) umfaßt, die auf dem mit dem Gewinde versehenen Bereich (2a) befestigt ist; und einem Positionierungsring (8), der zwischen der äußeren Endseite der äußeren Lauffläche (3b) des Wälzlagers (3) und der Mutter (9) befestigt ist.

27. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, bei der die Welle (2) einen Werkzeughalterbereich (24) an ihrem Vorderende aufweist und ferner eine Zugstange (26) umfaßt, die axial beweglich an der Welle (2) befestigt ist und in eine Richtung getrieben wird, um ein Werkzeug in dem Werkzeughalt erbereich (24) zu halten, so daß sie in das Wälzlager (3, 4) in der Richtung entgegengesetzt zur Vorspannrichtung getrieben wird, wenn das Werkzeug aus einer Kegelbohrung (24) entfernt werden soll.

28. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 27, bei der der Werkzeughalterbereich durch die Kegelbohrung (24) gebildet wird.

29. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 16, mit einer Lagervorrichtung mit dem Wälzlager zwischen der Welle (2) und dem Gehäuse (1), welche Lagervorrichtung einen Flanschbereich (32) aufweist, durch den der Vorspannkolben (11) in der Vorspannvorrichtung (A) das Wälzlager (3) in der Lagervorrichtung vorspannt.

30. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 29, die einen Vorspann-Hilfsmechanismus (23) umfaßt, der in dem Gehäuse zum hilfsweisen Vorspannen des Wälzlagers (3) durch den Flansch (32) angeordnet ist.

31. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 30, bei dem der Vorspann- Hilfsmechanismus als Feder (23) ausgebildet ist.

32. Wellenlager-Konstruktion gemäß Anspruch 30, bei dem die äußere Lauffläche des Wälzlagers (3) der Wälzlagervorrichtung durch die axiale Versetzung des Flansches (32) axial versetzt ist, so daß es vorgespannt ist.