JP5322090B2 - 装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの転がり軸受を介してステータ部分と係合された、回転するために設けられたロータ部分と、転がり軸受を潤滑するための潤滑油脂リザーバとを有する装置に関する。

たとえば、特許文献１から、工作機械の作業スピンドルが知られており、それにおいてスピンドル軸がアウターハウジング内に玉軸受を介して軸承されている。その場合にアウターハウジング内に、玉軸受を潤滑するための潤滑油脂リザーバが配置されており、その場合に潤滑油脂リザーバが一方の側において移動可能なピストンによって閉鎖されており、そのピストンは玉軸受の方向に油脂を排出するために圧縮空気または他の圧力下にあるガスによって移動される。
特開２００３−０４８９４９

本発明の課題は、冒頭で挙げた種類の改良された装置を提供することであるので、最少の油脂量が正確に制御可能に潤滑油脂リザーバから転がり軸受へ排出可能になる。

この課題は、請求項１の対象によって解決される。好ましい形態が、従属請求項に記載されている。

請求項１によれば、少なくとも１つの転がり軸受を介してステータ部分と係合されている、回転するために設けられたロータ部分と、転がり軸受を潤滑するための潤滑油脂リザーバとを有する装置において、潤滑油脂リザーバからの油脂排出が、温度に依存する伸張物質要素を用いて制御可能である。

その場合に、本発明は、特に圧縮空気に基づく、潤滑油脂リザーバから油脂を排出するための既知の機構に比較して、熱的に操作可能な伸張物質要素を使用することによって、１ｍｍ³より少ない僅少の油脂量でも、正確に制御可能に排出することができる、という認識に基づいている。従って従来の潤滑システムに対して、本発明に基づく潤滑システムにおいては、転がり軸受の走行路領域内へ達する油脂量を、特に追加潤滑を行った後は新たに流入プロセスを実施する必要がないように、正確に配量することができることが、利点である。その場合に装置、たとえばスピンドルユニットは、実際の回転数を考慮せずに効果的にさらに駆動することができる。

さらに、油脂を小さい孔を介してでも確実に転がり軸受へ給送するために、伸張物質要素によって、５バールより大きい高圧を効果的に発生させることができる。さらに、伸張物質要素は、潤滑油脂リザーバの再充填後も再び使用することができて、効果的である。

本発明に基づく潤滑システムないし追加潤滑システムによって、高い回転数および最高の回転数と長い油脂使用期間のためにも油脂潤滑が開発された。従って、分当たり２百万ｍｍまでの回転数特性値と４０、０００時間までの使用期間が実現可能である。

好ましい形態において、潤滑油脂リザーバは空隙として直接装置、特にそのステータ部分内に統合され、一端をピストンによって閉鎖されており、そのピストンに転がり軸受の方向へ油脂を排出させるために伸張物質要素によって圧力を供給することができる。その場合に潤滑油脂は、通路システムを介して潤滑すべき１つないし複数の転がり軸受内へ圧入される。

好ましい形態において、潤滑システムに付属する他のコンポーネントが完全に装置内へ、たとえばスピンドルユニットまたは機械システム内へ統合されているので、損傷と外部の影響が効果的に排除されている。

好ましい形態において、転がり軸受への潤滑油脂供給は、アウターリングに穿設された潤滑孔を通して走行路のすぐ近傍において行われる。それによって、側方からの潤滑に比較して、使用された油脂および摩耗粒子が転がり軸受内へ戻るように移送されることがないので、摩耗の増大が阻止され、かつ最大可能な回転数が制限されないことが、効果的である。

好ましい形態において、装置は、工作機械のスピンドルユニットとして形成されている。その場合に、特に工作機械産業は、生産性を向上させ、かつ製造コストとサービスコストを低下させるために、高い回転数と長い使用期間を有するスピンドルユニットを必要とする。さらに、スピンドルユニットは、できるだけ簡単に構成されなければならず、かつ付加的な外部の供給ユニットないし接続導線を条件としてはならない。その場合に高い回転数、長い使用期間およびわずかな駆動コストは、必要な場合に新しい潤滑油脂が供給される、精密軸受によって得られる。その場合に、走行路のすぐ近傍においてアウターリングを通る潤滑孔を有するアンギュラー玉軸受、円筒ころ軸受および他の精密軸受の使用が有意義である。しかし、他の実施形態においては、側方に設けられた油脂入口を有する軸受も適している。

さらに、油脂潤滑は、比較可能なオイル−空気潤滑に対して比較的簡単であり、コスト的に好ましく、かつ高い使用安全性を有している。その場合に、オイル−空気潤滑の場合には、１μｍより大きい、最大で３μｍの粒子が、使用される空気からフィルタリング除去されて、フィルタリングされた空気が少なくとも５バールの圧力の下で提供される。たとえば７０ｍｍ孔を有するスピンドル軸受のオイル−空気潤滑のためには、駆動時間当たり１．５ｍ³の空気が必要とされる。その場合に平均的な工作機械スピンドルは、３から４の転がり軸受を有している。さらに、オイル−空気潤滑のオイルは、３から５μｍ直径より大きい残留粒子が確実に排除されるように、フィルタリグされる。それによって、この種のオイル−空気潤滑のためには、２層駆動を前提として、年当たり少なくとも数千ユーロまでの高さのコストが生じる。さらに、オイル−空気潤滑のための装置を最初に形成する場合に、同様な高さの投資額が見積もられる。さらに、装置の少なくとも一部がオイル−空気潤滑のために本来のスピンドルユニットから離れて、いわゆる外部に設けられること、およびオイルが２．６から４ｍｍの直径を有する導管を介して部分的に他の区間を介して転がり軸受へ供給されることが、欠点であって、その場合にこれらの導管は折曲、つぶれあるいは引裂きに関して極めて敏感であって、それが、損傷された場合にはスピンドルユニットの故障をもたらす。さらに、オイル−空気潤滑は、場合によっては同様にスピンドルユニットにおける損傷をもたらすおそれのある、取扱いエラーと誤機能に関して、比較的敏感である。そして、提供可能な空気圧と導管内の圧力降下が、オイル−空気潤滑に対して装置の個々の部分を配置することができる距離を、欠点となるように制限する。

本発明の他の利点、特徴および詳細が、以下で図を用いて説明する本発明の実施例から明らかにされる。

図１は、本発明の実施例として、統合された追加潤滑システムを有する工作機械のスピンドルユニットの縦断面を部分的に斜視図で示している。その場合にスピンドルユニットは、回転するために設けられたロータ部分１２とロータ部分１２に関して固定のステータ部分１４とを有している。その場合にロータ部分１２は、ステータ部分１４内に複数の玉軸受を介して回転可能に軸承されている。

その場合に玉軸受の各々は、たとえば転がり軸受鋼からなる、インナーリング２２、たとえばセラミックからなる、玉２４として形成された転動体および、たとえば同様に転がり軸受鋼からなる、アウターリング２６を有している。その場合に転がり軸受のアウターリング２６の各々は、転がり軸受に潤滑油脂を供給するために然るべき潤滑孔２８を有しており、その潤滑孔を介してアウターリング２６の外表面から潤滑油脂を直接玉軸受の走行路領域内へ投入することができる。その場合に玉軸受のアウターリング２６の外表面に設けられた潤滑孔２８が、ステータ部分１４内に形成された通路システム３２に接続されており、その通路システムが潤滑油脂リザーバ３４と接続されている。

その場合に、潤滑油脂リザーバ３４は、ステータ部分１４に穿設された孔によって形成されている。潤滑油脂リザーバ３４は、孔方向に移動可能なピストン３６によって外側へ向かって閉鎖されている。その場合に玉軸受の方向へ潤滑油脂を排出するために、それに応じてピストン３６が内側へ押圧される。これが、同様に実質的に孔内に配置されている制御可能な伸張物質部材４０によってもたらされ、それについては図２を用いて以下で詳細に説明する。

その場合に伸張物質要素４０は、ハウジング４２、熱が作用した場合に体積を増大させる媒体４４、たとえばワックス、およびタペット棒４６を有している。この種の伸張物質要素は、たとえば質量品として、加熱技術から知られている。その場合に伸張物質要素４０に、電気的に操作可能な加熱部材４８が対応づけられている。その場合に伸張物質要素４０のタペット棒４６が、潤滑油脂リザーバ３４のピストン３６に作用し、その場合にタペット棒４６とピストン３６の間にミニチュアスイッチ５２と弱いばね５４が配置されている。

追加潤滑サイクルの開始時に加熱部材４８の能動化によって、まず媒体４４が加熱され、それによって媒体が膨張して、タペット棒４６をハウジング４２から押し出し、そのタペット棒がまた潤滑油脂リザーバ３４のピストン３６を押して、それによって潤滑油脂が玉軸受の方向へ排出される。その場合にタペット棒４６の移動の開始時に、ミニチュアスイッチ５２が操作され、かつばね５４が締め付けられる。その場合にミニチュアスイッチ５２の操作によって、加熱部材４８の予め定めることのできる能動化時間がトリガーされる。加熱部材４８への電流供給の中断によって、タペット棒４６は実質的に最後に達した位置に留まり、その場合にタペット棒４６とピストン３６の間に配置されたばね５４は、追加潤滑サイクルの最後にミニチュアスイッチ５２を再び解放するための復帰力をもたらすように、弛緩することができる。

他の実施形態において、タペット棒とピストンの間が固定的に結合されている場合、およびステータ部分内の伸張物質要素のハウジングの軸承がタペット棒とピストンの移動方向に浮遊するように形成されている場合に、ばねとミニチュアスイッチをハウジングとステータ部分との間にそれに応じて配置することもできる。

図３は、本発明の他の実施例として、他の追加潤滑システムの主要な部材の原理図を示している。その場合に他の追加潤滑システムも、図２の伸張物質要素４０と同様に、ハウジング４２’、熱が作用した場合に体積を増大させる媒体４４’およびタペット棒４６’を備えた、伸張物質要素４０’を有している。その場合にタペット棒４６’は、潤滑油脂リザーバ３４’の同様に移動可能なピストン３６’を突き抜けて移動可能に案内されており、かつ潤滑油脂リザーバ３４’内へ達しているので、ピストン３６’が連動しない、タペット棒４６’の移動によって、潤滑油脂リザーバ３４’から潤滑油脂が潤滑すべき軸受へ排出可能である。

その場合に、図２の追加潤滑システムとは異なり、図３の他の追加潤滑システムは、各追加潤滑サイクルのためにタペット棒４６’が正確に定められた量の潤滑油脂を排出するために予め定めることのできる距離区間移動される、駆動のために設けられており、その場合に図２の追加潤滑システムに対して、タペット棒４６’の比較的大きいストローク運動が利用される。そのために、図３の他の追加潤滑システムは、タペット棒４６’が潤滑油脂リザーバ３４’に関して追加潤滑サイクル当たり最大でストッパ３８’に当接するまで移動されるように、形成されている。

さらに、特に潤滑油脂リザーバ３４’とタペット棒４６’の幾何学的な寸法設計が、タペット棒４６’の予め定めることのできるストロークとの組み合わせにおいて追加潤滑サイクル当たり正確に配量された潤滑油脂が排出されるように、形成されている。従って、図２の追加潤滑システムに比較して、図３の他の追加潤滑システムにおいて決定的なことは、追加潤滑システム当たり排出される潤滑油脂量が、予め定めることのできる時間長さに依存せず、構造的に固定に予め定められており、それによって図２の追加潤滑システムに比較して、追加潤滑プロセスの時間依存性が効果的に除去されている。

その場合に潤滑油脂リザーバ３４’は、タペット棒４６’の然るべき移動によって油脂が排出され、次にタペット棒４６’が復帰移動した後に生じる中空空間が、再び除去されて、その他においてはピストン３６’とばね３９’からなるユニットを介して油脂排出が行われないように、ピストン３６’とばね３９’を介して軽く付勢して閉鎖されている。その場合に、追加潤滑サイクルの最後にタペット棒４６’を然るべく引き戻すことは、そのように形成された伸張物質要素４０’によって、あるいはまたそれに応じて配置されたばね部材によってもたらすことができる。さらに、常に正確に同じ潤滑油脂量を排出するために、ある実施形態においては、ストッパ３８’をピストン３６’のそれぞれの位置に適合可能に形成することができる。

図３の他の追加潤滑システムの他の実施形態において、軸受の方向にのみ確実な潤滑油脂流が保証されるように、他の機械的な部材、たとえば逆止め弁を、設けることができる。

さらに他の実施形態において、もちろん図３の他の追加潤滑システムにおいても、図２の追加潤滑システムの場合と同様に、タペット棒４６’と潤滑油脂リザーバ３４’のハウジングとの間に、ミニチュアスイッチとばねを配置することができる。

上述した追加潤滑システムによって、効果的に、正確に予め定めることのできる僅少の潤滑剤量でも、任意の時点で玉軸受内へ給送することが可能である。それによって走行時間、温度、回転数、振動レベルのような駆動条件に関係なく、まさに必要とされる潤滑剤量の供給が可能である。その場合に生じる、あるいは必要とされる信号の評価および／または制御は、上位に配置された制御において行うことができ、あるいは直接追加潤滑ユニット内に統合することができる。

統合された追加潤滑システムを有するスピンドルユニットを一部断面で示す部分的な斜視図である。 図１の追加潤滑システムのコアの原理図である。 他の追加潤滑システムの主要なエレメントの原理図である。

符号の説明

１２ ロータ部分
１４ ステータ部分
２２ インナーリング
２４ 玉
２６ アウターリング
２８ 潤滑孔
３２ 通路システム
３４、３４’ 潤滑油脂リザーバ
３６、３６’ ピストン
３８、３８’ ストッパ
３９’ ばね
４０、４０’ 伸張物質要素
４２、４２’ ハウジング
４４、４４’ 媒体
４６、４６’ タペット棒
４８ 加熱部材
５２ ミニチュアスイッチ
５４ ばね

Claims (19)

1. 転がり軸受を介してステータ部分（１４）と係合された、回転するために設けられたロータ部分（１２）と、転がり軸受を潤滑するための潤滑油脂リザーバ（３４、３４’）とを有し、
   前記潤滑油脂リザーバ（３４、３４’）から温度に依存する伸張物質要素を用いて制御可能にスピンドル転がり軸受に油脂を供給する装置であって、
   前記伸張物質要素（４０、４０’）が、タペット棒（４６、４６’）のための通過開口部を備えたハウジング（４２、４２’）と、
   熱作用を受けて膨張する媒体（４４、４４’）を有しているので、前記媒体（４４、４４’）が加熱された場合に、タペット棒（４６、４６’）がハウジング（４２、４２’）から突出するように移動し、
   前記熱作用を得るために、伸張物質要素（４０、４０’）に対応づけられた、操作可能な電気的加熱部材（４８）、および 前記潤滑油脂リザーバ（３４、３４’）からの油脂排出のために、それに応じてタペット棒（４６、４６’）が潤滑油脂リザーバ（３４、３４’）に作用するように形成されている装置。
2. 前記潤滑油脂リザーバ（３４、３４’）が、ステータ部分（１４）内の空洞として形成されている請求項１に記載の装置。
3. 前記空洞が、円筒状に形成されている請求項２に記載の装置。
4. 前記空洞が、ロータの軸線に対して垂直方向に形成されている請求項２または３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記潤滑油脂リザーバ（３４、３４’）の、一方の端部が、移動可能なピストン（３６、３６’）によって閉鎖されている請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記ピストン（３６）が、タペット棒（４６）によって移動可能である請求項５に記載の装置。
7. 前記タペット棒（４６）とピストン（３６）の間、あるいはハウジング（４２、４２’）とステータ部分（１４）の間に、ばね（５４）とスイッチ（５２）が配置され、前記加熱部材（４８）の能動化によってばね（５４）が締め付けられてスイッチ（５２）が操作され、加熱部材（４８）の非能動化によるばね（５４）の弛緩がスイッチ（５２）を解放することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記スイッチ（５２）と加熱部材が、スイッチ（５２）の操作によって加熱部材（４８）の予め定められた能動化時間がトリガーされるように、互いに接続されている請求項７に記載の装置。
9. 前記本装置は、油脂排出のためにタペット棒（４６’）が潤滑油脂リザーバ（３４’）の内へ進入可能であるように形成されている請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記タペット棒（４６’）が予め定められたストッパ（３８’）の位置まで潤滑油脂リザーバ（３４’）の中へ進入可能である請求項９に記載の装置。
11. 前記タペット棒（４６’）がピストン（３６’）を突き抜けて移動可能である請求項９または１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記ピストン（３６’）は、タペット棒（４６’）の移動によって油脂が排出されて、タペット棒（４６’）が復帰移動した後に生じる中空室が再び除去されるように、弾性的に軸承されており、そうでない場合に弾性的に軸承されたピストン（３６’）を介して油脂排出が行われない請求項１１に記載の装置。
13. 前記タペット棒（４６’）とステータ部分（１４）との間に、ばねおよび／またはスイッチが配置されている請求項９から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記潤滑油脂リザーバ（３４、３４’）と転がり軸受との間に、油脂が供給される通路システム（３２）が配置されている請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記転がり軸受のアウターリング（２６）に、アウターリング（２６）を実質的に半径方向に貫通する少なくとも１つの潤滑孔（２８）が形成されている請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記通路システム（３２）の端部が、潤滑孔（２８）に接続して形成されている請求項１５に記載の装置。
17. 前記転がり軸受が、玉軸受として形成されている請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記伸張物質要素（４０、４０’）、加熱部材（４８）および／または通路システム（３２）が、ステータ部分（１４）内に統合されている請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 前記装置が、工作機械のスピンドルユニットとして形成されている請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。

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