KR20070029150A - 윤활제 공급용 모세 공급 라인을 구비한 베어링 소자를포함하는 공작 기계용 스핀들 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 모터를 수용하기 위한 하우징(6), 베어링 소자(2, 3, 4, 5) 내에 수용되며 상기 전기 모터에 의해 구동될 수 있는 샤프트, 및 특히 공작물 가공용 공구의 수용 소자를 포함하는 공작 기계용 스핀들, 특히 모터 스핀들에 관한 것이다. 하나 이상의 베어링 소자(2, 3, 4, 5)는 펌프 소자(20)에 의해 윤활제를 공급하기 위한 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)을 포함한다. 또한, 본 발명은 펌프 소자(20)에 의해 윤활제를 공급하기 위한 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)을 수용하기 위한 하나 이상의 리세스(11, 12, 13, 14)를 포함하는 상기 스핀들(1)용 베어링 소자(2, 3, 4, 5)에 관한 것이다. 끝으로, 본 발명은 하나 이상의 베어링 소자의 충분한 윤활을 위해, 윤활제를 센서 소자의 평가에 따라 시간적 및/또는 양적으로 도우징하는, 공작 기계용 상기 스핀들의 작동 방법에 관한 것이다.
전기 모터, 하우징, 베어링 소자, 샤프트, 스핀들, 펌프 소자, 모세 공급 라인, 리세스, 공작 기계.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 공작 기계용 스핀들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 스핀들용 베어링 소자 및 상기 스핀들의 작동 방법에 관한 것이다.
선행 기술로서, 이미 오래전부터 공작 기계용 스핀들의 베어링 소자에 윤활제로서 오일을 공급하는 종래의 오일-공기 윤활이 공지되어 있다. 이러한 오일 공기 윤활에 있어서, 오일 양은 일정한 간격으로 펄스 형태로 공급되고, 공급될 수 있는 오일 양은 일정한 최소량에 미달할 수 없다.
본 발명의 목적은 윤활제가 베어링 소자에 최소량으로 그리고 균일하게 공급될 수 있는 공작 기계용 스핀들을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 베어링 소자 및 상기 스핀들의 작동 방법을 제공하는 것이다.
스핀들과 관련한 상기 목적은 전제부에 있어서 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 스핀들의 바람직한 실시예는 종속 청구항 2 내지 7에 제시된다. 베어링 소자와 관련한 상기 목적은 전제부에 있어서 청구항 8의 특징에 의해 달성된다. 스핀들의 작동 방법과 관련한 상기 목적은 전제부에 있어서 청구항 9의 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 스핀들에 있어서, 윤활제로서 오일은 하나 이상의 모세 공급 라인을 통해 하나 이상의 베어링 소자에 공급된다. 공지된 오일-공기 윤활과는 달리, 오일의 운반은 공기 흐름에 의해 이루어지는 것이 아니라, 오일로 항상 채워져 있는 모세 공급 라인(모세 관) 내부에서 이루어짐으로써, 공급의 증가시 기존 모세 공급 라인으로 인한 지연 없이 즉각적인 반응, 및 필요한 장소, 즉 각각의 모세 공급 라인의 단부에 대한 오일 공급이 이루어진다. 특히 10 - 100 ㎕/h(시간 당 마이크로 리터)의 최소량의 균일한 윤활이 가능해진다.
모세 공급 라인은 통상 2/10 mm 미만의 개구 직경을 갖는다. 통상의 오일-공기 윤활에 따른 공급 라인은 통상 2 mm 이상의 개구 직경을 갖는다.
바람직하게는 모세 공급 라인은 베어링 소자(예컨대 롤러 베어링, 레이디얼 앵귤러 콘택 볼 베어링)의 내부 링 또는 외부 링 내의 리세스(보어) 내에 수용되고, 윤활제가 이송 매체로서의 공기 없이 롤러 콘택에 직접 공급된다. 따라서, 통상의 오일 공기 윤활과는 달리, 베어링이 건조 블로잉되지 않을 수 있다.
대안적 실시예에서, 오일은 모세 공급 라인을 통해 거의 직접적으로 베어링 소자에 안내되고, 베어링 소자에 대한 최종 거리는 모세 공급 라인의 단부에 오일의 동반에 의한 공기 공급에 의해 극복된다.
바람직한 실시예에서, 펌프 소자는 예컨대 마이크로 환상 기어 펌프로서 또는 마이크로 밸브로서(예컨대, 압전 액추에이터의 형태로) 형성된다.
바람직한 실시예에서 펌프 소자는 분배기 소자에 연결되며, 상기 분배기 소자로부터 다수의 모세 공급 라인이 연장된다. 이로 인해, 윤활제가 스핀들 내 다수의 베어링 소자에 확실하게 분배될 수 있다.
모세관의 유동 저항은 개구 직경의 4승에 비례한다(Hagen-Poiseuille의 법칙). 추가의 모세 귀환 라인(바이패스)를 통해 공급된 오일 양이 펌프 소자의 공칭 체적 흐름의 수 퍼센트로 감소될 수 있는데, 그 이유는 펌프 소자에 의해 송출된 오일 양이 공급 모세관과 바이패스 모세관의 유동 저항의 비율로 분할되기 때문이다. 이로 인해, 펌프 소자는 바람직한 작동 범위에서 작동할 수 있다.
모세관은 오일 공급 부분으로서 또는 모세관 스로틀로서 펌프 소자 내에 통합되어(예컨대, 마이크로 시스템 기술로 제조된 곡류(meander)로서) 구현될 수 있다.
대안적 실시예에서 펌프 소자는 예컨대 상응하는 규정된 누설 유동 또는 규정된 갭 형상에 의해, 바이패스의 특성이 펌프 특성 자체에 의해 구현되도록 실시될 수 있다.
바이패스 내의 필터 소자에 의해 부분 흐름에서의 윤활제의 깨끗함이 영구적으로 증가될 수 있다. 펌프 소자에 의해 송출된 오일 양은 공급 모세관과 바이패스 모세관의 횡단면 비율로 분할된다.
바람직한 실시예에 따라, 펌프 소자, 분배기 소자 및 다른 소자들이 장소 절약 방식으로 스핀들의 하우징 내에 통합될 수 있다.
본 발명에 따른 베어링 소자는 펌프 소자에 의해 윤활제를 공급하기 위한 모세 공급 라인을 수용하기 위한 하나 이상의 리세스를 갖는다. 이러한 베어링 소자는 상기와 같이 형성된 스핀들을 위해 사용될 수 있고, 베어링 바디 및 베어링의 윤활을 위해 윤활제를 공급하기 위한 모세 공급 라인과의 접속을 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 스핀들의 작동 방법에서는, 센서 소자의 평가에 의해 하나 이상의 베어링 소자의 충분한 윤활을 위한 윤활제의 시간적 및/또는 양적 도우징이 실시된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 1은 윤활제의 공급을 위한 모세 공급 라인을 구비한 스핀들의 개략도.
도 2는 도 1에 따른 스핀들 내의 베어링 소자의 제 1 실시예.
도 3은 도 1에 따른 스핀들 내의 베어링 소자의 제 2 실시예.
도 4는 수요에 따른 윤활제 도우징을 위한 제어 회로.
도 1은 스핀들(1)의 하우징(6) 내에서 베어링 소자(2, 3, 4, 5) 내에 수용된 샤프트를 가진 공작 기계(가공 스핀들)용 스핀들(1)을 개략적으로 도시한다. 베어링 소자(2, 3, 4, 5)의 외부 링(7, 8, 9, 10)은 개략적으로 그리고 확대 도시된 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)을 수용하기 위한 리세스(11, 12, 13, 14)(보어)를 갖는다. 상기 공급 라인은 예컨대 공지된 모세 관으로 형성된다.
전체적으로 4개의 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)이 도시되며, 상기 라인들은 분배기(19)를 통해 펌프 소자(20)와 연결된다. 분배기(19)는 또한 모세 스로틀(42, 43, 44, 45)을 가질 수 있으며 다른 모세 라인(21), 즉 모세 스로틀(46)을 가질 수 있는 바이패스를 갖는다. 모세 스로틀은 개별적으로 조정 가능하며, 개별 모세 공급 라인 및 바이패스에 송출된 질량 흐름을 도우징하기 위해 사용된다.
펌프 소자(20)는 윤활제, 예컨대 오일을 저장 탱크(22)로부터 송출하고, 송출된 윤활제를 4개의 모세관(15, 16, 17, 18)에 공급한다. 윤활제의 일부는 다른 모세 라인(21)을 통해 송출되고 경우에 따라 필터링되어 저장 탱크(22)에 다시 공급된다.
도 2는 도 1에 따른 스핀들(1)의 하우징(6) 내에 베어링 소자(23) 및 (24)를 서로 바로 옆에 배치할 수 있는 가능성을 도시한다. 베어링 소자(23, 24)의 외부 링(25, 26)은 개략적으로 도시된 모세 라인(29, 30)을 수용하기 위한 리세스(27, 28)를 갖는다.
도 3은 스핀들(1)의 하우징(6) 내에 서로 이격되어 수용된 베어링 소자(31, 32)의 실시예를 도시한다. 베어링 소자들(31, 32) 사이에는 분배기 소자(33)가 배치되고, 모세 공급 라인(34, 35)이 상기 분배기 소자(33) 내로 연장된다. 상기 모세 공급 라인(34, 35)은 끝점(36, 37)에서 끝나며, 연결 채널(38, 39)을 통해 측면으로 베어링 소자(31, 32)에 연결된다. 공기 공급은 보어(40)를 통해 이루어지고, 모세 공급 라인(34, 35)의 단부 영역(36, 37)에서 오일이 검출되며 연결 채널(38, 39)을 통해 베어링 소자(31, 32)에 공급된다.
도 4에는 수요에 따른 윤활제 제어를 가능하게 하는 자기 설명적(self-explanatory) 제어 회로가 도시된다. 센서 소자를 통해, 작동되는 스핀들(1)의 작동 파라미터(예컨대, 회전수, 모터 온도, 냉각제 온도, 베어링 온도)가 검출되고, 공지된 관계식에 의해 기존 베어링 소자에서의 윤활막의 두께가 추정된다. 여기서, 한계값이 미달되면, 증가된 양의 윤활제가 도우징 소자를 통해 윤활 제어기에 공급될 수 있다. 이로 인해, 스핀들 베어링이 추가의 윤활막을 얻기 때문에, 충분히 윤활된다.
윤활제의 양의 도우징 및 그에 따라 펌프 소자의 활성도 변화가 예컨대 하기 전략에 따라 이루어질 수 있다:
- 스핀들 타입, 베어링 실시예 등(지금까지의 윤활 방법과 유사)에 따라 전체 기계 접속 시간에 걸쳐 고정 값에 의해 또는
- 특성 맵 예컨대 오일 양 = f(스핀들의 회전수)을 기초로 제어 또는
- 베어링에서의 직접적인 윤활막 측정을 기초로 제어(현재 신뢰할만한 방법이 없음)
- 간단히 측정 가능한 값(베어링 온도 등)에 의한 윤활막의 두께 추정을 기초로 제어.
모든 전략은 개별적으로 또는 조합해서 적용될 수 있다.
제어값으로는 윤활막의 추정된 두께가 사용되고, 조절값으로는 윤활제의 양이 사용된다.
Claims (9)
- 전기 모터의 수용을 위한 하우징, 상기 전기 모터에 의해 구동 가능하며 베어링 소자 내에 수용된 샤프트, 및 특히 공작물 가공을 위한 공구용 수용부를 포함하는 공작 기계용 스핀들, 특히 모터 스핀들에 있어서,하나 이상의 베어링 소자(2, 3, 4, 5)가 펌프 소자(20)에 의해 윤활제를 공급하기 위한 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들.
- 제 1항에 있어서, 상기 베어링 소자(2, 3, 4, 5)는 상기 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)을 수용하기 위해 외부 링 또는 내부 링 내에 있는 리세스(11, 12, 13, 14)을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,다수의 모세 공급 라인들(16, 16, 17, 18)이 제공되고, 상기 공급 라인들은 분배기 소자(19)를 통해 상기 펌프 소자(20)와 연결되는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들.
- 제 3항에 있어서,상기 분배기 소자(19)는 바이패스로서 다른 모세 라인(21)을 갖는 것을 특징 으로 하는 공작 기계용 스핀들.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스핀들(1)은 각각 하나의 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)을 가진 2개의 인접하게 배치된 베어링 소자(2, 3, 4, 5)를 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들.
- 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스핀들(1)은 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)을 가진 2개의 인접한, 서로 이격되어 배치된 베어링 소자(2, 3, 4, 5)를 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,보어(40)는 하나의 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)으로부터 배출된 윤활제를 검출하기 위한 공기를 공급하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 공작 기계용 스핀들용 베어링 소자에 있어서,상기 베어링 소자(2, 3, 4, 5)는 펌프 소자(20)에 의해 윤활제를 공급하기 위한 모세 공급 라인(15, 16, 17, 18)를 수용하기 위한 하나 이상의 수용부(11, 12, 13, 14)를 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들용 베어링 소자.
- 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 공작 기계용 스핀들의 작동 방법에 있어서, 제어 회로를 통해, 하나 이상의 베어링 소자를 충분히 윤활하기 위한 윤활제의 시간적 및/또는 양적 도우징이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작 기계용 스핀들의 제조 방법.
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