WO2008083650A1 - Wälzlagereinrichtung für spindeln, insbesondere motorspindeln - Google Patents

Wälzlagereinrichtung für spindeln, insbesondere motorspindeln Download PDF

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WO2008083650A1
WO2008083650A1 PCT/DE2007/002232 DE2007002232W WO2008083650A1 WO 2008083650 A1 WO2008083650 A1 WO 2008083650A1 DE 2007002232 W DE2007002232 W DE 2007002232W WO 2008083650 A1 WO2008083650 A1 WO 2008083650A1
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wedge
bearing device
rolling bearing
bearing
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PCT/DE2007/002232
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Gordana Michos
Gabriele Laugisch
Oswald Bayer
Lothar Rödemer
Oliver Schellberg
Horst Masuch
Wolfgang May
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Schaeffler Kg
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    • F16C25/06—Ball or roller bearings
    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
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    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F16C19/163—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact

Definitions

  • Rolling bearing device for spindles, in particular motor spindles
  • the invention relates to a rolling bearing device for spindles, in particular motor spindles, comprising a tandem bearing with a seen in Spindelachslegi inner and outer bearings, which are operated under radial bias, and each having an outer ring.
  • a temperature gradient in the axial direction from the shaft center to the shaft ends is formed during operation, for example due to the heat input of the motor. Since such spindles are usually mounted on a housing or other component via a tandem bearing, that is to say two rolling bearings connected in series, the rolling bearings also experience the temperature gradient, whereby the latter adjusts both axially and radially there. The temperature gradient can sometimes still occur in the axial and radial directions. be increased by that the housing or the component on which the rolling bearings are arranged, is additionally cooled.
  • Another effect is due to the different temperatures different thermal elongation of shaft and housing, which naturally extends the warmer wave stronger than the cooled housing. As a result, the inner rings of the tandem pair migrate farther apart than the outer rings fixed on the housing side.
  • DE 10 2004 048 720 A1 discloses a ball bearing, which is particularly suitable for supporting the main spindle of a machine tool, in which, in order to compensate for the temperature-induced increase in radial stress, which leads to increasing friction between the bearing rings and the rolling bodies, the result is an excessively high Frictional heat is generated, which exceeds the permissible operating temperature of the bearing and optionally burns the lubricating film, the outer bearing ring is formed in the form of two separate bearing rings, both of which are accommodated in a sliding sleeve. One bearing ring is rigidly received in the sliding sleeve, while the other is axially displaceable against the restoring force of a spring. is ordered.
  • the bearing is thus formed within this sliding sleeve both as the temperature-related difference in length of the main spindle relative to the fixed bearing seat compensating floating bearing and as the temperature-induced radial stresses between the inner bearing ring and the outer bearing rings compensating, self-biased three-point bearing.
  • This embodiment is very complex, since it requires separate outer bearing rings, as ultimately results in a disassembly movement of these two bearing rings only a three-point support.
  • the invention is thus based on the problem of specifying a rolling bearing device which is simple and suitable for tandem bearings.
  • both bearings are housed in a common sleeve or the like, and that means for compensating thermally induced changes in the radial bias comprising a on the outer ring of the inner bearing axially displaceable, via a clamping element axially biased, expandable wedge ring, which runs with its wedge surface on a further annular wedge surface, is provided.
  • a bias voltage is generated on the outer ring on the expandable wedge ring, which in turn is radially biased with respect to the inner ring. If, due to a temperature difference between the warmer inner ring and the colder outer ring, an increase in the bearing preload arises due to the stronger thermally induced widening of the inner ring, the outer ring, because overlapped by the expandable wedge ring, can in turn expand somewhat, resulting in a corresponding widening of the wedge ring advantage. That is, the temperature gradient caused by the increase of the bearing preload is derived in the wedge ring, so that overall results in a substantially constant bearing preload even when a temperature gradient concerns, after any voltage increases can be reduced via the wedge ring.
  • the wedge ring moves axially against the clamping element after it slides with its wedge surface on the other wedge surface. It is also reset on cooling by the tensioning element.
  • the wedge ring is slotted axially at least once. Conceivable, however, would be an embodiment of a wedge ring made of a correspondingly soft material that allows expansion.
  • the further wedge surface may be provided on a further wedge ring which engages around the outside of the first wedge ring.
  • This further wedge ring is fixed axially and radially, so that the first wedge ring with its wedge surface can slide along the wedge surface of the second wedge ring, wherein it moves axially relative to the outer ring.
  • the sleeve can ultimately be of any nature, it can also be a housing section. In any case, it is a component on which axially protrudes a wedge with a corresponding wedge surface, or on the radially projecting a wedge projecting towards the bearing with a corresponding wedge surface.
  • a third alternative of the invention provides to provide the wedge surface directly on the outer side of the outer ring itself, thus, therefore, to use the bearing ring as a wedge ring guide part.
  • the wedge ring is axially biased by a clamping element.
  • This clamping element can be designed according to a first embodiment of the invention as a spring element. It may be a plate spring, one or more coil springs or one or more leaf springs or the like, or a ring with a certain stiffness.
  • the tensioning element can also be a piezoelectric actuator or a tensioning element consisting of a shape memory alloy or a hydraulic or pneumatic actuator.
  • a piezoelectric actuator the clamping of the wedge ring by electrical control of this piezoelectric actuator, which changes its shape due to voltage, over which the basic voltage can be built up.
  • a clamping element consisting of a shape memory alloy As a shape memory alloy, for example, a NiTi or a CuZnAI alloy can be used. Such alloys are characterized by the fact that they make a shape change from reaching a certain temperature, resulting from a structural change.
  • a clamping element consisting of such a material, which at the usual operating temperature automatically assumes a specific form generating the voltage.
  • hydraulic or pneumatic actuators are conceivable which likewise require a corresponding actuation or supply of hydraulic fluid or a pressure medium, for example air.
  • the outer ring is expediently secured by means of an anti-rotation device, so that it does not rotate with a rotation of the shaft in which the inner ring is entrained.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a rolling bearing device according to the invention a first embodiment, partly in section, and
  • Fig. 2 is a schematic representation of a rolling bearing device according to the invention a second embodiment, partly in section.
  • Fig. 1 shows a rolling bearing device 1 according to the invention comprising a tandem bearing 2 consisting of two rolling bearings 3a, 3b, wherein the rolling bearing 3a, the inner roller bearing and the rolling bearing 3b, the outer roller bearing, based on the arrangement of a spindle 4, for example, a motor spindle.
  • the inner roller bearing 3a is more thermally stressed during operation, since it is closer to the engine than the outer roller bearing 3b.
  • Each rolling bearing 3a, 3b comprises an inner ring 5a, 5b, which are respectively arranged on the spindle 4, and in the example shown, an outer ring 6a, 6b.
  • the tandem bearing 2 is arranged inside a sleeve 7, the two outer rings 6a, 6b of the rolling bearings 3a, 3b, which are designed here as angular contact ball bearings overlaps.
  • the two bearings are on the spindle side via a spacer ring 8, against which the two inner rings 5a, 5b, spaced from each other.
  • a radial web 9 is provided on the sleeve, which space the two bearing rings 6a, 6b from each other.
  • Both outer rings 6a, 6b are received in a fixed position in the sleeve 7.
  • the inner roller bearing 3a is more thermally stressed during operation than the outer roller bearing 3b. It forms a radial temperature gradient after the spindle 4 heats up during operation, with it also the inner ring 5a.
  • the outer ring 6a is colder, in particular when the sleeve 7 is arranged on a motor housing or the like which is actively cooled. Thus, a considerable temperature gradient arises from the inner ring 5a to the outer ring 6a. Due to the heating, the inner ring 5a expands somewhat, resulting in an increased, transmitted via the balls 10 on the bearing ring 6a increase of the given home preload.
  • a device 11 is provided, over which these voltage changes can be compensated.
  • This device 11 comprises a wedge ring 12 which is arranged axially displaceably on the outer side 13 of the outer ring 6a.
  • the wedge ring 12 is slotted axially at least once so that it can widen. With its wedge surface 14 it runs on the wedge surface 15 of a second wedge ring 16, which in turn is received in a fixed position in the sleeve 7.
  • the two wedge surfaces 14, 15 thus run on each other.
  • the first wedge ring 12 is further biased axially via a clamping element 18, here for example a plate spring, over this it is pressed with its wedge surface 14 against the wedge surface 15.
  • the bias voltage can be compensated or reduced for increasing via the device 11 according to the invention.
  • the increased preload is now absorbed by the wedge ring 12 and derived via this.
  • the strain on the inner ring 5a due to the expansion also slightly elongated outer ring 6a now in turn stretches the first wedge ring 12, which, as slotted, something expands.
  • This radial enlargement causes the wedge surface 14 on the fixed wedge surface 15, starting from the example according to FIG. 1, to slide off to the right, that is to say the wedge ring 12 is pressed against the clamping element 18, compressing it.
  • the spring force is designed so that at a temperature-induced increase in the bias both the spring force and the frictional force between the wedge surfaces 14, 15 and the support on the outside 13 Ü- overcome and it comes to the axial displacement of the wedge ring 12.
  • This shift thus allows the radial expansion of the bearing ring, whereby an overload caused by the temperature-induced bias to increase the bearing is advantageously avoided.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a roller bearing device 1 according to the invention.
  • the tandem bearing 2 there also has two roller bearings 3 a, 3 b, which are received in a sleeve 7. Both consist, as usual, of an inner ring 5a, 5b and an outer ring 6a, 6b.
  • the inner rings 5a, 5b are in turn arranged on a spindle 4.
  • a device 11 for compensating a thermally induced voltage increase, which in turn comprises a wedge ring 12 which has a wedge surface 14.
  • this is running on a wide Ren wedge surface 15, which is formed on the outer side 13 of the outer ring 6a. That is, there is no separate additional wedge ring used, but the outer ring 6a serves with its outer surface itself as a wedge ring.
  • the wedge ring 12 With a thermally induced expansion of the outer ring 6a, the wedge ring 12 also slides over the wedge surface 14, which runs on the wedge surface 15, to the right against the restoring force of the clamping element 18, which is compressed in this case.
  • an anti-rotation device 19 is further provided, via which the outer ring 6a is held in position and avoided that it rotates.
  • the inventive design of the rolling bearing device makes it possible to reduce excessive bearing preloads and in the clamping element, here the axially displaceable, located in the sliding seat on the outer ring 6a lent wedge 14.
  • the preload can be kept substantially constant at the inner bearing, so that can be maintained at the outer roller bearing 3a a substantially constant bias.
  • tensioning element 18 in the form of a spring or the like, it is also conceivable to load the wedge ring 12, for example, pneumatically or hydraulically, and thus pretension it via a pneumatic or hydraulic control.
  • a piezoelectric actuator for generating the Keilringvorschreib or a clamping ring of a shape memory alloy is conceivable.

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Abstract

Wälzlagereinrichtung für Spindeln, insbesondere Motorspindeln, umfassend ein Tandemlager mit einem in Spindelachsrichtung gesehen inneren und einem äußeren Wälzlager, die unter radialer Vorspannung betrieben werden, und jeweils einen Außenring aufweisen, wobei beide Wälzlager (3a, 3b) in einer gemeinsamen Hülse (7) o.dgl. aufgenommen sind, und dass eine Einrichtung (11) zum Ausgleich thermisch bedingter Änderungen der radialen Vorspannung umfassend einen auf dem Außenring (6a) des inneren Wälzlagers (3a) axial verschiebbaren, über ein Spannelement (18) axial vorgespannten, aufweitbaren Keilring (12), der mit seiner Keilfläche (14) auf einer weiteren ringförmigen Keilfläche (15) läuft, vorgesehen ist.

Description

Wälzlagereinrichtung für Spindeln, insbesondere Motorspindeln
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlagereinrichtung für Spindeln, insbesondere Motorspindeln, umfassend ein Tandemlager mit einem in Spindelachsrichtung gesehen inneren und äußeren Wälzlager, die unter radialer Vorspannung betrieben werden, und jeweils einen Außenring aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Bei vielen Spindeln, insbesondere bei Motorspindeln, bildet sich im Betrieb beispielsweise durch den Wärmeeintrag des Motors ein Temperaturgradient in axialer Richtung von der Wellenmitte zu den Wellenenden hin aus. Nachdem derartige Spindeln üblicherweise über ein Tandemlager, also zwei axial hintereinander geschaltete Wälzlager an einem Gehäuse oder sonstigen Bauteil gelagert sind, erfahren folglich auch die Wälzlager den Temperaturgradienten, wobei sich dieser dort sowohl axial als auch radial einstellt. Der Temperaturgradient kann in axialer wie radialer Richtung mitunter noch da- durch vergrößert werden, dass das Gehäuse oder das Bauteil, an dem die Wälzlager angeordnet sind, zusätzlich gekühlt wird. Mithin stellt sich folglich ein beachtlicher axialer Temperaturgradient ein, wobei das innere, motornähere Wälzlager wärmer ist als das äußere, wie sich auch ein radialer Tempe- raturgradient in jedem Wälzlager einstellt, wobei der innere Lagerring wärmer ist als der äußere. Bei den üblicherweise in Motorspindeln verwendeten Hochgenauigkeits-Schrägkugellagern führt dies letztlich zu unterschiedlichen Änderungen des axialen Überstandes innerhalb eines Tandempaares.
Ein weiterer Effekt ist die durch die unterschiedlichen Temperaturen bedingte unterschiedliche thermische Längendehnung von Welle und Gehäuse, wobei sich naturgemäß die wärmere Welle stärker dehnt als das gekühlte Gehäuse. Dadurch wandern die Innenringe des Tandempaares weiter auseinander als die gehäuseseitig fixierten Außenringe.
Letztendlich führen die unterschiedlichen Temperaturgradienten zu unterschiedlichen Belastungen der einzelnen Wälzlager eines Tandempaares, wobei das innere, also motornäher bzw. stärker erwärmte Lager stärker belastet wird, mithin also eine Vorspannung dort deutlich stärker erhöht wird als im äußeren Lager, an dem es gegebenenfalls auch zu einem Vorspannungsverlust mit entsprechenden Schlupfschäden kommen kann.
Aus DE 10 2004 048 720 A1 ist ein Kugellager, das insbesondere zur Lagerung der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine geeignet ist, bekannt, bei dem zum Ausgleichen der temperaturbedingten Radialverspannungserhö- hung, die zur zunehmenden Reibung zwischen den Lagerringen und den Rollkörpern führt, wodurch eine zu hohe Reibungswärme entsteht, die die zulässige Betriebstemperatur des Lagers überschreitet und gegebenenfalls den Schmierfilm verbrennt, der äußere Lagerring in Form zweier separater Lagerringe ausgebildet ist, die beide in einer Schiebehülse aufgenommen sind. Der eine Lagerring ist in der Schiebehülse starr aufgenommen, während der andere gegen die Rückstellkraft einer Feder axial verschieblich an- geordnet ist. Das Lager ist damit innerhalb dieser Schiebehülse sowohl als die temperaturbedingte Längendifferenz der Hauptspindel gegenüber deren Festlagersitz ausgleichendes Loslager als auch als die temperaturbedingte Radialverspannungen zwischen dem inneren Lagerring und den äußeren Lagerringen ausgleichendes, in sich vorgespanntes Dreipunktlager ausgebildet. Diese Ausgestaltung ist sehr aufwändig, da sie separate äußere Lagerringe erfordert, wie sich auch letztlich bei einer Auseinanderbewegung dieser beiden Lagerringen nur eine Dreipunktauflage ergibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Wälzlagereinrichtung anzugeben, die einfach ausgeführt und für Tandemlager geeignet ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Wälzlagereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass beide Wälzlager in einer gemeinsamen Hülse oder dergleichen aufgenommen sind, und dass eine Einrichtung zum Ausgleich thermisch bedingter Änderungen der radialen Vorspannung umfassend einen auf dem Außenring des inneren Wälzlagers axial verschiebbaren, über ein Spannelement axial vorgespannten, aufweitbaren Keilring, der mit seiner Keilfläche auf einer weiteren ringförmigen Keilfläche läuft, vorgesehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung wird über den aufweitbaren Keilring eine Vorspannung auf den Außenring erzeugt, der seinerseits radial vorgespannt bezüglich des Innenrings angeordnet ist. Ergibt sich nun aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem wärmeren Innenring und dem kälteren Außenring eine Erhöhung der Lagervorspannung, bedingt durch die stärkere thermisch bedingte Aufweitung des Innenrings, so kann der Außenring, weil vom aufweitbaren Keilring übergriffen, sich seinerseits etwas weiten, was in einer entsprechenden Aufweitung des Keilrings resul- tiert. Das heißt, die vom Temperaturgradienten bedingte Erhöhung der Lagervorspannung wird in den Keilring abgeleitet, so dass sich insgesamt eine im Wesentlichen konstante Lagervorspannung auch bei Anliegen eines Temperaturgradienten ergibt, nachdem über den Keilring etwaige Span- nungserhöhungen abgebaut werden können. Der Keilring bewegt sich axial gegen das Spannelement, nachdem er mit seiner Keilfläche auf der weiteren Keilfläche gleitet. Über das Spannelement wird er bei Erkalten auch wieder zurückgestellt.
Um die Aufweitung des Keilrings zu ermöglichen, ist der Keilring wenigstens einmal axial geschlitzt. Denkbar wäre aber auch eine Ausführung eines Keilrings aus einem entsprechend weichen Material, das eine Aufweitung ermöglicht.
Hinsichtlich der Anordnung bzw. Ausbildung der weiteren ringförmigen Keilfläche sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Nach einer ersten Erfindungsalternative kann die weitere Keilfläche an einem weiteren Keilring, der den ersten Keilring außenseitig umgreift, vorgesehen sein. Dieser weitere Keilring ist axial und radial lagefest, so dass der erste Keilring mit seiner Keilfläche an der Keilfläche des zweiten Keilrings entlang gleiten kann, wobei er sich axial relativ zum Außenring bewegt.
Eine Erfindungsalternative sieht vor, die weitere Keilfläche an der Innenseite der Hülse oder dergleichen vorzusehen. Die Hülse kann letztlich beliebiger Natur sein, es kann sich dabei auch um einen Gehäuseabschnitt handeln. In jedem Fall handelt es sich um ein Bauteil, an dem axial gesehen ein Keil mit einer entsprechenden Keilfläche vorspringt, oder an dem radial gesehen ein Keil zum Lager hin mit einer entsprechenden Keilfläche vorspringt.
Eine dritte Erfindungsalternative sieht vor, die Keilfläche unmittelbar an der Außenseite des Außenrings selbst vorzusehen, mithin also den Lagerring als Keilringführungsteil zu nutzen. Wie eingangs beschrieben, ist der Keilring über ein Spannelement axial vorgespannt. Über dieses Spannelement wird ihm ein Widerstand entgegengesetzt, der beim Aufweiten zu überwinden ist, damit die axiale Bewegung des Keilrings möglich ist. Dieses Spannelement kann nach einer ersten Erfin- dungsausgestaltung als Federelement ausgeführt sein. Dabei kann es sich um eine Tellerfeder, eine oder mehrere Spiralfedern oder eine oder mehrere Blattfedern oder dergleichen handeln, oder einen Ring mit einer bestimmten Steifigkeit.
Alternativ zur Verwendung eines axial vorspannenden Federelements kann das Spannelement auch ein piezoelektrischer Aktor oder ein aus einer Formgedächtnislegierung bestehendes Spannelement oder ein hydraulischer oder pneumatischer Aktor sein. Unter Verwendung eines piezoelektrischen Aktors erfolgt die Verspannung des Keilrings durch elektrische Ansteuerung dieses piezoelektrischen Aktors, der spannungsbedingt seine Form ändert, worüber die Grundspannung aufgebaut werden kann. Denkbar ist aber auch der Einsatz eines aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Spannelements. Als Formgedächtnislegierung kann beispielsweise eine NiTi- oder eine CuZnAI-Legierung verwendet werden. Solche Legierungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine Formwandlung ab Erreichen einer bestimmten Temperatur vornehmen, die aus einer Gefügeänderung resultiert. Es ist also denkbar, ein aus einem solchen Material bestehendes Spannelement zu verwenden, das bei der üblichen Betriebstemperatur eine bestimmte, die Spannung erzeugende Form automatisch einnimmt. Als weitere Ausgestal- tung sind hydraulische oder pneumatische Aktoren denkbar, die ebenfalls eine entsprechende Ansteuerung bzw. Versorgung mit Hydraulikfluid oder einem Druckmedium, beispielsweise Luft, erfordern.
Schließlich ist der Außenring zweckmäßigerweise über eine Verdrehsiche- rung gesichert, so dass er sich bei einer Drehung der Welle, bei der der Innenring mitgenommen wird, nicht mitdreht. Kurze Beschreibung der Erfindung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung einer ersten Ausführungsform, teilweise im Schnitt, und
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung einer zweiten Ausführungsform, teilweise im Schnitt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wälzlagereinrichtung 1 umfassend ein Tandemlager 2 bestehend aus zwei Wälzlagern 3a, 3b, wobei das Wälzlager 3a das innere Wälzlager und das Wälzlager 3b das äußere Wälzlager, be- zogen auf die Anordnung einer Spindel 4, beispielsweise einer Motorspindel ist. Das innere Wälzlager 3a wird im Betrieb stärker thermisch belastet, da es motornäher ist als das äußere Wälzlager 3b.
Jedes Wälzlager 3a, 3b umfasst einen Innenring 5a, 5b, die jeweils an der Spindel 4 angeordnet sind, sowie im gezeigten Beispiel einen Außenring 6a, 6b. Das Tandemlager 2 ist im Inneren einer Hülse 7 angeordnet, die beiden Außenringe 6a, 6b der Wälzlager 3a, 3b, die hier als Schrägkugellager ausgeführt sind, übergreift. Die beiden Wälzlager sind spindelseitig über einen Distanzring 8, an dem die beiden Innenringe 5a, 5b anliegen, voneinander beabstandet. Im Bereich der Lageraußenringe ist an der Hülse ein Radialsteg 9 vorgesehen, der die beiden Lagerringe 6a, 6b voneinander beabstandet. Beide Außenringe 6a, 6b sind in der Hülse 7 lagefest aufgenommen. Das innere Wälzlager 3a ist im Betrieb stärker thermisch belastet als das äußere Wälzlager 3b. Es bildet sich ein radialer Temperaturgradient aus, nachdem die Spindel 4 sich im Betrieb erwärmt, mit ihr auch der Innenring 5a. Der Außenring 6a ist demgegenüber kälter, insbesondere, wenn die Hül- se 7 an einem Motorgehäuse oder dergleichen, das aktiv gekühlt wird, angeordnet ist. Es stellt sich also ein beachtlicher Temperaturgradient vom Innenring 5a zum Außenring 6a ein. Bedingt durch die Erwärmung dehnt sich der Innenring 5a etwas aus, woraus eine erhöhte, über die Kugeln 10 auf den Lagerring 6a übertragene Erhöhung der von Haus aus gegebenen Vorspan- nung resultiert.
Um diese thermisch bedingten Spannungsänderungen in radialer Richtung ausgleichen zu können, ist eine Einrichtung 11 vorgesehen, über die diese Spannungsänderungen kompensiert werden können. Diese Einrichtung 11 umfasst einen Keilring 12, der auf der Außenseite 13 des Außenrings 6a axial verschiebbar angeordnet ist. Der Keilring 12 ist wenigstens einmal axial geschlitzt, so dass er sich weiten kann. Mit seiner Keilfläche 14 läuft er auf der Keilfläche 15 eines zweiten Keilrings 16, der seinerseits in der Hülse 7 lagefest aufgenommen ist. Die beiden Keilflächen 14, 15 laufen also aufein- ander. Der erste Keilring 12 ist des Weiteren über ein Spannelement 18, hier beispielsweise eine Tellerfeder, axial vorgespannt, hierüber wird er mit seiner Keilfläche 14 gegen die Keilfläche 15 gedrückt.
Über den Keilring 12 wird nun grundsätzliche eine radiale Spannung auf den Außenring 6a und damit auf das Wälzlager 3a aufgebracht. Stellt sich nun ein Temperaturgradient zwischen dem Innenring 5a und dem Außenring 6a ein, was im Betrieb beispielsweise bei Anwendung der Wälzlagereinrichtung
1 in einem Motor oder dergleichen durchaus der Fall sein kann, so dehnt sich der Innenring 5a, da er wärmer wird, etwas stärker aus als der kältere Außenring 6a. Dies führt dazu, dass die Vorspannung zwischen Innenring 5a und Außenring 6a, der in einem definierten, kalten Zustand beider Ringe eingestellt wurde, vergrößert wird, wobei diese Vorspannung, wäre der Au- ßenring 6a unmittelbar radial im Gehäuse gelagert, vollständig vom Außenring aufgenommen werden und sich über Gebühr erhöhen würde, so dass letztendlich der Verschleiß deutlich zunimmt.
Im gezeigten Beispiel kann aber die Vorspannung zur Erhöhung über die erfindungsgemäße Einrichtung 11 kompensiert bzw. abgebaut werden. Denn zum einen besteht radial gesehen um den Außenring 6a noch hinreichend Raum, in den sich der Außenring 6a ausdehnen kann. Die erhöhte Vorspannung wird nun von dem Keilring 12 aufgenommen und über diesen abgelei- tet. Der sich infolge der Ausdehnung des Innenrings 5a belastungsbedingt ebenfalls etwas dehnende Außenring 6a dehnt nun seinerseits den ersten Keilring 12, der sich, da geschlitzt, etwas aufweitet. Diese radiale Vergrößerung führt dazu, dass die Keilfläche 14 auf der feststehenden Keilfläche 15, ausgehend vom Beispiel gemäß Fig. 1 , nach rechts abgleitet, mithin also der Keilring 12 gegen das Spannelement 18, dieses komprimierend, gedrückt wird. Dabei ist die Federkraft so ausgelegt, dass bei einer temperaturbedingten Erhöhung der Vorspannung sowohl die Federkraft als auch die Reibkraft zwischen den Keilflächen 14, 15 und der Auflage an der Außenseite 13 ü- berwunden wird und es zur axialen Verschiebung des Keilrings 12 kommt. Diese Verschiebung ermöglicht damit die radiale Aufweitung des Lagerrings, wodurch eine Überbelastung durch die temperaturbedingte Vorspannung zur Erhöhung des Wälzlagers vorteilhaft vermieden wird.
Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung 1 zeigt Fig. 2. Das dortige Tandemlager 2 weist ebenfalls zwei Wälzlager 3a, 3b auf, die in einer Hülse 7 aufgenommen sind. Beide bestehen jeweils wie üblich aus einem Innenring 5a, 5b sowie einem Außenring 6a, 6b. Die Innenringe 5a, 5b sind wiederum auf einer Spindel 4 angeordnet.
Auch hier ist eine Einrichtung 11 zur Kompensation einer thermisch bedingten Spannungserhöhung vorgesehen, die wiederum einen Keilring 12 um- fasst, der eine Keilfläche 14 aufweist. Diese läuft hier jedoch auf einer weite- ren Keilfläche 15, die an der Außenseite 13 des Außenrings 6a ausgebildet ist. Das heißt, hier kommt kein separater weiterer Keilring zum Einsatz, vielmehr dient der Außenring 6a mit seiner Außenfläche selbst als Keilring. Bei einer thermisch bedingten Dehnung des Außenrings 6a gleitet auch hier der Keilring 12 über die Keilfläche 14, die auf der Keilfläche 15 läuft, nach rechts gegen die Rückstellkraft des Spannelements 18, das dabei komprimiert wird.
Bei dieser Ausführungsform ist weiterhin eine Verdrehsicherung 19 vorgesehen, über die der Außenring 6a in Position gehalten und vermieden wird, dass er mitrotiert.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wälzlagereinrichtung ermöglicht es, überhöhte Lagervorspannungen abzubauen und in das Spannelement, hier den axial verschiebbaren, im Schiebesitz auf dem Außenring 6a befind- liehen Keil 14 zu leiten. Es ergibt sich somit am inneren Wälzlager 3a keine Überlastung, aus der ein entsprechender Vorspannungsverlust am äußeren Wälzlager 3b resultieren würde. Vielmehr kann die Vorspannung am inneren Lager weitgehend konstant gehalten werden, so dass sich auch am äußeren Wälzlager 3a eine im Wesentlichen konstante Vorspannung beibehalten lässt. Zwar kann auch an diesem Lager ein Temperaturgradient auftreten, jedoch ist dieser, da dieses Wälzlager etwas motorferner ist, kleiner als der am inneren Wälzlager 3a auftretende Temperaturgradient, so dass dort die Spannungsverhältnisse sich nicht in einem solchen Maß ändern wie im Bereich des inneren Wälzlagers 3a. Ein etwaiger Lagerschlupf kann hierüber mit besonderem Vorteil vermieden werden.
Anstelle des Spannelements 18 in Form einer Feder oder dergleichen ist es auch denkbar, den Keilring 12 beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch zu belasten, mithin als über eine pneumatische oder hydraulische Regelung vorzuspannen. Auch die Verwendung eines piezoelektrischen Aktors zur Erzeugung der Keilringvorspannung oder eines Spannrings aus einer Formgedächtnislegierung ist denkbar. Bezugszeichenliste
00
1 Wälzlagereinrichtung
2 Tandemlager
3a Wälzlager
3b Wälzlager
4 Spindel
5a Innenring
5b Innenring
6a Außenring
6b Außenring
7 Hülse
Distanzring
9 Radialsteg
10 Kugeln
11 Einrichtung
12 Keilring
13 Außenseite
14 Keilfläche
15 Keilfläche
16 Keilring
18 Spannelement
19 Verdrehsicherung

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlagereinrichtung für Spindeln, insbesondere Motorspindeln, umfassend ein Tandemlager mit einem in Spindelachsrichtung gesehen inneren und einem äußeren Wälzlager, die unter radialer Vorspan- nung betrieben werden, und jeweils einen Außenring aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wälzlager (3a, 3b) in einer gemeinsamen Hülse (7) o.dgl. aufgenommen sind, und dass eine Einrichtung (11) zum Ausgleich thermisch bedingter Änderungen der radialen Vorspannung umfassend einen auf dem Außenring (6a) des in- neren Wälzlagers (3a) axial verschiebbaren, über ein Spannelement
(18) axial vorgespannten, aufweitbaren Keilring (12), der mit seiner Keilfläche (14) auf einer weiteren ringförmigen Keilfläche (15) läuft, vorgesehen ist.
2. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Keilring (12) wenigstens einmal axial geschlitzt ist.
3. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Keilfläche (15) an einem weiteren Keilring (16), der den ersten Keilring (12) außenseitig umgreift, vorgesehen ist.
4. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Keilfläche (15) an der Innenseite der Hülse (7) o.dgl. vorgesehen ist.
5. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilfläche (15) an der Außenseite (13) des Außenrings (6a) selbst vorgesehen ist.
6. Wälzlagereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement ein Federelement
(18) ist, oder ein Ring mit einer bestimmten Steifigkeit.
7. Wälzlagereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (18) ein piezoelektrischer Aktor oder ein aus einer Formgedächtnislegierungen bestehendes
Spannelement oder ein hydraulischer oder pneumatischer Aktor ist.
8. Wälzlagereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (6a) über eine Verdreh- Sicherung (19) gesichert ist.
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