DE69900311T2

DE69900311T2 - Spindel mit einstellbarer Vorspannung

Info

Publication number: DE69900311T2
Application number: DE69900311T
Authority: DE
Inventors: Paul Christopher Thrasher
Original assignee: COLONIAL TOOL Inc
Current assignee: COLONIAL TOOL Inc
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: US6042273A; EP0997657A1; EP0997657B1; DE69900311D1

Description

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung befaßt sich mit Werkzeugmaschinenspindeln und insbesondere mit solchen Spindeln, welche eine Einrichtung umfassen, mittels der die Vorbelastung auf Lagersätze verändert werden kann, welche zur drehbaren Lagerung einer Spindel bezüglich eines Spindelgehäuses dienen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es wurden verschiedene Auslegungsformen vorgeschlagen, um die Vorbelastung, welche auf eine Werkzeugmaschinenspindel einwirkt, zur Einstellung der Lagerbelastungen zu verändern, um eine Anpassung an unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen vorzunehmen. Viele Hersteller verlangen nunmehr, daß motorischbetriebene Spindeln an Ort und Stelle auf wenigstens drei unterschiedliche Vorbelastungswerte einstellbar sind.
Bei einem solchen System ist es erforderlich, einen Lagersatz zu entfernen und eine unterschiedlich bemessene Distanzeinrichtung in den Satz einzusetzen, und dann den Lagersatz wiederum zu montieren, weicher mittels eines Lagerhalters an Ort und Stelle gehalten wird, welcher in Gewindeeingriff an dem Ende der Spindel ist. Obgleich hiermit unterschiedliche Vorbelastungen auf die Lager der Spindel aufgebracht werden können, können die Montage und die Demontage des Lagersatzes und dessen Komponenten zu unerwünschten Verzögerungen bei der Einstellzeit und der Gesamtstillstandszeit führen, wenn die Maschinen auf unterschiedliche Bearbeitungen eingestellt werden, bei denen unterschiedliche Vorbelastungswerte jeweils bei einer Mehrzahl von Spindeln erforderlich sind, welche in Verbindung mit der maschinellen Bearbeitung zum Einsatz kommen. Ein Beispiel zum Austausch von Komponenten zur Veränderung der Lagersatzvorbelastung bei einer Spindelanordnung ist in dem amerikanischen Patent No. 5,386,630 gezeigt.
Es wurden unterschiedliche Auslegungen zur Verstellung der Vorbelastung der Lagersätze vorgeschlagen, bei denen der Ausbau und der Ersatz von mehreren Komponenten der Lagersätze nicht erforderlich ist. Bei einer Auslegungsform wird eine mechanische Schraubanordnung zur Veränderung der Spindellagervorbelastung vorgeschlagen, wie dies in dem amerikanischen Patent No. 4,657,412 gezeigt ist. Bei einer anderen Auslegungsform läßt sich die Spindellagervorbelastung durch Einwirkung eines hydraulischen Drucks in Abhängigkeit von verschiedenen erfaßten Betriebsbedingungen der Spindel verändert, wie dies beispielsweise in den amerikanischen Patenten No. 4,551,032; 5,388,917 und RE 34,310 gezeigt ist.
Obgleich diese Auslegungsformen für den bestimmungsgemäßen Anwendungszweck zur Veränderung von Spindellagervorbelastungen geeignet sind, machen Sie Sensorsysteme oder eine ständige Einwirkung eines Hydraulikdrucks erforderlich, um den gewünschten, eingestellten Vorbelastungszustand aufrecht zu erhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt eine Lagervorbelastungseinrichtung für eine Werkzeugmaschinenspindel bereit, bei der eine Anzahl von Spindeln in einer Bearbeitungsstraße voreingestellt werden kann, ohne daß die Lagersätze ausgebaut werden müssen, welche die Spindel der jeweiligen Einheit lagern. Ferner läßt sich die Lagervorbelastungseinstellung vornehmen, ohne daß man aufwendige Sensor- und Steuersysteme für eine hydraulische Hubbeaufschlagung eines Lagersatzes benötigt, um die Lagervorbelastungseinstellung vorzunehmen.
Nach der Erfindung wird eine verstellbare Vorbelastungseinrichtung zum Verändern der Vorbelastung auf einen Lagersatz für eine Spindel bereitgestellt, welche in einem Spindelgehäuse mittels des Lagersatzes drehbeweglich gelagert ist, und bei der folgendes vorgesehen ist. Ein ringförmiger Kolben, welcher gleitbeweglich in Dichtungseingriff am Innendurchmesser (ID) des Spindelgehäuses abgestützt ist; ein ringförmiger Fluid-Versorgungsstopfen, welcher mit Dichteingriff zwischen dem Spindelgehäuse und dem Außendurchmesser (OD) der Spindel abgestützt ist, wobei eine druckbeaufschlagbare Kammer zwischen dem ringförmigen Kolben und dem Fluidversorgungsstopfen gebildet wird; ein Anschluß zur Herstellung einer Verbindung mit einer Quelle zur selektiven Anlage von Druck an die druckbeaufschlagbare Kammer; einen Federhalter, welcher einen Abschnitt umfaßt, welcher mit dem Lagersatz zusammenarbeiten kann; ein Federelement, welches zwischen dem ringförmigen Kolben und dem Federhalter zum Aufbringen einer Vorbelastungskraft auf den Lagersatz angeordnet ist, welche sich nach Maßgabe der Position des ringförmigen Kolbens ändert; eine Positionseinstelleinrichtung, welche ein Einstellteil umfaßt, welches lösbar in dem Gehäuse angeordnet und in den ringförmigen Kolben einsetzbar ist, wenn der ringförmige Kolben in Richtung der Feder durch den in der druckbeaufschlagbaren Kammer aufgebauten Druck gerichtet ist; die Positionseinstelleinrichtung eine Mehrzahl von Anschlägen hat, um die eingestellten Positionen des ringförmigen Kolbens zu verändern, wenn das Einstellteil sich in dem Gehäuse befindet, und das selektiv mit dem ringförmigen Kolben in Eingriff kommen kann, um diesen in einer Mehrzahl von Positionen zum Verändern der Kompression des Federelements derart festzulegen, daß einer einer Mehrzahl von Vorbelastungswerten auf dem Lagersatz aufrecht erhalten bleibt.
Ferner wird nach der Erfindung eine verstellbare Vorbelastungseinrichtung bereitgestellt, bei welcher die Positionseinstelleinrichtung eine Bohrung in dem Gehäuse umfaßt, und die Einrichtung ferner ein Stopfenelement umfaßt, welches in der Bohrung unter Bildung eines dichten Abschlusses angeordnet ist, und einen festen Anschlag aufweist, der feste Anschlag in einer ringförmigen Ausnehmung angeordnet ist, welche auf dem Außendurchmesser (OD) des ringförmigen Kolbens ausgebildet ist, und die ringförmige Ausnehmung eine Fläche hat, welche mit dem festen Anschlag zur Bestimmung einer Position einer Mehrzahl von Einstellpositionen zusammenarbeitet.
Ferner wird nach der Erfindung eine verstellbare Vorbelastungseinrichtung bereitgestellt, bei der der feste Anschlag als eine rechteckförmige Spitze ausgebildet ist, welche sich von dem Stopfenteil weg erstreckt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform wird eine verstellbare Vorbelastungseinrichtung bereitgestellt, bei der das Stopfenteil in der Bohrung zur Anordnung des festen Anschlags in unterschiedlichen Positionen mit dem ringförmigen Kolben zur Ausrichtung zusammenarbeitet, und die axiale Position des ringförmigen Kolbens bezüglich der Spindel zur Veränderung des Kompressionsgrades des Federelements verändert wird, um die Vorbelastung auf den Lagersatz auf eine hohe Vorbelastung, eine mittlere Vorbelastung und eine niedrige Vorbelastung einzustellen.
Ferner wird nach der Erfindung eine verstellbare Wellenlagervorbelastungseinrichtung bereitgestellt, bei der der Lagersatz ein Paar von Kugellagern umfaßt, das Paar von Kugellagern eine Trenneinrichtung an der Innenlauffläche der Kugellager dazwischen hat, ein Lagerhalter mittels einer Schraubverbindung an dem Ende der Spindel festgelegt ist, um die Kugellager an Ort und Stelle zu halten; und der Federhalter eine ringförmige axiale Verlängerung hat, welche mit der Außenlauffläche einer der beiden Kugellager zusammenarbeitet und eine einstellbare Kraft der Vorbelastungsfeder auf das Paar von Kugellagern zur Einwirkung bringt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Werkzeugmaschinenspindel, welche eine Spindellagervorbelastungseinrichtung nach der Erfindung umfaßt;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1 in Blickrichtung der Pfeile;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1 in Blickrichtung der Pfeile;
Fig. 4 ist eine Ausschnittsansicht zur Verdeutlichung einer zweiten Anschlagposition für die Spindellagervorbelastungseinrichtung;
Fig. 5 ist eine Ausschnittsansicht zur Verdeutlichung einer dritten Anschlagposition für die Spindellagervorbelastungseinrichtung; und
Fig. 6 ist eine Ausschnittsansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜH- RUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf Fig. 1, in welcher eine Draufsicht auf eine Werkzeugmaschinenspindel 10 gezeigt ist, ist zu ersehen, daß diese Anordnung ein Gehäuse 12 umfaßt, durch welches eine Spindel 14 geht, welche bezüglich des Gehäuses mittels Lagersätzen gelagert ist, welche nachstehend näher beschrieben werden. Die Spindel hat eine Nase 16, welche von einem Ende des Gehäuses 12 weg weist, und ein antriebsseitiges Ende 18, welches von dem gegenüberliegenden Ende weg weist.
Die Spindelnase 16 umfaßt bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform einen durchmesservergrößerten Abschnitt 19, welcher einen ringförmigen Flansch 20 umfaßt, welcher in einer endseitigen Ausnehmung 22 in der Endfläche 24 eines endseitigen Gehäuseabdeckteils 25 sitzt, in welchem es mittels eines Rings 26 angeordnet ist. Eine Mittelbohrung 28 ist in der Spindelnase 16 vorgesehen, welche derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie den Schaft eines Werkzeughalters (nicht gezeigt) aufnimmt. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Schaft eine Durchgangsöffnung 29, welche mittels der Spindel 14 bereitgestellt wird, um eine Werkzeugeinstelleinrichtung aufzunehmen (nicht gezeigt).
Die Spindel 14 ist drehbeweglich in dem Gehäuse 12 an einer Stelle innenliegend von der Spindelnase 16 mittels eines Lagersatzes gelagert, welcher bei der dargestellten Ausführungsform drei beabstandete Kugellager bzw. Wälzlager 32, 34, 36 umfaßt, während Innenlaufflächen in Eingriff mit ringförmigen Distanzteilen 38, 40 jeweils sind. Die Außenlaufflächen der jeweiligen beabstandeten Wälzlager arbeiten mit den Distanzringen 42, 44, 46 zusammen, welche Durchgänge 48 haben, durch die ein Schmiermittel für die Lager gehen kann. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird der Lagersatz an Ort und Stelle mittels eines Lagerhalterings 50 gehalten, welcher mittels einer Gewindeverbindung auf dem Außengewinde 52 auf dem Außendurchmesser (OD) der Spindel aufgenommen ist, und zwar unmittelbar innerhalb des Lagersatzes. Der Haltering 50 legt die Lager und die Distanzteile und die beiden L-förmigen, ringförmigen Füllteile 54, 56 fest, welche zwischen einer Schulter 58 auf der Spindel 14 und dem Wälzlager 32 an dem vorderen Ende des Lagersatzes angeordnet sind.
Der Lagersatz ist an dem außenseitigen Ende mittels einer Dichtungsanordnung 60 abgedichtet, welche in einem Hohlraum angeordnet ist, welcher zwischen der Spindelnase 16 und dem endseitigen Gehäuseabdeckungsteil 25 gebildet wird. Die Dichtungsanordnung 60 umfaßt radial nach innen angeordnete, ringförmige O-Ringe 61, 62, 63. Eine ringförmige radial weisende Dichtung 64 ist in einem Dichtungsträger 66 angeordnet, welcher mittels Preßsitz in dem Gehäuse angeordnet und abgedichtet durch eine ringförmige Dichtung 68 vorgesehen ist. Hierbei handelt es sich nur um eine beispielhafte Darstellung einer Dichtungsanordnung, welche das Eintreten von Staub, Feuchtigkeit und dergleichen in den Lagersatz verhindert.
Die Vorbelastung auf die Lagerkomponenten des Lagersatzes und einen rückseitigen Lagersatz 70 zur Lagerung der Spindel 14 am antriebsseitigen Ende 18 hiervon umfaßt eine Anordnung, bei der die vorderen oder hinteren Lagersätze von der Spindel abgenommen werden können. Die Verstellung der Vorbelastung auf diese Lager rührt von der axialen Veränderung zwischen den inneren Distanzteilen 40 und 76 gegenüber den äußeren Distanzteilen 44 und 78 her. Das Lager 72 bei dem Lagersatz nach dem Stand der Technik hat eine aufliegende Außenlauffläche. Um die Vorbelastung einzustellen, werden die ringförmigen Distanzteile 44 und/oder 78 entsprechend ausgewählt und maschinell bearbeitet. Um die Vorbelastung zu vergrößern, wird die Breite der Distanzteile 44 und 78 reduziert, um eine zusätzliche Vorbelastung aufzubringen. Die Lager werden daher hinsichtlich den Breitenabmessungen größer, um die Vorbelastung zu reduzieren.
Bei der Erfindung kann die Lagervorbelastung ohne den Ausbau der Spindel oder der Lager aus dem Gehäuse eingestellt werden, und insbesondere kann die Einstellung vorgenommen werden, währenddem die Spindel in einer Bearbeitungsstraße angeordnet ist, wobei das Gehäuse der Spindel während des Einstellvorganges an Ort und Stelle bleibt.
Um insbesondere eine solche Einstellung vorzunehmen, umfaßt der hintere Lagersatz 70 ein Paar von Kugellagern bzw. Wälzlagern 72, 74, welche voneinander an ihren inneren Laufflächen durch ein ringförmiges Distanzteil 76 getrennt sind, und die voneinander an ihren Außenlaufflächen durch ein kreisförmiges Ringteil 78 getrennt sind, welches Schmiermitteldurchgänge 79 hat. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Lagersatz 70 auf dem antriebsseitigen Ende 18 durch einen Haltering 80 gehalten, welcher mittels Gewindeeingriff mit einem mit Gewinde versehenen Segment 82 des antriebsseitigen Endes zusammenarbeitet, und zwar unmittelbar außerhalb einer Dichtungsabdeckung 84, welche mit einer endseitigen Gehäuseabdeckung 86 zusammenarbeitet, um das außenliegende Ende des Antriebsendes 18 von dem Gehäuse 12 wegweisend zu umschließen, insbesondere arbeitet der Haltering 80 mit der Dichtungsabdeckung 84 zusammen, um diese gegen einen Distanzring 88 zu drücken, welcher den Lagersatz 70 bezüglich des Gehäuses 12 axial fixiert oder festlegt. Die Dichtungsabdeckung 84 umfaßt ferner einen U-förmigen Flansch 90, welcher auf einer ringförmigen Verlängerung 92 auf der endseitigen Gehäuseabdeckung 86 festgelegt ist. Eine Dichtungsanordnung 94 ist in einem Hohlraum angeordnet, welcher zwischen dem Distanzring 88 und der endseitigen Gehäuseabdeckung 86 ausgebildet ist, um eine Dichtung gegenüber dem Eintritt von Feuchtigkeit, Schmutz und dergleichen an dem antriebsseitigen Ende der Spindel zu erreichen. Die Dichtungsanordnung 94 ist schematisch in der Weise dargestellt, daß sie einen dichten Abschluß mit der Spindel 14 durch einen O-Ring 95 bildet. Bezüglich des Distanzrings 88 ist die Abdichtung mittels eines O-Rings 96 vorgesehen. Bezüglich der endseitigen Gehäuseabdeckung 86 ist die Abdichtung mittels eines O-Rings 97 vorgesehen. Die endseitige Abdeckung 86 ist gegenüber einer endseitigen Bohrung des Gehäuses 12 mittels einer O- Ringdichtung 99 und bezüglich der endseitigen Fläche 101 des Gehäuses 12 mittels eines O-Rings 103 abgedichtet.
Die Erfindung umfaßt eine Vorbelastungseinstelleinrichtung 100, welche einen Federhalter 102 enthält, welcher gleitbeweglich auf dem Außendurchmesserabschnitt 104 der Spindel 14 unmittelbar innerhalb des Lagersatzes 70 gelagert ist. Der Federhalter 102 hat einen ringförmigen Flansch 106, welcher mit der Außenlauffläche des Wälzlagers 72 zusammenarbeitet. Eine Mehrzahl von Kompressionsfedern 108 (in Fig. 3 sind nur zwei gezeigt) sitzt in Führungsöffnungen 110 in dem Federhalter 102. Jede Kompressionsfeder 108 arbeitet mit einer Endfläche 112 auf einem ringförmigen Kolben 114 zusammen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform können 8 bis 32 Federn (Spiralfedern) in Abhängigkeit von den Abmessungen der Spindel vorgesehen sein. Bei gewellten Federn oder Tellerfedern kann sich die Gesamtanzahl auf 3 bis 5 belaufen, und der Bewegungsweg des ringförmigen Kolbens 114 wird aufgrund der Empfindlichkeit kleiner gemacht. Die Spiralfedern sind äquidistant in Umfangsrichtung an beabstandeten Stellen um den Federhalter 102 angeordnet. Es ist noch zu erwähnen, daß trotz der dargestellten Anordnung mit mehreren Federn zur Einstellung der Federvorbelastung auch eine Anordnung gewählt werden kann, bei der die dargestellten Spiralfedern durch gewellte Federn oder Scheibenfedern bzw. Tellerfedern ersetzt sind, welche eine sich verändernde Federkraft in Abhängigkeit von dem Kompressionsgrad der Federn zwischen dem Kolben 114 und dem Lager 72 erzeugen.
Der Kolben 114 ist gleitbeweglich auf dem Abschnitt 104 gelagert und umfaßt einen ringförmigen Flansch 116 auf dem innenliegenden Ende, welches in Gleitdichtungseingriff mit einer Bohrung 118 ist, welche mit einem Fluidzuführungspaßstopfen 120 ausgebildet ist, welcher mittels Preßsitz in dem Gehäuse 12 in einer Bohrung 121 aufgenommen ist, und bezüglich des Gehäuses 12 an einer Stelle an einer inneren Schulter 122 liegt. Der Stopfen 120 ist bezüglich des Gehäuses mittels eines Paars von O-Ringen 124, 126 abgedichtet. Der Stopfen 120 ist bezüglich des Kolbens 104 mittels eines kreisförmigen O-Rings 127 abgedichtet. Der Kolben 104 ist in Gleitdichtungseingriff mit dem Gehäuse 12 über einen O-Ring 128. Die vorstehend beschriebene Dichtungsanordnung kombiniert einen dichten Abschluß eines Hohlraums 130, welcher zwischen dem Stopfen 120 und dem Kolben 114 gebildet wird, und der Hohlraum 130 ist in kommunizierender Verbindung mit einem hydraulischen oder pneumatischen Einlaßanschluß 132, welcher in dem Gehäuse 12 ausgebildet ist.
Eine Positionierungseinrichtung 134 ist vorgesehen, welche ein Einstellelement 136 umfaßt, welches lösbar in dem Gehäuse 12 gelagert ist und selektiv mit dem ringförmigen Kolben 114 zusammenarbeiten kann, wenn der ringförmige Kolben 114 gegen die Feder 108 durch einen in dem Hohlraum 130 aufgebauten Druck gedrückt wird, welcher eine druckbeaufschlagbare Kammer bildet. Die Positioniereinrichtung 134 hat eine Mehrzahl von wählbaren Einstellelementen. Das Einstellelement 136 in Fig. 3 ermöglicht eine Einstellung auf einen niedrigeren Vorbelastungswert. Das Einstellelement 136a in Fig. 4 ermöglicht eine Einstellung auf einen mittleren Vorbelastungswert, und das Einstellelement 136b in Fig. 5 ermöglicht eine Einstellung auf einen hohen Vorbelastungswert.
Insbesondere umfaßt die Positioniereinrichtung 134 eine Bohrung 138 in dem Gehäuse, und das Einstellelement 136 umfaßt einen Stopfenabschnitt 140, welcher in der Bohrung 138 auf dichtende Weise mittels eines O-Rings 139 angeordnet ist und einen darauf vorgesehenen festen Anschlag 142 umfaßt. Der feste Anschlag 142 ist in einer ringförmigen Ausnehmung 144 angeordnet, welche in dem Außendurchmesserteil des ringförmigen Kolbens 140 ausgebildet ist. Die ringförmige Ausnehmung 144 hat eine Oberfläche 146, welche mit dem festen Anschlag 142 zusammenarbeitet, um eine Mehrzahl von Einstellpositionen zu bilden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der feste Anschlag 142 auf einem Verlängerungsende ausgebildet, welches einen Radius mit einem halben Durchmesser des Stopfenabschnitts 140 und eine Breitseite hat, welche zu einer Seite der Mittellinie des Stopfens versetzt liegt. Jedoch ist die Form des festen Anschlags 142 unterschiedlich zu jener der Einstellelemente 136, 136a, 136b ausgebildet. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, hat das Einstellelement 136a einen festen Anschlag 142a, welcher eine größere Breite als der feste Anschlag 142 hat, so daß der Kolben 134 bei einer Entlastung des darauf einwirkenden Drucks eine Position einnimmt, in welcher die Federn 108 stärker als in Fig. 3 zusammengedrückt sind, so daß die Vorbelastung auf den Lagersatz größer als der niedrige Vorbelastungswert ist, welcher durch das Einstellelement 136 in Fig. 3 aufgebracht wird. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, hat das Einstellelement 136b einen festen Anschlag 142b, welcher noch größer als der feste Anschlag 142a ausgebildet ist, so daß der Kolben 134 bei einer Druckentlastung eine Position einnimmt, in welcher die Federn 108 stärker als in Fig. 4 zusammengedrückt sind, so daß die Vorbelastung auf den Lagersatz größer als der mittlere Vorbelastungswert ist, welcher durch das Einstellelement 136a in Fig. 4 aufgebracht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt, bei der ein einziger Stopfen 170 in dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Der Stopfen 170 hat eine Mehrzahl von teleskopartigen Anschlägen 172, 174, 176, welche jeweils einen unterschiedlichen Durchmesser haben, und die selektiv innerhalb oder außerhalb der Kolbenausnehmung 144 angeordnet werden können. Wenn der äußere Anschlag 172 eingesetzt ist, erhält man eine Federkompression entsprechend jener des Anschlags 142b in Fig. 5. Wenn der mittlere Anschlag 174 eingesetzt ist, erhält man eine Federkompression entsprechend jener des Anschlags 142 in Fig. 4, und wenn der inneren Anschlag eingesetzt ist, erhält man eine Federkompression entsprechend jener des Anschlags 142a in Fig. 3.
Die Vorbelastungsänderungen bewirken entweder, daß die äußeren Laufflächensegmente der Wälzlager 72, 74 die radiale Belastung auf die Wälzelemente vergrößern oder verkleinern, und zwar derart, daß eine Reaktionswirkung auf die Spindel erfolgt, um die Belastung auf den vorderen Lagersitz bzw. Lagersatz zu vergrößern oder zu verkleinern. Wenn sich die Federkraft ändert, verteilen die Lager proportional. Die Außenlaufflächen lenken sich aus oder bewegen sich nur marginal, wenn die Belastung größer oder kleiner wird. Die Innenlaufflächen bleiben fest und lenken nicht aus. Die Bewegung der Außenlaufflächen hat einen vernachlässigbaren Effekt auf die Positionsgenauigkeit der Stellfläche der Spindel.
Die Erfindung ist in gleicher oder ähnlicher Weise auch bei der Anwendung zur Veränderung der Vorbelastung auf Kegelrollenlager geeignet und läßt sich auch bei Anordnungen einsetzen, bei denen eine kleinere oder eine größere Anzahl von Lagern vorgesehen ist, die entweder für die vorderen oder hinteren Lagersätze jeweils einzeln oder für beide vorgesehen sind, um eine Werkzeugmaschinenspindel bezüglich des Gehäuses drehbar zu lagern.
Selbstverständlich sind viele weitere Modifikationen und Veränderungen im Lichte der vorstehend genannten Lehre möglich. Die Erfindung ermöglicht die Einstellung bzw. Verstellung einer Vorbelastung bei einer oder mehreren Spindeln, welche bei Werkzeugmaschinenanlagen vorgesehen sind, wie zum Beispiel bei solchen Anlagen, die zur Bohrbearbeitung von Motorblöcken eingesetzt werden. Weitere Werkzeugmaschinenauslegungen umfassen mehrere Spindelgruppen, welche wunschgemäß durch die Vorbelastungseinstelleinrichtung nach der Erfindung eingestellt werden können, wobei es sich um Transferstraßen, flexible Bearbeitungszentren und andere Bauarten von Spindeln handeln kann sowie auch solche, die bei Bohrköpfen vorgesehen sind.

Claims

1. Verstellbare Vorbelastungseinrichtung zum Verändern der Vorbelastung auf einen Lagersatz für eine Spindel (14), welche in einem Spindelgehäuse (12) mittels des Lagersatzes drehbeweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist:

einen ringförmigen Kolben (114), welcher gleitbeweglich in Dichtungseingriff am Innendurchmesser des Spindelgehäuses (12) abgestützt ist;

einen ringförmigen Fluid-Versorgungsstopfen (12), welcher mit Dichteingriff zwischen dem Spindelgehäuse (12) und dem Außendurchmesser der Spindel (14) abgestützt ist, wobei eine druckbeaufschlagbare Kammer (130) zwischen dem ringförmigen Kolben und dem Fluidversorgungsstopfen gebildet wird;

einen Anschluß (132) zur Herstellung einer Verbindung mit einer Quelle zur selektiven Anlage von Druck an die druckbeaufschlagbare Kammer;

einen Federhalter (102), welcher einen Abschnitt umfaßt, welcher mit dem Lagersatz (72, 74) zusammenarbeiten kann;

ein Federelement (108), welches zwischen dem ringförmigen Kolben (114) und dem Federhalter (102) zum Aufbringen einer Vorbelastungskraft auf den Lagersatz angeordnet ist, welche sich nach Maßgabe der Position des ringförmigen Kolbens ändert;

eine Positionseinstelleinrichtung (134), welche ein Einstellteil (136) umfaßt, welches lösbar in dem Gehäuse (12) angeordnet und in den ringförmigen Kolben einsetzbar ist, wenn der ringförmige Kolben in Richtung der Feder durch den in der druckbeaufschlagbaren Kammer (130) aufgebauten Druck gerichtet ist;

die Positionseinstelleinrichtung eine Mehrzahl von Anschlägen (142, 142a, 142b) hat, um die eingestellten Positionen des ringförmigen Kolbens zu verändern, wenn das Einstellteil sich in dem Gehäuse befindet, und das selektiv mit dem ringförmigen Kolben (114) in Eingriff kommen kann, um diesen in einer Mehrzahl von Positionen zum Verändern der Kompression des Federelements derart festzulegen, daß einer einer Mehrzahl von Vorbelastungswerten auf dem Lagersatz aufrecht erhalten bleibt.

2. Verstellbare Vorbelastungseinrichtung nach Anspruch 1, welche sich ferner dadurch auszeichnet, daß die Positionseinstelleinrichtung eine Bohrung (138) in dem Gehäuse umfaßt, und die Einrichtung ferner ein Stopfenelement (140) umfaßt, welches in der Bohrung unter Bildung eines dichten Abschlusses angeordnet ist, und einen festen Anschlag aufweist, der feste Anschlag (142) in einer ringförmigen Ausnehmung (144) angeordnet ist, welche auf dem Außendurchmesser des ringförmigen Kolbens (114) ausgebildet ist, und die ringförmige Ausnehmung eine Fläche hat, welche mit dem festen Anschlag zur Bestimmung einer Position einer Mehrzahl von Einstellpositionen zusammenarbeitet.

3. Verstellbare Vorbelastungseinrichtung nach Anspruch 1, welche sich ferner dadurch auszeichnet, daß die Positionseinstelleinrichtung eine Bohrung (140) in dem Gehäuse umfaßt, die Einrichtung ferner ein Stopfenteil (170) umfaßt, welches in der Bohrung (14) unter Bildung eines dichten Abschlusses angeordnet ist, und einen zurückziehbaren Anschlag umfaßt, der zurückziehbare Anschlag in einer ringförmigen Ausnehmung angeordnet ist, weiche auf dem Außendurchmesser des ringförmigen Kolbens ausgebildet ist; und die ringförmige Ausnehmung eine Fläche hat, welche mit dem zurückziehbaren Anschlag zur Bestimmung einer Position einer Mehrzahl von Einstellpositionen zusammenarbeitet.

4. Verstellbare Vorbelastungseinrichtung nach Anspruch 2, welche sich ferner dadurch auszeichnet, daß der feste Anschlag als eine rechteckförmige Spitze (142) ausgebildet ist, welche sich von dem Stopfenteil weg erstreckt.

5. Verstellbare Vorbelastungseinrichtung nach Anspruch 2, welche sich ferner dadurch auszeichnet, daß mehr als ein Stopfenteil vorgesehen ist, jedes der Stopfenteile wiederum in der Bohrung zur Anordnung von mehr als einem festen Anschlagteil in unterschiedlichen Positionen zum Zusammenarbeiten mit dem ringförmigen Kolben angeordnet ist, um die axiale Position des ringförmigen Kolbens bezüglich der Spindel zur Variation des Kompressionsgrades des Federelements (108) derart zu verändern, daß die Vorbelastung auf den Lagersatz auf eine hohe Vorbelastung, eine mittlere Vorbelastung und eine niedrige Vorbelastung einstellbar ist.

6. Verstellbare Vorbelastungseinrichtung nach Anspruch 3, welche sich ferner dadurch auszeichnet, daß der zurückziehbare Anschlag eine Mehrzahl von teleskopartigen Anschlägen (172, 174, 176) aufweist, welche wiederum in der Bohrung zur Anordnung des jeweiligen teleskopartigen Anschlags der Mehrzahl von teleskopartigen Anschlägen (172, 174, 176) in unterschiedlichen Positionen zum Zusammenarbeiten mit dem ringförmigen Kolben angeordnet sind, um die axiale Position des ringförmigen Kolbens bezüglich der Spindel zum Variieren des Kompressionsgrads des Federelements (108) derart zu verändern, daß die Vorbelastung auf den Lagersatz auf eine hohe Vorbelastung, eine mittlere Vorbelastung und eine niedrige Vorbelastung einstellbar ist.

7. Verstellbare Vorbelastungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche sich ferner dadurch auszeichnet, daß der Lagersatz ein Paar von Kugellagern (72, 74) umfaßt, das Paar von Kugellagern eine Trenneinrichtung (76) an der Innenlauffläche der Kugellager dazwischen hat, ein Lagerhalter (80) mittels einer Schraubverbindung an dem Ende der Spindel festgelegt ist, um die Kugellager an Ort und Stelle zu halten; und der Federhalter (102) eine ringförmige axiale Verlängerung (106) hat, welche mit der Außenlauffläche einer der beiden Kugellager (72) zusammenarbeitet und eine einstellbare Kraft der Vorbelastungsfeder auf das Paar von Kugellagern zur Einwirkung bringt.