Spindellager mit variabler Vorspannung

Die Vorspannung von Spindellagern bestimmt entscheidend die Laufeigenschaften der Arbeitsspindel und die Werkstückqualität. Schwere Vorspannung erhöht die Steifigkeit der Lagerung, leichte Vorspannung erlaubt höhere Drehzahlen.

An modernen Maschinen, insbesondere Bearbeitungszentren, sind häufig größere Drehzahlbereiche gefordert. Einerseits wird eine ausreichende Lagersteifigkeit für hohe Bearbeitungskräfte benötigt, andererseits hohe Drehzahlen für entsprechende Schnittgeschwindigkeiten.

Nur mit einer Lagerung, deren Vorspannung im Betrieb verändert werden kann, lässt sich in beiden Fällen das optimale Ergebnis erzielen.

Das UKF System VARIORING ermöglicht es, mittels Veränderung des Öldrucks in einer umlaufenden Nut am Außenring des doppelreihigen Spindellagers (Bauart USO), die Vorspannung einer Lagerung von „leicht" über „mittel", bis „schwer" zu variieren, um so die höchstzulässige Drehzahl bzw. Steifigkeit der Lagerung an die jeweilige Bearbeitung anzupassen. Der Außenring wird hierbei nur wenige Mikrometer zentrisch zusammengedrückt und so die Vorspannkraft innerhalb des Lagers erhöht. Ausgangspunkt ist in aller Regel eine leichte Lagervorspannung.

Vorteile:

• Der Arbeitsbereich der Maschine kann erweitert werden
• Im Leerlauf kann die Vorspannung zurückgenommen und somit Lagerreibung und Laufwiderstand reduziert werden
• Keine zusätzlichen mechanischen Elemente innerhalb der Spindel notwendig
• Keine axiale Verlagerung der Spindelwelle
• Keine Hydraulikaggregate beim System VARIO-E erforderlich
• Handelsübliche Komponenten

Bei der Variante VARIO-D wird der anliegende Öldruck durch eine an der Werkzeugmaschine vorhandene Hydraulik erzeugt.

Bei der Variante VARIO-E (Deutsches Gebrauchsmuster 20 2013 100 940.7) handelt es sich um ein geschlossenes hydraulische System ohne Zu- oder Ablauf. Es wird kein zusätzliches Hydraulikaggregat benötigt. Der Öldruck wird durch Zylinder mittels elektrisch angetriebenem Hydraulikkolben erzeugt.
Der für eine bestimmte Vorspannkraft erfordeliche Öldruck ist herstellerseitig bekannt und kann gezielt angesteuert werden, in dem der Kolben eine vorher festgelegte Position anfährt (lagegesteuert).
Optional kann der Druck mittels eines Drucksensors gemessen und an die Steuerung gemeldet werden. Der Kolben wird dann so angesteuert, dass ein vorgegebener Druck erreicht wird (druckgesteuert).
Handelsübliche Druckmessumformer können beispielsweise Signale von 0...20 mA oder 0...10 V an die Steuerung weitergeben. Die Elektronik des Elektrozylinders erwartet die gleiche Art von Signalen, also Daten, mit denen jede moderne Maschinensteuerung umgehen kann. Weitergehend kann sogar eine Verknüpfung zwischen Spindeldrehzahl (Drehgeber in der Spindel oder Information aus der CNC) und zulässiger Vorspannung hergestellt und somit der Regelkreis geschlossen werden.