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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lagereinheit zum Lagern einer
Hauptwelle eines Maschinenwerkzeugs oder einer Drehwelle eines Motors
in einem fettgeschmierten Zustand.
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Bei
Kugellagern mit winkligem Kontakt, Zylinderrollenlagern oder Kegelrollenlagern
zum Lagern einer mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Welle, wie
die Hauptwelle einer Hochgeschwindigkeitsvorrichtung, wird die Vermeidung
einer Verschmutzung mit Fremdkörpern,
im allgemeinen durch das Vorsehen einer Dichteinrichtung, wie eine Labyrinthdichtung,
auf der Seite der zu verwendenden Vorrichtung bewirkt, wobei keine
Dichteinrichtung für
das Lager vorgesehen ist. Andererseits wurde auch ein Lager entwickelt,
bei dem ein Austreten des innen eingefüllten Fetts und eine Verunreinigung mit
Fremdkörpern
durch eine eingebaute Dichteinrichtung verhindert werden. Um jedoch
eine derartige Dichteinrichtung einzurichten, werden spezielle Spezifikationen
wie eine größere Breite
benötigt.
Weiterhin wird die Wirksamkeit des Freisetzens von Wärme herabgesetzt,
so dass das Fett zu einer kurzen Lebensdauer neigt.
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Insbesondere
im Falle von Werkzeugmaschinen wird aufgrund von Wärmeproblemen,
die eine Wirkung auf die Bearbeitungsgenauigkeit besitzen, die Verwendung
von Kontaktdichtungen, die zu Schwierigkeiten führt, vermieden. Folglich ist
es üblich,
vielstufige Labyrinthdichtungen vorzusehen.
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Unter
diesem Gesichtspunkt sind Kugellager mit winkligem Kontakt, Zylinderrollenlager
oder Kegelrollenlager zur Lagerung einer Hauptwelle eines Bearbeitungswerkzeugs
oder einer Rotationswelle eines mit hoher Geschwindigkeit rotierenden
Motors vom offenen Typ mit einer guten Wärmedissipation. Es ist folglich
erforderlich, den Einfluss im Fall, wo Schneidflüssigkeit, Fremdkörper oder ähnliches
während
der Bearbeitung durch eine auf der Welle oder dem Gehäuse vorgesehene
Dichteinrichtung hindurchtreten und in das Innere des Lagers eindringen, zu
berücksichtigen.
Da weiterhin Fett aus dem Lagerinneren leicht auftritt, verschlechtert
sich der Schmierzustand des Lagers.
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Um
daher das Eindringen von Fremdkörpern zu
verhindern, wird eine Dichteinrichtung, wie eine vielstufige Labyrinthdichtung,
auf der Welle oder dem Gehäuse
vorgesehen. Weiterhin wird das Verhindern des Eindringens mechanisch
durch eine Luftreinigung unter Verwendung eines Luftstromes bewirkt. Alternativ
wird dies auch durch das Vorsehen einer Dichtung einer Bauart ohne
Kontakt im Lager selbst bewirkt.
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In
diesem Fall besteht jedoch eine Schwierigkeit darin, dass Fremdkörper von
einigen hundert Mikrometer bis einigen Millimetern durch den Spalt, der
bei Dichtungen einer Bauart ohne Kontakt, wie Labyrinthdichtungen,
vorhanden ist, eindringt und Fett austritt, so dass die Dichtwirkung
unzureichend ist.
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Es
gibt auch den Fall, in dem eine derartige Schwierigkeit durch ein
Lager gelöst
werden kann, bei dem eine Dichteinrichtung vom Kompakttyp vorgesehen
wird. Jedoch verringert sich, wie oben erwähnt wurde, durch das Vorsehen
einer derartigen Dichteinrichtung der Wärmedissipationseffekt. Darüber hinaus
tritt in Fällen,
z.B. in denen eine kombinierte Lagereinheit verwendet wird, eine
Druckdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren mit der Temperaturänderung
des Lagerinneren auf, und wenn das Innere der kombinierten Lagereinheit
unter einen geringen Druck kommt, werden Bohrflüssigkeit oder Fremdkörper von
außen
eingezogen und die Dichtwirkung kann nicht aufrecht erhalten werden.
In dem Fall, in dem Schneidflüssigkeit
oder Fremdkörper
in das Lagerinnere eindringen oder Fett austritt, ist ein Versagen
des Lagers in einem frühen
Stadium wahrscheinlich. Um dies zu verhindern, ist eine Wartung
mit einem relativ kurzen Intervall erforderlich. Daher werden die
Betriebskosten erhöht.
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Ferner
offenbart die
DE 2 308
504 A eine Lagereinheit nach dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Unter
Berücksichtigung
derartiger Schwierigkeiten besteht eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine Lagereinheit vorzusehen, die wirkungsvoll
das Eindringen von Fremdkörpern
in das Lagerinnere verhindern kann, und die wirksam das Austreten
von Fett unterdrücken
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Lagereinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw.
6 gelöst.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine axiale Schnittansicht, welche die Umgebung einer Hauptwelle
einer Werkzeugmaschine mit einer Lagereinheit gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Schnittansicht, um eine Hälfte einer
Lagereinheit gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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3 ist
eine Schnittansicht, um die Hälfte einer
Lagereinheit gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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4(a) ist eine Schnittansicht, um die Hälfte einer
Lagereinheit gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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4(b) ist eine Draufsicht, welche die Lagereinheit
in radialer Richtung derselben gesehen gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5(a) ist eine Schnittansicht, um eine Hälfte einer
Lagereinheit gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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5(b) ist eine Draufsicht, um in radialer Richtung
derselben gesehen die Lagereinheit gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zu zeigen.
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6(a) ist eine Schnittansicht, um eine Hälfte einer
Lagereinheit gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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6(b) ist eine Draufsicht, um in radialer Richtung
derselben gesehen die Lagereinheit gemäß der sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Lagereinheit ein Lager mit
einer einzelnen oder einer doppelten Reihe mit einem Innenring,
einem Außenring
und einer Mehrzahl von Walzelementen, die angeordnet sind, um zwischen
dem Innenring und dem Außenring
frei drehbar zu sein, sowie eine Dichteinrichtung, die auf axial entgegengesetzten
Seiten des Lagers angeordnet ist. Die Dichteinrichtung besitzt einen
Zwischenring für
den feststehenden Ring, einen Zwischenring für den drehenden Ring und einen
nicht berührenden Dichtabschnitt,
der entweder an dem Zwischenring für den feststehenden Ring oder
dem Zwischenring für
den drehenden Ring angebracht ist und sich in Richtung auf den anderen
zu erstreckt und in einem nicht berührenden Zustand in bezug auf
den anderen gehalten ist.
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Daher
treten, indem das Lager offen gemacht wird, Luftdruckänderungen
zwischen dem Inneren und dem Äußeren des
Lagers selbst beim Auftreten einer Temperaturänderung nicht auf und somit wird
das Einziehen von Fremdkörpern
unterdrückt. Weiterhin
kann aufgrund des Umstands, dass die Dichteinrichtungen auf entgegengesetzten
Seiten des Lagers gebildet sind, das Austreten von Fett und das
Eindringen von Fremdkörpern
von der Außenseite
wirksam unterdrückt
werden. In diesem Zusammenhang besitzt ein Lager vom einreihigen
Typ eine einzelne Reihe von Wälzkörpern und
vom Doppelreihentyp zwei Reihen von Wälzkörpern.
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Die
Situation wird ebenfalls betrachtet in der, unter Verwendung von
Zentrifugalkraft oder ähnlichem,
die nicht berührende
Dichtung einen geringen Kontakt mit dem Zwischenring für den drehenden Ring
beim Anhalten oder während
einer Drehung mit geringer Geschwindigkeit herstellt. Folglich wird
das Dichtverhalten der berührungslosen
Dichtung, die sich beim Anhalten oder während einer Drehung mit geringer
Geschwindigkeit verschlechtert, kompensiert, so dass ein gesteigertes
Dichtverhalten erhalten werden kann.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein Ölabflusskanal
oder Belüftungskanal,
die nach außen
offen sind, in der Dichteinrichtung vorgesehen.
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren.
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1 ist
eine axiale Schnittansicht, welche die Umgebung einer Hauptwelle
einer Werkzeugmaschine mit einer Lagereinheit gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein doppelreihiges Lager 10 umfasst
einen Außenring 11,
einen Innenring 12 und eine Mehrzahl von Wälzelementen,
insbesondere Kugeln 13, die angeordnet sind, so dass sie
frei zwischen den zwei Ringen 11 und 12 drehbar
sind, und einen Käfig 14 zum Halten
der Kugeln 13 in jeder Reihe und mit Fett gefüllt. Der
Außenring 11 ist
an einem Gehäuse 1 angebracht,
während
der Innenring 12 auf einer Welle 2 sitzt.
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Ein
Paar von Dichteinrichtungen 20 sind auf axial entgegengesetzten
Seiten des Lagers 10 jeweils angeordnet. Da die Dichteinrichtungen 20 beide
denselben Aufbau besitzen, wird nur ein Dichtaufbau 20 beschrieben
werden (im folgenden gilt dies, wenn nicht speziell dargestellt).
Jede der Dichteinrichtungen 20 besitzt einen Zwischenring 21 für den feststehenden
Ring, der auf dem Gehäuse
angebracht ist, einen Zwischenring 22 für den drehenden Ring, der mit
der Welle 2 in Eingriff ist, und berührungslose Dichtungen 23,
die in Umfangsnuten 21d montiert sind, die in einem inneren
Umfang des Zwischenrings 21 für den feststehenden Ring in
der Nähe
der entgegengesetzten axialen Enden desselben gebildet sind, um
sich in Richtung auf den Zwischenring 22 für den drehenden
Ring zu erstrecken. Die inneren Umfangskanten der berührungslosen Dichtungen 23 sind
nicht mit dem Zwischenring 22 für den drehenden Ring in Kontakt.
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Ein Ölabfluss/Belüftungskanal 21a,
der sich radial nach außen
erstreckt, ist in einem Teil des Zwischenrings 21 für den feststehenden
Ring jeder Dichteinrichtung 20 gebildet. Der Ölabfluss/Belüftungskanal 21a steht
mit der Außenseite über die
im Gehäuse 1 gebildete Öffnung 1a in
Verbindung. Die Dichteinrichtungen 20 werden in pressender
Weise über
die Passstücke 24 und 25 durch
eine Mutter 26 befestigt, die auf ein Ende der Welle 2 aufgeschraubt ist.
Die Lagereinheit ist somit aus dem Lager 10 und den Dichteinrichtungen 20 aufgebaut.
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Da
das Lager 10 von einem offenen Typ ist, treten während des
Betriebs der Lagereinheit jegliche Luftdruckänderungen zwischen dem Inneren
und dem Äußeren des
Lagers 10 selbst beim Auftreten einer Temperaturänderung
nicht auf und somit wird das Einziehen von Fremdkörpern von
der Außenseite
her unterdrückt.
Darüber
hinaus kann aufgrund der Anordnung der Dichteinrichtungen 20 auf
entgegengesetzten Seiten des Lagers 10 ein unerwünschtes Austreten
von Fett und ein Eindringen von Fremdstoffen von außen wirkungsvoll
unterdrückt
werden. Da die Dichteinrichtungen 20 zur Außenseite
hin über den Ölabfluss/Belüftungskanal 21a und
die im Gehäuse 1 gebildeten Öffnungen 1a offen
sind, kann auch in dem Fall, in dem Fremdkörper oder Feuchtigkeit hinter
die berührungslosen
Dichtungen 23 in das Innere der Dichteinrichtungen 20 gelangen,
diese sofort ausgestoßen
werden.
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Die
Situation wird ebenfalls betrachtet in der, unter Verwendung von
Zentrifugalkraft oder ähnlichem,
die berührungslosen
Dichtungen 23 dazu gebracht werden, geringfügig den
Zwischenring 21 für den
drehenden Ring zu berühren
(Berührung
mit einem geringen Dichtdruck), beim Anhalten oder während einer
Drehung mit geringer Geschwindigkeit. Folglich werden die Dichteigenschaften
der berührungslosen
Dichtungen 23, die sich beim Anhalten oder während einer
Drehung mit geringer Geschwindigkeit verschlechtern, ausgeglichen,
so das erhöhte Dichteigenschaften
erhalten werden. In diesem Zusammenhang wird daran gedacht, dass,
selbst wenn die berührungslosen
Dichtungen 23 im geringen Kontakt sind, weil beim Anhalten
keine Wärme
erzeugt wird, während
bei geringen Geschwindigkeiten jegliche erzeugte Wärme unerheblich
ist, keine besondere Schwierigkeit auftritt.
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2 zeigt
eine Lagereinheit gemäß einer zweiten
Ausführungsform.
In der Ausführungsform nach 2 ist
nur die Form des Zwischenrings für den
drehenden Ring der Dichteinheit von jener in der vorher erwähnten Ausführungsform
unterschiedlich und daher sind die gemeinsamen Konstruktionselemente
durch dieselben Referenzsymbole bezeichnet und auf eine Beschreibung
verzichtet worden.
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In
jeder der in 2 dargestellten Dichteinrichtungen 120 erstreckt
sich ein erster Flansch 122b in Richtung auf den Zwischenring 121 des
feststehenden Ringes von einer äußeren Umfangsfläche des
Zwischenrings 122 für
den drehenden Ring. Die äußeren Umfangskante
des ersten Flansches 12b berührt nicht den Zwischenring 121 für den feststehenden
Ring, sondern ist mit einem geringen Zwischenring zwischen diesen
angeordnet. Auf diese Weise kann gemäß dieser Ausführungsform
zusätzlich
zu den berührungslosen
Dichtungen 23 eine Labyrinthfunktion bereitgestellt werden
zwischen dem im Inneren der Dichteinrichtung 120 vorgesehenen ersten
Flansch 122b und der inneren Umfangsfläche des Zwischenrings 121 für den feststehenden
Ring. Somit lässt
sich die Dichtwirkung erhöhen.
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3 zeigt
eine Lagereinheit gemäß einer dritten
Ausführungsform.
In der Ausführungsform
in 3 sind nur die Form des Zwischenrings für den feststehenden
Ring und den Zwischenring für
den drehenden Ring der Dichteinrichtung unterschiedlich zu jenen
der zweiten Ausführungsform,
so dass gemeinsame Konstruktionselemente durch dieselben Referenzziffern
bezeichnet werden und auf eine Beschreibung verzichtet wird.
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In
jeder der in 3 dargestellten Dichteinrichtungen 220 erstreckt
sich ein zweiter Flansch 221b auf einen Zwischenring 222 für den drehenden Ring
von einer inneren Umfangsfläche
eines Zwischenrings 221 für den feststehenden Ring zu,
um parallel mit einem geringen Zwischenraum, aber nicht in Kontakt
mit dem ersten Flansch 222b zu sein, der sich von der äußeren Umfangsfläche des
Zwischenrings 222 des drehenden Rings erstreckt. Die innere
Umfangskante des zweiten Flansches 221b berührt ebenfalls
nicht den Zwischenring 222 für den drehenden Ring. Auf diese
Weise ist nach dieser Ausführungsform
zusätzlich
zu der berührungslosen Dichtung 23 ein
Labyrinthraum mit schmalem Zwischenraum aufgrund der ersten und
zweiten im Inneren der Dichteinrichtung 220 vorgesehenen
Flansche 221b und 222b länger ausgebildet und daher
kann die Dichtwirkung weiter erhöht
werden.
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Zusätzlich kann
gemäß dieser
Ausführungsform
durch das Formen einer Umfangsnut 221c in der äußeren Umfangsfläche des
Zwischenrings 221 für
den feststehenden Ring und durch das Einsetzen eines O-Rings 230 darin
das Eindringen von Fremdkörpern
von der Außenseite
durch jeglichen Freiraum zwischen dem Gehäuse 1 und der äußeren Umfangsfläche der
Dichteinrichtungen 220 unterdrückt werden. Andererseits kann
durch das Bilden einer Umfangsnut 222c in der inneren Umfangsfläche des Zwischenrings 322 für den drehenden
Ring und durch das Einsetzen eines O-Rings 231 darin das Eindringen
von Fremdkörpern
von der Außenseite durch
jeglichen Freiraum zwischen der Welle 2 und der inneren
Umfangsfläche
der Dichteinrichtungen 220 unterdrückt werden.
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4 zeigt eine Lagereinheit gemäß einer vierten
Ausführungsform,
wobei 4(a) eine Schnittansicht und 4(b) eine Ansicht in radialer Richtung von außen ist.
In der Ausführungsform
der 4 ist im Vergleich zur Ausführungsform
nach 1 das Lager einreihig und die Form der Dichteinrichtung
unterschiedlich. Gemeinsame Konstruktionselemente werden durch dieselben
Referenzsymbole bezeichnet und auf eine Beschreibung verzichtet.
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In 4(a) ist eine Umfangsnut 321d nur auf einer
Seite der inneren Umfangsfläche
des Zwischenrings 321 des feststehenden Ringes jeder Dichteinrichtung 320 zur
Anbringung der berührungslosen
Dichtung 23 gebildet, die unterschiedlich von den oben
erwähnten
Ausführungsformen
ist. Der Aufbau selbst der berührungslosen
Dichtung 23 ist derselbe wie für die oben erwähnten Ausführungsformen.
Weiterhin ist in dem Zwischenring 321 für den feststehenden Ring der
Dichteinrichtung 320, wie in 4(b) gezeigt
ist, eine kreisbogenförmige
Nut 321a in der Endfläche
derselben auf der Seite des Lagers 10 gebildet. Somit bildet,
selbst wenn die Dichteinrichtungen 320 gegen das Lager 10 anstoßen, die
Nut 321a einen Abstand zwischen den Dichteinrichtungen 320 und
dem Außenring
des Lagers 10 und wirken somit als Ölabfluss oder Belüftungsdurchtritt
zum Abführen
von Schmieröl
oder Fremdkörpern.
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5 zeigt eine Lagereinheit gemäß einer fünften Ausführungsform,
wobei 5(a) eine Schnittansicht ist
und 5(b) eine Ansicht in der radialen
Richtung von außen
ist. In der Ausführungsform
der 5 liegt der Unterschied zur Ausführungsform
nach 4 nur darin, dass das Lager doppelreihig
ist und daher sind andere gemeinsame Konstruktionselemente durch
dieselben Referenzsymbole bezeichnet und auf eine Beschreibung verzichtet worden.
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6 zeigt eine Lagereinheit gemäß einer sechsten
Ausführungsform,
wobei 6(a) eine Schnittansicht und 6(b) eine Ansicht in der radialen Richtung von
außen
ist. In der Ausführungsform der 6 liegt der Unterschied zu der Ausführungsform
nach 5 nur darin, dass das Lager ein
Zylinderrollenlager 410 ist und andere gemeinsame Konstruktionselemente
werden durch dieselben Referenzsymbole bezeichnet und auf eine Beschreibung verzichtet.
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Während die
vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die Ausführungsformen
beschrieben wurde, sollte die vorliegende Erfindung nicht dahingehend
ausgelegt werden, dass sie auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Es sollte deutlich sein, dass geeignete Modifikationen und Verbesserungen ebenfalls
möglich
sind. Zum Beispiel kann die berührungslose
Dichtung auf der Seite des Zwischenringes für den drehenden Ring angebracht
sein und sich zu einer Position kurz vor oder gerade vor dem Berühren der
Seite des Zwischenringes für
den feststehenden Ring erstrecken.
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Die
Lagereinheit der vorliegenden Erfindung umfasst ein einreihiges
oder zweireihiges Lager mit einem Innenring, einem Außenring
und einer Mehrzahl von Wälzkörpern, die
so angeordnet sind, dass sie zwischen Innenring und Außenring
frei drehbar sind, und eine Dichteinrichtung, die axial auf jeder Seite
des Lagers angeordnet ist. Die Dichteinrichtung besitzt einen Passring
für die
feststehende Seite und einen Passring für die drehende Seite und einen
berührungslosen
Dichtabschnitt, der auf einen von dem Passring für die feststehende Seite und
dem Passring für
die drehende Seite angebracht ist und sich in Richtung auf den anderen
zu erstreckt und in bezug auf den anderen in einem berührungslosen
Zustand gehalten wird. Daher treten, indem das Lager offen gestaltet
wird, Luftdruckänderungen
zwischen der Innen- und Außenseite
des Lagers selbst dann nicht auf, wenn eine Temperaturänderung
auftritt und somit wird das Ansaugen von Fremdkörpern verhindert. Da darüber hinaus
die Dichteinrichtungen auf entgegengesetzten Seiten des Lagers gebildet
sind, kann eine Leckage von Schmierfett und ein Eindringen von Fremdkörpern von
der Außenseite
wirkungsvoll unterdrückt
werden.