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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kunstharz-Käfig (-Retainer)
für Kugellager,
die für
eine hohe Rotationsgeschwindigkeit geeignet sind, und auf ein Schräg-Kugellager.
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Als
ein Schräg-Kugellager,
das für
eine Rotation mit hoher Geschwindigkeit geeignet ist für die drehbare
Unterstützung
einer Rotorwelle, die mit hoher Geschwindigkeit rotiert, wie z.B.
eine Spindel einer Werkzeugmaschine, ist ein solches bekannt, wie es
in der japanischen Patentpublikation 7-4439 beschrieben ist.
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Die 15 zeigt ein konventionelles Schräg-Kugellager.
Es weist einen Käfig
(Retainer) 52 aus einem Kunstharz auf, der zwischen einem äußeren Ring 50 und
einem inneren Ring 51 angeordnet ist. In jeder einer Vielzahl
von Ausnehmungen bzw. Taschen 53, die in dem Käfig 52 in
gleichen Umfangs-Abständen
angeordnet sind, ist eine Kugel 54 angeordnet, die den äußeren Ring 50 und
den inneren Ring 51 trägt,
sodass sie gegeneinander drehbar sind.
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Die
Ausnehmungen bzw. Taschen 53, die in dem Käfig 52 ausgebildet
sind, sind zylindrisch und weisen jeweils eine konische Führungsoberfläche 56 an
dem radial inneren Ende der zylindrischen inneren Oberfläche 55 auf,
sodass sie durch die Kugel 54 geführt wird. Zwischen der konischen
Führungsoberfläche 56 und
der Kugel 54 liegt ein axialer und diametraler Umfangs-Führungszwischenraum
(Spiel) 57 vor. Der Führungszwischenraum 57 ist
kleiner als der Ausnehmungs- bzw. Taschen-Spielraum 58 zwischen
der Kugel 54 und der zylindrischen inneren Oberfläche 55 jeder
Tasche 53.
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Der
Krümmungsradius
r11 der konischen Führungsoberflächen 56 an
ihrem radial äußeren Ende
ist gleich dem Krümmungsradius
der zylindrischen inneren Oberflächen 55.
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In
einem Kugellager mit einem solchen Aufbau stehen während der
Rotation des Lagers die Kugeln 54 punktförmig in
Kontakt mit den konischen Führungsoberflächen 56,
sodass um die Kontaktpunkte herum ein Schmiermittel fließen kann.
Dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Schmiermittelmangel
auftritt.
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Da
der Käfig
(Retainer) 52 durch die Kugeln geführt wird, drehen sich die äußeren und
inneren Umfangsoberflächen
des Käfigs 52 in
einem kontaktfreien Zustand relativ zu dem äußeren Ring 50 und dem
inneren Ring 51, sodass kein Reibungsgeräusch entsteht.
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Da
ein konventionelles Schräg-Kugellager, wie
es in 15 dargestellt
ist, einen solchen Aufbau hat, bei dem der Käfig 52 durch einen
Kontakt zwischen den konischen Führungsoberflächen 56 und den
Kugeln 54 getragen wird, tritt bei ihm das folgende Problem
auf.
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Wenn
das Schräg-Kugellager
sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, kommen die Kugeln 54,
die sich um ihre eigenen Achsen und um eine gemeinsame Achse drehen,
mit den konischen Führungsoberflächen 56 an
dem Punkt B1 in Kontakt, wie in den 16 und 17 dargestellt. Zu diesem
Zeitpunkt dreht sich jede Kugel 54 um ihre eigene Achse
b, wie in 15 dargestellt.
Als Folge des Kontakts mit der KugeL 54 bewegt sich der
Käfig 52 in
axialer Richtung, sodass der Kontaktpunt B1 mit der Kugel 54 dazu
neigt, sich in Richtung auf den Punkt B2 zu bewegen. Da aber der
Abstand zwischen dem Punkt B2 und seinem gegenüberliegenden Punkt B2' kürzer ist als
der Abstand zwischen dem Punkt B1 und seinem gegenüberliegenden
Punkt B1', bewegt
sich der Kontaktpunkt auch in Richtung auf das Ende des großen Durchmessers
der konischen Führungsoberfläche 56 während der
axialen Bewegung des Käfigs 52 und
er bewegt sich somit zu dem Punkt B3.
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Während sich
das Schräg-Kugellager
mit hoher Geschwindigkeit dreht, bewegen sich die Kontaktpunkte
zwischen den Kugeln 52 und den konischen Führungsoberflächen 56 von
dem Punkt B1 zu dem Punkt B3, sodass in dem Käfig 52 eine diametrale
Schubkraft induziert wird, die ein Auslaufen des Käfigs 52 verursacht.
Ein solches Auslaufen des Käfigs 52 ist
feststellbar, wenn er in einer vertikalen Position verwendet wird,
in der die zentrale Achse des Schräg-Kugellagers vertikal ist.
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Außerdem ist
in einem konventionellen Schräg-Kugellager,
bei dem ein radial äußerer Schmiermittelfüllungs-Hohlraum 59,
der zwischen dem äußeren Ring 50 und
dem Käfig 52 vorgesehen ist,
und ein radial innere Schmiermittelfüllungs-Hohlraum 60 zwischen
dem Käfig 52 und
dem inneren Ring 51 vorgesehen ist, die durch die kleinen
Taschen-Spielräume 58 und
die Führungsspielräume 57 miteinander
in Verbindung stehen, die Fließfähigkeit
des Schmiermittels so schlecht, dass ein Wärmestau darin auftritt als
Folge der Durchrührung
des Schmiermittels.
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Da
der Kontakt zwischen den Kugeln 54 und den konischen Führungsoberflächen 56 ein
Kontakt zwischen den gekrümmten
Oberflächen
der Kugeln 54 und den konischen Führungsoberflächen 56 ist, die
eine geringe Differenz in Bezug auf den Krümmungsradius aufweisen, ist
die Scherkraft groß,
die entsteht wenn das Schmiermittel als Folge des Kontakts mit den
Kugeln 54, die sich um ihre eigenen Achsen drehen, geschert
wird, sodass das Lagerdrehmoment groß ist.
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Ziel
dieser Erfindung ist es daher, einen Kunstharz-Käfig bzw. -Retainer und ein
Schräg-Kugellager
zur Verfügung
zu stellen, die während
der Rotation mit hoher Geschwindigkeit weniger zum Auslaufen neigen,
das Lagerdrehmoment vermindern können
und für
die Rotation mit hoher Geschwindigkeit geeignet sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein Kunstharz-Käfig bzw. -Retainer, der umfasst
ein ringförmiges
Element, das aus einem Kunstharz hergestellt ist und eine Vielzahl
von Ausnehmungen bzw. Taschen für
die Aufnahme von Kugeln aufweist, wobei die Ausnehmungen bzw. Taschen
zylindrisch sind, wobei ein Paar von konischen Führungsoberflächen, die
durch die Kugeln geführt
werden sollen, auf der zylindrischen inneren Oberfläche jeder
Tasche an dem inneren Durchmesserende derselben so ausgebildet sind,
dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen
und der Krümmungsradius
jeder konischen Führungsoberfläche an ihrem großen Durchmesserende
größer ist
als der Krümmungsradius
der zylindrischen inneren Oberfläche jeder
Tasche.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist es möglich, die
diametrale Verschiebung zu verringern, wenn sich die Kontaktpunkte
zwischen den Kugeln und den konischen Führungsoberflächen in
axialen und diametralen Richtungen des Käfigs auf den konischen Führungsoberflächen verschieben,
da der Krümmungsradius
der konischen Führungsoberflächen die
auf dem Käfig
an ihren großen
Durchmesserenden ausgebildet sind, größer ist als der Krümmungsradius
der zylindrischen inneren Oberflächen
der zylindrischen Taschen. Damit wird die diametrale Schubkraft
des Käfigs
vermindert, wodurch es möglich
wird, das Auslaufen des Käfigs
zu unterdrücken.
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Da
die Differenz in Bezug auf den Krümmungsradius zwischen den Kugeln
und den konischen Führungsoberflächen groß ist im
Vergleich zu der konventionellen Anordnung, nimmt die Scherkraft ab,
wenn das Schmiermittel als Folge des Kontakts mit den Kugeln, die
sich um ihre Achsen drehen, geschert wird. Somit ist es möglich, das
Lagerdrehmoment zu verringern.
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In
dem erfindungsgemäßen Käfig (Retainer) sind
in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder Tasche diametrale
Rillen so ausgebildet, dass sie die zylindrische innere Oberfläche in vier
Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren
Oberflächen,
die in der Umfangsrichtung des Käfigs
einander gegenüberliegen,
und ein Paar von bogenförmigen
inneren Oberflächen,
die in axialer Richtung des Käfigs
einander gegenüberliegen,
wobei die Durchmesseraußenseite
und die Durchmesserinnenseite des Käfigs durch vier diametrale
Rillen miteinander in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist es
möglich,
die Fließfähigkeit
des Schmiermittels zwischen der Durchmesseraußenseite und der Durchmesserinnenseite
des Käfigs
zu verbessern, wodurch es möglich
ist, einen Wärmestau
als Folge der Durchrührung
des Schmiermittels zu unterdrücken.
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Gegenstand
der Erfindung ist gemäß einem zweiten
Aspekt ein Kunstharz-Käfig
bzw. -Retainer, der ein ringförmiges
Element umfasst, das aus einem Kunstharz hergestellt ist und in
dem eine Vielzahl von Ausnehmungen bzw. Taschen für die Aufnahme
von Kugeln ausgebildet sind, wobei die Ausnehmungen bzw. Taschen
zylindrisch sind, wobei ein Paar von konischen Oberflächen auf
der zylindrischen inneren Oberfläche
jeder Tasche an dem inneren Ende des Durchmessers so ausgebildet
ist, dass sie in Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen, wobei
eine das Schmiermittel zurückhaltende
(aufnehmende) Oberfläche
integral gebildet wird ab dem inneren Durchmesserende jeder konischen
Oberfläche
in Einwärtsrichtung
der Tasche und wobei ein linearer Kugelführungsrand, der durch eine
Kugel geführt
werden soll, im Innern jeder das Schmiermittel tragenden Oberfläche so geformt
ist, dass er parallel zur Achse des Käfigs verläuft.
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Wie
vorstehend beschrieben, können
durch Führen
der linearen Führungsränder, die
parallel zur Achse des Käfigs
verlaufen, mit den Kugeln auch dann, wenn sich der Käfig in der
axialen Richtung bewegt, die Konaktpunkte mit den Kugeln sich einfach in
der axialen Richtung des Käfigs
bewegen. Auf diese Weise wird keine Schubkraft in der diametralen Richtung
des Käfigs
erzeugt, sodass es möglich
ist, ein Auslaufen des Käfigs
zu verhindern.
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Da
der Kontakt zwischen den Kugeln und den Kugelführungsrändern ein punktförmiger Kontakt ist,
ist die Scherkraft gering, wenn das Schmiermittel an den Kontaktpunkten
geschert wird, sodass es möglich
ist, das Lagerdrehmoment deutlich zu vermindern.
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Da
das Schmiermittel auf den das Schmiermittel tragenden Oberflächen zurückgehalten
werden kann, kann ferner ein stabiles Schmiervermögen erzielt
werden.
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Wenn
sich der Käfig
in axialer Richtung bewegt und die zylindrischen inneren Oberflächen der Taschen
in der axialen Richtung des Käfigs
mit den Kugeln in Kontakt stehen, kann sich außerdem nur schwer ein ungleichförmiges Drehmoment
entwickeln, da die Kontaktpunkte in der Nähe der Achsen angeordnet sind,
um die sich die Kugeln drehen.
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In
dem Kunstharz-Käfig
gemäß dem zweiten Aspekt
der Erfindung sind in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder
Tasche diametrale Rillen so angeordnet, dass sie die zylindrischen
inneren Oberflächen
in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren
Oberflächen,
die in der Umfangsrichtung des Käfigs
einander gegenüberliegen,
und ein Paar von bogenförmigen
inneren Oberflächen,
die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen,
wobei das Schmiermittel, das die äußere Durchmesserseite des Käfigs füllt, und
das Schmiermittel, das die innere Durchmesserseite des Käfigs füllt, durch
die vier diametralen Rillen miteinander in Verbindung stehen. Auf
diese Weise ist es möglich,
die Fließfähigkeit
des Schmiermittels zu erhöhen
und einen Wärmestau
als Folge des Rührens
des Schmiermittels zu unterdrücken.
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Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein Schräg-Kugellager, das umfasst einen
Kunstharz-Käfig,
der zwischen einem äußeren Ring
und einem inneren Ring angeordnet ist, und Kugeln, die in einer
Vielzahl von Taschen bzw. Ausnehmungen angeordnet sind, die im Abstand
voneinander auf dem Umfang in dem Käfig angeordnet sind, um den äußeren Ring
und den inneren Ring zu tragen, sodass sie sich relativ zueinander
drehen können,
wobei die Taschen zylindrisch sind, wobei in der zylindrischen inneren
Oberfläche
jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die
zylindrische innere Oberfläche
in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren
Oberflächen,
die in Umfangsrichtung des Käfigs
einander gegenüberliegen,
und ein Paar von bogenförmigen inneren
Oberflächen,
die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen,
wobei ein Paar von konischen Führungsoberflächen, die
durch die Kugeln geführt
werden sollen, auf der inneren zylindrischen Oberfläche jeder
Tasche an dem inneren Durchmesserende derselben so ausgebildet sind, dass
sie in Umfangsrichtung des Käfigs
einander gegenüberliegen
und wobei der Krümmungsradius
jeder konischen Führungsoberfläche an ihrem
großen Durchmesserende
größer ist
als der Krümmungsradius
der zylindrischen inneren Oberfläche
jeder Tasche.
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Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein anderes (weiteres) Schräg-Kugellager,
das umfasst einen Kunstharz-Käfig,
der zwischen einem äußeren Ring
und einem inneren Ring angeordnet ist, und Kugeln, die in einer
Vielzahl von Taschen angeordnet sind, die im Abstand voneinander
auf dem Umfang in dem Käfig
ausgebildet sind, um den äußeren Ring und
den inneren Ring zu tragen, sodass sie relativ zueinander drehbar
sind, wobei die Taschen zylindrisch sind, wobei in der zylindrischen
inneren Oberfläche
jeder Tasche diametrale Rillen so ausgebildet sind, dass sie die
zylindrische innere Oberfläche
in vier Abschnitte unterteilen, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren
Oberflächen,
die in der Umfangsrichtung des Käfigs
einander gegenüberliegen,
und ein Paar von bogenförmigen
inneren Oberflächen,
die in der axialen Richtung des Käfigs einander gegenüberliegen,
wobei ein Paar von konischen Oberflächen auf der zylindrischen
inneren Oberfläche
jeder Tasche am inneren Durchmesserende derselben so geformt sind,
dass sie in der Umfangsrichtung des Käfigs einander gegenüberliegen,
wobei eine Schmiermittel-Rückhalteoberfläche integral
geformt ist ab dem inneren Durchmesserende jeder konischen Oberfläche in das
Innere der Tasche hinein und wobei ein linearer Kugelführungsrand,
der durch eine Kugel geführt
werden soll, im Innern jeder Schmiermittel tragenden Oberfläche so ausgebildet ist,
dass er parallel zur Achse des Käfigs
verläuft.
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Weitere
Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor,
wobei zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer
ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schräg-Kugellagers;
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2 eine Vertikalschnitt-Seitenansicht
desselben;
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3 eine ebene Draufsicht
auf den in 1 dargestellten
Käfig (Retainer);
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4 eine Schnittansicht des
Schräg-Kugellagers,
während
es sich mit hoher Geschwindigkeit dreht;
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5 eine Schnittansicht entlang
der Linie V-V der 4;
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6 eine perspektivische Ansicht
eines Teils des Käfigs
(Retainers);
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7 eine Schnittansicht, die
zeigt, wie das in 1 dargestellte
Schräg-Kugellager
verwendet wird;
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8 ein Diagramm, das die
Messergebnisse der Außenring-Temperatur
angibt, während
das Schräg-Kugellager
mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird;
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9 eine Schnittansicht, die
eine zweite Ausführungsform
des Schräg-Kugellagers
zeigt;
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10 eine vertikale Schnittansicht
der 9;
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11 eine ebene Draufsicht
auf den in 9 dargestellten
Käfig (Retainer);
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12 eine Schnittansicht,
die das Schräg-Kugellager
zeigt, das mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird;
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13 eine perspektivische
Ansicht, die einen Teil des Käfigs
(Retainers) zeigt;
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14A ein Diagramm, das die
Messergebnisse in Bezug auf das Start-Drehmoment des Schräg-Kugellagers
als einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung angibt;
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14B ein Diagramm, das die
Messergebnisse des Start-Drehmoments eines Schräg-Kugellagers als Vergleichsgegenstand
angibt;
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15 eine Schnittansicht,
die ein konventionelles Schräg-Kugellager
zeigt;
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16 eine Schnittansicht,
die zeigt, wie eine Kugel und eine in dem Käfig ausgebildete Tasche miteinander
in Kontakt stehen; und
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17 eine perspektivische
Ansicht, die einen Teil eines Käfigs
(Retainers) zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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Die
erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 14 beschrieben.
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Die 1 bis 6 zeigen die erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schräg-Kugellagers.
Es umfasst einen äußeren Ring 1,
einen inneren Ring 11, einen Käfig (Retainer) 21,
der zwischen dem äußeren Ring 1 und
dem inneren Ringe 11 angeordnet ist, und Kugeln 31,
die in dem Käfig 21 zurückgehalten
werden.
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Der
Käfig 21 ist
ein aus einem Kunstharz hergestellter Formkörper. Als Kunstharz kann Polyamid (PA),
Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethersulfon (PES), dem ein Füllstoff,
wie z.B. eine Glasfaser oder eine Carbonfaser zugesetzt worden ist,
verwendet werden.
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Der
Käfig 21 umfasst
einen ringförmigen
Körper 22,
in dem eine Vielzahl von Taschen (Ausnehmungen) 23 auf
dem Umfang in gleichen Abständen voneinander
ausgebildet ist für
die Aufnahme der Kugeln 31.
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Die
Taschen 23 sind zylindrisch und auf der zylindrischen inneren
Oberfläche 24 jeder
Tasche 23 sind vier Rillen 25 so ausgebildet,
dass sie sich diametral gegenüberliegen.
Die diametralen Rillen 25 unterteilen die zylindrische
innere Oberfläche 24 jeder
Tasche 23 in vier Bereiche, die umfassen ein Paar von bogenförmigen inneren
Oberflächen 24a, die
auf dem Umfang des Käfigs 21 einander
gegenüberliegen,
und ein Paar von bogenförmigen
inneren Oberflächen 24b,
die axial auf dem Käfig
einander gegenüberliegen.
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Wie
in 2 dargestellt, weist
das Paar von bogenförmigen
inneren Oberflächen 24a,
die in der Umfangsrichtung des Käfigs
einander gegenüberliegen,
an ihrem radial inneren Ende eine konische Führungsoberfläche 26 auf,
um die Kugeln zu führen.
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Der
Krümmungsradius
r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an
ihrem großen
Durchmesserende ist größer als
der Krümmungsradius
r2 der zylindrischen inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 und
die Größe 6 der
Führungsspielräume 27,
die zwischen den konischen Führungsoberflächen 26 und
den Kugeln 31 vorliegen, ist geringer als die Taschen-Spielräume 28,
die zwischen den zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23 und den
Kugeln 31 bestehen.
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Wenn
der Krümmungsradius
der konischen inneren Oberflächen 26 zu
groß ist,
ist es unmöglich, eine
axiale Breitendimension zu gewährleisten,
die für
die Festigkeit des Käfigs 21 erforderlich
ist. Der Krümmungsradius
r1 der konischen Führungsoberflächen 26 beträgt daher
vorzugsweise etwa 110 bis 140 % des Krümmungsradius der zylindrischen
inneren Oberflächen 24 der
Taschen 23.
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Das
Schräg-Kugellager
der ersten Ausführungsform
hat einen Aufbau, wie er vorstehend beschrieben ist. Die 7 zeigt ein Beispiel für die Verwendung
dieses Schräg-Kugellagers. In diesem
Beispiel ist eine Vielzahl von Schräg-Kugellagern X, die in der
Ausführungsform
dargestellt sind, in einem Gehäuse
H angeordnet, die in vertikaler Richtung in einem Abstand voneinander
angeordnet sind, sodass ihre zentralen Ach sen aufeinander ausgerichtet
sind. Durch die Schräg-Kugellager
X wird eine Spindel S einer Werkzeugmaschine, die mit einem Motor
M angetrieben wird, drehbar unterstützt.
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Bei
der Verwendung drehen sich dann, wenn die Spindel S sich mit hoher
Geschwindigkeit dreht, die Kugeln 31 der Schräg-Kugellager,
wie in den 1 und 2 dargestellt, um ihre eigenen
Achsen und um eine gemeinsame Achse.
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Zu
diesem Zeitpunkt kommen die Kugeln 31 mit den konischen
Führungsoberflächen 26,
wie in 4 dargestellt,
in Kontakt, da die Führungszwischenräume 27,
die zwischen den Kugeln 31 und den konischen Führungsoberflächen 26 vorliegen,
kleiner sind als die Taschen-Zwischenräume 28, die zwischen
den Kugeln 31 und den zylindrischen inneren Oberflächen 24 der
Taschen 23 bestehen.
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Außerdem drehen
sich die Kugeln 31 um ihre eigenen Achsen, wie in 1 dargestellt, und der Käfig 21 bewegt
sich in axialer Richtung als Folge des Kontakts mit den Kugeln 31.
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So
bewegen sich die Kontaktpunkte A1 (1)
zwischen den Kugeln 31 und den konischen Führungsoberflächen 26 in
radialer Richtung nach außen,
während
sich der Käfig
auf den konischen Führungsoberflächen 26 in
axialer Richtung bewegt. Das heißt, die Kontaktpunkte bewegen
sich, wie in 6 dargestellt,
von den Punkten A1 zu den Punkten A2, sodass eine Schubkraft in
den diametralen und axialen Richtungen, bezogen auf den Käfig 21 entsteht.
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Zu
diesem Zeitpunkt nimmt die diametrale Verschiebung des Käfigs 21 ab
im Vergleich zu dem Käfig,
in dem die oben genannten Krümmungsradien gleich
sind (konventioneller Käfig,
wie er in 15 darstellt
ist), da der Krümmungsradius
r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an
ihren Durchmesserenden größer ist
als der Krümmungsradius
r2 der zylindrischen inneren Oberflächen der Taschen 23. Auf
diese Weise nimmt die auf den Käfig 21 einwirkende
diametrale Schubkraft ab, sodass ein Auslaufen des Käfigs 21 unterdrückt wird.
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Da
der Krümmungsradius
r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an
ihren großen
Durchmesserenden größer ist
als der Krümmungsradius
r2 der zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23,
nimmt ferner die Differenz in Bezug auf den Krümmungsradius zwischen den Kugeln 31 und
den konischen Führungsoberflächen 26 weiter
zu. Diese große
Differenz des Krümmungsradius
vermindert die Scherkraft, wenn das Schmiermittel durch die Drehung
der Kugeln 31 um ihre eigenen Achsen geschert wird. Auf
diese Weise ist es möglich,
das Lagerdrehmoment herabzusetzen.
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Durch
Anordnen von vier diametralen Rillen 25 in der zylindrischen
inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 stehen
ferner ein Schmiermittel-Füllungs-Hohlraum 29a,
der auf der radial äußeren Seite des
Käfigs 21 ausgebildet
ist, und ein Schmiermittel-Füllungs-Hohlraum 29b,
der auf seiner radial inneren Seite ausgebildet ist, durch die diametralen
Rillen 25 miteinander in Verbindung. Dadurch wird die Fließfähigkeit
des Schmiermittels, wie z.B. Fett, zwischen dem Füllungs-Hohlraum 29a auf
der äußeren Durchmesserseite
und dem Füllungs-Hohlraum 29b auf
der inneren Durchmesserseite erhöht.
Dadurch ist es möglich,
einen Wärmestau,
der auftritt als Folge des Rührens
des Schmiermittels, zu verringern und einen Temperaturanstieg des
Schräg-Kugellagers
zu unterdrücken.
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Als
Referenz wurden in einem Schräg-Kugellager
die Kugeln 31 und der Käfig 21 in
Form eines Formkörpers
mit den nachstehend angegebenen Dimensionen zwischen dem äußeren Ring 1 und
dem inneren Ring 11 (erfindungsgemäßer Gegenstand) befestigt und
mit Fett geschmiert und es wurde die Temperatur des äußeren Ringes 1 gemessen.
Die Messergebnisse sind in der 8 dargestellt.
Zum Vergleich sind auch die Messergebnisse in Bezug auf die Temperatur
des äußeren Ringes
eines Schräg-Kugellagers,
in dem ein konventioneller Käfig 52,
wie in 15 dargestellt,
angeordnet war (Vergleichsgegenstand) ebenfalls angegeben.
äußerer Durchmesser
D1 der Kugeln 31 = 8,7313 mm
äußerer Durchmesser D2 des Käfigs 21 =
67,7 mm
innerer Durchmesser D3 des Käfigs 21 = 62 mm
innerer
Durchmesser d1 der Taschen 23 = 9,0 mm
Krümmungsradius
r1 der konischen inneren Oberflächen 26 =
6,5 mm
Krümmungsradius
r3 der diametralen Rillen 25 = 0,8 mm.
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Der
Radius der konischen Führungsoberflächen 56 in
dem Schräg-Kugellager
als Vergleichsgegenstand bei den großen Durchmesserenden betrug 4,5
mm und der äußere Durchmesser
und der innere Durchmesser des Käfigs 52 waren
die gleichen wie bei dem Käfig 21 des
erfindungsgemäßen Gegenstandes.
Außerdem
wurde die Messung der Temperatur bei einer Vorbelastung von 20 kgf
des Schräg-Kugellagers
durchgeführt.
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Wie
aus den Messergebnissen hervorgeht, wird der Temperaturanstieg in
dem Schräg-Kugellager
als einem erfindungsgemäßen Gegenstand
unterdrückt.
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Wenn
der Krümmungsradius
r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an
ihren großen Durchmesserenden
gleich dem Krümmungsradius
r2 der zylindrischen Oberflächen 24 der
Taschen 23 ist, können
selbst dann, wenn eine ungleichförmige Schrumpfung
während
der Formgebung des Käfigs 21 auftritt,
die Kontaktpunkte mit den Kugeln 31 in axialer Richtung
variieren. Diese Ungleichförmigkeit der
Kontaktpunkte kann eine axiale Schubkraft induzieren, die ein Auslaufen
des Käfigs 21 bewirken kann.
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In
dem Käfig 21 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird jedoch, da der Krümmungsradius
r1 der konischen Führungsoberflächen 26 an
ihren großen
Durchmesserenden größer ist
als der Krümmungsradius
r2 der zylindrischen inneren Oberflächen 24 der Taschen 23,
eine axiale Verschiebung der Kontaktpunkte mit den Kugeln 31 als
Folge einer ungleichförmigen
Schrumpfung während
der Formgebung des Käfigs 21 unterdrückt, sodass
die zentralen Abschnitte der konischen Führungsoberflächen 26 im
Hinblick auf die axiale Richtung des Käfigs durch den Kontakt mit
den Kugeln 31 stabil geführt werden. Dadurch wird verhindert,
dass eine axiale Schubkraft induziert wird.
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Die 9 bis 13 zeigen die zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schräg-Kugellagers.
Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von dem Schräg-Kugellager
der ersten Ausführungsform
dadurch, dass konische Oberflächen 40 auf
einem Paar von bogenförmigen
inneren Oberflächen 24a einer
zylindrischen inneren Oberfläche 24 jeder Tasche 23 so
geformt sind, dass sie in Umfangsrichtung des Käfigs an ihren radial inneren
Enden einander gegenüberliegen,
dass eine Schmiermittel tragende Oberfläche 41 integral so
geformt ist, dass sie jeder Tasche 23 ab dem kleinen Durchmesserende jeder
konischen Oberfläche 40 nach
innen gegenüberliegt
und dass im Innern der Schmiermittel tragenden Oberfläche 41 eine
lineare Kugelführungskante 42 gebildet
wird, die durch die Kugel 31 parallel zur Achse des Käfigs 21 geführt wird.
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Den
gleichen Abschnitten wie in dem Schräg-Kugellager der ersten Ausführungsform
sind die gleichen Ziffern zugeordnet und ihre Beschreibung ist weggelassen.
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In
dem Schräg-Kugellager,
das einen solchen Aufbau hat, stehen die Kugelführungsränder 42 mit den Kugeln 23 in
Kontakt, wenn das Lager mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird,
wie in 12 dargestellt.
Da die Kugelführungsränder 42 gerade
sind und parallel zur Achse des Käfigs 21 verlaufen,
bewegen sich selbst dann, wenn der Käfig 21 sich in axialer
Richtung bewegt, die Kontaktpunkte mit den Kugeln 31 einfach
in axialer Richtung des Käfigs.
Auf diese Weise wird keine diametrale Schubkraft in dem Käfig 21 erzeugt
und es ist möglich,
ein Auslaufen des Käfigs 21 zu
verhindern. Da die Scherkraft gering ist, wenn das Schmiermittel
durch die Kugeln 31, die sich um ihre Achsen drehen, geschert
wird, ist es auch möglich,
das Lagerdrehmoment deutlich herabzusetzen.
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Da
die Kugelführungsränder 42,
die mit den Kugeln 31 in Kontakt stehen, gerade sind, kann
außerdem
die zum Spritzgießen
erforderliche Genauigkeit leicht erzielt werden. Dies führt zu einem
Käfig 21 mit
einer hohen Genauigkeit.
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Da
es möglich
ist, das Schmiermittel auf der Schmiermittel zurückhaltenden (tragenden) Oberfläche 41 zurückzuhalten,
kann ferner ein stabiles Schmiervermögen gewährleistet werden.
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Da
vier diametrale Rillen 25 in der zylindrischen inneren
Oberfläche 24 jeder
Tasche 23 ausgebildet sind, ist es wie bei dem Schräg-Kugellager,
wie es in Bezug auf die erste Ausführungsform dargestellt ist,
möglich,
einen Temperaturanstieg des Lagers zu unterdrücken.
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Das
Start-Drehmoment des Schräg-Kugellagers
der zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wie sie in den 9 bis 13 dargestellt ist, wurde
gemessen. Die 14A zeigt
die Messergebnisse. Zum Vergleich zeigt die 14B die Messergebnisse für das Start-Drehmoment
des in den 15 bis 17 dargestellten Schräg-Kugellagers
(Vergleichs-Gegenstands).
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Für die Messung
wurde als erfindungsgemäßer Gegenstand
ein Schräg-Kugellager
verwendet, das einen Lager-Außendurchmesser
von 26 mm, einen Lager-Innendurchmesser von 10 mm, eine Lagerbreite
von 8 mm, einen Käfig-Außendurchmesser von
19,3 mm, einen Käfig-Innendurchmesser
von 15,7 mm und eine Breite von 7,2 mm hatte. Als Vergleichs-Gegenstand
wurde ein Schräg-Kugellager mit
praktisch der gleichen Größe wie vorstehend
angegeben verwendet.
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Bei
den Testbedingungen war die zentrale Achse des Schräg-Kugellagers
vertikal, die axiale Belastung betrug 2 kgf und die Anzahl der Umdrehungen
betrug 4 UpM.
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Wie
aus den Testergebnissen hervorgeht, tritt bei dem Schräg-Kugellager
gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung kein Spitzenwert in Bezug auf das Start-Drehmoment auf. Dies
bedeutet, dass es sich glatt dreht.
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Durch
die vorliegende Erfindung werden die folgenden Effekte erzielt.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß Anspruch
1 wird, da der Krümmungsradius
der konischen Führungsoberflächen, die
auf dem Käfig
an ihren großen Durchmesserenden
ausgebildet sind, größer ist
als der Krümmungsradius
der zylindrischen inneren Oberflächen
der zylindrischen Taschen, während
das Lager mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, selbst dann, wenn
sich der Käfig
in axialer Richtung bewegt und die Kontaktpunkte zwischen den Kugeln
und den konischen Führungsoberflächen sich
ebenfalls bewegen als Folge des Kontakts mit den Kugeln, die sich
um ihre Achsen drehen, die diametrale Schubkraft des Käfigs verringert,
sodass es möglich
ist, ein Auslaufen des Käfigs
zu unterdrücken.
Ferner ist die Scherkraft beim Scheren des Schmiermittels als Folge
der Drehung der Kugeln um ihre Achsen gering, sodass es möglich ist,
die Lager-Scherkraft herabzusetzen.
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Erfindungsgemäß ist es
nach den Patentansprüchen
2 und 5 möglich,
die gleichen Effekte wie nach Patentanspruch 1 zu erzielen, und
außerdem
ist es möglich,
die Fließfähigkeit
des Schmiermittels zu erhöhen
durch Vorsehen von 4 diametralen Rillen in der zylindrischen inneren
Oberfläche
jeder Tasche, sodass es möglich
ist, einen Wärmestau
als Folge des Rührens
des Schmiermittels zu unterdrücken und
einen Temperaturanstieg des Schräg-Kugellagers
zu verhindern.
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Nach
Patentanspruch 3 werden erfindungsgemäß die konischen Oberflächen an
den inneren Durchmesser-Seitenenden in einer Position gebildet, die
der Vorderseite und der Rückseite
gegenüberliegt,
bezogen auf die Umfangsrichtung des Käfigs, auf den zylindrischen
inneren Oberflächen
der Taschen, die das Schmiermittel tragenden Oberflächen sind
an den inneren Durchmesserenden der konischen Oberflächen so
ausgebildet, dass sie der Innenseite der Taschen zugewandt sind,
und die linearen Kugelführungsränder parallel
zu der Achse des Käfigs
sind im Innern der Schmiermittel tragenden Oberflächen so
ausgebildet, dass die linearen Kugelführungsränder mit den Kugeln in Kontakt
kommen, während
das Lager sich mit hoher Geschwindigkeit dreht. Auf diese Weise
ist es möglich,
die Entstehung einer diametralen Schubkraft in dem Käfig zu verhindern,
wodurch das Auslaufen des Käfigs
vermieden wird.
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Da
auf den Schmiermittel tragenden Oberflächen Schmiermittel zurückgehalten
wird, ist ferner eine stabile Schmierleistung erzielbar.
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Nach
den Patentansprüchen
4 und 6 ist es erfindungsgemäß möglich, die
gleichen Effekte wie bei dem Patentanspruch 3 zu erzielen. Da die
vier diametralen Rillen in der zylindrischen inneren Oberfläche jeder
Tasche vorgesehen sind, ist es ferner möglich, die Fließfähigkeit
des Schmiermittels zu erhöhen,
sodass es möglich
ist, einen Temperaturanstieg des Schräg-Kugellagers zu unterdrücken.