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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Abdichtungsanordnung zum Abdichten eines
Wälzlagers,
das keine Dichtung aufweist und in dessen Innenraum ein Schmiermittel
dicht gekapselt ist, und eine Spindel einer Werkzeugmaschine, die
vom Wälzlager,
das durch Abdichtungsanordnung abgedichtet wird, getragen wird.
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Drehwellen
verschiedener Industriemaschinen, wie Spindeln von Werkzeugmaschinen,
werden durch mehrere Wälzlager
oder einem einzelnen zweireihiges Wälzlager getragen, um der radialen Querbelastung
standzuhalten, und von mehreren Wälzlagern oder einem einzelnen
zweireihigen Wälzlager
getragen, um den Schubbelastungen standzuhalten. Die Wälzlager
sind üblicherweise
in einem Lagergehäuse
in einer Reihe ausgebildet. Wenn solche unterschiedlichen Wälzlager
in einem Lagergehäuse in
einer Reihe angeordnet sind, so kann das Lagergehäuse mit
einer Vorderabdeckung versehen sein, die dazu dient das vordere
Ende des vordersten Wälzlagers
anzudrücken
und/oder Distanzstücke können zwischen
nebeneinanderliegenden Wälzlagern
und/oder zwischen dem hinteren Ende des am weitesten hinten liegenden
Wälzlagers
und der Rückwand
des Lagergehäuses
angeordnet sind.
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Wälzlager
zum Tragen der Drehwellen von Industriemaschinen weisen in ihrem
Innenraum eine dicht gekapselte Schmierung auf. In einigen Werkzeugmaschinen,
die ein Einlaufen benötigen
bevor sie mit hoher Drehzahl im Normalbetrieb laufen, wie beispielsweise
Drehbänke,
wird im Lagerinnenraum vor dem Einlaufen überschüssiges Schmiermittel dicht
gekapselt. Nach dem Einlaufen wird das Schmiermittel, das keinen
dünnen
Film auf den inneren Oberflächen
des Lagers bildet, entfernt, da dieses unbeständige Schmiermittel, das in
relativ großer Menge
im Lagerinnenraum vorhanden ist, dazu tendiert sich zwischen den
Wälzelementen
oder zwischen den Wälzelementen
und den anderen Lagerteilen festzusetzen, sobald sich das Lager
im Normalbetrieb befindet, wodurch schlagartig der Widerstand bezüglich der
Drehbewegung der Wälzelemente während dem
normalem Lauf mit hoher Drehzahl des Lagers ansteigt. Dies kann
zu einem anormalen Temperaturanstieg im Lager führen.
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Die
Schmiermittelmenge, die eine dünne Schicht
auf den inneren Oberflächen
des Lagers bildet, entspricht nicht mehr als 10 % des Volumens des Innenraums
des Lagers. Der dünne
Schmiermittelfilm wird nach dem Einlaufen während dem normalen Lauf mit
hoher Drehzahl des Lagers nach und nach den Rolloberflächen der
Wälzelemente
zugeführt.
Da jedoch die anfängliche
Schmiermittelmenge, die den Film nach dem Einlaufen bildet, wie
oben erwähnt
relativ gering ist, kann die Schmiermittelzufuhr auf die Rolloberflächen ausgehen.
Dies kann die Lebensdauer des Lagers beeinträchtigen.
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Als
Gegenmaßnahme
für dieses
Problem benutzen viele herkömmliche
Wälzlager
eine Dichtung, die am äußeren Ring
montiert wird. Bei dieser Anordnung addiert sich die innere Oberfläche der Dichtung
zur gesamten inneren Oberfläche
des Lagers, auf der sich durch das Schmiermittel der dünne Film
bildet, wodurch die Ausgangsmenge an Schmiermittel, die nach dem
Einlaufen im Lager vorhanden ist, zunimmt. Die Dichtung wird am äußeren Ring
montiert, so dass die Dichtung auch das Auslaufen des Schmiermittels
verhindern kann, wobei das Schmiermittel dazu tendiert, sich aufgrund
der Zentrifugalkraft während
dem normalen Lauf des Lagers radial nach außen zu bewegen.
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Einige
herkömmliche
Zylinderrollenlager haben am äußeren Ring
eine ähnliche
Dichtung montiert (wie in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung
7-46815 offenbart). Solche Zylinderrollenlager sind jedoch in der
Praxis extrem unpopulär. Dies
liegt daran, dass der Endbenutzer den äußeren Ring eines zylindrischen
Wälzlagers
entfernen muss, um den radialen Lagerzwischenraum vor dem Zusammenbau
einzustellen. Eine am äußeren Ring
befestigte Abdichtung ist dabei ein wesentliches Hindernis. Darüber hinaus
neigt eine solche Dichtung dazu, durch die Verschiebung der Lagerteile
während
dem Transport beschädigt
zu werden.
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Es
wird daher gewünscht
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schmiermittelausgansmenge,
die im Innenraum des Lagers dichtgekapselt ist, zu erhöhen, ohne
dass es nötig
wird eine Dichtung am äußeren Ring
zu montieren, wodurch sich die Lebensdauer des Wälzlagers verlängert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird ein Lageraufbau bereitgestellt, der aufweist: ein erstes Wälzlager ohne
Dichtungen, wobei in dessen Innenraum ein Schmiermittel dichtgekapselt
ist, und ein zweites Wälzlager,
das neben einer Endfläche
des ersten Wälzlagers
angeordnet ist, wobei das zweite Wälzlager mindestens eine Dichtung
in der Nähe
der einen Endfläche
des ersten Wälzlagers
aufweist.
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Dank
dieser Anordnung haftet das Schmiermittel im ersten Wälzlager
an der axial gesehen äußeren Oberfläche der
mindestens einen Abdichtung des zweiten Wälzlagers. Dies erhöht die anfängliche Schmiermittelmenge,
die nach dem Einlaufen im ersten Wälzlager dichtgekapselt ist,
was wiederum zur Verlängerung
der Lebensdauer des ersten Wälzlagers
führt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Lageraufbau bereitgestellt,
der umfasst: ein erstes Wälzlager
ohne Dichtung und in dessen Innenraum ein Schmiermittel dichtgekapselt
ist, ein zweites Wälzlager,
das neben einer Endfläche des
ersten Wälzlagers
angeordnet ist, und eine ringförmige
Abdichtungsplatte, die zwischen der einen Endfläche des ersten Wälzlagers
und dem zweiten Wälzlager
angeordnet ist.
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Bei
dieser Anordnung haftet das Schmiermittel des ersten Wälzlagers
an der Oberfläche
der ringförmigen
Abdichtungsplatte, die dem Innenraum des ersten Wälzlagers
zugewandt ist. Dies erhöht
die anfängliche
Schmiermittelmenge, die nach dem Einlaufen im ersten Wälzlager
vorhanden ist, was wiederum zur Verlängerung der Lebensdauer des
ersten Wälzlagers
führt.
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Nach
einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Lageraufbau bereitgestellt,
der umfasst: ein Wälzlager
ohne Dichtung und in dessen Innenraum ein Schmiermittel dichtgekapselt
ist, und eine Abdeckung oder ein Distanzstück, das neben einer Endfläche des
Wälzlagers
angeordnet ist, wobei die Abdeckung oder das Distanzstück eine
Oberfläche
aufweisen, die dem Innenraum des Wälzlagers zugewandt ist, und
die mit einer Ausnehmung versehen ist, die sich über den ganzen Umfang der Oberfläche erstreckt.
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Bei
dieser Anordnung wird durch die Ausnehmung Schmiermittel im Wälzlager
zurückgehalten.
Dies erhöht
die anfängliche
Schmiermittelmenge, die nach dem Einlaufen im Wälzlager vorhanden ist, was
wiederum zur Verlängerung
der Lebensdauer des ersten Wälzlagers
führt.
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Vorteilhafterweise
ist das Wälzlager
ohne Dichtung ein einreihiges Schrägkugellager oder ein zweireihiges
Zylinderrollenlager.
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Vorteilhafterweise
beträgt
die Schmiermittelmenge, die im Innenraum des ersten Wälzlagers
vorhanden ist, 10 bis 35 % des Volumens des Innenraums. Falls diese
Zahl unter 10 % liegt, so ist es bei normalem Lauf mit hoher Drehzahl
des Lagers schwierig eine ausreichende Schmierung mit dem Schmiermittel
zu erzielen. Übertrifft
die eingekapselte Menge die 35 %, so neigt das Schmiermittel dazu zwischen
den rollenden Elementen oder den rollenden Elementen und anderen
Lagerteilen festzustecken, wodurch sich der Lagerwiderstand eher
erhöht als
erniedrigt.
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Der
Lageraufbau nach der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise
dazu genutzt, eine Spindel einer Werkzeugmaschine zu tragen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale und Gegenstände
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung,
die unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren gemacht wird,
wobei:
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1 eine
longitudinale Querschnittsansicht eines Lageraufbaus einer ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wie sie zum Tragen einer Spindel einer Werkzeugmaschine
benutzt wird, darstellt;
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2 eine
teilweise vergrößerte Querschnittsansicht
dessen darstellt;
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3 eine
longitudinale Querschnittsansicht eines Lageraufbaus einer zweiten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wie sie zum Tragen einer Spindel einer Werkzeugmaschine
benutzt wird, darstellt;
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4 eine
teilweise vergrößerte Querschnittsansicht
der 3 darstellt;
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5 eine
longitudinale Querschnittsansicht eines Lageraufbaus einer dritten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wie sie zum Tragen einer Spindel einer Werkzeugmaschine
benutzt wird, darstellt;
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6A und 6B eine
teilweise vergrößerte Querschnittsansicht
der 5 darstellen;
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7 eine
longitudinale Querschnittsansicht eines Lageraufbaus mit einem einreihigen
Zylinderrollenlager darstellt;
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8 eine
teilweise vergrößerte Querschnittsansicht
dessen darstellt; und
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9 ein
Graph ist, der den Temperaturunterschied des äußeren Rings eines Schrägkugellagers
gemäß der vorliegenden
Erfindung bevor und nachdem die Spindel einer Werkzeugmaschine,
wie in 3 gezeigt, unter unterschiedlichen Geschwindigkeiten
gedreht wird, zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter
Bezugnahme auf die Figuren entspricht der ersten Ausführungsform,
wie in 1 und 2 gezeigt, ein Lageraufbau,
der eine Spindel 1 einer Werkzeugmaschine trägt. Der
Lageraufbau umfasst ein zweireihiges Zylinderrollenlager 3,
das in ein Lagergehäuse 2 montiert
ist, um der radialen Querbelastung standzuhalten und ein zweireihiges Schrägkugellager 4,
das im Lagergehäuse 2 hinter dem
Lager 3 montiert ist, um der Schubbelastung standzuhalten.
Das doppelreihige Zylinderrollenlager 3 hat keine Dichtungen.
Das doppelreihige Schrägkugellager 4 hat
an seinem äußeren Ring 4a eine Dichtung 5 montiert.
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Das
doppelreihige Zylinderrollenlager 3 umfasst einen äußeren Ring 3a,
dessen Vorderendfläche
gegen eine vordere Abdeckung 6 des Lagergehäuses 2 drückt, und
einen inneren Ring 3b mit einer kegelförmigen Öffnung, die die Spindel 1 aufnimmt, und
der gegen eine Überschiebmuffe 7 drückt, die auf
die Spindel 1 aufgepasst ist. Die doppel reihigen Zylinderrollen 3c werden
von einem Halter 3d gehalten. Das zweireihige Schrägkugellager 4 hat
einen äußeren Ring 4a,
der über
ein Distanzstück 8 gegen die
Rückwand
des Lagergehäuses 2 drückt, und
umfasst ferner einen inneren Ring 4b, der in zwei Teile getrennt
ist, die durch einen Drückring 9 in
Position gehalten werden, so dass sie nicht aus der Spindel 1 herausrutschen.
Die zweireihigen Kugeln 4c werden durch einen Halter 4d gehalten.
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Beim
Einlaufen der Werkzeugmaschine haftet das Schmiermittel A, wie in 2 gezeigt,
nicht nur auf den radialen inneren Oberflächen der äußeren Ringe 3a und 4a sondern
auch auf den axialen inneren Oberflächen von sowohl der Dichtung
des doppelreihigen Schrägkugellagers 4 als
auch an der axialen äußeren Oberfläche der
Frontdichtung 5. Überschüssiges Schmiermittel
A, das nicht an diesen Lagerteilen haftet, wird nach dem Einlaufen
entfernt. Die axiale äußere Oberfläche der
Frontdichtung 5 des Schrägkugellagers 4 wird
zu der Gesamtfläche addiert,
an der das Schmiermittel A im Zylinderrollenlager 3 haften
kann. Dies erhöht
sowohl die Schmiermittelausgangsmenge A, die im dichtungsfreien zweireihigen
Zylinderrollenlager 3 dichtgekapselt ist, als auch die
Schmiermittelausgangsmenge, die im zweireihigen Schrägkugellager 4 dichtgekapselt
ist.
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3 und 4 zeigen
die zweite Ausführungsform,
die sich dadurch von der ersten Ausführungsform unterscheidet, dass
anstatt eines einzigen zweireihigen Schrägkugellagers 4 zwei
einreihige Schrägkugellager 10 benutzt
werden und, dass anstatt der Frontdichtung 5 eine ringförmige Dichtungsplatte 11 zwischen
dem dichtungsfreien zweireihigen Zylinderrollenlager 3 und
dem vorderen einreihigen Schrägkugellager 10 angeordnet
ist. Abgesehen davon ist diese Ausführung der ersten Ausführungsform gleich.
Das heißt,
dass die hintere Dichtung 5 am hinteren Ende des hinteren
einreihigen Schrägkugellagers 10 angeordnet
ist, das hintere einreihige Schrägkugellager 10 mit
einem Distanzstück 8 gegen die
Rückwand
des Lagergehäuses 2 drückt und, dass
sein innerer Ring 10b durch den Drücknng 9 in Position
gehalten wird, um nicht aus der Spindel 1 herauszurutschen.
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In
dieser Ausführung
haftet das Schmiermittel A beim Einlaufen der Werkzeugmaschine nicht nur
an den radial inneren Oberflächen
des äußeren Rings 3a und 10a sondern
auch an beiden Seiten der Dichtungsplatte 11 (siehe 4).
Dies erhöht
die anfängliche Schmiermittelmenge,
die im dichtungsfreien zweiten Zylinderrollenlager 3 dichtgekapselt
ist, und die anfängliche
Schmiermittelmenge, die im vorderen dichtungsfreien einreihigen
Schrägkugellager 10 dichtgekapselt
ist, sowie die anfängliche
Schmiermittelmenge, die im hinteren einreihigen Schrägkugellager 10,
das die Dichtung 5 aufweist, dichtgekapselt ist.
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5 und 6 zeigen die dritte Ausführungsform,
die sich dadurch von der zweiten Ausführungsform unterscheidet, dass
weder das zweireihige Zylinderrollenlager 3 noch die zwei
einreihigen Schrägkugellager 10 eine
Dichtung aufweisen und, dass Ausnehmungen 6a und 8a auf
der axial inneren Oberfläche
der Frontabdichtung 6, d.h. jeweils auf ihrer Oberfläche, die
dem Innenraum des zweireihigen Zylinderrollenlagers 3 gegenüberliegt,
und der Oberfläche
des Distanzstücks 8,
die dem Innenraum des hinteren einreihigen Schrägkugellagers 10 gegenüberliegt
und wobei sie sich über
den gesamten Umfang der jeweiligen Oberflächen erstrecken. Abgesehen
davon ist die dritte Ausführungsform
identisch mit der zweiten Ausführungsform.
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In
dieser Ausführungsform
haftet beim Einlaufen der Werkzeugmaschine das Schmiermittel A teilweise
an den radialen inneren Oberflächen
des äußeren Rings 3a und
des äußeren Rings 10a und wird
teilweise in den Ausnehmungen 6a und 8a auf der
Abdeckung 6 und dem Distanzstück 8 zurückgehalten.
Dies erhöht
die Schmiermittelausgangsmengen, die im dichtungslosen zweireihigen
Zylinderrollenlager 3 und in den dichtungslosen einreihigen Schrägkugellagern 10 dichtgekapselt
sind.
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[Auswertungstests]
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Der
Lageraufbau der zweiten Ausführungsform,
die in 3 dargestellt ist, wurde unter den folgenden Bedingungen
durch die Spindel 1, die sich unter hoher Geschwindigkeit
drehte, benutzt, wobei unterschiedliche Schmiermittelmengen in den
Innenraum des dichtungslosen Schrägkugellagers 10 dichtgekapselt
wurden, wobei der Temperaturunterschied des äußeren Rings 10a des
dichtungsfreien Schrägkugellagers 10 vor
und nach jedem Test bestimmt wurde. Das dichtungsfreie Schrägkugellager 10 hatte
einen inneren Durchmesser von 70 mm, einen äußeren Durchmesser von 110 mm
und eine Breite von 20 mm.
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Dichtgekapselte
Schmiermittelmenge (in Prozent relativ zum Volumen des Innenraums
des dichtungsfreien Drehkugellagers 10): 15, 25 und 35 %.
Drehzahl:
3000, 6000, 9000 12000 und 12000 Upm.
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Bei
jedem Test wurde der Lageraufbau durchgehend 24 Stunden lang ohne äußere Kühlung belastet.
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Die 7 und 8 zeigen
eine weitere Ausführungsform
eines Lageraufbaus, der anstelle des zweireihigen Zylinderrollenlagers 3 der 1 ein einreihiges
Zylinderrollenlager 3 aufweist. Obwohl nicht gezeigt, kann
das zweireihige Zylinderrollenlager 3 der zweiten und dritten
Ausführungsform
auch durch ein einreihiges Zylinderrollenlager, wie in 7 gezeigt,
ersetzt werden.
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9 zeigt
die Testergebnisse. Wie gezeigt, ist der Temperaturunterschied des äußeren Rings des
dichtungsfreien Schrägkugellagers
vor und nach jedem Test ungefähr
10°C, was
einem vernachlässigbar
kleiner Wert entspricht. Die Testergebnisse zeigen daher eindeutig,
dass das Schmiermittel nicht zwischen benachbarten Rollelementen
oder zwischen Rollelementen und anderen Lagerteilen stecken blieb,
und dies selbst wenn die dichtgekapselte Schmiermittelmenge bis
auf 35 % erhöht
wurde, was bei weitem höher
ist als die herkömmliche
Obergrenze, die beispielsweise bei nur 10 % liegt. Der Lageraufbau
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann deshalb über
einen langen Zeitraum beständig
arbeiten.
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Man
beachte, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht nur auf
die dargestellten Kombinationen von Lagern, d.h. eine Kombination aus
einem zweireihigen Zylinderrollenlager und einem zweireihigen Schrägkugellager
und einer Kombination aus einem zweireihigen Zylinderrollenlager und
zwei einreihigen Schrägkugellagern
angewandt werden kann, sondern auf beliebige Kombinationen aus Lagern.
Die Frontabdeckung und/oder das Distanzstück können auch weggelassen werden.
Der Lageraufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung kann nicht nur als Drehhalterung für die Spindel einer Werkzeugmaschine
benutzt werden, sondern auch als Drehhalterung für Drehwellen beliebiger Industriemaschinen.