DE102007033904A1 - Angular ball bearing i.e. spindle ball bearing, for machine tool, has outboard with internal diameter gradient increasingly formed in neighboring region adjoining at flange of bearing surface in axial extension along direction of balls - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, insbesondere ein Spindellager, für eine Werkzeugmaschine mit einem Außenring, einem Innenring, einer Mehrzahl von Kugeln und einem Käfig, wobei die Kugeln in dem Käfig zwischen dem Außenring und dem Innenring drehbar gelagert sind, wobei der Außenring einen Außenbord aufweist, dessen den Kugeln zugewandte Seitenfläche eine Teillaufbahnfläche für die Kugeln und dessen radial nach innen gerichtete Oberseitenfläche eine Führungsfläche für den Käfig bildet, so dass der Käfig zumindest einseitig außenbordgeführt ist und wobei die Teillaufbahnfläche und die Führungsfläche eine gemeinsame, umlaufende Kante bzw. einen derartigen Kantenbereich bilden.The The invention relates to an angular contact ball bearing, in particular a Spindle bearings, for a machine tool with an outer ring, an inner ring, a plurality of balls and a cage, with the balls in the cage between the outer ring and the inner ring are rotatably mounted, wherein the outer ring having an outboard facing the balls Side surface a part runway surface for the balls and its radially inwardly directed top surface a guide surface for the cage forms, so that the cage outboard at least on one side is and wherein the partial raceway surface and the guide surface a common peripheral edge or edge region form.
Derartige Schrägkugellager werden beispielsweise als Spindellager in Werkzeugmaschinen verwendet, wobei diese oftmals für hohe Drehzahlen, z. B. über 15.000 Umdrehungen/Minute ausgelegt sind. Gerade bei diesen schnelllaufenden Wälzlagern hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Käfige nicht wälzkörpergeführt, sondern auf den Schultern bzw. Borden eines Lagerrings geführt werden. Auf diese Weise werden Probleme hinsichtlich der Reibung der Wälzkörper in den Taschen umgangen, da das Spiel der Wälzkörper in den Käfigtaschen ausreichend groß gewählt werden kann.such Angular contact ball bearings are used, for example, as spindle bearings used in machine tools, these often for high speeds, z. B. over 15,000 revolutions / minute are designed. Especially with these high-speed rolling bearings, it has proved to be advantageous that the cages are not guided by rolling elements, but guided on the shoulders or Borden a bearing ring become. This causes problems with friction the rolling elements in the pockets are bypassed, as the Game of rolling elements in the cage pockets can be chosen large enough.
Derartige
Schrägkugellager sind beispielsweise aus der Druckschrift
Trotz dieser bereits auf die hohen Drehzahlen angepassten Bauweise von Schrägkugellagern spielt die Reibungsentwicklung eine zunehmende Bedeutung, wobei insbesondere die durch die Reibung im Schrägkugellager entstehende Temperatur zu Problemen führen kann. Bei der beschriebenen Bauart der Schrägkugellager gibt es zwei Hauptreibungsquellen, die zu einer Temperaturerhöhung des Wälzlagers führen können, nämlich zum einen den Wälzkontakt und zum anderen die Käfigreibung an dem Führungsbord.In spite of This already adapted to the high speeds of construction Angular contact ball bearings, the friction development plays an increasing role, in particular by the friction in the angular contact ball bearings resulting temperature can cause problems. In the described type of angular contact ball bearings, there are two Main sources of friction that lead to a temperature increase of the rolling bearing can lead, namely on the one hand, the rolling contact and second, the cage friction on the guide board.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schrägkugellager vorzuschlagen, welches verbesserte Betriebseigenschaften bei hohen Drehzahlen zeigt.Of the Invention is based on the object, an angular contact ball bearing to suggest which improved operating characteristics at high Revs.
Diese Aufgabe wird durch ein Schrägkugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.These Task is by an angular contact ball bearing with the features of claim 1. Preferred or advantageous embodiments The invention will become apparent from the dependent claims, the following description and / or the attached figures.
Erfindungsgemäß wird ein Schrägkugellager vorgeschlagen, also ein Kugellager, dessen Druckwinkel vorzugsweise mehr als 10° mit der Radialebene einschließt. Das Schrägkugellager ist für den Einsatz als Spindellager in einer Werkzeugmaschine geeignet und/oder ausgebildet und vorzugsweise in axialer Richtung vorgespannt und/oder vorspannbar ausgebildet.According to the invention proposed an angular contact ball bearing, so a ball bearing, its pressure angle preferably more than 10 ° with the radial plane includes. The angular contact ball bearing is for suitable for use as a spindle bearing in a machine tool and / or formed and preferably biased in the axial direction and / or prestressed.
Das Schrägkugellager umfasst einen Außenring, einen Innenring und eine Mehrzahl von Kugeln, welche in einem Käfig voneinander beabstandet zwischen Außenring und Innenring drehbar gelagert sind. Vorzugsweise ist das Schrägkugellager als ein einreihiges Schrägkugellager ausgebildet, bei abgewandelten Ausführungsformen ist auch eine mehrreihige Anordnung von Kugeln denkbar.The Angular contact ball bearing comprises an outer ring, a Inner ring and a plurality of balls, which in a cage spaced apart between the outer ring and inner ring are rotatably mounted. Preferably, the angular contact ball bearing designed as a single-row angular contact ball bearings, in modified Embodiments is also a multi-row arrangement of Balls conceivable.
Außenring und Innenring können ferner auch Bestandteile einer komplexeren Baueinheit sein, so kann der Innenring beispielsweise integraler oder einstückiger Bestandteil einer Welle oder dergleichen sein und/oder der Außenring integraler oder einstückiger Bestandteil eines drehbar gelagerten Funktionselements.outer ring and inner ring may also be components of a more complex Be unit, so the inner ring, for example, integral or integral part of a shaft or the like and / or the outer ring integral or one-piece Part of a rotatably mounted functional element.
Der Außenring weist einen Außenbord auf, welcher beispielsweise im Querschnitt in der Grobform rechteckig ausgebildet ist, und dessen den Kugeln zugewandte Seitenfläche eine Teillaufbahnfläche für die Kugeln bildet. Die Laufbahn für die Kugeln wird somit insgesamt durch die Teillaufbahnfläche des Außenbords und durch eine Auflagefläche in dem Außenring gebildet, dabei ist die Laufbahn für die Kugeln im Außenring ein einheitliches Gebilde, wobei die Krümmung der Laufbahn größer, insbesondere etwas größer als der Kugeldurchmesser ausgebildet und/oder als Schmiegung realisiert ist. Die radial nach innen gerichtete Oberseitenfläche ist vorzugsweise zumindest zum Großteil als eine konzentrische Ringfläche zu der Mittelachse des Schrägkugellagers ausgebildet, die eine Führungsfläche für dem Käfig bildet. Der Übergang zwischen Teillaufbahnfläche und Führungsfläche wird durch eine gemeinsame, umlaufende Kante bzw. einen gemeinsamen, umlaufenden Kantenbereich gebildet. Der vorzugsweise einstückige Käfig ist als außenbordgeführter Käfig realisiert.Of the Outer ring has an outboard, which for example is rectangular in cross-section in the coarse shape, and its the side faces facing the balls a partial raceway surface forms for the balls. The career for the balls will thus in total by the part runway surface of the outboard and by a bearing surface in the outer ring formed, this is the track for the balls in the outer ring a unitary structure, with the curvature of the track bigger, especially a bit bigger designed as the ball diameter and / or realized as osculation is. The radially inwardly directed top surface is preferably at least largely concentric Ring surface to the central axis of the angular contact ball bearing formed, which is a guide surface for the Cage forms. The transition between partial runway surface and guiding surface is characterized by a common, circumferential edge or a common, circumferential edge region educated. The preferably one-piece cage realized as an outboard cage.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Außendurchmesserverlauf des Käfigs in einem der Kante des Außenbords gegenüberliegenden Anlaufbereich in axialer Erstreckung in Richtung der Kugeln abnehmend ausgebil det ist. Der Anlaufbereich ist vorzugsweise als der Bereich definiert, welcher die Kante des Außenbords bei einer Verkippung des Käfigs berührt, berühren könnte und/oder welcher zu dieser Kante den kleinsten Abstand aufweist. Dieser Anlaufbereich weist somit einen axial außen liegenden ersten Durchmesser und einen axial innen liegenden zweiten Durchmesser auf, wobei der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser ausgebildet und zwischen den beiden Durchmesserbereichen der Anlaufbereich angeordnet ist. Insbesondere ist der Anlaufbereich um die Mittelachse des Schrägkugellagers rotationssymmetrisch ausgebildet.According to the invention it is proposed that the outer diameter profile of the cage in one of the edge of the outboard opposite start-up area in the axial extent in the direction of the balls is decreasing ausgebil det. The starting area is preferably defined as the area which touches the edge of the outboard when the cage is tilted, and / or which has the smallest distance to this edge. This start-up region thus has an axially outer first diameter and an axially inner lie Second second diameter, wherein the first diameter is formed larger than the second diameter and disposed between the two diameter portions of the starting region. In particular, the starting region is rotationally symmetrical about the central axis of the angular contact ball bearing.
Alternativ oder ergänzend ist der Innendurchmesserverlauf des Außenbords in einem an die Kante angrenzenden Nachbarbereich der Führungsfläche in axialer Erstreckung in Richtung der Kugeln zunehmend ausgebildet. Vorzugsweise sind Anlaufbereich und Nachbarbereich in axialer Erstreckung in Richtung der Kugeln voneinander divergierend realisiert.alternative or in addition, the inner diameter curve of the outboard in a neighboring area of the guide surface adjoining the edge increasingly formed in the axial direction in the direction of the balls. Preferably, the starting region and the neighboring region are in the axial direction realized in the direction of the balls diverging from each other.
Bei der Erfindung wurde erkannt, dass bei Schrägkugellagern mit außenbordgeführten Käfigen die Gefahr besteht, dass der Käfig bei hohen Drehzahlen innerhalb des Käfigführungsspiels und des Käfigtaschenspiels leicht kippt, so dass der Käfig auf der Kante zwischen Führungsfläche und Teillaufbahnfläche anläuft. Dadurch, dass der Käfig in der Kante schlecht geschmiert werden kann, kommt der Käfig in einen Mischreibungsbereich, was eine erhöhte Reibung und daraus resultierend einen erhöhten Verschleiß und eine zusätzliche Temperaturentwicklung im Anlaufbereich bzw. in Bereich der Käfigführungsfläche des Käfigs zur Folge hat. Um das Betriebsverhalten des Schrägkugellagers insbesondere bei hohen Drehzahlen zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Anlaufbereich und/oder den Nachbarbereich so auszuführen, dass der Käfig bei einem leichten Verkippen nicht auf die Kante zwischen Teillaufbahnfläche und Führungsfläche auflaufen kann.at The invention has been recognized that in angular contact ball bearings with outboard cages the danger is that the cage at high speeds within the cage guide game and the cage game slightly tilts, leaving the cage on the edge between Guide surface and part track surface starts. Because of the cage in the edge badly lubricated, the cage comes in one Mixed friction area, resulting in increased friction and hence resulting in increased wear and a additional temperature development in the starting area or in the area of the cage guide surface of the Cage has the consequence. To the operating behavior of the angular contact ball bearing Especially at high speeds to improve, the invention proposes to execute the start-up area and / or the neighboring area that the cage does not tilt on the edge when slightly tilted between part track surface and guide surface can run up.
Dem Erfindungsgedanken folgend ist es deshalb bevorzugt, dass der genannte Durchmesserverlauf bzw. die genannten Durchmesserverläufe im Anlaufbereich und/oder im Nachbarbereich so ausgebildet ist bzw. sind, dass eine insbesondere kantige Auflage der Kante auf dem Anlaufbereich auch bei einem Kippen des Käfigs im Betrieb ausgeschlossen ist. Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Schrägkugellagers wird vorzugsweise das Spannungsfeld zwischen Käfigtaschenspiel, Käfigführungsspiel, Durchmesser und Durchmesserverlauf berücksichtigt. So muss die Steigung des Durchmesserverlaufs bzw. der -verläufe bei einem größeren Spiel stärker ausgeprägt sein als bei einem kleineren Spiel, da bei einem größeren Spiel der mögliche Kippwinkel des Käfigs größer ausfallen kann.the According to the idea of the invention it is therefore preferred that said Diameter course or the mentioned diameter curves in the start-up area and / or in the neighboring area is designed or are that a particular edged edition of the edge on the starting area is excluded even with a tilting of the cage during operation. In the inventive design of the angular contact ball bearing is preferably the field of tension between cage play, Caged guide play, diameter and diameter course taken into account. So must the slope of the diameter profile or the courses more pronounced in a larger game to be in a smaller game, because of a larger one Play the possible tilt angle of the cage larger can fail.
Bei einer konstruktiven Umsetzung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Außendurchmesserverlauf des Käfigs, insbesondere der Anlaufbereich des Käfigs und/der der Innendurchmesserverlauf des Außenrings, insbesondere der Nachbarbereich, jeweils in axialer Erstreckung konkav gekrümmt ausgebildet ist. Alternativ hierzu können die genannten Bereiche auch ballig oder abgeschrägt realisiert sein.at a constructive implementation of the invention, it is preferred if the outer diameter profile of the cage, in particular the starting area of the cage and / or the inner diameter course of the outer ring, in particular the neighboring area, respectively is formed concavely curved in the axial direction. Alternatively, the areas mentioned can also be crowned or be realized bevelled.
Bei einer weiteren vorteilhaften Alternative ist der Innendurchmesserverlauf des Außenrings, insbesondere der Nachbarbereich konisch zulaufend, insbesondere mit konstantem Konuswinkel ausgebildet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Konuswinkel dem maximalen Verkippungswinkel des Käfigs entspricht oder größer ausgebildet ist.at Another advantageous alternative is the inner diameter profile of the outer ring, in particular the adjacent area conical tapered, in particular formed with a constant cone angle, wherein it is preferably provided that the cone angle to the maximum Tilting angle of the cage is equal to or greater is trained.
Bei einer insbesondere aus Montagegründen bevorzugten Ausführungsform ist der Außendurchmesserverlauf des Käfigs in axialer Erstreckung mittensymmetrisch zu der Käfigmitte ausgebildet. Durch die Ausführung ist sichergestellt, dass der Käfig verwechslungssicher in das Schrägkugellager eingebaut wird, da dieser in dieser Ausführungsform auch um 180° gedreht montiert werden kann.at a preferred embodiment in particular for assembly reasons is the outer diameter curve of the cage in axial extent mittsymmetrisch to the cage center educated. The execution ensures that the cage is installed in the angular contact ball bearing so that it can not be confused is, since this rotated in this embodiment also by 180 ° can be mounted.
Bei einer beispielhaften Auslegung der Erfindung betragen die Änderungen der Durchmesser, zum Beispiel auf ein Schrägkugellager für eine Welle mit einem Durchmesser zwischen 50 und 150 mm bezogen, im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 1 mm und insbesondere zwischen 0,6 mm und 0,8 mm.at an exemplary embodiment of the invention are the changes the diameter, for example, on an angular contact ball bearing for a shaft with a diameter between 50 and 150 mm, in the range of 0.2 mm to 2 mm, preferably between 0.4 mm and 1 mm and in particular between 0.6 mm and 0.8 mm.
Obwohl die Erfindung prinzipiell bei allen Käfigbauarten anwendbar ist, ist es bevorzugt, wenn der Käfig als ein Kunststoffkäfig oder als ein Hartgewebekäfig ausgebildet ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Käfig eine zylindrische Grobform aufweist, so dass dieser kostengünstig aus einem Rundmaterial durch – zum Beispiel – spanabhebende Bearbeitung herstellbar ist.Even though the invention in principle applicable to all cage types is, it is preferable if the cage as a plastic cage or formed as a hard tissue cage. Further is it is preferred if the cage is a cylindrical coarse mold has, so that this inexpensive from a round material by - Example - machining can be produced.
Die Erfindungsvorteile treten besonders hervor, wenn das Schrägkugellager für hohe Drehzahlen ausgebildet ist, also Drehzahlen größer 15.000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise größer 30.000 Umdrehungen pro Minute und insbesondere größer 60.000 Umdrehungen pro Minute.The Invention advantages are particularly evident when the angular contact ball bearings is designed for high speeds, ie speeds greater 15,000 revolutions per minute, preferably larger 30,000 revolutions per minute and in particular greater than 60,000 Revolutions per minute.
Bei einer relativen Definition des Anwendungsbereichs ist es bevorzugt, wenn das Schrägkugellager eine Nennzahl in Form des Produkts von Umdrehung multipliziert mit dem Teilkreisdurchmesser von mehr als 1,5 Mio. mm/min, vorzugsweise bis zu 3,5 Mio. mm/min aufweist.at a relative definition of the scope, it is preferable if the angular contact ball bearing has a nominal value in the form of the product of revolution multiplied by the pitch circle diameter of more than 1.5 million mm / min, preferably up to 3.5 million mm / min.
Um das Betriebsverhalten des Schrägkugellagers weiter zu verbessern, wird optional ergänzend vorgeschlagen, dass der Schwerpunkt des Käfigs in axialer Erstreckung außermittig in Richtung der Anlaufseite des Käfigs versetzt ist. Nachdem der Käfig außenbordgeführt ist, führt eine derartige Versetzung des Schwerpunkts dazu, dass die Länge des Hebelarms für Unwuchten verkürzt wird, so dass die Kippneigung des Käfigs effektiv vermindert ist. Die Versetzung des Schwerpunkts wird vorzugsweise dadurch konstruktiv realisiert, dass der Innendurchmesserverlauf von Stegabschnitten des Käfigs zwischen den Kugeln in Richtung der Anlaufseite des Käfigs zunehmend ausgebildet ist.In order to further improve the operating behavior of the angular contact ball bearing, it is optionally additionally proposed that the center of gravity of the cage is offset off-center in the axial direction in the direction of the starting side of the cage. After the cage is outboard, such a displacement of the center of gravity causes the length of the lever arms for imbalances is shortened, so that the tilt tendency of the cage is effectively reduced. The displacement of the center of gravity is preferably realized constructively in that the inner diameter profile of web portions of the cage between the balls in the direction of the start side of the cage is increasingly formed.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:Further Features, advantages and effects of the invention will become apparent the following description of preferred embodiments the invention. Showing:
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding or identical parts are in the figures each with provide the same reference numerals.
Die
Die
Die
Die
Der
Käfig
Wie
sich aus der Darstellung in der
Die
Bei
weiteren Ausführungsformen der Erfindung können
auch beide Maßnahmen, also der angepasste Nachbarbereich
Die
Die
- 11
- SchrägkugellagerAngular contact ball bearings
- 22
- Innenringinner ring
- 33
- Außenringouter ring
- 44
- KugelBullet
- 55
- KäfigCage
- 66
- Außenbordoutboard
- 77
- Kanteedge
- 88th
- Mittelachsecentral axis
- 99
- Führungsfläche, AnlaufbereichGuide surface start-up range
- 1010
- TeillaufbahnflächePart raceway surface
- 1111
- Seitenringside ring
- 1212
- Stegweb
- 1313
- Anlaufbereichstart-up range
- 1414
- Nachbarbereichadjacent area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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