DE102008032328A1

DE102008032328A1 - Wälzlager mit einem Schmierungssystem

Info

Publication number: DE102008032328A1
Application number: DE200810032328
Authority: DE
Inventors: Peter Decker; Carsten Dipl.-Ing. Duppe (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Bei einem Wälzlager (1) mit einer Anzahl von zwischen einem Außenring (3) und einem Innenring (4) gehaltenen Wälzkörpern (5) sowie mit einem Schmierungssystem (2) zum Einbringen eines Schmiermittels (23) an die Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern (5) und dem Innen- bzw. Außenring (4, 3) weist das Schmierungssystem (2) eine Zuführungsleitung (16) und eine mit dieser verbundene flexible Schmiermittelleitung (17) mit einem zwischen die Lageringe (3, 4) geführten Austrittsende (19) sowie einen Piezoaktor (18) auf, der einen auf die Schmiermittelleitung (17) einwirkenden Druckkolben (22) derart betätigt, dass infolge einer kurzzeitigen lokalen Querschnittsverengung der Schmiermittelleitung (17) das Schmiermittel (23) druckluftfrei aus der Schmiermittelleitung (17) austritt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager, insbesondere zur Spindellagerung einer Werkzeugmaschine, mit einem Schmierungssystem.
Hintergrund der Erfindung
Ein Wälzlager umfasst üblicherweise zwei zueinander bewegliche Lagerringe (Innen- und Außenring), die durch rollende Wälzkörper voneinander getrennt sind. Um die zwischen diesen Hauptkomponenten des Wälzlagers, nämlich dem beispielsweise mit einer Spindelwelle drehfest verbundenen Innenring und den Wälzkörpern sowie dem diese außenseitig umschließenden, beispielsweise gehäuse- oder maschinenfesten Außenring möglichst gering zu halten, wird dem Wälzlager üblicherweise ein Schmiermittel in Form von Schmieröl zugeführt. Das Schmiermittel bildet auf den Kontaktflächen der Lagerteile einen Schmierfilm, auf dem die Wälzkörper abrollen.
Die Wälzkörper (Kugeln, Zylinder, Nadeln, Tonnen oder Kegel) werden üblicherweise mittels eines Wälzkörperkäfigs in gleichem Abstand zueinander gehalten. Mit Hilfe des Wälzkörperkäfigs können vergleichsweise viele Wälzkörper pro Lager eingesetzt werden, was die Belastbarkeit des Lagers erhöht und dessen Einsatz bei vergleichsweise hohen Drehzahlen von mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute (1/min) ermöglicht.
Zur Schmierung bringen so genannte Luft-Öl-Aggregate das Schmieröl in einen Druckluftstrom ein, der das Schmieröl zur gewünschten Lagerstelle transportiert. Die Dosierrate derartige Stand-Alone-Einheiten beträgt ca. 50 μl/h bis 1000 μl/h. Ein solches Aggregat ist kostenintensiv und hat eine vergleichsweise lange Totzeit von bis zu 1 Stunde, bis sich der vorgewählte Volumenstrom konstant einstellt. Eine Flussrate, die kleiner als 50 μl/h ist, kann mit diesem Aggregat nicht zweckdienlich umgesetzt werden.
So ist es beispielsweise aus der DD 268 747 A1 bekannt, zur Ölschmierung von Wälzlagern Druckluft als Trägermedium einzusetzen. Hierzu sind an einen Mischraum eine Druckluftleitung und ein von einer Öl-Leitung versorgtes Dosierventil angeschlossen. Der Mischraum ist über eine Öl-Luft-Leitung mit einem porösen Körper verbunden, der in gleicher Ebene konzentrisch mit einem Distanzring fest verbunden ist.
Aus der DE 101 64 918 64 ist ein Schmierungssystem für ein Wälzlager bekannt, bei dem Schmieröl durch einen Schmierölweg in einem Außenringabstandhalter in einem Raum zugeführt wird, in welchem mehrere Wälzelemente vorgesehen sind. Wie auch aus der DE 698 33 687 T2 bekannt, wird zur Schmierung des Lagerinneren das Schmieröl in den zwischen einem Innenring und einem Außenring gebildeten Raum hineingestrahlt oder -gesprüht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einem Schmierungssystem anzugeben, das eine geeignete Dosierung des Schmiermittels ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu umfasst das Schmierungssystem des Wälzlagers eine flexible Schmiermittelleitung und einen Piezoaktor, der einen auf die Schmiermittelleitung einwirkenden Druckkolben betätigt, so dass infolge einer kurzzeitigen lokalen Querschnittsverengung der Schmiermittelleitung das Schmiermittel aus der Schmiermittelleitung austritt. Auf diese Weise ist eine gezielt dosierbare und direkte, insbesondere tröpfchenweise, Schmiermitteleinbringung an die Kontaktflächen der Lagerteile ermöglicht.
Das Schmiermittelsystem arbeitet vorteilhafterwiese druckluftfrei, so dass die Verwendung von Druckluft als Trägermedium für das Schmieröl entfällt. Die mittels des Schmierungssystems erzielbare Dosier- oder Flussrate ist besonders gering und beträgt bei einer Tröpfchengröße von ca. 5 nl bis 100 nl beispielsweise etwa 5 μl/h bis 500 μl/h. Das erfindungsgemäße Wälzlager eignet sich daher besonders zur Lagerung von Werkzeugmaschinenspindeln und bei hohen Drehzahlen von größer oder gleich 30.000 1/min.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist das Austrittsende der Schmiermittelleitung direkt, d. h. unmittelbar gegen die Wälzkörper gerichtet. Bei einer bevorzugten Ausführung des Wälzlagers mit einem Wälzkörperkäfig ist das Austrittsende der Schmiermittelleitung in einen Lagerinnenraum zwischen dem Wälzkörperkäfig und geeigneterweise dem Außenring geführt. Das Austrittsende kann auch zwischen dem Wälzkörperkäfig und dem Innenring in den entsprechenden Lagerinnenraum einmünden.
Das Schmierungssystem weist zweckmäßigerweise eine Ringkammer auf, die den Piezoaktor und die Schmiermittelleitung sowie zweckmäßigerweise eine Zuführungsleitung aufnimmt. Diese dient als Verbindungsleitung zwischen einem Schmiermittelreservoir und der beispielsweise als elastischer, aus Gummi bestehender Mikroschlauch ausgeführten Schmiermittelleitung. Die Ringkammer ist über ein Verbindungselement am Außenring, am Innenring und/oder an einer der seitlichen, den zwischen raum zischen den Lagerringen abdichtenden Lagerdichtungen des Wälzlagers gehalten.
In die flexible Schmiermittelleitung oder in die hiermit verbundene Zuführungsleitung kann ein Rückschlagventil eingeschaltet sein, um einen unerwünschten Schmiermittelrückfluss zu verhindern. Alternative kann der Druckkolben des Piezoaktors mit einer in Längsrichtung der Schmiermittelleitung schräg verlaufenden und dabei von deren Austrittsende weg geneigten Betätigungsfläche ausgebildet sein. Ein derartige Druckkolbenausbildung ist aus der DE 103 37 484 B4 an sich bekannt, die eine Mikrodosiervorrichtung mit einem Piezostapelaktor und mit einer von diesem betätigte Fluidleitung zur dosierten Abgabe von Flüssigkeiten beschreibt. Dadurch wird bewirkt, dass bei einer über den Piezoaktor – vorzugsweise gesteuert – eingeleiteten Zustellbewegung des Druckkolbens eine Vorzugsrichtung des verdrängten Schmiermittels zum Austrittsende der Schmiermittelleitung hin hergestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung ein Wälzlager mit zugeordnetem Schmierungssystem mit einer nach dem Hubkolbenprinzip arbeitenden Dosiereinrichtung, und
2 und 3 schematisch die Dosiereinrichtung mit einem piezoelektrisch betätigten Druckkolben und einer hiermit zusammenwirkenden flexiblen Schmiermittelleitung
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Wälzlager 1 mit zugeordnetem Schmierungs- oder Dosiersystem 2, das nach Art eines Mikrodispensers als Minimalmengen-Schmiereinrichtung wirksam ist.
Das Wälzlager 1 weist einen nachfolgend auch als Lagerring bezeichneten Außenring 3 und einen ebenfalls nachfolgend auch als Lagerring bezeichneten Innenring 4 auf, der beispielsweise auf einer (nicht dargestellten) Spindelwelle einer Werkzeugmaschine drehfest aufsitzt. Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 4 sind Wälzkörper 5 angeordnet, die bei einer Verdrehung der Lagerringe 3 und 4 gegeneinander rotieren. Ein Wälzlagerkäfig 6 hält die Wälzkörper 5 innerhalb eines Lagerspaltes 7 zwischen den beiden Lagerringen 3 und 4 in gleichem Abstand.
Auf der dem Schmierungssystem 2 zugewandten Seite des Wälzlagers 1 sind Verbindungselemente 9, 10, 11 vorgesehen. Dabei ist ein dem Schmierungssystem 2 zugeordnetes Verbindungselement 10 nach Art eines Rasthakens ausgebildet, der zur Ausbildung eines Rastgesperres oder dergleichen einen an dem Verbindungselement 9 angeformten Haltekragen 11 hintergreift, der das lagerseitige Verbindungselement bildet.
Das Verbindungselement 10 ist Teil eines L-förmigen seitlichen Gehäuseringes 12, der zusammen mit einem dem Innenring 4 zugeordneten L-förmigen inneren Gehäusering 13 und einem dem Außenring 3 zugeordneten äußeren Gehäusering 14 einen Ringraum 15 des Schmierungssystems 2 bildet. Innerhalb des Ringraums 15 ist entlang des L-förmigen seitlichen Gehäuseringes 12 eine Zuführungsleitung 16 angeordnet, die in nicht näher dargestellter Art und Weise mit einem Schmierölreservoir verbunden ist.
Andererseits ist diese Zuführungsleitung 16 zum Einbringen von Schmieröl in das Wälzlager 1 mit einer flexiblen Schmiermittelleitung 17 verbunden, die mittels eines Piezoaktors 18 nach dem Hubkolbenprinzip betätigbar ist. Die flexible Schmiermittelleitung 17 mündet mit deren Austrittsende 19 in einen zwischen den beiden Lagerringen 3 und 4 gebildeten Lagerinnenraum 20 ein. Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Einmündung der flexiblen Schmiermittelleitung 17 ist im Bereich zwischen dem Wälzlagerkäfig 6 und dem Außenring 3 vorgesehen. Die Schmiermittelleitung 17 kann jedoch auch gegen den Innenring 4 gerichtet sein.
Über die Schmiermittelleitung 17 wird Schmieröl als Schmiermittel in den Lagerspalt 7 und somit an die Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern 5 und den Lagerringen 3, 4 gefördert. Für eine gezielte Minimalmengenschmierung und damit für eine definierte Dosierung der Schmiermittelaustragung aus dem Schmierungssystem 2 – bzw. einer gezielten, definierten Schmiermitteleinbringung in das – Wälzlager 1 umfasst der Piezoaktor 18 ein Piezoelement in Form eines piezoelektrischen Stapelaktors (Piezostapelaktor) 21 und einen von diesem betätigten Druckkolben 22.
Der Druckkolben 22 beaufschlagt in der in den 2 und 3 veranschaulichten Art und Weise die flexible Schmiermittelleitung 17 von außen. Hierzu wird der Piezoaktor 18 in nicht näher dargestellter Art und Weise elektrisch oder elektronisch derart gesteuert, dass kurzzeitig der Druckkolben 22 gegen die Schmiermittelleitung 17 impulsartig verfahren wird, so dass eine spontane, insbesondere lokale Querschnittsverengung der flexiblen Schmiermittelleitung 17 erfolgt. Dadurch wird eine kurzeitige stoßweise Volumenänderung erzeugt mit der Folge, dass ein dosierter Ausstoß von Schmiermittel 23 in tröpfchenform als Schmiermitteltropfen erfolgt.
Ein in den 2 und 3 dargestelltes Rückschlagventil 24 verhindert einen Rückfluss von Schmiermittel 23 in die Zuführungsleitung 16 und über diese in das Ölreservoir. Vorzugsweise arbeitet das Schmierungssystem 2 ohne Rückschlagventil, wobei dann der Druckkolben 22 in aus der DE 103 37 484 B4 bekannten Weise geeigneterweise mit schräg verlaufender Kontakt- oder Berührungsfläche 25 ausgeführt ist.
Die erzielbare Tröpfchengröße der Schmiermitteltröpfchen 23 beträgt etwa 5 nl bis 100 nl. Hierzu wird die flexible Schmiermittelleitung 17 mittels des Piezoaktors 18 gezielt und impulsartig oder kurzzeitig verformt. Mittels dieses Schmierungssystems 2 wird das Schmiermittel 23 des piezoelektrisch betriebenen Dosiersystems 2 über die flexible Schmiermittelleitung 17 direkt und druckluftlos an die Kontaktflächen und damit in die Lagerlaufbahn des Wälzlagers 1 gespritzt.

1: Wälzlager
2: Schmierungs-/Dosiersystem
3: Außen-/Lagerring
4: Innen-/Lagerring
5: Wälzkörper
6: Wälzkörperkäfig
7: Lagerspalt
9: Verbindungselement
10: Verbindungselement
11: Verbindungelement
12: seitlicher Gehäusering
13: innerer Gehäusering
14: äußerer Gehäusering
15: Ringraum
16: Zuführungsleitung
17: Schmiermittelleitung
18: Piezoaktor
19: Austrittsende
20: Lagerinnenraum
21: Stapelaktor/Piezoelement
22: Druckkolben
23: Schmiermittel-/tropfen
24: Rückschlagventil
25: Kontakt-/Berührungsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DD 268747 A1 [0005]
- DE 1016491864 [0006]
- DE 69833687 T2 [0006]
- DE 10337484 B4 [0012, 0024]

Claims

Wälzlager (1), insbesondere zur Lagerung einer Spindel einer Werkzeugmaschine, mit einer Anzahl von zwischen einem Außenring (3) und einem hierzu relativ beweglichen Innenring (4) gehaltenen Wälzkörpern (5) sowie mit einem Schmierungssystem (2) zum Einbringen eines Schmiermittels (23) an die Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern (5) und dem Innen- bzw. Außenring (4 bzw. 3), wobei das Schmierungssystem (2) eine Zuführungsleitung (16) und eine mit dieser verbundene flexible Schmiermittelleitung (17) mit einem zwischen den Außenring (3) und den Innenring (4) geführten Austrittsende (19) sowie einen Piezoaktor (18) aufweist, der einen auf die Schmiermittelleitung (17) einwirkenden Druckkolben (22) derart betätigt, dass infolge einer kurzzeitigen lokalen Querschnittsverengung der Schmiermittelleitung (17) das Schmiermittel (23) druckluftfrei aus der Schmiermittelleitung (17) austritt.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, wobei das Austrittsende (19) der Schmiermittelleitung (17) gegen die Wälzkörper (5) gerichtet ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Wälzkörperkäfig (6), wobei das Austrittsende (19) der Schmiermittelleitung (17) in einen La gerraum (20) zwischen dem Wälzkörperkäfig (6) und dem Außenring (3) bzw. dem Innenring (4) einmündet.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schmierungssystem (2) eine die Schmiermittelleitung (17) und den Piezoaktor (18) aufnehmende Ringkammer (15) aufweist, die über ein Verbindungselement (10, 11) am Außenring (4), am Innenring () und/oder an einer Lagerdichtung (9) gehalten ist.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schmierungssystem (2) derart ausgebildet ist, dass bei einer Zustellbewegung des Druckkolbens (22) eine Vorzugsrichtung des verdrängten Schmiermittels (23) zum Austrittsende (19) der Schmiermittelleitung (17) hin hergestellt ist.