DE102008060479A1

DE102008060479A1 - Innenring eines Rollenlagers

Info

Publication number: DE102008060479A1
Application number: DE200810060479
Authority: DE
Inventors: Volker Kestler; Horst Masuch
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-10
Also published as: CN102239338B; WO2010063282A1; CN102239338A; JP2010133559A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Innenring eines Rollenlagers, umfassend eine Wälzkörperlaufbahn, die sich bezüglich einer Rotationsachse des Innenrings axial zwischen zwei Borden des Innenrings mit jeweils einer Kontaktfläche zum Kontaktieren von Wälzkörperstirnseiten befindet, wobei der Innenring zwischen zumindest einem Bord und der Wälzkörperlaufbahn einen bezüglich der Rotationsachse des Innenrings umlaufenden Einstich aufweist. Um einen derartigen Innenring bereitzustellen, welcher, insbesondere in sehr schnell drehenden Wälzlagern, eine Erhöhung der Lebensdauer durch eine Verbesserung der Schmierverhältnisse ermöglicht, und der einfach und kostengünstig herzustellen ist und der ohne weitere Modifikationen des Wälzlagers anstelle eines herkömmlichen Innenrings eingesetzt werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Breite eines sich im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen befindlichen Teiles des Einstiches 15%-30% des Abstandes der beiden Kontaktflächen entspricht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Innenring eines Rollenlagers, umfassend eine Wälzkörperlaufbahn, die sich bezüglich einer Rotationsachse des Innenrings axial zwischen zwei Borden des Innenrings mit jeweils einer Kontaktfläche zum Kontaktieren von Wälzkörperstirnseiten befindet. Derartige Innenringe können die Wälzkörper durch die Kontaktflächen der Borde axial führen. In Kombination mit bordlosen Außenringen können solche Innenringe in einem Loslager, beispielsweise einem Zylinderrollenlager, eingesetzt werden. Ein Anwendungsgebiet solcher Loslager stellt die Lagerung von Spindeln z. B. in Werkzeugmaschinen dar.
Hintergrund der Erfindung
Derartige sich schnell drehende Spindeln, die entweder motorgetrieben oder fremdgetrieben sind, werden durch ein Festlager sowie ein Loslager gelagert. Die Spindel ist dabei drehfest mit den Innenringen der Festlager bzw. Loslager verbunden, während die Außenringe dieser Lager drehfest mit dem Gehäuse verbunden sind.
Bedingt durch die hohen Drehzahlen derartiger Spindeln in Werkzeugmaschinen, sind an die Schmierung der Wälzlager hohe Anforderungen zu stellen, um die gewünschte Lebensdauer zu erreichen. Gewöhnlich werden diese Wälzlager mit einer Fettschmierung betrieben. Im Falle der oben beschriebenen Loslager mit einem Innenring mit zwei Borden, sind insbesondere die Schmierungsverhältnisse am Innenring für die Lebensdauer entscheidend. Zum Einen muss der Kontakt zwischen Wälzkörper und Wälzkörperlaufbahn des Innenrings mit Schmierstoff versorgt werden. Darüber hinaus muss eine ausreichende Schmierung zwischen den Wälzkörperstirnflächen und den entsprechenden Kontaktflächen der Borde erfolgen, um die negativen Auswirkungen der Borreibung auf den Verschleiß zu reduzieren.
Aus fertigungstechnischen Gründen weisen die derzeit eingesetzten Innenringe typischerweise zwischen jedem Bord und der Wälzkörperlaufbahn einen umlaufenden Einstich auf. Dieser dient dazu, dass eine zur Bearbeitung der Wälzkörperlaufbahn verwendete Schleifscheibe die Wälzkörperlaufbahn im Bereich des späteren Kontakts mit den Wälzkörpern komplett bearbeiten kann. Ein derartiger Innenring ist aus der DE 1 021 657 bekannt.
Ein gewisser Teil eines solchen Einstichs erstreckt sich über einen Bereich zwischen den beiden Borden. Je größer dieser Teil des Einstiches ausgeführt wird, desto kleiner wird die maximal mögliche Breite der Wälzkörperlaufbahn. Da mit abnehmender Breite der Wälzkörperlaufbahn auch die Tragfähigkeit des Wälzlagers sinkt, wird gemäß dem Stand der Technik versucht, den Einstich möglichst klein auszuführen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Innenring der Eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welcher eine Erhöhung der Lebensdauer des Wälzlagers ermöglicht und welcher einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Innenring gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Demzufolge ist ein Innenring eines Rollenlagers, der eine Wälzkörperlaufbahn umfasst, die sich bezüglich einer Rotationsachse des Innenrings axial zwischen zwei Borden des Innenrings mit jeweils einer Kontaktfläche zum Kontaktieren von Wälzkörperstirnseiten befindet, wobei der Innenring zwischen zumindest einem Bord und der Wälzkörperlaufbahn einen bezüglich der Rotationsachse des Innenrings umlaufenden Einstich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite eines sich im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen befindlichen Teiles des mindestens einen Einstiches 15%–30% des Abstandes der beiden Kontaktflächen entspricht. Der Einstich erstreckt sich somit innerhalb der beiden Kontaktflächen über 15%–30% der Strecke zwischen den beiden Kontaktflächen. Die Breite des Einstiches sowie der Abstand der Kontaktflächen wird in einem die Rotationsachse des Innenrings umfassenden Schnitt parallel zur Laufbahn gemessen. In einem solchen Schnitt sind die beiden Kontaktflächen stets zueinander parallel. Bei einem Innenring eines Zylinderrollenlagers entspricht die Breite eines Einstiches somit der axialen Erstreckung des Einstiches. Der Innenring kann im Übrigen aus einem herkömmlichen Material für gattungsgemäße Innenringe bestehen, z. B. aus Wälzlagerstahl.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe zielt somit in eine völlig andere Richtung als die bisherige Lehre des Standes der Technik. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, dass zwar durch den erfindungsgemäßen Einstich eine Reduzierung der Breite der Wälzkörperlaufbahn und somit der Tragfähigkeit eines diesen Innenring umfassenden Wälzlagers resultiert. Entgegen der bisherigen Ansicht ist ein derart groß gewählter Einstich in bestimmten Anwendungen dennoch vorteilhaft, da die durch den Einstich entstandenen Vorteile diesen Nachteil aufwiegen.
So wird durch diesen Einstich ein entsprechend großes Schmiermitteldepot gebildet. Dadurch stellen sich deutlich bessere Schmierverhältnisse am Innenring ein. Insbesondere zeigte sich, dass durch die erfindungsgemäße Erstreckung des Einstiches zwischen den beiden Kontaktflächen über 15% bis 30%, vorzugsweise über 20% bis 25%, des Abstandes der beiden Kontaktflächen, eine überaus gute Schmierstoffförderung ermöglicht wird. Weiterhin führt die Positionierung des entstandenen Schmiermitteldepots an den Borden zu einer optimalen Schmierung der Kontaktfläche der Borde, indem der Schmierstoff von den Stirnflächen der Wälzkörper zu den Kontaktflächen der Borde gefördert wird.
Durch die resultierende Verkürzung der Wälzkörperlaufbahn des Innenrings ergibt sich außerdem eine geringere Reibung zwischen Wälzkörper und Innenring und somit entwickelt sich im Betrieb weniger Reibungswärme. Ein Vorteil der wiederum insbesondere bei sich schnell drehenden Wälzlagern besonders stark zum Tragen kommt.
Die Erfindung macht sich weiterhin zu Nutze, dass insbesondere bei hohen Drehzahlen die Wälzkörper aufgrund der Fliehkraft spürbar nach außen gedrückt werden. Zwar stellt der Einstich zunächst eine entsprechende Verkürzung der Breite der Wälzkörperlaufbahn dar, die auch eine nominelle Reduzierung der Tragfähigkeit nach sich zieht. Aufgrund der Fliehkräfte werden die Kontaktkräfte zwischen Wälzkörper und Wälzkörperlaufbahn des Innen rings jedoch reduziert, so dass die Reduzierung der Tragfähigkeit effektiv geringer ausfällt. Die durch die erfindungsgemäße Veränderung der Kontaktgeometrie zwischen Wälzkörperlaufbahn des Innenrings und Wälzkörper verursachte nominelle Reduzierung der Tragfähigkeit ist somit umso kleiner je größer die Drehzahl ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale beliebig kombinierbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Innenring zwischen jedem Bord und der Wälzkörperlaufbahn einen bezüglich der Rotationsachse des Innenrings umlaufenden Einstich auf, wobei die Breite des sich im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen befindlichen Teiles jedes Einstiches 15%–30% des Abstandes der beiden Kontaktflächen entspricht. Vorzugsweise liegt die Breite der sich im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen befindlichen Teile beider Einstiche zwischen den beiden Kontaktflächen in einem Bereich von 20% bis 25% des Abstandes der beiden Kontaktflächen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Breite beider Einstiche innerhalb der beiden Kontaktflächen gleich groß ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Einstich bzw. werden die Einstiche durch einen Hinterschnitt, eine Nut oder eine Rücknahme der Wälzkörperlaufbahn gebildet. Selbstverständlich kann ein Einstich auch andersartig bzw. durch Kombinationen der genannten Formen gebildet werden. Vorzugsweise ist der Einstich genauso wie die Wälzkörperlaufbahn und die beiden Kontaktflächen rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse des Innenrings ausgebildet. Ein Einstich kann sich von der benachbarten Kontaktfläche aus ausschließlich in Richtung der anderen, d. h. der gegenüberliegenden, Kontaktfläche erstrecken. Die Gesamtbreite des Einstiches entspricht somit der Breite des sich zwischen den Kontaktflächen befindlichen Teiles des Einstiches. Denkbar ist aber auch, dass sich ein Einstich darüber hinaus auch in die entgegengesetzte Richtung erstreckt. Es wird somit bezüglich der benachbarten Kontaktfläche eine Hinterschneidung gebildet. Die Tiefe eines Einstiches kann grundsätzlich beliebig groß gewählt werden. Auch wenn durch eine Vergrößerung der Tiefe des Einstiches die Benetzungsfläche nicht vergrößert wird, ist die Vergrößerung des Schmiermitteldepots dennoch vorteilhaft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Wälzkörperlaufbahn ballig ausgeführt. Der Innenring weist somit im Bereich der Wälzkörperlaufbahn eine konvexe Form auf. Vorzugsweise ist die Wälzkörperlaufbahn kreisballig ausgebildet, d. h. in einer die Rotationsachse des Innenrings umfassenden Schnittdarstellung weist die Wälzkörperlaufbahn eine konstante Krümmung auf. Gegenüber einer planen Wälzkörperlaufbahn werden die Durchmesser an den beiden axialen Enden der Wälzkörperlaufbahn hierzu reduziert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt eine Rücknahme der Wälzkörperlaufbahn an den axialen Enden der Wälzkörperlaufbahn 0,0025% bis 0,015%, vorzugsweise 0,005% bis 0,0125%, weiter vorzugsweise 0,01% bezogen auf den Durchmesser der Wälzkörperlaufbahn in der axialen Mitte der Wälzkörperlaufbahn. Bei einem Innenring eines Zylinderrollenlagers, dessen Durchmesser der Wälzkörperlaufbahn in der axialen Mitte 80 mm beträgt, wird der Durchmesser der Wälzkörperlaufbahn an den axialen Enden beispielsweise um 8 μm, also um 0,01% von 80 mm, reduziert. Der Vorteil einer balligen Wälzkörperlaufbahn ist, dass das Auftreten von Kantenläufern im Betrieb minimiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Innenring ein Innenring eines Zylinderrollenlagers. Die Wälzkörperlaufbahn entspricht somit einer Zylindermantelfläche, gegebenenfalls mit einer Balligkeit.
Die Vorteile der Erfindung kommen umso stärker zum Tragen, desto höher die Drehzahl eines Wälzlagers ist, das den erfindungsgemäßen Innenring aufweist. Demzufolge ist der Innenring vorzugsweise ein Innenring eines Rollenlagers für hohe Drehzahlen. Z. B. ist der Innenring in einem Wälzlager für eine Spindellagerung einer Werkzeugmaschine eingesetzt.
Ein Rollenlager umfassend einen erfindungsgemäßen Innenring, umfasst weiterhin rotationssymmetrische Wälzkörper, die auf der Wälzkörperlaufbahn abrollen können und deren Stirnflächen die Kontaktflächen der Borde kontaktieren können. Ein derartiges Rollenlager kann weiterhin einen Außenring umfassen. Alternativ können die Wälzkörper auch direkt in einem Gehäuse oder einer Anschlusskonstruktion abrollen. Vorzugsweise ist das Rollenlager ein Zylinderrollenlager. Denkbar ist aber auch, dass es sich um ein Schrägrollenlager oder Kegelrollenlager handelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Rollenlager um ein Zylinderrollenlager, welches als Loslager in einer Spindellagerung eingesetzt ist. Der Außenring des Rollenlagers ist hierfür bordfrei ausgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, hierbei zeigt:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
2 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Rollenlagers, umfassend einen erfindungsgemäßen Innenring,
4 eine schematische Schnittdarstellung eines Rollenlagers, umfassend einen erfindungsgemäßen Innenring,
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Spindel, die mittels eines erfindungsgemäßen Wälzlagers gelagert ist.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Innenring 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist eine Schnittdarstellung des Innenrings 1 in einer Schnittebene, die die Rotationsachse 12 des Innenrings 1 umfasst. Zu erkennen ist die Wälzkörperlaufbahn 2, die parallel zur Rotationsachse 12 verläuft. Die beiden Kontaktflächen 3, 4 der beiden Borde 5, 6 schließen die Wälzkörperlaufbahn 2 axial ein. Die beiden Kontaktflächen 3, 4 verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Wälzkörperlaufbahn 2 sowie zur Rotationsachse 12. Es handelt sich um einen Innenring 1 für ein Zylinderrollenlager.
Jeweils zwischen einem Bord 5, 6 und der Wälzkörperlaufbahn 2 befindet sich ein Einstich 7, 8. Die Breite der Einstiche 7, 8 ist mit 'a' bzw. 'b' gekennzeichnet und gibt die Größe der axialen Erstreckung der Einstiche im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen 3, 4 an. Beide Einstiche 7, 8 erstrecken sich axial ausschließlich in dem Bereich axial zwischen den beiden Kontaktflächen 3, 4. Die Breite 'a' bzw. 'b' entspricht in etwa 20% des mit 'c' gekennzeichneten Abstandes der beiden Kontaktflächen 3, 4. Die beiden Einstiche 7, 8 schließen sich jeweils axial direkt an die Kontaktflächen 3, 4 an. Der Übergang von Kontaktflächen 3, 4 zu den Einstichen 7, 8 sowie der Übergang zwischen den Einstichen 7, 8 und der Wälzkörperlaufbahn 2 ist durch Radien 9 verrundet.
Die Innenbohrung des Innenrings 1 weist eine konische Innenmantelfläche 10 auf.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Innenring 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Wesentlichen entspricht dieser dem Ausführungsbeispiel nach 1. Im Gegensatz hierzu ist die Wälzkörperlaufbahn 2 jedoch ballig ausgeführt und weist eine konvexe Form auf.
Der Punkt mit dem größten Durchmesser Dam befindet sich in der axialen Mitte der Wälzkörperlaufbahn 2. In beiden axialen Richtungen davon fällt der Durchmesser ab, d. h. die Wälzkörperlaufbahn 2 wird entsprechend radial zurückgenommen. Diese stetige Rücknahme weist einen minimalen Durchmesser Dae jeweils an den axialen Enden der Wälzkörperlaufbahn 2 auf.
In diesem Beispiel ist Dam = 80 mm während Dae = 79,992 mm ist.
3 zeigt ein Rollenlager 11, umfassend einen erfindungsgemäßen Innenring 1. Dargestellt ist wiederum eine Hälfte einer Schnittdarstellung umfassend die Rotationsachse 12 des Innenrings 1. Der Innenring 1 entspricht dem Ausführungsbeispiel nach 2.
Das Rollenlager stellt ein Zylinderrollenlager mit zylindrischen Wälzkörpern 13 dar, die zwischen der Wälzkörperlaufbahn 2 des Innenrings sowie einer Wälzkörperlaufbahn 14 eines Außenrings 15 abrollen. Der Außenring 15 ist bordlos ausgeführt, so dass sich ein Loslager ergibt.
4 zeigt ein Rollenlager 11, umfassend einen erfindungsgemäßen Innenring 1. Der Innenring weist zwei Einstiche 7, 8 auf, die als Hinterschnitte ausgeführt sind. Demzufolge weisen die Einstiche 7, 8 axiale Erstreckungen 'a' bzw. 'b' im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen auf, wobei diese Erstreckungen bzw. Breiten nur ein Teil der gesamten axialen Erstreckung bzw. Breite der Einstiche sind. So weisen die Einstiche 7, 8 jeweils eine axia le Erstreckung 'x' axial außerhalb der Kontaktflächen auf.
5 zeigt eine Spindel 16 einer Werkzeugmaschine, die einerseits durch Schrägkugellager 17 sowie andererseits durch ein erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager 18, z. B. gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 3 gelagert ist.

1: Innenring
2: Wälzkörperlaufbahn
3: Kontaktfläche
4: Kontaktfläche
5: Bord
6: Bord
7: Einstich
8: Einstich
9: Radius
10: Innenmantelfläche
11: Rollenlager
12: Rotationsachse
13: Wälzkörper
14: Wälzkörperlaufbahn
15: Außenring
16: Spindel
17: Schrägkugellager
18: Zylinderrollenlager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1021657 [0004]

Claims

Innenring eines Rollenlagers (11), umfassend eine Wälzkörperlaufbahn (2), die sich bezüglich einer Rotationsachse (12) des Innenrings (1) axial zwischen zwei Borden (5, 6) des Innenrings (1) mit jeweils einer Kontaktfläche (3, 4) zum Kontaktieren von Wälzkörperstirnseiten befindet, wobei der Innenring (1) zwischen zumindest einem Bord (5, 6) und der Wälzkörperlaufbahn (2) einen bezüglich der Rotationsachse (12) des Innenrings umlaufenden Einstich (7, 8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite eines sich im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen (3, 4) befindlichen Teiles des mindestens einen Einstiches (7, 8) 15%–30% des Abstandes der beiden Kontaktflächen (7, 8) entspricht.
Innenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des sich im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen (3, 4) befindlichen Teiles des mindestens einen Einstiches (7, 8) 20%–25% des Abstandes der beiden Kontaktflächen (7, 8) entspricht.
Innenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) zwischen jedem Bord (5, 6) und der Wälzkörperlaufbahn (2) einen bezüglich der Rotationsachse (12) des Innenrings (1) umlaufenden Einstich (7, 8) aufweist, wobei die Breite des sich im Bereich zwischen den beiden Kontaktflächen (3, 4) befindlichen Teiles jedes Einstiches (7, 8) 15%–30%, vorzugsweise 20%–25%, des Abstandes der beiden Kontaktflächen (3, 4) entspricht.
Innenring nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Einstich bzw. die Einstiche (7, 8) durch einen Hinterschnitt, eine Nut oder eine Rücknahme der Wälzkörperlaufbahn (2) gebildet wird bzw. werden.
Innenring nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperlaufbahn (2) ballig ausgeführt ist.
Innenring nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rücknahme der Wälzkörperlaufbahn (2) an den axialen Enden der Wälzkörperlaufbahn 0,0025% bis 0,015%, vorzugsweise 0,005% bis 0,0125%, weiter vorzugsweise 0,01% bezogen auf den Durchmesser der Wälzkörperlaufbahn (2) in der axialen Mitte der Wälzkörperlaufbahn (2) beträgt.
Innenring nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) ein Innenring eines Zylinderrollenlagers (18) ist.
Innenring nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) ein Innenring eines Rollenlagers für hohe Drehzahlen ist.
Rollenlager, umfassend einen Innenring (1) nach einem der Ansprüche 1–8 sowie rotationssymmetrische Wälzkörper (13), die auf der Wälzkörperlaufbahn (2) abrollen können und deren Stirnflächen die Kontaktflächen (3, 4) der Borde kontaktieren können.
Rollenlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenlager ein Zylinderrolienlager (18) ist.
Rollenlager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrollenlager (18) als Loslager in einer Spindellagerung eingesetzt ist.