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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, beispielsweise ein Schrägkugellager für die Lagerung von schnell drehenden Spindeln in Werkzeugmaschinen, mit einem Außenring mit einer äußeren Mantelfläche sowie mit einer in einer inneren Mantelfläche des Außenrings ausgebildeten Außenringlaufbahn, mit einem Innenring mit einer in einer äußeren Mantelfläche des Innenrings ausgebildeten Innenringlaufbahn, mit in der Außenringlaufbahn und in der Innenringlaufbahn abrollend angeordneten Wälzkörpern, und mit wenigstens einer im Außenring angeordneten, von seiner äußeren Mantelfläche bis nahe an die Außenringlaufbahn an der inneren Mantelfläche geführte Schmiermittelbohrung.
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Wälzlager bedürfen zum Betrieb einer ausreichenden Versorgung mit Schmiermittel. Besonders bei hohen Drehzahlen erfährt das Schmiermittel eine erhöhte Belastung, und vor allem Schmierfette gelangen dabei schnell an ihre Leistungsgrenze. Der Vorteil einer Fettschmierung liegt im Wesentlichen in der Möglichkeit, einen Schmiermittelvorrat vorzusehen, der auch bei Ausfall eines Schmiermittelzufuhraggregats eine hinreichende Versorgung des Wälzkontaktes mit Schmiermittel sicherstellt. Ein Nachteil der Fettschmierung ist der verhältnismäßig schnelle Verbrauch des Schmierfetts bei sehr hohen Drehzahlen. Bei solchen Betriebsbedingungen wird das Schmierfett derartig belastet, dass es nicht möglich ist, mit dem einmalig im Wälzlager eingebrachten Schmiermittelvorrat eine Lebensdauerschmierung vorzusehen.
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Aus der
DE 102 35 239 B4 ist ein mittels Schmierfett geschmiertes Schrägkugellager bekannt, mit dem eine Nachschmierung mit Schmierfett während seines Betriebs möglich ist, indem von Zeit zu Zeit über im Außenring angeordnete, rein radiale Schmiermittelbohrungen Schmierfett nahe an den Wälzkontakt gebracht wird. Die Ausführung einer rein radialen Bohrung stellt zwar fertigungstechnisch den minimalen Aufwand dar, führt aber zu einer hohen mechanischen Beanspruchung des Schmierfetts beim Fördern durch die Schmiermittelbohrung. Für die Verteilung des Schmiermittels am gesamten Umfang des Lagers wird in der Regel eine umlaufende Nut entweder in der äußeren Mantelfläche des Außenrings des Wälzlagers oder in eine umlaufende Nut in der inneren Mantelfläche der Aufnahmebohrung des Wälzlagers in einem Gehäuse vorgesehen.
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Bei rein radial verlaufenden Schmiermittelbohrungen, die nicht im Bereich der Druckellipse liegen sollen, muss die Ringnut seitlich versetzt von der Mitte positioniert werden. Des Weiteren soll die Nut für die Förderung des Schmierfetts mit einem möglichst großen Querschnitt ausgeführt sein, um das Schmierfett nicht durch Scherung zu schädigen. Gegebenenfalls ist es erforderlich, die Schmiermittelnut zur Umgebung hin durch beiderseitig angeordnete Dichtelemente, beispielsweise durch O-Ringe, abzudichten, um keine Druckverluste beziehungsweise Leckageverluste bei der Nachschmierung in Kauf nehmen zu müssen. Diese Dichtelemente liegen neben der Schmiermittelnut in dafür angeordneten Nuten. Dies führt zu Schwierigkeiten, wenn gleichzeitig die genormten Kantenverrundungen eingehalten werden sollen und ist vor allem bei axial schmalen Wälzlagern nicht möglich beziehungsweise nur durch eine starke Einengung von Toleranzen und Nutdimensionen machbar. Vor allem die Toleranzeinengung führt hierbei zu hohen Fertigungskosten. Des Weiteren ist der Übergang von der umlaufenden Nut zu rein radial verlaufenden Schmiermittelbohrungen relativ scharf, wodurch das Schmierfett beim Fördern von der Schmiermittelnut durch die Schmiermittelbohrungen zusätzlich geschert und geschädigt wird.
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Aus der
US 3 195 965 ist ein Wälzlager bekannt, in dessen Außenring von einer Seitenfläche ausgehende, schräg axial verlaufende Schmiermittelbohrungen angeordnet sind. Diese münden im Bereich des Wälzkörperkäfigs und dienen dazu, Schmiermittel und/oder Luft in der Weise in das Wälzlager einzuführen, dass der Käfig im Betrieb die Borde am Außenring und Innenring nicht berührt, sondern dazwischen schwebend geführt wird. Das Schmiermittel gelangt auch in den Bereich der Wälzkörper und schmiert diese. Diese Schmiermittelbohrungen sind nur in axialer Richtung geneigt und verlaufen ansonsten rein radial.
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Das gleiche gilt für das aus der
US 3 722 967 bekannte Wälzlager, dessen Wälzkörper über Düsen Schmiermittel zugeführt wird, welches über im Außenring angeordnete, schräg axial geneigte radiale Schmiermittelbohrungen einem Ölauffangbehälter zugeführt wird und von dort wieder in den Schmiermittelkreislauf gelangt.
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Aufgabe der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für ein Wälzlager der eingangs erwähnten Art eine Anordnung der Schmiermittelzufuhr vorzuschlagen, welche die Nachteile der bekannten Wälzlager vermeidet, indem durch einen geänderten Verlauf der Schmiermittelbohrungen im Wälzlager die Scherbeanspruchung des Schmiermittels vermindert wird, ohne dass bei einem solchen Wälzlager dadurch wesentlich erhöhte Fertigungskosten entstehen.
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Beschreibung der Erfindung
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Wälzlager, beispielsweise ein Schrägkugellager für die Lagerung von schnell drehenden Spindeln in Werkzeugmaschinen, mit einem Außenring mit einer äußeren Mantelfläche sowie mit einer in einer inneren Mantelfläche des Außenrings ausgebildeten Außenringlaufbahn, mit einem Innenring mit einer in einer äußeren Mantelfläche des Innenrings ausgebildeten Innenringlaufbahn, mit in der Außenringlaufbahn und in der Innenringlaufbahn abrollend angeordneten Wälzkörpern, und mit wenigstens einer im Außenring angeordneten, von seiner äußeren Mantelfläche bis nahe an die Außenringlaufbahn an der inneren Mantelfläche geführte Schmiermittelbohrung dadurch, dass im Außenring und/oder im Innenring die wenigstens eine Schmiermittelbohrung in Umfangrichtung des Lagerrings unter einem Winkel α von 90° > α > 0° in Bezug zu einer radialen Geraden, die senkrecht auf der Längsachse des Wälzlagers steht, geneigt ausgebildet ist.
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Durch die Neigung der wenigstens einen Schmiermittelbohrung in Umfangsrichtung kann das Schmiermittel ungehindert durch die Schmiermittelbohrung strömen und in Umfangsrichtung in das Innere des Wälzlagers gelangen, wodurch die Scherbeanspruchung des Schmiermittels vermindert und seine Gebrauchsdauer erhöht wird. Die Fertigungskosten sind zwar im Vergleich zu einer radialen Schmiermittelbohrung geringfügig erhöht, sie werden jedoch durch die längere Gebrauchsdauer des Schmiermittels im Wälzlager, die ein weniger häufiges Nachfüllen von Schmiermittel in das Wälzlager erfordert, wettgemacht.
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Der Anstellwinkel α der wenigstens einen Schmiermittelbohrung beträgt vorzugsweise 5° oder mehr. Der Winkel α in einem Anwendungsfall beispielsweise 45° und mehr betragen.
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Zusätzlich kann die wenigstens eine Schmiermittelbohrung in Achsrichtung des Wälzlagers unter einem Winkel β geneigt angeordnet beziehungsweise ausgebildet sein, so dass der Eingang der wenigstens einen Schmiermittelbohrung in der Mitte der äußeren Mantelfläche des Außenrings zu liegen kommt, obwohl der Ausgang dieser wenigstens einen Schmiermittelbohrung in der inneren Mantelfläche des Außenrings außerhalb der Druckellipse des Wälzlagers mündet. Dieser Winkel β beträgt ebenfalls mindestens 5°, er kann aber bis zu 45° und mehr betragen, je nach der Breite des Wälzlagers.
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Vorzugsweise sind mehrere Schmiermittelbohrungen vorgesehen, die in Umfangsrichtung gleichsinnig oder abwechselnd entgegengesetzt unter dem Winkel α geneigt verlaufen.
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Zur Verteilung des Schmiermittels um das Wälzlager herum kann in der äußeren Mantelfläche des Außenrings eine ununterbrochen oder eine unterbrochen umlaufende Ringnut ausgebildet sein, von der eine oder mehrere Schmiermittelbohrungen bis nahe an die Außenringlaufbahn an der inneren Mantelfläche geführt sind. Auf diese Weise lässt sich eine dosierte Verteilung der Schmiermittelzufuhr über den Umfang des Wälzlagers erreichen.
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Handelt es sich bei dem Wälzlager um ein Schrägkugellager, dann ist es vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Schmiermittelbohrung mit Abstand zum Druckwinkel des Schrägkugellagers in oder nahe an der Außenringlaufbahn mündet.
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Als besonders günstig für die Bemaßung des Durchmessers der Schmiermittelbohrungen hat sich je nach Größe des Wälzlagers und des verwendeten Schmiermittels ein minimaler Durchmesser von 0,7 mm bis zum 0,5-fachen der Nutbreite ergeben, wobei die Nutbreite zwischen 2 mm und dem 0,6-fachen der Außenringbreite betragen kann sowie die Nuttiefe zwischen 0,5 mm und dem 1,5-fachen der Nutbreite wählbar ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Außenrings eines Schrägkugellagers entlang der Linie A-A in 2, bei dem eine Schmiermittelbohrung in Umfangsrichtung sowie in Axialrichtung des Lagers geneigt ausgebildet ist;
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2 einen teilweisen Axialschnitt durch den Außenring gemäß 1;
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2a einen Querschnitt durch einen Teil eines Außenrings eines Schrägkugellagers entlang der Linie C-C in 2b, bei dem eine Schmiermittelbohrung nur in Umfangsrichtung geneigt ausgebildet ist;
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2b einen teilweisen Axialschnitt durch den Außenring gemäß 2a;
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3 einen teilweisen Axialschnitt durch ein Schrägkugellager, vollständig mit Innenring und käfiggeführten Kugeln;
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4 einen Querschnitt durch einen Außenring eines Schrägkugellagers entsprechend 1 mit drei Schmiermittelbohrungen, ausgehend von einer umlaufenden Nut;
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5 einen Querschnitt durch einen Außenring eines Schrägkugellagers entsprechend 4 mit drei Schmiermittelbohrungen, ausgehend von drei unterbrochenen Nutsegmenten;
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6 einen Querschnitt durch einen Außenring eines Schrägkugellagers mit vier Schmiermittelbohrungen, wovon jeweils zwei Schmiermittelbohrungen entgegengesetzt geneigt sind;
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7 einen teilweisen Axialschnitt durch einen Außenring eines Schrägkugellagers, ähnlich 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verlaufs einer Schmiermittelbohrung;
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8 einen teilweisen Axialschnitt durch einen Außenring entsprechend 2 gemäß einer dritten Ausführungsform;
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9 einen teilweisen Axialschnitt durch einen Außenring eines Schrägkugellagers entsprechend 2 gemäß einer vierten Ausführungsform;
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10 einen teilweisen Querschnitt durch einen Außenring eines Schrägkugellagers entsprechend 2 mit einer rechteckigen Schmiermittelnut in der äußeren Mantelfläche;
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11 einen teilweisen Querschnitt durch einen Außenring eines Schrägkugellagers gemäß 2 mit einer dritten Ausführungsform einer Nut in einer äußeren Mantelfläche.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt demnach einen Querschnitt durch einen Teil eines Außenrings 2 eines als Schrägkugellager ausgebildeten Wälzlagers 1 entlang der Linie A-A in 2. Der Außenring 2 weist eine radial äußere Mantelfläche 3 und eine innere radial Mantelfläche 4 auf, sowie eine Außenringlaufbahn 5 in der inneren Mantelfläche 4. Eine Schmiermittelbohrung 11 geht von einer radial außen angeordneten Schmiermittelnut 12 aus und verläuft unter einem Winkel α in Umfangsrichtung geneigt zur Außenringlaufbahn 5 beziehungsweise zu einer radialen Geraden 20, welche senkrecht auf der Längsachse des Wälzlagers 1 steht.
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Der Winkel α beträgt mehr als 5°, im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 45° gegenüber der radialen Geraden 20.
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Aus dem gegenüber der 1 um 90° gedrehten Schnittbild gemäß 2 ist ersichtlich, dass die Nut 12 etwa mittig in der äußeren Mantelfläche 3 des Außenrings 2 angeordnet ist, und dass die Schmiermittelbohrung 11 in Richtung der Längsachse des Wälzlagers 1 um den Winkel β geneigt verläuft. Die Schmiermittelbohrung 11 mündet in der Außenringlaufbahn 5 außerhalb einer nicht dargestellten, sich beim Betrieb des Wälzlagers 1 durch die Interaktion von Wälzkörpern 9, hier in Form von Kugeln, zwischen den Wälzkörpern 9 und der Außenringlaufbahn 5 ausbildenden Druckellipse. Der Winkel β ist ebenfalls ≥ 5° und kann bis zu 45° und mehr betragen.
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Der Durchmesser d der Schmiermittelbohrung 11 liegt je nach Größe des Wälzlagers 1 und des verwendeten Schmiermittels zwischen 0,7 mm bei sehr kleinen Wälzlagern und bei dem 0,5-fachen der Nutbreite b bei größeren Wälzlagern. Die Nutbreite b beträgt entsprechend den gleichen Kriterien zwischen 2 mm und dem 0,6-fachen der Außenringbreite B, während die Nuttiefe t zwischen 0,5 mm und dem 1,5-fachen der Nutbreite b beträgt.
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Die Schmiermittelbohrungen 11 können einen Kreisquerschnitt, einen ovalen oder einen rechteckigen bis quadratischen Querschnitt aufweisen und in Achsrichtung zylindrisch, konisch oder mit abgesetztem Durchmesser verlaufen. Ein vollständiges, als Schrägkugellager ausgebildetes Wälzlager 1 ist in 3 in einem Teilschnitt dargestellt. Die Kugeln 9 sind in einem Käfig 10 geführt und rollen an der Außenringlaufbahn 5 und an einer in einer äußeren Mantelfläche 7 eines Innenrings 6 angeordneten Innenringlaufbahn 8 ab.
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Um Druckverluste und Schmiermittelverluste aus der Nut 12 zu vermeiden, sind axial beiderseits dieser Nut 12 in der äußeren Mantelfläche 3 des Außenrings 2 Nuten 13 ausgebildet, in denen jeweils ein Dichtring 14 in Form von O-Ringen eingesetzt ist.
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Aufgrund der axialen Schräglage der Schmiermittelbohrung 11 unter dem Winkel β ist es möglich, die Nut 12 für das Schmiermittel etwa axial mittig im Außenring 2 anordnen, so dass weniger Probleme bei der Einhaltung der genormten Kantenverrundungen selbst bei schmalen Lagerringen auftreten und sich keine starken Einengungen von Toleranzen und Nutdimensionen ergeben.
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Es ist auch eine Ausführungsform möglich, bei welcher die wenigstens eine Schmiermittelbohrung im Außenring 2 nur in Umfangsrichtung geneigt ausgerichtet ist. Hierzu zeigt 2a einen Querschnitt durch einen Teil eines Außenrings 2 entlang der Linie C-C der 2b. Erkennbar weist dieser Außenring 2 eine nur in Umfangsrichtung unter einem Winkel α geneigt ausgebildete Schmiermittelbohrung 11b auf. Eine Neigung dieser Schmiermittelbohrung 11b schräg zur Längsachse des Schrägkugellagers ist Herstellkosten sparend nicht vorgesehen.
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4 zeigt einen vollständigen Querschnitt durch einen Außenring 2, der eine in der äußeren Mantelfläche 3 angeordnete, ununterbrochen umlaufende Nut 12 aufweist. Von dieser Nut 12 gehen drei gleichmäßig über den Umfang des Außenrings 2 verteilte sowie in Umfangsrichtung unter etwa α = 45° geneigte Schmiermittelbohrungen 11 aus, die rein radial verlaufen, oder wie in den 2, 3, 7 bis 9 dargestellt auch in Achsrichtung geneigt verlaufen können, und im Bereich der inneren Mantelfläche 4, nahe bei der Außenringlaufbahn 5 münden.
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Die Ausführungsform gemäß 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 4 nur dadurch, dass in der äußeren Mantelfläche 3a des Außenrings 2a drei in Umfangsrichtung unterbrochene Nutsegmente 12a, 12a’, 12a’’ ausgebildet sind, wobei die drei dargestellten Schmiermittelbohrungen 11 jeweils an einem Ende eines Nutsegments 12a, 12a’, 12a’’ angeordnet sind und im Bereich der radial inneren Mantelfläche 4a, nahe bei der Außenringlaufbahn 5a münden.
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6 zeigt eine Ausführungsform mit vier Schmiermittelbohrungen 11, 11a, die ausgehend von einer ununterbrochen umlaufenden Schmiermittelnut 12b in der äußeren Mantelfläche 3b des Außenrings 2b, jeweils in Umfangsrichtung paarweise entgegengesetzt gerichtet unter einem Winkel von α etwa 45° verlaufend im Bereich der radial inneren Mantelfläche 4b nahe bei der Außenringlaufbahn 5b münden.
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Die 7 zeigt einen teilweisen Axialschnitt durch einen Außenring 15 mit axial beiderseits einer Nut 12 in umlaufenden Nuten 13 angeordneten Dichtungen 14 in Form von O-Ringen. Eine Schmiermittelbohrung 19 ist von der Nut 12 in Richtung einer Lagerschulter 17a des Außenrings 15 geführt, von wo aus Schmiermittel axial fern von der Außenringlaufbahn 18 und einer Laufbahnüberhöhung 17b in das Wälzlager 1 gelangt.
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In 8 ist eine im Vergleich zu 7 umgekehrte Anordnung einer Schmiermittelbohrung 19a in einem Außenring 15a dargestellt, die ausgehend von einer äußeren Mantelfläche 16a im Bereich einer Laufbahnüberhöhung 17d mündet. Die Laufbahnüberhöhung 17d geht in eine Außenringlaufbahn 18 über, an die sich eine Lagerschulter 17c anschließt. Die Ausführungsform gemäß 1 ist ohne Nut in der Außenmantelfläche 16a ausgebildet, so dass die Schmiermittelbohrung 19a direkt von der äußeren Mantelfläche 16a ausgeht. Selbstverständlich ist es in diesem Fall auch möglich, im Bereich des Anfangs der Schmiermittelbohrung 19a eine Nut, wie in 7 dargestellt, vorzusehen. Der Winkel β der Schmiermittelbohrung 19 gemäß 7 beträgt etwa 40°, während der Winkel β bei der Ausführungsform gemäß 8 mehr als 50° beträgt.
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Die Ausführungsform gemäß 9 zeigt einen Außenring 15b mit einer von einer äußeren Mantelfläche 16b ausgehenden Schmiermittelbohrung 19b, deren Neigungswinkel β zur Geraden 20, welche senkrecht auf der Längsachse des Wälzlagers 1 steht, nur etwa 20° beträgt. Diese Schmiermittelbohrung 19b ist so angeordnet, dass sie in der Außenringlaufbahn 18 innerhalb der Druckellipse mündet. Der Außenring 16b weist eine Lagerschulter 17e und eine Laufbahnüberhöhung 17f auf, wie dies bereits bezüglich der 7 und 8 erläutert wurde.
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Während in 2, 3 und 7 die Nut 12 im Querschnitt eine Kreisbogenform aufweist, ist die Nut 12c in 10 rechteckig sowie die Nut 12d gemäß 11 im Querschnitt dreieckig-unsymmetrisch, wobei die Rechteckform der Nut 12c gemäß 10 für nur in Umfangsrichtung geneigte Schmiermittelbohrungen 11 besonders geeignet ist, während sich die dreieckförmige Nut 12d gemäß 11 für die auch in Achsrichtung geneigten Schmiermittelbohrungen 19, 19a, 19b besonders geeignet ist.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich alle auf ein Schrägkugellager. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf Schrägkugellager beschränkt ist, sondern sich auf alle Arten von Wälzlagern erstreckt, die eine laufende oder intermittierende Schmiermittelversorgung benötigen, beispielsweise Rillenkugellager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Nadellager u. dgl.
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Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2, 2a, 2b
- Außenring
- 3, 3a, 3b
- Äußere Mantelfläche
- 4, 4a, 4b
- Innere Mantelfläche
- 5, 5a, 5b
- Außenringlaufbahn
- 6
- Innenring
- 7
- Äußere Mantelfläche
- 8
- Innenringlaufbahn
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Käfig
- 11, 11a, 11b
- Schmiermittelbohrung
- 12
- Ununterbrochen umlaufende Nut
- 12a, 12a’, 12a’’
- Unterbrochen umlaufende Nut, Nutsegment
- 12b
- Ununterbrochen umlaufende Nut
- 12c
- Nut mit rechteckigem Querschnitt
- 12d
- Nut mit dreieckigem Querschnitt
- 13
- Nut für Dichtring
- 14
- Dichtring, O-Ring
- 15, 15a, 15b
- Außenring
- 16, 16a, 16b
- Äußere Mantelfläche
- 17a, 17c, 17e
- Lagerschulter
- 17b, 17d, 17f
- Laufbahnüberhöhung
- 18
- Außenringlaufbahn
- 19, 19a, 19b
- Schmiermittelbohrung
- 20
- Gerade
- b
- Nutbreite
- d
- Durchmesser der Schmiermittelbohrung
- g
- Druckwinkel des Schrägkugellagers
- t
- Nuttiefe
- B
- Außenringbreite
- α
- Winkel der Schmiermittelbohrung in Umfangsrichtung
- β
- Winkel der Schmiermittelbohrung in Achsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10235239 B4 [0003]
- US 3195965 [0005]
- US 3722967 [0006]
