-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie insbesondere vorteilhaft an schnelldrehenden Wälzlagern, wie beispielsweise an Spindellagern in Werkzeugmaschinen oder an Wellenlagern für Turbolader an Verbrennungsmotoren, anwendbar.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass die Aufgabe von Käfigen in Wälzlagern darin besteht, für einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Wälzkörpern zu sorgen. Außerdem unterstützt der Käfig die Führung der Wälzkörper und sorgt für eine zusätzliche Dämpfung beim Einsatz unter Vibrationen.
-
Zur Gewährleistung einer hohen Lebensdauer von Wälzlagern ist es zudem unabdingbar, die Wälzkörper mittels eines Schmierstoffes zu schmieren. Der Schmierstoff verhindert im Wälzlager den unmittelbaren metallischen Kontakt zwischen Wälzkörpern, Lagerringen und Käfig und schützt somit vor Verschleiß und Korrosion. Die Schmierstoffauswahl ist dabei abhängig von den Betriebsbedingungen und hängt erster Linie vom Temperaturbereich, den vorkommenden Drehzahlen sowie den Umgebungseinflüssen ab. Unter normalen Betriebsbedingungen werden Wälzlager meist mit Fett geschmiert. Schmierfett hat gegenüber Schmieröl den Vorteil, dass es leichter in der Lagerstelle zurückgehalten werden kann, vor allem bei schräger oder senkrechter Anordnung der Lagerachse. Ölschmierung wird dagegen im Allgemeinen vorgesehen, wenn hohe Drehzahlen oder Betriebstemperaturen eine Fettschmierung nicht mehr zulassen, wenn Reibungs- oder Fremdwärme aus der Lagerstelle abgeführt werden soll oder wenn benachbarte Maschinenteile mit Öl geschmiert werden.
-
Um bei Ölschmierung eine kontinuierliche Schmiermittelzufuhr zu ermöglichen, ist es allgemein üblich, den Außenring, ähnlich wie bei der Lösung gemäß
DE 102013208518 A1 , mit einer oder mehreren den Ring radial durchsetzenden Schmiermittelbohrungen auszubilden, die jeweils an der Außenseite und Innenseite des Rings münden. Die Schmiermittelbohrungen werden dabei mit einem in einem Gehäuse oder Ähnlichem, in das das Wälzlager eingesetzt ist, realisierten Schmiermittelzuführsystem gekoppelt, so dass von außerhalb des Wälzlagers das Schmiermittel dem Außenring zugeführt wird und über die Schmiermittelbohrungen in das Wälzlagerinnere gelangt.
-
Da bei dieser Art der Schmiermittelzuführung jedoch zur Verschleißreduzierung die Schmiermittelbohrungen von den Lagerkugeln nicht überrollt werden sollen, können die Schmiermittelbohrungen nur in der Nähe des Kugel-Laufbahnkontaktes eingebracht werden, das heist, der von außen in das Wälzlager eingeführte Schmierstoff ist von der Stelle, an der benötigt wird etwas weiter weg und muss erst zum Kugel-Laufbahnkontakt befördert werden. Insbesondere beim Anlauf der Spindel einer Werkzeugmaschine nach längerem Stillstand steht somit der in den Spindellagern benötigte Schmierstoff nicht sofort zur Verfügung, so dass es zu kurzen Trockenlaufzeiten in den Spindellagern kommen kann, die einen erhöhten Verschleiß und einen vorzeitigen Lagerausfall verursachen können.
-
Weiterhin ist es allgemein bekannt, dass bei den meisten Käfigkonstruktionen aus gespritztem Kunststoff der Käfig über den Wälzkörpersatz geführt wird. Dadurch besteht die Gefahr, dass der Schmierstoff durch den Käfig vom Wälzkörper abgestreift wird, so dass der Schmierfilm insbesondere bei höheren Drehzahlen abbricht und das Lager schnell überhitzt. Alternativ dazu werden Käfige oft auch am Außenring des Lagers geführt. Eine Verwendung von außenringgeführten Käfigen aus gespritztem Kunststoff für Wälzlager mit höheren Drehzahlen ist jedoch ebenfalls nicht möglich, da ein Thermoplast aufgrund der reibungsbedingt entstehenden Anschmierungen und der daraus resultierenden Überhitzung des Wälzlagers nicht als Gleitlagerpaarung zum Stahlaußenring eingesetzt werden kann.
-
Eine Möglichkeit sämtliche beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden wäre es, den Käfig, ähnlich wie in den Druckschriften
DE 2 326 405 A1 und
DE 10 2017 108 886 A1 beschrieben, komplett aus einem mikroporösem Kunststoff mit offenen Poren herzustellen, wobei in den Poren ein Schmierstoff und/oder ein Additiv eingelagert sowie durch Kapillarwirkung zu den Taschen der Wälzkörper weitergeleitet wird. Im Lagerbetrieb fließt somit der Schmierstoff, mit dem der bevorzugt durch einen Polyurethanschaum gebildete poröse Kunststoff getränkt ist, zu den Oberflächen des Käfigs sowie zu den Wänden der in diesem angeordneten Wälzkörpertaschen, so dass er durch die Poren in den Oberflächen und in den Taschenwänden an die Wälzkörper und an die Lagerringe abgegeben wird.
-
Nachteilig an dieser Art der Lagerschmierung ist jedoch die begrenzte Speicherkapazität des porösen Kunststoffmaterials des Käfigs an Schmierstoff. Da sich der aus dem Käfig abgegebene Schmierstoff über eine längere Betriebsdauer des Wälzlagers allmählich verbraucht, wird der Füllgrad des Käfigs mit Schmierstoff immer geringer bis kein Schmierstoff mehr in den Poren des Käfigs vorhanden ist. Zur Vermeidung von aus Mangelschmierung resultierenden Lagerschäden ist es somit notwendig, solche Wälzlager regelmäßig auszutauschen oder regelmäßige Intervalle zum Nachfüllen der Käfigporen mit neuem Schmierstoff einzuhalten. Im Falle einer Werkzeugmaschine geht jedoch beides mit längeren Wartungsarbeiten einher, deren Folge ineffiziente Produktionsunterbrechungen sowie erhöhte Herstellungskosten sind.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager zu konzipieren, bei dem die Schmierung von Käfig und Wälzkörpern direkt und zeitlich unbegrenzt sowie auch nach einem Lagerstillstand sofort zur Verfügung steht, so dass aus Mangelschmierung resultierende Lagerschäden und längere Wartungsarbeiten zum Austausch des Wälzlagers oder zum Nachfüllen von Schmierstoff wirksam vermieden werden.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der Käfig an seiner Außenumfangsfläche und/oder an seinen Seitenflächen mit mindestens einer dessen Querschnittshöhe und/oder dessen Querschnittslänge vergrößernden Erweiterung aus dem gleichen mikroporösen Kunststoff wie der übrige Käfig ausgebildet ist, wobei der Erweiterung über lagerinterne oder über lagerexterne Zuleitungen der zu den Taschen des Käfigs weiterzuleitende Schmierstoff zuführbar ist.
-
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlager vorgesehen, dass der Käfig in einer ersten Ausführungsform ein wälzkörpergeführter Käfig ist und die Erweiterung des Käfigs als einseitig aus dem Wälzlager herausragende Verlängerung des Käfigquerschnitts ausgebildet ist. Die Verlängerung des Käfigquerschnitts ist dabei einstückig an den Käfig angeformt oder als Einzelteil ausgebildet, welches mit einer radialen Seitenfläche des Käfigs verbunden ist.
-
Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers, dass der zu den Taschen des Käfigs weiterzuleitende Schmierstoff zunächst der Außenfläche der Verlängerung des Käfigquerschnitts über aus einer als lagerexterne Zuleitung ausgebildete Schmierstoff-Dosiereinrichtung abgegebene Schmierstofftropfen zuführbar ist. Je nach Einbaulage des Wälzlagers ist es jedoch auch möglich, an die/der Verlängerung des Käfigquerschnitts endseitig einen winkligen Auffangring anzuformen/zu befestigen und die Schmierstofftropfen der Außenfläche dieses Auffangringes zuzuführen.
-
Eine alternative zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers ist es nach Anspruch 4 des Weiteren, dass der Käfig ein bordgeführter Käfig ist und die Erweiterung des Käfigs als einseitige Verdickung des Käfigquerschnitts ausgebildet ist, die an einem die äußere Laufbahn im äußeren Lagerring begrenzenden Bord anliegt. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Verdickung des Käfigquerschnitts entweder einstückig an den Käfig angeformt oder als aus dem gleichen Kunststoff bestehendes Einzelteil mit der Außenumfangsfläche des Käfigs verbunden werden.
-
Diese zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlager zeichnet sich dabei gemäß Anspruch 5 dadurch aus, dass der zu den Taschen des Käfigs weiterzuleitende Schmierstoff zunächst der einseitigen Verdickung des Käfigquerschnitts über mehrere als Schmierstoffbohrungen im äußeren Lagerring ausgebildete lagerinterne Zuleitungen zuführbar ist, die mit ihren Auslassöffnungen in den Bord des äußeren Lagerrings mündend angeordnet sind. Über die einseitige Verdickung des Käfigquerschnitts wird dann der durch die Schmierstoffbohrungen zugeführte Schmierstoff im Käfig aufgenommen und durch die Kapillarwirkung des porösen Kunststoffes zu den Taschen der Wälzkörper weitergeleitet. Gleichzeitig wird dabei vorteilhafterweise der Kontakt zwischen dem die äußere Laufbahn begrenzenden Bord und dem Käfig permanent geschmiert, so dass eine bisher nicht mögliche Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffes für den Käfig nunmehr möglich ist.
-
Eine zweckmäßige Weiterbildung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers ist es nach Anspruch 6 darüber hinaus noch, dass die Einlassöffnungen der Schmierstoffzuleitungen durch zwei axial beidseitig dieser Einlassöffnungen in umlaufenden Nuten in der Außenmantelfläche des äußeren Lagerrings fixierte und mit einem Lagergehäuse mit weiteren Schmierstoffzuleitungen in Dichtverbindung stehende Dichtringe gegen Schmierstoffleckagen abgedichtet sind.
-
Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers durch Anspruch 7 noch vorgeschlagen, dass der Käfig durch 3D-Druck hergestellt ist und aus einem PUR-Hartschaum besteht, der eine Porösität zwischen 10 und 70 Vol.% aufweist und durch geeignete Verstärkungsstoffe, wie zum Beispiel Glas, Carbon, endlose Fasern oder Gewebeeinlagen, Metall oder mineralische Partikel, mit erhöhten mechanischen Eigenschaften ausgebildet ist.
-
Das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Wälzlagern den Vorteil auf, dass es durch die Verwendung eines mikroporösen Kunststoffes für den Käfig und durch die Ausbildung des Käfigs mit mindestens einer dessen Querschnittshöhe und/oder dessen Querschnittslänge vergrößernden Erweiterung aus dem gleichen mikroporösen Kunststoff wie der übrige Käfig einen Käfig aufweist, bei dem die Schmierung von Käfig und Wälzkörpern direkt und zeitlich unbegrenzt sowie auch nach einem Lagerstillstand sofort zur Verfügung steht, so dass aus Mangelschmierung resultierende Lagerschäden und längere Wartungsarbeiten zum Austausch des Wälzlagers oder zum Nachfüllen von Schmierstoff wirksam vermieden werden.
-
Figurenliste
-
Das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 einen Halbschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers;
- 2 einen Halbschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Aus den 1 und 2 geht deutlich jeweils ein als einreihiges Schrägkugellager ausgebildetes Wälzlager 1 hervor, welches aus einem äußeren Lagerring 2 mit einer äußeren Laufbahn 3, einem koaxial zu dem äußeren Lagerring 2 angeordneten inneren Lagerring 4 mit einer inneren Laufbahn 5 sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 4 auf deren Laufbahnen 3, 5 abrollender und als Lagerkugeln ausgebildeter Wälzkörper 6 beseht, die durch einen mit mehreren über seinen Umfang verteilten Taschen 7 ausgebildeten Käfig 8 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Durch eine Doppelschraffur des Käfigquerschnitts ist dabei in beiden Figuren angedeutet, dass der Käfig 8 durch 3D-Druck hergestellt ist und aus einem mikroporösem PUR-Hartschaum besteht, der eine Porösität zwischen 10 und 70 Vol.% aufweist und durch geeignete Verstärkungsstoffe, wie zum Beispiel Glas, Carbon, endlose Fasern oder Gewebeeinlagen, Metall oder mineralische Partikel, mit erhöhten mechanischen Eigenschaften ausgebildet ist. Die im Käfig 8 gebildeten Poren sind mit einem Schmierstoff und/oder einem Additiv befüllt, welches durch Kapillarwirkung zu den Taschen 7 der Wälzkörper 6 weitergeleitet werden kann.
-
Des Weiteren ist in den Zeichnungen zu sehen, dass der Käfig 8 entweder, wie in 2, an seiner Außenumfangsfläche 9 oder, wie in 1, an seinen Seitenflächen 10, 11 mit jeweils einer dessen Querschnittshöhe H oder dessen Querschnittslänge L vergrößernden Erweiterung 12 ausgebildet ist, die aus dem gleichen mikroporösen Kunststoff wie der übrige Käfig 8 besteht und über welche mittels lagerinterner oder lagerexterner Zuleitungen 13, 14 der zu den Taschen 7 des Käfigs 8 weiterzuleitende Schmierstoff zugeführt wird.
-
Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 ist der der Käfig 8 als wälzkörpergeführter Käfig ausgebildet, bei dem die Erweiterung 12 als einseitig aus dem Wälzlager 1 herausragende Verlängerung 15 des Käfigquerschnitts ausgebildet ist, welche einstückig an den Käfig 8 angeformt ist. Der zu den Taschen 7 des Käfigs 8 weiterzuleitende Schmierstoff wird somit zunächst in Form von aus einer als lagerexterne Zuleitung 13 ausgebildete Schmierstoff-Dosiereinrichtung abgegebenen Schmierstofftropfen 17 der Außenfläche der Verlängerung 15 des Käfigquerschnitts bzw. der Außenfläche des in 1 abgebildeten, endseitig angeformten winkligen Auffangrings 16 zugeführt und dann kontinuierlich durch Kapillarwirkung in die Taschen 7 des Käfigs 8 weitergeleitet.
-
Die aus 2 ersichtliche zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Käfig 8 ein bordgeführter Käfig ist und die Erweiterung 12 des Käfigs 8 als einseitige Verdickung 18 des Käfigquerschnitts ausgebildet ist, welche ebenfalls einstückig an den Käfig 8 angeformt ist und an einem die äußere Laufbahn 3 im äußeren Lagerring 2 begrenzenden Bord 19 anliegt. Der zu den Taschen 7 des Käfigs 8 weiterzuleitende Schmierstoff wird somit zunächst der einseitigen Verdickung 18 des Käfigquerschnitts zugeführt, wobei hierzu jedoch mehrere als Schmierstoffbohrungen im äußeren Lagerring 2 ausgebildete lagerinterne Zuleitungen 13 verwendet werden, die mit ihren Auslassöffnungen 20 in den Bord 19 des äußeren Lagerrings 2 münden. Gegen Schmierstoffleckagen sind die Einlassöffnungen 21 der Schmierstoff-Zuleitungen 13 dabei durch zwei zusätzliche Dichtringe 22, 23 abgedichtet, die axial beidseitig der Einlassöffnungen 21 in umlaufenden Nuten in der Außenmantelfläche des äußeren Lagerrings 2 fixiert sind und mit weiteren Schmierstoffzuleitungen in einem nicht näher dargestellten Lagergehäuse in Dichtverbindung stehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlager
- 2
- äußerer Lagerring
- 3
- äußere Laufbahn
- 4
- innerer Lagerring
- 5
- innere Laufbahn
- 6
- Wälzkörper
- 7
- Taschen
- 8
- Käfig
- 9
- Außenumfangsfläche von 8
- 10
- Seitenfläche von 8
- 11
- Seitenfläche von 8
- 12
- Erweiterung an 8
- 13
- lagerinterne Zuleitung
- 14
- lagerexterne Zuleitung
- 15
- Verlängerung
- 16
- Auffangring
- 17
- Schm ierstofftropfen
- 18
- Verdickung
- 19
- Bord von 2
- 20
- Auslassöffnungen von 14
- 21
- Einlassöffnungen von 14
- 22
- Dichtring
- 23
- Dichtring
- H
- Querschnittshöhe von 8
- L
- Querschnittslänge von 8
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013208518 A1 [0004]
- DE 2326405 A1 [0007]
- DE 102017108886 A1 [0007]
