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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-041252 , die am 15. März 2021 eingereicht wurde, und beansprucht deren Priorität gemäß PVÜ, wobei der gesamte Offenbarungsgehalt der genannten Anmeldung durch Bezugnahme als Teil dieser Anmeldung aufgenommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Gebiet der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, das z.B. für eine Spindel einer Werkzeugmaschine verwendet wird.
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(Beschreibung des Stands der Technik)
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Heutzutage werden immer mehr Leistungsverbesserungen bei Werkzeugmaschinen angestrebt, um einer Vielzahl von Anforderungen in verschiedenen Industriezweigen gerecht zu werden. Repräsentative Beispiele für Verbesserungen sind eine höhere Steifigkeit für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien, die Konsolidierung und Integration von Arbeitsschritten für eine hocheffiziente Bearbeitung, eine Fünf-Achsen-Konfiguration für die Bearbeitung komplexer Formen und eine kompaktere Größe zum Zweck der Platzeinsparung. Besonders stark nachgefragt wird die Bearbeitung in einer Aufspannung, da sie alle diese Verbesserungsanforderungen erfüllt. Bei der Bearbeitung in einer Aufspannung werden mit einer einzigen Werkzeugmaschine verschiedene Bearbeitungen durchgeführt - von der Schwerzerspanung vermittels langsamer und mittelschneller Spindeldrehungen bis zum Finish durch Hochgeschwindigkeitsdrehungen der Spindel. Kugellager, die für die Spindel einer solchen Werkzeugmaschine verwendet werden, müssen sowohl eine Hochgeschwindigkeitsdrehleistung als auch eine hohe Tragfähigkeit aufweisen, die in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen.
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Bei der Bearbeitung in einer Aufspannung werden auch Hochgeschwindigkeitsvorschübe für Spindel und Tisch verwendet, um die Produktivität zu steigern. Ferner erhöht sich bei der Bearbeitung komplexer Formen die Wahrscheinlichkeit, dass es zu unbeabsichtigten Kontakten zwischen einem Werkstück und einem an der Spindelspitze befestigten Werkzeug kommt, was zu Stoßbelastungen führt, die auf ein Lager einwirken. Sobald eine zulässige Grenze für das Lager überschritten wird, können solche Kontaktbelastungen Eindrücke auf dem Lager hinterlassen, die eine reibungslose und präzise Drehung der Spindel behindern können. Aus diesem Grund wird von einem Spindellager auch eine höhere Stoßfestigkeit verlangt, um das Auftreten von Eindrücken zu vermeiden oder zu verringern. Um dies zu erreichen, ist es zum Beispiel denkbar, ein Lager mit größerem Innen- und Außendurchmesser und entsprechend höherer Tragfähigkeit bereitzustellen. Dies erfordert jedoch eine Vergrößerung des Aufbaus um das Lager herum, einschließlich der Spindel, und kann somit zu einer Kostensteigerung bei der Herstellung von Spindeln und/oder zu einer Komplikation des Aufbaus um das Lager herum führen. Es besteht daher ein Bedarf an einem Spindellager mit höherer Tragfähigkeit bei gleichem Nenn-Innendurchmesser, Außendurchmesser und Breite wie bei herkömmlichen Produkten.
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Konkret kann man in Erwägung ziehen, Kugeln mit größeren Durchmessern als in aus dem Stand der Technik bekannten Hochgeschwindigkeitslagern wie dem in 3 gezeigten Lager A vorzusehen und zu verwenden. Dies bedeutet jedoch eine größere Kontaktfläche zwischen den Kugeln und den Laufbahnoberflächen sowie eine größere Zentrifugalkraft aufgrund des höheren Gewichts der Kugeln. Sie können zu einer häufigeren Wärmeentwicklung in dem Lager beitragen, wodurch das Lager für Hochgeschwindigkeitsdrehungen ungünstig ist. Insbesondere ein Innenring ist nicht nur einem höheren Kontaktflächendruck ausgesetzt als der Außenring, sondern weist auch eine schlechtere Wärmeableitung auf als der Außenring und erzeugt daher bei Hochgeschwindigkeitsdrehungen in Verbindung mit hohen Lasten mehr Wärme als der Außenring. Zudem ist es zwar bequemer, die Anzahl der Kugeln zu erhöhen, um eine höhere Tragfähigkeit zu erreichen, aber die erhöhte Anzahl der Kugeln führt zu einem geringeren Abstand zwischen den Kugeln als Wärmequelle und damit zu einer schlechteren Wärmeableitung und einer höheren Wärmeentwicklung.
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Ferner können größere Durchmesser der Kugeln eine entsprechende Verringerung der Dicke des Außenrings erzwingen. Dies führt dann zu einem größeren Unterschied in der Verformung einer Außenumfangsfläche des Außenrings unter hohen Belastungen zwischen Teilen der Außenringlaufbahnoberfläche, welche die Kugeln berühren, und Teilen der Außenringlaufbahnoberfläche, welche die Kugeln nicht berühren. Dies fördert Schwingungen mit größerer Amplitude und kann die Bearbeitungsgenauigkeit verringern.
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Daher wurde in der Vergangenheit versucht, eine Kühltechnologie, wie sie in Patentdokument 1 beschrieben ist, mit einer Schwingungsunterdrückungstechnologie, wie sie in Patentdokument 2 beschrieben ist, zu kombinieren, um ein Lager bereitzustellen, das sowohl eine Hochgeschwindigkeitsdrehleistung als auch eine ausgewogene Tragfähigkeit erreichen kann.
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[Verwandtes Dokument]
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[Patentdokument]
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- [Patentdokument 1] JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-062617
- [Patentdokument 2] JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2020-148220
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein derartiges Lager aus dem Stand der Technik erforderte jedoch eine erhebliche Änderung oder Komplikation in der Struktur einer Spindel einer Werkzeugmaschine, an der es eingesetzt wird, und konnte kein zufriedenstellendes Gleichgewicht zwischen einer Hochgeschwindigkeitsdrehleistung und einer Tragfähigkeit bei gleicher Nenngröße wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Produkten erzielen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schrägkugellager bereitzustellen, welches ein angemessenes Gleichgewicht zwischen einer Hochgeschwindigkeitsdrehleistung und Tragfähigkeit bei gleichem Nenn-Innendurchmesser, Außendurchmesser und Breite wie bei herkömmlichen Lagern sicherstellen kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Schrägkugellager bereit, das einen Innenring, einen Außenring, eine Vielzahl von Kugeln, die zwischen einer Laufbahnoberfläche des Innenrings und einer Laufbahnoberfläche des Außenrings angeordnet sind, und einen zylindrischen Käfig mit Taschen aufweist, die an einer Vielzahl von Umfangsstellen vorgesehen sind, wobei die Taschen die Kugeln in sich festhalten. Das Lager weist ein Verhältnis eines Abstands von Kugel zu Kugel zu einem Kugeldurchmesser von mindestens 0,16 und höchstens 0,35 auf, wobei der Abstand von Kugel zu Kugel dem Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Kugeln minus dem Kugeldurchmesser entspricht. Das Lager weist ebenfalls ein Verhältnis einer Innenringbahnkrümmung zu einer Außenringbahnkrümmung von mindestens 0,97 und höchstens 0,99 auf, wobei die Außenringbahnkrümmung dem 2-fachen eines Laufbahnradius für die Laufbahnoberfläche des Außenrings dividiert durch den Kugeldurchmesser entspricht und wobei die Innenringbahnkrümmung dem 2-fachen eines Laufbahnradius für die Laufbahnoberfläche des Innenrings dividiert durch den Kugeldurchmesser entspricht.
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Um durch das Lager während Hochgeschwindigkeitsdrehungen erzeugte Wärme zu unterdrücken, sollte das Verhältnis der Innenringbahnkrümmung zu der Außenringbahnkrümmung derart gewählt werden, dass es zwischen mindestens 0,97 und höchstens 0,99 liegt, so dass der Kontaktflächendruck an dem Innenring, der dazu neigt, anzusteigen, auf ein Maß verringert wird, das mit dem Kontaktflächendruck an dem Außenring vergleichbar ist, und gleichzeitig eine Wärmeableitung sichergestellt wird, indem das Verhältnis des Abstands von Kugel zu Kugel zu dem Kugeldurchmesser derart gewählt wird, dass es mindestens 0,16 beträgt. Gleichzeitig sollte das Verhältnis des Abstands von Kugel zu Kugel zu dem Kugeldurchmesser nicht mehr als 0,35 betragen, da die Kugeln in ausreichender Zahl vorhanden sein müssen, um eine Tragfähigkeit zu gewährleisten. Durch die Erfüllung dieser Anforderungen kann ein Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung die während Hochgeschwindigkeitsdrehungen erzeugte Wärme unterdrücken und gleichzeitig die Tragfähigkeit sicherstellen, und stellt deshalb ein angemessenes Gleichgewicht zwischen Hochgeschwindigkeitsdrehzahl und Tragfähigkeit bei gleichem Nenn-Innendurchmesser, Außendurchmesser und Breite wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Lagern sicher.
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Bevorzugt weist ein Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verhältnis der minimalen Dicke des Außenrings zu dem Kugeldurchmesser zwischen mindestens 0,39 und höchstens 0,63 auf, wobei die minimale Dicke des Außenrings einer minimalen Dicke zwischen einer Außenumfangsfläche und der Laufbahnoberfläche des Außenrings entspricht, und weist ein Verhältnis des Kugeldurchmessers zu einer Lagerquerschnittshöhe von zwischen mindestens 0,44 und höchstens 0,56 auf, wobei die Lagerquerschnittshöhe (ein Außendurchmesser des Außenrings minus ein Innendurchmesser des Innenrings) dividiert durch 2 entspricht.
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Um die Verformung der Außenumfangsfläche des Außenrings in einem Bereich zu halten, der die Bearbeitung mit einer Werkzeugmaschine nicht beeinträchtigt, ist es bevorzugt, das Verhältnis der minimalen Dicke des Außenrings zu dem Kugeldurchmesser derart auszuwählen, dass es mindestens 0,39 beträgt, und das Verhältnis des Kugeldurchmessers zu der Lagerquerschnittshöhe derart auszuwählen, dass es höchstens 0,56 beträgt. Gleichzeitig ist es bevorzugt, das Verhältnis der minimalen Dicke des Außenrings zu dem Kugeldurchmesser derart auszuwählen, dass es höchstens 0,63 beträgt, und das Verhältnis des Kugeldurchmessers zu der Lagerquerschnittshöhe derart auszuwählen, dass es mindestens 0,44 beträgt, um den Kugeln große Durchmesser zur Sicherstellung der Tragfähigkeit zu geben. Durch die Erfüllung dieser Anforderungen unterdrückt eine solche bevorzugte Konfiguration nicht nur Schwingungen, die aus Verformungen der Außenumfangsfläche des Außenrings während Hochgeschwindigkeitsdrehungen resultieren, sondern stellt ebenfalls eine hohe Tragfähigkeit sicher.
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Bei einem Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Käfig ein außenringgeführter Käfig sein, welcher derart ausgebildet ist, dass er an einer Innenumfangsfläche des Außenrings geführt wird. In diesem Fall kann das Auftreten von übermäßigem Verschleiß einer Führungsfläche des Käfigs, die entlang der Innenumfangsfläche des Außenrings geführt werden soll, durch ein Schmiermittel (d.h. Schmieröl oder Schmierfett) innerhalb des Lagers, das teilweise über diese Führungsfläche strömt, verhindert werden. Dadurch kann das Lager mit einer noch höheren Drehzahl betrieben werden.
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Bei einem Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Käfig ein wälzkörpergeführter Käfig sein, welcher derart konfiguriert ist, dass er von den als Wälzkörper dienenden Kugeln geführt wird. In diesem Fall kann ein radialer Raum zwischen dem Käfig und der Innenumfangsfläche des Außenrings aufgeweitet sein, um ein Schmiermittel in dem aufgeweiteten Raum wirksam zurückzuhalten.
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Bei einem Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Kugeln bevorzugt aus einem keramischen Material gefertigt.
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Ferner ist ein Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt für den Einsatz in einer Spindel einer Werkzeugmaschine ausgebildet.
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Alle Kombinationen von mindestens zwei Merkmalen, die in den Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbart sind, sollten ebenfalls als von der vorliegenden Erfindung umfasst angesehen werden. Insbesondere sollten alle Kombinationen von zwei oder mehr der Ansprüche ebenfalls als von der vorliegenden Erfindung umfasst angesehen werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wird, besser verstanden werden. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen dienen jedoch lediglich der Veranschaulichung und Erläuterung und sollen nicht dahingehend ausgelegt werden, als dass sie den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung eingrenzen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert werden soll. In den beigefügten Zeichnungen sind in sämtlichen Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Teilen zugeordnet, und:
- 1 zeigt einen Längsschnitt eines Schrägkugellagers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2A zeigt einen Längsschnitt eines Innenrings des Schrägkugellagers;
- 2B zeigt einen Längsschnitt eines Außenrings des Schrägkugellagers;
- 2C zeigt einen transversalen Schnitt des Schrägkugellagers;
- 2D zeigt eine ausschnittsweise vergrößerte Ansicht von 2C;
- 3 zeigt beispielhafte Vergleiche zwischen dem Schrägkugellager und einem Schrägkugellager aus dem Stand der Technik;
- 4 zeigt einen Längsschnitt eines Schrägkugellagers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 5 zeigt einen Längsschnitt der allgemeinen Konfiguration einer Hochgeschwindigkeitsdrehungs-Testmaschine.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Schrägkugellager gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Schrägkugellager einen Innenring 1, einen Außenring 2, eine Vielzahl von Kugeln 3, die zwischen einer Laufbahnoberfläche 1a des Innenrings 1 und einer Laufbahnoberfläche 2a des Außenrings 2 angeordnet sind, und einen zylindrischen Käfig 4 mit Taschen Pt, die an einer Vielzahl von Umfangsstellen vorgesehen sind, wobei die Taschen Pt die Kugeln 3 in sich festhalten. Die Kugeln 3 sind bevorzugt aus einem keramischen Material gefertigt, können jedoch alternativ auch Stahlkugeln sein. Das Schrägkugellager wird mit Luft-Öl-Schmierung verwendet, bei der z.B. Schmieröl zusammen mit Druckluft in ein Lagervolumen eingespeist wird. Das Schmieröl verteilt sich auf einer Innenumfangsfläche 4a des Käfigs 4 und einer Innenumfangsfläche 2c des Außenrings 2 aufgrund einer Zentrifugalkraft, die aus Drehungen des Innenrings resultiert, und verbleibt dort vorübergehend. Dann haftet das Schmieröl an der Innenumfangsfläche 4a des Käfigs 4 und der Innenumfangsfläche 2c des Außenrings 2 und wird von den Oberflächen der Kugeln 3 auf die Laufbahnoberfläche 1a des Innenrings 1 und in die Taschen Pt des Käfigs 4 getragen, um dadurch reibungslose Drehungen des Lagers über einen längeren Zeitraum zu ermöglichen.
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Der Käfig 4 ist ein außenringgeführter Käfig, welcher derart konfiguriert ist, dass er von der Innenumfangsfläche 2c (die in 1 ein linker Seitenabschnitt der Innenumfangsfläche 2c entlang einer axialen Richtung ist) des Außenrings 2 geführt wird. Bei einem außenringgeführten Käfig kann das Auftreten von übermäßigem Verschleiß einer Führungsfläche des Käfigs 4, die entlang der Innenumfangsfläche 2c des Außenrings 2 geführt werden soll (und die in 1 ein linker Seitenabschnitt einer Außenumfangsfläche 4b des Käfigs 4 entlang einer axialen Richtung ist), dadurch verhindert werden, dass Schmieröl innerhalb des Lagers teilweise über diese Führungsfläche strömt. Dementsprechend kann das Lager mit einer noch höheren Drehzahl betrieben werden.
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Der Käfig 4 ist aus einem harzartigen Material gebildet, das mit einer Verstärkungsfaser verstärkt ist. Beispiele für das Harzmaterial sind ein aliphatisches Polyamidharz (z.B. Nylon), ein aromatisches Polyamidharz, ein Polyetheretherketonharz (oder kurz PEEK-Material), ein Polyphenylensulfidharz (oder kurz PPS-Material) und/oder ein Phenolharz. Beispiele der Verstärkungsfasern umfassen eine Glasfaser und/oder eine Kohlenstofffaser. Ferner hat der Käfig 4 einen rechteckige Querschnitt, wenn er entlang einer Ebene geschnitten wird, die eine Achse L enthält. Die Taschen Pt, welche die Kugeln 3 halten, sind zwischen dem Käfig 4 in dessen axialer Richtung an einer Vielzahl von Umfangsstellen des Käfigs 4 definiert. Die Innenumfangsfläche 4a des Käfigs 4 hat einen Durchmesser, der kleiner gewählt ist als der Teilkreisdurchmesser PCD der Kugeln 3. Gleichzeitig hat die Außenumfangsfläche 4b des Käfigs 4 einen Durchmesser, der so gewählt ist, dass er größer ist als der Teilkreisdurchmesser PCD und kleiner als ein Durchmesser der Innenumfangsfläche 2c (die ein linker Seitenabschnitt der Innenumfangsfläche 2c entlang einer axialen Richtung in 1 ist) des Außenrings 2.
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Wie in 2C dargestellt, hat das Lager ein Verhältnis Pd/Da eines Abstands von Kugel zu Kugel Pd zu einem Kugeldurchmesser Da oder den Durchmessern der Kugeln 3 (1) von mindestens 0,16 bis höchstens 0,35 und bevorzugt von mindestens 0,18 bis höchstens 0,25, wobei der Abstand von Kugel zu Kugel Pd einem Abstand Pc zwischen den Mittelpunkten benachbarter Kugeln 3 minus dem Kugeldurchmesser Da entspricht. Es wird angemerkt, dass, wie in 2D, einer vergrößerten Ansicht des in 2C fett gedruckten rechteckigen Ausschnitts, dargestellt, der Abstand Pc = 2 x (PCD/2) x sin α ist, wobei α einem Winkel von 360° dividiert durch (2 mal die Anzahl der Kugeln) entspricht.
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Ferner weist das Lager ein Verhältnis Ri/Ro (oder Di/Do) einer Innenringbahnkrümmung Ri (oder Di/Da) zu einer Außenringbahnkrümmung Ro (oder Do/Da) von mindestens 0,97 und höchstens 0,99 auf, wobei die Außenringbahnkrümmung Ro dem 2-fachen eines Laufbahnradius für die Laufbahnoberfläche 2a des Außenrings 2 (oder einem Durchmesser Do für den Querschnittsbogen, der eine Nut 2g in der Laufbahnoberfläche 2a des Außenrings 2 beschreibt, wie in 2B) dividiert durch den Kugeldurchmesser Da (1) und mit der Innenringbahnkrümmung, die dem Zweifachen eines Laufbahnradius für die Laufbahnoberfläche 1a des Innenrings 1 (oder einem Durchmesser Di für den Querschnittsbogen, der eine Nut 1g in der Laufbahnoberfläche 1a des Innenrings 1 beschreibt, wie in 2A gezeigt) dividiert durch den Kugeldurchmesser Da entspricht. Zudem beträgt bevorzugt die Innenringbahnkrümmung Ri zwischen mindestens 1,04 und höchstens 1,08 und die Außenringbahnkrümmung Ro zwischen mindestens 1,06 und höchstens 1,10.
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Ferner hat das Lager, wie in 1 dargestellt, ein Verhältnis Tomin/Da einer minimalen Dicke des Außenrings Tomin zu dem Kugeldurchmesser Da von mindestens 0,39 bis höchstens 0,63 und bevorzugt von mindestens 0,46 bis höchstens 0,57, wobei die minimale Dicke des Außenrings Tomin einer minimalen Dicke zwischen einer Außenumfangsfläche 2b und der Laufbahnoberfläche 2a des Außenrings 2 entspricht. Das Lager weist ebenfalls ein Verhältnis Da/H des Kugeldurchmessers Da zu einer Lagerquerschnittshöhe H zwischen mindestens 0,44 und höchstens 0,56 und bevorzugt zwischen mindestens 0,48 und höchstens 0,52 auf, wobei die Lagerquerschnittshöhe H (Außendurchmesser des Außenrings 2 minus Innendurchmesser des Innenrings 1) dividiert durch 2 entspricht.
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3 zeigt beispielhafte Vergleiche zwischen dem Schrägkugellager der vorliegenden Ausführungsform (d.h. den Lagern B, C und D) und einem aus dem Stand der Technik bekannten Schrägkugellager (d.h. die Lager A und E).
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Das herkömmliche Lager A ist zum Beispiel mit Kugeln mit kleinem Durchmesser konfiguriert, die für Hochgeschwindigkeitsdrehungen vorgesehen sind, und ist gemäß der Schrägkugellager-Nummer „7014“ bemessen. Insbesondere hat das Lager A einen Kugeldurchmesser von etwa 8,731 mm (oder 11/32 Zoll) und umfasst 25 Kugeln.
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Das herkömmliche Lager E ist zum Beispiel mit Kugeln großen Durchmessers konfiguriert und ist gemäß der Schrägkugellager-Nummer „7014“ bemessen. Insbesondere hat das Lager E einen Kugeldurchmesser von etwa 11,906 mm (oder 15/32 Zoll) und umfasst 21 Kugeln.
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Das Schrägkugellager (d.h. die Lager B, C und D) der vorliegenden Ausführungsform ist hierbei beispielhaft gemäß der Schrägkugellager-Nummer „7014“ bemessen und weist ein Verhältnis Pd/Da des Abstands von Kugel zu Kugel Pd zu dem Kugeldurchmesser Da von mindestens 0,16 und höchstens 0,35, ein Verhältnis Ri/Ro der Innenringbahnkrümmung Ri zu der Außenringbahnkrümmung Ro von mindestens 0,97 und höchstens 0,99, ein Verhältnis Tomin/Da der minimalen Dicke des Außenrings Tomin zu dem Kugeldurchmesser Da von mindestens 0,39 und höchstens 0,63 sowie ein Verhältnis Da/H des Kugeldurchmessers Da zu der Lagerquerschnittshöhe H zwischen mindestens 0,44 und höchstens 0,56 auf.
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Diese Lager mit der Lagernummer „7014“ und weitere Lager mit der Lagernummer „7020“, die auf den gleichen Beschreibungen wie den oben genannten basieren, wurden einem Test zur Bewertung ihrer Hochgeschwindigkeitsleistungen, Schwingungen bei Hochgeschwindigkeitsdrehungen und Tragfähigkeiten unterzogen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst. Wie in 5 dargestellt, wurde bei der Prüfung eine Spindel verwendet, die mit einer Rücken-an-Rücken-Anordnung von vier einreihigen Schrägkugellagern Bg, die jeweils Kugeln aus Keramik enthalten, in Kombination mit einer Luft-Öl-Schmierung unter Verwendung eines Schmieröls mit einer ISO-Viskosität von VG32 montiert war. In Tabelle 1 wurden deren Hochgeschwindigkeitsleistungen unter einer ersten Reihe von Bedingungen bewertet, einschließlich einer Vorspannung nach der Montage von 1400 N, einer Drehzahl von 18000 U/min und einer Dauer der kontinuierlichen Drehung von 100 Stunden; deren Schwingungen während Hochgeschwindigkeitsdrehungen wurden unter einer zweiten Reihe von Bedingungen bewertet, einschließlich einer Vorspannung nach der Montage von 600 N und einer Drehzahl von 0 bis 22000 U/min; und deren Tragfähigkeiten wurden unter der ersten und zweiten Reihe von Bedingungen bewertet. Die folgenden Kriterien wurden für die in Tabelle 1 aufgeführten Bewertungen verwendet. Es wird angemerkt, dass ein dmn-Wert ein Wert ist, der durch Multiplikation eines Teilkreisdurchmessers PCD (in mm) der Kugeln 3 mit einer Drehzahl (in U/min) ergibt.
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<Hochgeschwindigkeitsleistung>
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Gut: Eine Hochgeschwindigkeitsleistung wurde als ausgezeichnet bewertet, wenn der Temperaturanstieg eines Außenrings während Umdrehungen nicht höher als 20 °C war.
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Angemessen: Eine Hochgeschwindigkeitsleistung wurde als unproblematisch bewertet, wenn der Temperaturanstieg eines Außenrings während Umdrehungen zwischen mehr als 20 °C und höchstens 25 °C lag.
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Schlecht: Eine Hochgeschwindigkeitsleistung wurde als problematisch bewertet, wenn der Temperaturanstieg eines Außenrings während der Umdrehungen mehr als 25 °C betrug.
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<Schwingungen bei Hochgeschwindigkeitsdrehungen>
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Gut: bedeutet, dass die während Hochgeschwindigkeitsumdrehungen auftretenden Schwingungen, die einem dmn-Wert von 2.000.000 oder weniger entsprechen, unter einem Niveau blieben, das die Bearbeitungsgenauigkeit eines Bearbeitungszentrums, für das die Verwendung des betreffenden Lagers vorgesehen ist, beeinträchtigen könnte.
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Angemessen: bedeutet, dass die während Hochgeschwindigkeitsdrehungen auftretenden Schwingungen, die einem dmn-Wert von 1.600.000 oder weniger entsprechen, unter einem Niveau blieben, das die Bearbeitungsgenauigkeit eines Bearbeitungszentrums, für das die Verwendung des betreffenden Lagers vorgesehen ist, beeinträchtigen könnte.
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Schlecht: bedeutet, dass die während niedrigen und mittleren Drehzahlen auftretenden Schwingungen, die einem dmn-Wert von 1.400.000 oder weniger entsprechen, unterhalb eines Niveaus bleiben, das die Bearbeitungsgenauigkeit eines Bearbeitungszentrums, für das die Verwendung des betreffenden Lagers vorgesehen ist, beeinträchtigen könnte.
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<Tragfähigkeit> (berechnet aus den internen Spezifikationen der jeweiligen Lager)
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Gut: Die aus den internen Spezifikationen eines Lagers berechnete Tragfähigkeit wurde als hervorragend bewertet, wenn sie ein Niveau erreichte, das ausreichend dafür war, dass das Lager in einreihiger Anordnung eine Belastung aufnehmen kann, die während einer schweren Zerspanung auf einem Bearbeitungszentrum, für das die Verwendung des Lagers vorgesehen war, auftreten kann.
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Angemessen: Die aus den internen Spezifikationen eines Lagers berechnete Tragfähigkeit wurde als unproblematisch bewertet, wenn sie sie ein Niveau erreichte, das es dem Lager in einreihiger Anordnung ermöglicht, eine Last aufzunehmen, die während eines schweren Zerspanungsvorgangs mit einem Bearbeitungszentrum, für das die Verwendung des Lagers vorgesehen war, auftreten könnte.
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Schlecht: gibt an, dass die aus den internen Spezifikationen eines Lagers berechnete Tragfähigkeit ein Niveau erreicht hat, das es erforderlich machen würde, dass das Lager eine zweireihige Tandem-Anordnung annimmt, um eine Last aufzunehmen, die während einer schweren Zerspanung mit einem Bearbeitungszentrum, für das die Verwendung des Lagers vorgesehen war, auftreten könnte. [Tabelle 1]
| | Lagernummer | Lager A | Lager B | Lager C | Lager D | Lager E |
| Hochgeschwindigkeitsleistung | | Gut | Gut | Gut | Angemessen | Schlecht |
| Schwingungen während | | Gut | Gut | Gut | Angemessen | Schlecht |
| Hochgeschwindigskeitsdrehungen | | | | | | |
| Tragfähigkeit | | Schlecht | Angemessen | Gut | Gut | Gut |
| Pd/Da | 7014 | 0,29 | 0,35 | 0,24 | 0,27 | 0,13 |
| 7020 | 0,23 | 0,26 | 0,19 | 0,16 | 0,13 |
| Ri/Ro | 7014 | 0,99-1,01 | 0,97-0,99 | 0,97-0,99 | 0,97-0,99 | 0,99-1,01 |
| 7020 | 0,99-1,01 | 0,97-0,99 | 0,97-0,99 | 0,97-0,99 | 0,99-1,01 |
| Tomin/Da | 7014 | 0,65 | 0,56 | 0,47 | 0,39 | 0,34 |
| 7020 | 0,71 | 0,63 | 0,48 | 0,43 | 0,30 |
| Da/H | 7014 | 0,44 | 0,48 | 0,52 | 0,56 | 0,60 |
| 7020 | 0,41 | 0,44 | 0,51 | 0,54 | 0,60 |
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Tabelle 1 zeigt, dass das Schrägkugellager der vorliegenden Ausführungsform die während Hochgeschwindigkeitsdrehungen erzeugte Wärme unterdrücken und gleichzeitig die Tragfähigkeit sicherstellen kann, um so ein angemessenes Gleichgewicht zwischen einer Hochgeschwindigkeitsdrehleistung und einer Tragfähigkeit bei gleichem Nenn-Innendurchmesser, Außendurchmesser und Breite wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Lagern sicherzustellen, und nicht nur unterdrückte Schwingungen des Lagers während Hochgeschwindigkeitsdrehungen erreicht, sondern auch eine Tragfähigkeit sicherstellt.
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Nun wird ein Schrägkugellager gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Wie in 4 dargestellt, ist dieses Schrägkugellager in gleicher Weise konfiguriert wie das Schrägkugellager der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Verwendung eines wälzkörpergeführten Käfigs, der von den Kugeln 3 als Käfig 4A geführt wird. Das Schrägkugellager der zweiten Ausführungsform ermöglicht es, einen radialen Raum zwischen dem Käfig 4A und der Innenumfangsfläche 2c des Außenrings 2 zu erweitern, um Schmieröl in dem verbreiterten Raum effizient zurückzuhalten.
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Es wird angemerkt, dass es sich bei der Luft-Öl-Schmierung um eines der nichteinschränkenden Beispiele der Schmierung handelt, die mit einem Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; andere Beispiele umfassen Ölnebelschmierung und Fettschmierung. Ferner kann ein Schrägkugellager gemäß der vorliegenden Erfindung eine berührungslose Dichtung (nicht dargestellt) aufweisen, die an der Innenumfangsfläche 2c des Außenrings 2 an einem oder beiden der gegenüberliegenden axialen Enden davon angeordnet ist, um die Außenumfangsfläche 1b des Innenrings 1 in einer berührungslosen Art und Weise abzudichten. Die Dichtung weist zum Beispiel ein außendurchmesser-seitiges proximales Ende auf, das in eine in der Innenumfangsfläche 2c des Außenrings 2 ausgebildete Dichtungsaufnahmenut eingepasst werden kann. Auf diese Weise kann Schmierfett zuverlässiger im Innern des Lagers gehalten werden, wenn Fettschmierung verwendet wird.
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Obgleich bevorzugte Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurden, liegen für einen Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen nahe, die aus der vorliegenden Beschreibung mitgelesen werden können. Daher werden solche Änderungen und Modifikationen auch dahingehend ausgelegt, als dass sie in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, der durch die beigefügten Ansprüche abgegrenzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 1a
- Laufbahnoberfläche des Innenrings
- 1g
- Nut in Laufbahnoberfläche des Innenrings
- 2
- Außenring
- 2a
- Laufbahnoberfläche des Außenrings
- 2b
- Außenumfangsfläche des Außenrings
- 2c
- Innenumfangsfläche des Außenrings
- 2g
- Nut in der Laufbahnoberfläche des Außenrings
- 3
- Kugel
- 4, 4A
- Käfig
- 4a
- Innenumfangsfläche des Käfigs
- 4b
- Außenumfangsfläche des Käfigs
- Da
- Kugeldurchmesser
- Di
- 2-facher Bahnradius für Laufbahnoberfläche des Innenrings
- Do
- 2-facher Bahnradius für Laufbahnoberfläche des Außenrings
- H
- Lagerquerschnittshöhe
- Pc
- Abstand zwischen Mittelpunkten der Kugeln
- Pd
- Abstand von Kugel zu Kugel
- Pt
- Tasche des Käfigs
- Ri
- Innenringbahnkrümmung
- Ro
- Außenringbahnkrümmung
- Tomin
- minimale Dicke des Außenrings
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2021041252 A [0001]
- JP 2014062617 [0007]
- JP 2020148220 [0007]
