DE19521855A1 - Kugellager mit Ölversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugellager mit Ölversorgung, insbesondere ein Kugellager für hohe Drehzahlen und für den Einsatz in der Vakuumtechnik nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Kugellagerkonstruktionen für solche Anwendungsfälle, bei welchen zusätz­ lich noch eine möglichst lange wartungsfreie Betriebsdauer gefordert wird verlangen eine Schmierung, bei der es darauf ankommt, das Schmiermittel - im vorliegenden Fall Öl - in definierten kleinen Mengen an bestimmte Stel­ len des Lagers zu fördern. Diese Stellen, welche eine wirkungsvolle Schmie­ rung benötigen, sind die Roll- und Gleitflächen in der Laufbahn und der Kä­ figtasche des Lagers. Ebenso wichtig ist es, daß für einen optimalen Wie­ deraustritt des Öls aus dem Lager gesorgt wird. Nur dann kann eine Kleinst­ mengenschmierung eingehalten werden, was eine Voraussetzung für eine minimale Verlustleistung ist. Eine bewährte Methode, Öl an die reibungs­ relevanten Stellen eines Lagers zu fördern, ist die Ölnebelschmierung. Diese ist aber im Vakuum nicht anwendbar, da mangels Gas eine Verwir­ belung des Öls nicht möglich ist.

Eine Ölumlaufschmierung ist für die vorliegenden Anwendungsfälle nahe­ liegend. Das Öl wird z. B. von einem Ölvorrat über einen Docht durch Ka­ pillarkräfte dem Lager zugeführt. Kegelförmige Bauelemente können, ins­ besondere bei schnelldrehenden Rotoren, das Öl durch Fliehkraft an be­ stimmte Lagerstellen befördern. Bei dieser Methode geht jedoch viel Öl durch Abspritzen verloren, und es ist nicht garantiert, daß die richtigen Stellen mit einer optimalen Ölmenge versorgt werden.

In der DE-PS 32 02 070 wird ein Kugellager beschrieben, welches mit einer Dochtschmiermittelzuführung ausgerüstet ist. Das Öl wird zusätzlich über eine konische Abschrägung durch Fliehkraft möglichst nah an die Kugeloberflächen und die Kugeltaschenbohrungen im Käfig gebracht.

Diese Konstruktion hat folgenden Nachteil:
Während der gesamten Dauer des Transports über die konische Abschrä­ gung wird schon Öl abgespritzt, welches zum großen Teil für die Schmie­ rung nicht mehr zur Verfügung steht. Der Rest wird zwar zu den Kugeln geführt, gelangt aber an diesen nicht direkt an die reibungsrelevanten Stellen - wie an die Laufflächen der Kugel - und nur im begrenzten Maße zu den Kugeltaschen. Weitere Probleme bei der Konstruktion von Lagern mit Kleinstmengenschmierung und bei der Minimierung der Verlustleistung treten bei der Führung des Lagerkäfigs auf. Es ist naheliegend und üblich den Lagerkäfig am Innenrand des äußeren Laufringes zu führen (Außen­ bordführung), da hierbei eine Ölversorgung der reibungsrelevanten Stellen zwischen Käfig und äußerem Laufring durch Fliehkraft gesichert ist. Diese Lösung bringt jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich. Infolge der Flieh­ kraft und durch Kapillarwirkung sammelt sich Öl in den Spalten an, wodurch es zu unerwünschten Flüssigkeitsreibungen kommt. Dazu kommt, daß der Einfluß der Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Lagerkäfig und dem führenden äußeren Lagerring eine große Rolle spielt. Ein Lager, dessen Käfig am Außenrand des inneren Laufrings geführt wird (Innenbordführung), wird die geringere Differenzgeschwindigkeit an den reibungsrelevanten Stellen aufweisen. Da die Verlustleistung an diesen Stellen im Lager mit der dritten Potenz des Durchmessers ansteigt, würde ein Lager mit Innen­ bordführung große Vorteile bringen, zumal die vorerwähnten negativen Einflüsse der Fliehkraft weitgehend ausgeschaltet wären. Bei dieser Lösung ist jedoch die Ölversorgung der reibungsrelevanten Stellen zwischen Käfig und innerem Laufring durch Fliehkraft, wie bei der Außenbordführung, nicht mehr gesichert. Ölnebelschmierung der Ölumlaufschmierung sind aus vor­ erwähnten Gründen nicht möglich bzw. bringen große Nachteile mit sich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugellager mit Ölversorgung für schnell­ drehende Rotoren im Vakuum vorzustellen, wobei eine zuverlässige und sichere Förderung des Öls zu den reibungsrelevanten Stellen des Lagers und gleichzeitig eine optimale Möglichkeit zum Wiederaustritt des Öls aus dem Lager nach dem Prinzip der Kleinstmengenschmierung sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Teile des 1. Patentan­ spruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 7 stellen weitere Ausführungs­ formen der Erfindung dar. Insbesondere werden die Vorteile der in Anspruch 7 angeführten Innenbordführung durch die Lehren der vorhergehenden Ansprüche erst sinnvoll einsetzbar. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß nach dem Prinzip der Kleinstmengen­ schmierung alle reibungsrelevanten Stellen des Lagers ausreichend mit Öl versorgt werden ohne daß Öl in nutzloser Weise verspritzt oder an Stellen gefördert wird, an denen es unnötig oder gar unerwünscht ist.

Anhand der Abb. 1-6 soll die Erfindung näher erläutert werden.

Abb. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt.

Abb. 1a zeigt zeigt einen Ausschnitt aus Abb. 1 mit einer weiteren Ausführungsform der Ölzufuhr.

Abb. 2 zeigt einen Schnitt der Anordnung aus Abb. 1 entlang der Linie A, B.

Abb. 3 zeigt eine Ansicht der Anordnung aus Abb. 2 in Richtung E.

Abb. 4 zeigt einen Schnitt der Anordnung aus Abb. 3 entlang der Linie C, D.

Abb. 5 + 6 zeigen eine weitere Ausführungsform entsprechend den Abb. 3 und 4.

In Abb. 1 ist das Kugellager mit dem inneren Laufring 1, dem äußeren Laufring 2, Kugeln 3 und mit dem Käfig 4 dargestellt. Dieser ragt auf einer Stirnseite über die Laufringe 1 und 2 hinaus. Die Innenseite des Lagerkäfigs ist in 3 Flächenzonen 7a, 7b und 7c aufgeteilt. Der Innen­ durchmesser des Lagerkäfigs nimmt von der äußeren Kante 6a bis zu der Kante 6b, welche sich auf der Höhe des inneren Laufringes 1 befindet, zu. Dadurch nimmt die Flächenzone 7a eine konische Form an. Im weiteren Verlauf bleibt der Innendurchmesser des Lagerkäfigs konstant bis zu der Kante 6c. Somit erhält die Fläche 7b eine zylindrische Form. An dieser Stelle wird der Lagerkäfig 4 am Außenrand 19 des inneren Laufringes 1 geführt (Innenbordführung). Zwischen den Kanten 6c und 6d nimmt der Innendurchmesser des Lagerkäfigs wieder zu, so daß die Fläche 7c wieder eine konische Form aufweist. Der Außendurchmesser des Lagerkäfigs wird von den Kanten 6e und 6f begrenzt, wobei die Kante 6f sich außerhalb des äußeren Lagerringes 2 befindet. Von der Kante 6e bis zur Kante 6f steigt der Außendurchmesser an, so daß der Lagerkäfig auf dieser Seite durch eine konische Fläche begrenzt wird. Auf der Innenseite der konischen Fläche 7a ist in der Höhe der Kante 6a eine Ölzufuhreinrichtung 8, zum Beispiel ein Docht, angebracht. Von dieser Stelle aus kann das Öl durch Fliehkraft und/oder durch Migration an die reibungsrelevanten Stellen ge­ langen.

In einer weiteren Ausführungsform, welche als Ausschnitt aus Abb. 1 in Abb. 1a dargestellt ist, ist die Kante 6a mit einem Ölbegrenzungsring 5 versehen. Der Innendurchmesser des Lagerkäfigs 4 ist zwischen dem Ölbegrenzungsring und der Kante 6b oder zwischen den Kanten 6c und 6d oder auch über den gesamten Bereich vom Ölbegrenzungsring 5 bis zur Kante 6d konstant.

Im Käfig 4 befinden sich Käfigtaschen 9, in welchen die Kugeln 3 geführt werden. Am inneren Umfang des Käfigs 4 sind in den Käfigklauen 11, d. h. in den Teilen zwischen den Kugeln, Rinnen 10 eingearbeitet. Der Durch­ messer dieser Rinnen ist größer als die schmalste Stelle der Käfigklauen am Innendurchmesser des Käfigs. Auf diese Art werden von den Rinnen 10 und den Käfigtaschen 9 Durchdringungskanten 16 derart gebildet, daß deren größte Durchmesser in die Mitte 12 der Käfigkanten münden. Da­ durch wird das Öl direkt den reibungsrelevanten Stellen - z. B. 13, 14 und 15 - zugeführt.

Bei der in der Abb. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform sind anstelle der Rinnen 10 Kanäle 17 eingearbeitet, welche in ihrer Gesamtheit ein Kanal­ system bilden. Durch dieses Kanalsystem wird Öl an die reibungsrelevanten Stellen des Kugellagers gefördert. Der Kanal 18 dient als Verbindung zwi­ schen den Kanalsystemen oder Rinnen und als Ölsammelkanal.

Claims (7)

1. Kugellager mit innerem Laufring (1) und äußerem Laufring (2), Lagerkäfig (4), in welchem sich die Käfigtaschenbohrungen (9) zur Führung der Kugeln (3) befinden, mit Käfigklauen (11) zwischen den Käfigtaschenbohrungen sowie mit einer Ölzuführeinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Stirnseite der Lagerkäfig (4) so gestaltet ist, daß er in axialer Richtung über die Laufringe (1) und (2) hinausragt, daß die Innenseite des Lagerkäfigs aus drei Flächenzonen (7a, 7b, 7c) besteht und daß der Innendurch­ messer des Lagerkäfigs von der äußeren Kante (6a) bis zu einer Kante (6b), auf der Höhe des inneren Laufrings (1) zunimmt, so daß die Fläche (7a) eine konische Form aufweist und daß der Innen­ durchmesser des Lagerkäfigs im weiteren Verlauf bis zu der Kante (6c) konstant bleibt, so daß die Fläche (7b) eine zylindrische Form aufweist und daß der Innendurchmesser des Lagerkäfigs dann wie­ der bis zu einer Kante (6d) zunimmt, so daß die Fläche (7c) eine konische Form aufweist, daß der Außendurchmesser des Lager­ käfigs von der Kante (6e) bis zu der Kante (6f), welche sich außer­ halb des äußeren Lagerringes (2) befindet, zunimmt, so daß eine weitere konische Fläche (7d) entsteht und daß in der Nähe der äußeren Kante (6a) auf der Innenseite der konischen Fläche (7a) die Ölzuführeinrichtung (8) angebracht ist.

2. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (6a) des Lagerkäfigs (4) mit einem Ölbegrenzungsring (5) versehen ist und daß der Innendurchmesser des Lagerkäfigs (4) zwischen Ölbegrenzungsring (5) und der Kante (6b) konstant ist, so daß die Fläche (7a) eine zylindrische Form aufweist.

3. Kugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Lagerkäfigs (4) zwischen der Kante (6c) und der Kante (6d) konstant ist, so daß die Fläche (7c) eine zylin­ drische Form aufweist.

4. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am inneren Umfang des Käfigs (4) jeweils in den Käfigklauen (11) Rinnen (10) eingearbeitet sind, deren Durch­ messer größer ist als die schmalste Stelle der Käfigklauen (11) am Innendurchmesser des Käfigs (4), so daß von den Rinnen (10) und den Käfigtaschen (9) Durchdringungskanten (16) derart gebildet werden, daß deren größte Durchmesser in die Mitte (12) der Käfig­ klauen münden.

5. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am inneren Umfang des Käfigs (4) jeweils in den Käfigklauen (11) Kanäle (17) eingearbeitet sind, welche in ihrer Gesamtheit ein Kanalsystem bilden.

6. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (10) bzw. die durch die Kanäle (17) gebildeten Kanalsysteme durch einen Ölsammelkanal (18) miteinan­ der verbunden sind.

7. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerkäfig (4) am Außenrand (19) des inneren Laufringes (1) geführt wird.