DE19530903A1

DE19530903A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE19530903A1
Application number: DE19530903A
Authority: DE
Inventors: Mathias Otto
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1996-03-07

Description

Die Erfindung betrifft Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannt ist ein solches Wälzlager z. B. aus Katalog FAG Kugel fischer, Georg Schäfer ∂ Co., Katalog WL 41 510/3 DB, Ausgabe März 1991, Seiten 84 ff.

Danach wird der Wälzkörperkäfig auf einer Gleitbahn am Lager außenring geführt (bordgeführt). Die Relativbewegung zwischen Käfig und Lageraußenring verlangt nach Schmierung. Diese Schmierung wird gewährleistet durch die vorgesehene Schmier stoffversorgung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommen als Möglichkeiten für eine Schmierstoffversorgung insbesondere Öl-Nebelschmierung oder Fett-Lagerdauerschmierung in Betracht. Schnellaufende Spindellager werden bekannterweise mit Öl-Minimalmengen schmierung nach obiger Vorveröffentlichung (S.128) versorgt.

Der ständige Eingriff zwischen dem Wälzkörperkäfig und der Gleitbahn am Außenring verlangt nach einem hohen Anteil an Schmierstoff. Es ist daher nicht generell ausgeschlossen, daß eine thermische Überlastung in der Gleitbahnzone auftritt. Die fatalen Folgen sind Käfigbrüche, Verbrennungen, Verschmelzungen des Käfigmaterials.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bekannte Wälzlager mit einem am Lageraußenring geführten Wälzkörperkäfig so weiterzu bilden, daß durch Verbesserung der Gleitverhältnisse zwischen Käfig und Lageraußenring die Lebensdauer erhöht wird.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des An spruchs 1.

Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß allein durch eine konstruktive Maßnahme der von der Lagerdrehzahl abhängige Schmierstoffbedarf gewährleistet ist.

Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, daß die auf den Schmier stoff wirkende Fliehkraft gezielt ausgenutzt wird, um den benötigten Schmierstoff zu der Führungszone zwischen Lager außenring und Wälzkörperkäfig zu fördern. Dabei macht sich die Erfindung zunutze, daß die Fliehkraft im Bereich der Führungs zone aufgrund des dort vergrößerten Durchmessers des Wälzkör perkäfigs höher ist als an anderer Stelle. Die erhöhte Fliehkraft aufgrund des größeren Durchmessers sorgt folglich für eine zuverlässige Schmierstoffversorgung in der Führungs zone zwischen Käfig und Lageraußenring.

Damit wendet sich die Erfindung ab von der bisherigen Praxis, bei welcher an Schrägkugellagern, insbesondere an Spindellagern der Käfig auf derjenigen Seite der Wälzkörper geführt ist, an der der Lageraußenring den geringeren seiner beiden Innendurch messer hat, weil dort wegen des geringeren Durchmessers die Reibleistung niedriger ist.

Es sei zum Verständnis noch gesagt, daß insbesondere Schrägku gellager und - als Spezialfall - die Spindellager jeweils mit Lageraußenringen versehen sind, welche beidseits der Wälzkör perlaufbahn unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen.

Für diesen Fall bietet es sich an, die Führungszone nur auf derjenigen Seite der Wälzkörper vorzusehen, an der der Außenring den größeren der beiden Innendurchmesser aufweist. Die eventuell vorhandene Schräge kann dabei entweder zu einer geradzylindrischen Kontur abgeschliffen sein, oder aber der Käfig wird mit einer angepaßten Schräge versehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Wälzlager mit Schmierstoffversorgung und ein seitig geführtem Wälzkörperkäfig;

Fig. 2 ein Wälzlager mit Schmierstoffversorgung durch eine Lager-Dauerfettschmierung.

Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die fol gende Beschreibung stets für alle Figuren.

Die Figuren zeigen die eine Hälfte eines Wälzlagers 1 im Axial schnitt. Ein derartiges Wälzlager besteht aus einem Lagerinnen ring 5, einem Lageraußenring 6 sowie den zwischen dem Lagerin nenring und Lageraußenring geführten Wälzkörpern 2. Zu diesem Zweck weisen der Lagerinnenring 5 sowie der Lageraußenring 6 eine innere Wälzkörperlaufbahn 7 sowie ein äußere Wälzkörper laufbahn 8 auf. In diesen Wälzkörperlaufbahnen 7, 8 werden die Wälzkörper 2 geführt. Die hier notwendige Schmierung erfolgt über eine Radialbohrung 12 im Lageraußenring 6. Sie ist an eine Schmierstoffversorgung, beispielsweise eine Ölminimalmengen schmierung angeschlossen. Die Schmierstoffversorgung kann über ein externes Schmierstoffsystem erfolgen.

Die Schmierstoffversorgung kann auch über eine Lager-Dauerfett füllung (Fig. 2) oder über ein Ölnebel-System erfolgen.

Damit soll gesagt sein, daß zwar die Schmierstoffversorgung über eine Radialbohrung im Lageraußenring bevorzugt ist, daß jedoch alle möglichen Schmierstoffversorgungen von der Erfin dung mit umfaßt sein sollen. Insbesondere kann die Schmier stoffversorgung auch im Bereich der inneren Wälzkörperlaufbahn 7 erfolgen, wenn dies für den vorliegenden Belastungsfall des Wälzlagers 1 vorteilhaft ist.

Von der Erfindung umfaßt werden solche Wälzlager, bei denen die Wälzkörper 2 in einem einteiligen Käfig 3 sitzen, der auf der Einbauseite des Lageraußenringes 6 mitrotierend geführt ist. Die gemeinsame Kontaktzone, die sogenannte Führungszone 4, wird einerseits von einem Innendurchmesserbereich des Lageraußen rings 6 sowie andererseits von einem Außendurchmesserbereich des Käfigs 3 gebildet. In der Führungszone 4 weist der Außendurchmesser des Käfigs 3 ein geringfügig kleineres Maß auf als der Innendurchmesser des Lageraußenrings 6. Die Durch messerdifferenz (vergrößert dargestellt) soll dazu beitragen, einen Schmierstoffilm in der Gleitzone 4 aufzubauen, der einerseits die entstehende Reibung für die Relativbewegung zwischen Lageraußenring 6 und Wälzkörperkäfig 3 heruntersetzt, und der andererseits für entsprechende Kühlung sorgt. Hierfür ist ein gewisser Schmierstoffeinsatz notwendig.

Um die sich relativ zueinander drehenden Oberflächen von Lageraußenring 6 und Wälzkörperkäfig 3 in der Führungszone 4 zwischen Lageraußenring 6 und Wälzkörperkäfig 3 mit aus reichender Schmierstoffmenge zu versorgen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Durchmesser, auf dem die Führungszone 4 liegt, größer oder höchstens gleich dem kleinsten Innendurchmesser 9 der äußeren Wälzkörperlaufbahn 8 auf derjenigen Seite des Wälzlagers 1 ist, in der die Führungs zone 4 liegt, d. h. insbesondere auf der Einbauseite des Wälzkörperkäfigs 3.

Im vorliegenden Fall liegt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eine einzige Führungszone 4 vor.

Durch diese Maßnahmen wird folgendes erreicht:

Es ist ersichtlich, daß die Wälzkörper 2 stets eine gewisse Menge Schmierstoff während ihrer Rotation mitschleppen. Der Schmierstoff benetzt die Wälzkörperoberfläche und unterliegt dort infolge der Rotation einer definierten Fliehkraft. Diese Fliehkraft führt prinzipiell zu einem Abschleudern des Schmierstoffs nach außen. Dabei soll der Schmierstoff in den Bereich der Führungszone 4 gelangen, wohin er frei abge schleudert werden muß. Dies ist prinzipiell nur außerhalb der Wälzkörperlaufbahn möglich. Nur dort kann der Schmierstoff unter dem Einfluß der Fliehkraft ungehindert nach außen in die Führungszone 4 gelangen.

Da nun im vorliegenden Fall die Führungszone 4 auf einem größe ren Durchmesser liegt, als der kleinste Durchmesser 9 der äußeren Wälzkörperlaufbahn 8 (bei Betrachtung des von der Krafteinwirkung abgewandten Bereichs des Wälzlagers 1), kann der weggeschleuderte Schmierstoff vom Wälzkörper 2 unter dem Einfluß der Fliehkraft ununterbrochen - und mit steigender Drehzahl in zunehmender Menge - in die zu schmierende Führungs zone 4 gefördert werden.

Es wird folglich gemäß der vorliegenden Erfindung durch die konstruktive Verlagerung der Führungszone 4 radial nach außen dafür gesorgt, daß die zwangsläufig vorhandenen Fliehkräfte auf den Schmierstoff zur Förderung desselben in die Führungszone 4 verwendet werden.

Der entscheidende Gedanke der Erfindung beruht demnach auf der konstruktiven Abänderung des Wälzkörperkäfigs 3 und des Lageraußenrings 6 zur Ausnutzung der Fliehkraftwirkung. Der Schmierstoff gelangt somit ohne weitere Fördermittel in die Zone, wo er benötigt wird. Es versteht sich dabei, daß auch der an den axialen Stirnseiten des Wälzkörperkäfigs 3 anhaftende Schmierstoff unter dem Einfluß der Fliehkraft dorthin gefördert wird, wo er benötigt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung an einem Spindellager (Fig. 1) liegt darin, daß bei diesem Lagertyp insbesondere die größeren Durchmesserbereiche der Wälzkörper 2 auf der Seite der Führungszone 4 nur teilweise in der äußeren Wälzkörperlaufbahn 8 laufen. In der Wälzkörperlaufbahn 8 läuft lediglich ein schmalerer axialer Abschnitt der Wälzkörper 2.

Somit läßt sich sogar noch ein verbesserter Schmiereffekt erzielen. Die Zonen größerer Durchmesser weisen nämlich höhere Umfangsgeschwindigkeiten und damit größere Fliehkraftwirkung auf den anhaftenden Schmierstoff auf.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß die sogenannte Grenzdrehzahl des Lagers erhöht wird. Üblicherweise wird die Grenzdrehzahl derartiger Lager bestimmt durch die maximal zulässige Käfigtemperatur im Bereich der Führungszone 4. Da jedoch die Käfigtemperatur mit steigender Reibleistung wächst, sind bei begrenzter Schmierung der Käfigtemperatur niedrigere Grenzen gesetzt.

Allerdings wird durch die sichergestellte Schmierung, - mit wachsender Schmierstoffversorgung bei ansteigender Drehzahl -, nach dieser Erfindung die entstehende Wärmeleistung im Bereich der Führungszone 4 auch besser abgeführt.

Infolgedessen läßt sich mit besserer Schmierstoffversorgung die entstehende Wärme einerseits reduzieren und andererseits auch besser abführen.

Folglich kann mit dieser Erfindung auch die sogenannte Grenz drehzahl wesentlich erhöht werden, da ein Heißlaufen zwischen Wälzkörperkäfig 3 und Lageraußenring 6 im Bereich der Füh rungszone 4 unterbleiben wird.

Fig. 1 weist ein Wälzlager 1 mit einer einzigen Führungszone 4 auf, die auf der einen Seite der Wälzkörperlaufbahn liegt, und zwar auf der Seite, von der aus der Wälzkörperkäfig 3 montiert werden muß.

Während die Führungszone 4 in Fig. 1 auf der einen Seite der Wälzkörperlaufbahn 8 liegt, bilden auf der axial gegenüber liegenden Seite der Wälzkörperlaufbahn 8 der Außendurchmesser des Käfigs 3 und der Innendurchmesser des Lageraußenrings 6 einen berührungsvermeidenden Ringspalt 10, in welchem sich der Käfig 3 und der Lageraußenring 6 nicht berühren. Folglich kann in diesem Bereich auch keine zusätzliche Wärmeleistung/- Reibleistung entstehen. Die damit verbundene Wärmeentwicklung fällt weg. Das Betriebs-Temperaturniveau nimmt ab. Die oben genannten Vorteile gelten in erhöhtem Maße. Zu diesem Zweck weist der Käfig 3 im Bereich der Führungszone 4 eine Durch messerschulter 11 auf, die einen vergrößerten Außendurchmesser bildet. Der Außendurchmesser dieser Durchmesserschulter 11 und der Innendurchmesser des Lageraußenrings 6 sind aneinander angepaßt.

Im vorliegenden Fall besitzt die Durchmesserschulter 11 über die gesamte Breite einen gleichbleibenden Außendurchmesser, d. h. der Außendurchmesser der Durchmesserschulter 11 verläuft parallel zur Drehachse des Wälzlagers 1.

Gegebenenfalls und bei Bedarf läßt sich jedoch die Durchmes serschulter 11 im Bereich der Berührzone konisch nach außen, bzw. nach innen neigen, um einerseits ein Austreten des Schmierstoffs zu verhindern oder andererseits für eine gewisse Durchspülung des Lagers und der Führungszone mit Schmierstoff zu sorgen.

Weiterhin zeigt die Figur einen Spezialfall. Es ist dort ein sogenanntes Spindellager gezeigt. Derartige Lager zeichnen sich durch eine etwa diagonal zur Lagerbreite verlaufende Verbin dungslinie 14 der Berührpunkte 17 der Wälzkörper 2 am Lagerin nenring 5 bzw. Lageraußenring 6 bei Axiallast aus. Dabei bildet die Verbindungslinie 14 mit der mittleren Radialebene 15 des Wälzlagers 1 einen sogenannten Druckwinkel 13, der zwischen etwa 15 bis etwa 25 Grad liegen soll. Da insbesondere die Spindellager für schnellaufende Arbeitsspindeln von Textilma schinen, wie z. B. Streck- oder Fördergaletten für Textilma schinen, geeignet sind und da andererseits für derartige Maschinen nur eine Minimalmengen-Schmierung zulässig ist, bietet sich die Erfindung bevorzugt für derartige Spindellager an.

Dabei kommt insbesondere die Erkenntnis zum Tragen, daß bei einer derartigen Minimalmengen-Schmierungen etwa 90% des gesamten Schmierstoffangebots für die Schmierung im Bereich der Führungszone 4 benötigt wird. Andererseits darf für derartige Textilmaschinen der Schmierstoff nicht in die Umgebung aus treten, da eine Produktverunreinigung vermieden werden muß.

Folglich bietet sich dank dieser Erfindung der Vorteil, daß trotz der geringen Gesamtversorgungsmenge der hohe für die Schmierung der Führungszone 4 benötigte Anteil zuverlässig abgeschleudert und zwangsläufig der Führungszone 4 zugeführt werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Wälzlager
2 Wälzkörper
3 Käfig
4 Führungszone
5 Lagerinnenring
6 Lageraußenring
7 innere Wälzkörperlaufbahn
8 äußere Wälzkörperlaufbahn
9 kleinster Innendurchmesser der äußeren Wälzkörperlaufbahn auf der Montageseite
10 berührungsvermeidender Ringspalt
11 Durchmesserschulter
12 Radialbohrung
13 Nenndruckwinkel
14 Verbindungslinie
15 mittlere Radialebene
16 Deckel
17 Berührpunkt Lageraußen-/ Lagerinnenring und Wälzkörper
18 Schmiermittelzufuhr

Claims

1. Wälzlager (1) mit Schmierstoffversorgung (12), dessen Wälzkörper (2) in einem einteiligen Käfig (3) sitzen, der am Lageraußenring (6) in einer Führungszone (4) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser, auf dem die Führungszone (4) des Käfigs (3) liegt, größer oder höchstens gleich dem kleinsten auf der Einbauseite des Käfigs (3) liegenden Innendurchmesser (9) der Wälzkörperlaufbahn (8) des Lageraußenrings (6) ist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungszone (4) ausschließlich auf einer Seite der Wälzkörperbahn (8) bezüglich der mittleren Radialebene (15) des Wälzlagers (1) liegt.

3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel des Käfigs (3) und der Innenmantel des Lageraußenrings (6) auf der der Führungszone (4) bezüglich der Wälzkörper (2) axial gegenüberliegenden Seite einen berührungsvermeidenden Ringspalt (10) bilden.

4. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (3) im Bereich der Führungszone (4) eine Durch messerschulter (11) mit vergrößertem Außendurchmesser und der Lageraußenring (6) eine Schulter mit daran angepaßtem vergrößerten Innendurchmesser aufweist.

5. Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesserschulter (11) über die Breite der Schulter einen gleichbleibenden Außendurchmesser hat.

6. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierstoffversorgung dosiert durch eine Radialboh rung (12) im Innen- (5) oder Außenring (6) erfolgt.

7. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierstoffversorgung durch eine Öl-Nebelschmierung erfolgt.

8. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierstoffversorgung mit einer Dauerfettfüllung erfolgt.

9. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (1) ein Schrägkugellager ist.

10. Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrägkugellager angestellt ist und einen Nenndruck winkel (13) gleich oder kleiner als 40 Grad aufweist.

11. Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (1) ein Spindellager mit einem Nenndruckwin kel (13) zwischen 15 Grad und 25 Grad ist.

12. Wälzlager, insbesondere nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch seine Verwendung für eine Spindel hoher Drehzahl und mittlerem Lagerdurchmesser, insbesondere für eine Galette in einer Textilmaschine zur Be- und Verarbeitung syntheti scher Fäden.