EP3956575A1 - Kegelrollenlager - Google Patents

Kegelrollenlager

Info

Publication number
EP3956575A1
EP3956575A1 EP20716695.0A EP20716695A EP3956575A1 EP 3956575 A1 EP3956575 A1 EP 3956575A1 EP 20716695 A EP20716695 A EP 20716695A EP 3956575 A1 EP3956575 A1 EP 3956575A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tapered roller
roller bearing
rolling element
tapered
rolling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20716695.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens FELLA
Igor GÜNTHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3956575A1 publication Critical patent/EP3956575A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/36—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers
    • F16C19/364—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/70—Diameters; Radii
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39—General buildup of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Definitions

  • the invention relates to a tapered roller bearing, comprising an inner ring with an inner ring raceway, an outer ring with an outer ring raceway and tapered rollers rolling on the raceways.
  • the speed suitability of a spindle bearing consisting of any number of spindle bearings can vary greatly.
  • the actual speed limit based on the calculated, nominal nellen speed limit of the individual angular contact ball bearings is significantly reduced, for example in an O-arrangement or a tandem-O-tandem arrangement based on a reference spindle bearing by a factor in the range of 0.5 to 0.85, that is, the speed limit multiplied by this factor.
  • tapered roller bearings are not used in the area of extremely high-speed spindle bearing arrangements with speeds of several thousand rpm up to speeds of well over 10,000 rpm, not least because of the comparatively high frictional torque; they are usually used in classic areas of application with high radial and axial loads and used in a medium speed level. Nevertheless, the usability of tapered roller bearings in the area of high-speed bearings with an n dm value of 500,000 - 1,000,000 or higher would be desirable.
  • the invention is therefore based on the object of conceiving a tapered roller bearing suitable for high-speed bearings.
  • the invention provides for a tapered roller bearing of the type mentioned that the nominal pressure angle is between 20 ° -30 ° and the tapered rollers have a ratio of rolling element length to rolling element diameter of 1.0-1.2.
  • tapered roller bearings which are designed in the manner described with regard to the nominal pressure angle and the ratio of rolling element length to rolling element diameter, can be used for such high-speed applications.
  • the tapered roller bearing can of course also be preloaded and the system rigidity can be further improved via the respective preload.
  • the axial and radial stiffness with regard to the high-speed arrangement for supporting work tool spindles can be adjusted accordingly.
  • the tapered rollers used according to the invention have a specific ratio of rolling element length to rolling element diameter of 1.0-1.2, which means that such a tapered roller almost a "square The smaller the ratio, the smaller the tapered roller.
  • the nominal pressure angle interval can be between 22 ° -28 °, in particular between 24 ° -26 °.
  • a particularly useful nominal pressure angle is preferably 25 °.
  • the interval between the ratio of the length of the rolling element to the diameter of the rolling element can be between 1.02-1.1, the ratio value preferably being as small as possible.
  • a particularly preferred ratio of rolling element length to rolling element diameter at the thick end of the roll is 1.04.
  • a tapered roller bearing usually has corresponding guide ribs that limit the inner ring and outer ring raceways. During operation, the roller end faces can come into contact with a guide rim. In this sem contact there is a superposition of rolling and sliding movement.
  • an advantageous development of the invention provides that To provide the inner and outer ring raceways and / or the tapered rollers with a wear protection coating, this wear protection coating at the same time also having a friction-reducing effect. It is already sufficient to cover only one of the contact partners, i.e. either the rings or the tapered rollers, with such a wear protection coating. This protects the contact partners when there is contact between the roller face and the guide rim, but at the same time reduces the level of friction.
  • a wear protection coating based on carbon and hydrogen and optionally containing integrated nanoparticles in the form of a nitride, boride, carbide or silicide can be provided.
  • Such a wear protection coating is used, for example, under the brand names “TriondurC +” and “TriondurCX +” by the applicant; in addition, such a wear protection coating is described, for example, in the applicant's patent application DE 10 2006 029 415 A1, with reference to the wear protection coating is fully referenced in terms of content.
  • one or more bores allowing lubricant entry into the rolling bearing area, in particular on a rim of the inner or outer ring, can be provided on the inner and / or outer ring.
  • a lubricant supply to the critical points in the rolling area is possible via this one, preferably several lubricant holes. Since such an area is the contact area between the roller face and If the guide rib is, the lubricant holes are preferably bound to the guide ribs.
  • roller bearing according to the invention enables the use of such tapered roller bearings in high-speed applications such as, in particular, tool spindle bearings, especially with maximum design in terms of nominal pressure angle, ratio of roller length to roller diameter, wear protection coating and lubricant bores. Due to the high axial and radial rigidity of the tapered roller bearings, there is the possibility of replacing the usual tandem-built angular contact ball bearing pairs with a single tapered roller bearing.
  • such a tapered roller bearing has a significantly higher radial and axial rigidity and thus a higher load rating than an angular contact ball bearing or an angular contact ball bearing tandem, whereby the higher radial and axial rigidity in particular has a positive effect on lower shaft displacement and load on the tool shaft.
  • the tapered roller bearings according to the invention also have an almost homogeneous, clean cage kinematics of the cage holding or guiding the tapered rollers.
  • the invention also relates to a work tool spindle arrangement, comprising a tool spindle, a housing and several roller bearings supporting the tool spindle in the housing, with tapered roller bearings of the type described above being provided as roller bearings according to the invention.
  • the tool spindle arrangement according to the invention it is possible to store the tool spindle in the housing only via two axially spaced apart Kegelrollela.
  • two separate tapered roller bearings can replace the four angular contact ball bearings previously arranged in the usual tandem-O-tandem arrangement (sometimes more than four such angular contact ball bearings are provided), with comparable or even better bearing performance.
  • FIG. 1 a schematic representation, in section, of an inventive
  • Figure 2 is a schematic diagram of a tool spindle assembly according to the invention.
  • FIG. 3 shows a tool spindle arrangement according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a tapered roller bearing 1 according to the invention in a sectional view.
  • the tapered roller bearing 1 comprises an inner ring 2 with an inner ring raceway 3 and an outer ring 4 with an outer ring raceway 5.
  • the tapered rollers 6 are guided over two rims 8, 9 formed on the inner ring 2.
  • the two raceways 3, 5 are each provided with a wear protection coating 10, 11, which also has friction-reducing properties.
  • a wear protection coating as in DE 10 2006 029 415 A1 or used by the applicant under the brand name "TriondurC +" or "TriondurCX +".
  • the tapered rollers 6 have a specific geometry in terms of the ratio of rolling element length Lw to rolling element diameter at the thick roller end Dw.
  • the rolling element length Lw which is defined by the thin and thick roller end face, is shown in FIG.
  • the rolling element diameter Dw is determined at the position of the thick end of the roller.
  • the ratio of Lw / Dw is 1.0-1.1, preferably 1.02-1.1 and in particular 1.04. This means that the rolling element length Lw is approximately equal to the rolling element diameter Dw; a ratio as close as possible to 1.0 is preferred.
  • a specific nominal pressure angle a is provided, which is between 20 ° -30 °.
  • the nominal pressure angle is preferably between 22 ° -28 °, in particular between 24 ° -26 ° and in particular 25 °.
  • one or more bores 19 that allow lubricant to enter the rolling area can be provided, which are preferably formed on a rim 8, 9. Via these bores 19, lubricant is admitted directly into the rolling area and in particular Special possible in the board area, where the end faces of the tapered rollers 6 run against the respective board 8, 9.
  • FIG. 1 Such a high-speed bearing arrangement according to the invention in the form of a tool spindle arrangement 12 according to the invention is shown in FIG.
  • a tool spindle 13 is shown, which is mounted in a housing 14, which is only indicated here, via two tapered roller bearings 1 according to the invention, which are positioned here in an O-arrangement. Due to the properties described above, especially with regard to the high load rating, the high radial and axial rigidity and the relatively low friction, it is possible to mount such a tool spindle 13 only via two tapered roller bearings 1, instead of providing several angular contact ball bearings as previously usual.
  • FIG. 15 An example of such a tool spindle arrangement according to the prior art is shown in FIG.
  • the tool spindle arrangement 15 shown there also has a tool spindle 16 which is mounted in a housing 17, four angular contact ball bearings 18 being used here, which are installed in a tandem-O-tandem arrangement. Every two angular contact ball bearings 18 form a pair, ie a tandem, the angular contact ball bearings 18 being arranged identically within the Paa res of the arrangement of the pressure angle, but the two pairs are positioned in an O-arrangement.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager (1), umfassend einen Innenring (2) mit einer Innenringlaufbahn (3), einen Außenring (4) mit einer Außenringlauf- bahn (5) sowie auf den Laufbahnen (3, 5) wälzende Kegelrollen (6). Dieses Kegelrollenlager (1) zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass dessen Nenndruckwinkel (a) zwischen 20°-30° liegt und die Kegelrollen (6) ein Verhältnis von Wälzkörperlänge (L) zu Wälzkörperdurchmesser (Dw) von 1,0- 1,2 aufweisen.

Description

Bezeichnung der Erfindung Kegelrollenlager Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager, umfassend einen Innenring mit einer Innenringlaufbahn, einen Außenring mit einer Außenringlaufbahn sowie auf den Laufbahnen wälzende Kegelrollen.
Hintergrund der Erfindung
Die stetige Weiterentwicklung in der Werkstofftechnik sowie der Einsatz hoch fester Werkstoffe beispielsweise in der Automobil- und Luftfahrtindustrie stellt an der Zerspanung derartiger Materialien dienender Werkzeugmaschinen höchste Ansprüche betreffend die Lagerung der Werkzeugmaschinenspindeln. Verbunden damit ist häufig auch eine Steigerung der Schnittgeschwindigkeit und der Trend zur hochvolumigen Zerspanung. Um diesen Anforderungen zu begegnen, werden hochleistungsfähige Spindellagerungssysteme benötigt, die ein optimales Verhältnis zwischen hoher Tragfähigkeit, hoher Steifigkeit und bester Drehzahleignung aufweisen. Hierfür werden üblicherweise aufgrund der guten Drehzahleignung hochgenaue Schrägkugellager verwendet, die je nach Einsatzbedingungen paarweise in X- oder O-Anordnung verbaut werden. Je nach Anwendungsfall können diese mit leichter, mittlerer oder schwerer Vor spannung ausgeführt werden. Werkzeugspindeln mit hohen Anforderungen an die Steifigkeit werden durch ein beliebiges Aneinanderreihen von Spindellagern realisiert, beispielsweise vier oder sechs Spindellager in Tandem-O-Tandem- Anordnung.
Durch die starre Anstellung und die mehrfache Anordnung sowie die Wahl einer erhöhten Vorspannklasse kann jedoch die Drehzahleignung einer Spindellage rung bestehend aus beliebig vielen Spindellagern stark variieren. Das heißt, dass die tatsächliche Drehzahlgrenze ausgehend von der rechnerischen, nomi- nellen Drehzahlgrenze der einzelnen Schrägkugellager deutlich reduziert ist, beispielsweise bei einer O-Anordnung bzw. einer Tandem-O-Tandem- Anordnung bezogen auf ein Referenzspindellager um einen Faktor im Bereich von 0,5 bis 0,85, das heißt, dass sich die Drehzahlgrenze um diesen Faktor multipliziert reduziert. Je mehr einzelne Schrägkugellager innerhalb der gesam ten Lageranordnung verwendet werden und je höher die gewählte Vorspann klasse (leicht, mittel, schwer) ist, umso höher kann die Reduktion sein.
Neben der reduzierten Drehzahleignung gelten auch ungeplante Kollisionen zwischen Werkzeug und Werkstück zu den häufigsten Ausfallursachen von Werkzeugmaschinenspindeln. Aufgrund der begrenzten Tragfähigkeit der Spin dellager respektive der Schrägkugellager sind bei unerwarteten Zusammenstö ßen hohe Schlagbelastungen gegeben, die dazu führen können, dass die Ku geln durch die kleine Kontaktfläche, also den Punktkontakt, und die somit ho hen resultierenden Flächenpressungen an den Laufbahnen plastisch verformt werden und in Folge dessen die komplette Spindellagerung ausgetauscht wer den muss.
Wie beschrieben, wird für die Spindellagerung auf Schrägkugellager aufgrund deren guter Drehzahleignung zurückgegriffen. Kegelrollenlager dagegen finden im Bereich extrem hochdrehender Spindellageranordnungen mit Drehzahlen von mehreren Tausend U/min bis hin zu Drehzahlen von deutlich über 10 000 U/min nicht zuletzt aufgrund des vergleichsweise hohen Reibmoments keine Anwendung, sie werden üblicherweise in klassischen Anwendungsbereichen mit hoher radialen und axialen Belastung und in einem mittleren Drehzahlni veau verwendet. Gleichwohl wäre eine Verwendbarkeit von Kegelrollenlagern auch im Bereich von Hochgeschwindigkeitslagerungen mit einem n dm-Wert von 500.000 - 1.000.000 oder höher wünschenswert. Über den n dm-Wert wird ein Drehzahlkennwert definiert, der sich berechnet aus: n (D+d)/2, wobei n=Drehzahl im Betriebspunkt, D=Außendurchmesser des Lagers, d=Bohrungs- innendurchmesser des Lagers ist. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, ein für Hochgeschwindigkeits lagerungen geeignetes Kegelrollenlager zu konzipieren.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kegelrollenlager der eingangs ge nannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Nenndruckwinkel zwischen 20° - 30° liegt und die Kegelrollen ein Verhältnis von Wälzkörperlänge zu Wälz körperdurchmesser von 1 ,0 - 1 ,2 aufweisen.
Es hat sich herausgestellt, dass Kegelrollenlager, die in Bezug auf den Nenn druckwinkel sowie das Verhältnis Wälzkörperlänge zu Wälzkörperdurchmesser in der beschriebenen Weise ausgelegt sind, für derartige Hochgeschwindig keitsanwendungen eingesetzt werden können.
Durch Einstellung des Nenndruckwinkels zwischen 20° - 30° wird die Anforde rung an einer ausreichenden Mindeststeifigkeit des Kegelrollenlagers erfüllt, wobei das Kegelrollenlager natürlich auch vorgespannt sein kann und über die jeweilige Vorspannung die Systemsteifigkeit noch weiter verbessert werden kann. Über diesen Nenndruckwinkel kann also die axiale und radiale Steifigkeit im Hinblick auf die Hochgeschwindigkeitsanordnung zur Lagerung von Werk zeugspindeln entsprechend eingestellt werden.
Bei heutigen Kegelrollenlagern hat darüber hinaus die Rollreibung, die zwi schen den Laufbahnkontakten unter elastohydrodynamischer Schmierung ent steht, den größten Einfluss auf das Gesamtreibmoment, da der größte Teil der Kräfte über den Rollkontakt übertragen wird. Um das Rollreibungsmaß zu redu- zieren, gleichzeitig aber auch eine hinreichend hohe Tragfähigkeit sicherzustel len, weisen die erfindungsgemäß verwendeten Kegelrollen ein spezifisches Verhältnis von Wälzkörperlänge zu Wälzkörperdurchmesser von 1 ,0 - 1 ,2 auf, das heißt, dass es sich bei einer solchen Kegelrolle nahezu um eine„quadrati- sche“ Kegelrolle handelt, je kleiner der Verhältniswert ist. Bei einem Verhältnis wert von 1 ,0 ist eine„quadratische“ Kegelrolle gegeben, da in diesem Fall die Länge der Kegelrolle, gemessen an der dicken und dünnen Stirnseite, gleich dem Wälzkörperdurchmesser, gemessen am dicken Rollenende, ist. Bei einem Verhältniswert >1 ,0 ist die jeweilige Kegelrolle etwas länger als der Wälzkörper durchmesser. Durch eine entsprechende Reduzierung dieser Kegelrollenmaße respektive Einstellung des Verhältnisses, das bei üblichen Kegelrollen ver gleichbarer Größenanordnung von Kegelrollenlagern für vergleichbare Einsätze bei ca. 2 liegt und demzufolge bei diesen üblichen Kegelrollenlagern eine viel fach höhere Gesamtreibleistung gegeben ist, kann die Rollreibung und damit das Gesamtreibmoment stark reduziert werden, was den Einsatz für Hochge schwindigkeitsanwendungen ermöglicht, da die Rollreibung nicht mehr der den Einsatz nur auf mittlere Drehzahlbereiche reduzierende Faktor ist.
Das heißt, dass durch die erfindungsgemäße Kombination des auf das angege bene Intervall begrenzten Nenndruckwinkels und des auf das angegebene In tervall begrenzten Verhältnisses einerseits ein sowohl in radialer als auch axia ler Richtung sehr steifes, hoch tragfestes Kegelrollenlager mit einem stark re duzierten Rollwiderstand vorgeschlagen wird, dessen Einsatzparameter durch Wahl einer entsprechenden Vorspannung in Bezug auf die Lagersteifigkeit wie auch eine entsprechende, geeignete Profilierung der Laufbahnoberfläche und/oder der Kegelrollenoberfläche, die bauchig ausgeführt werden können, weiter verbessert werden können.
In weiterer Präzisierung kann das Nenndruckwinkelintervall zwischen 22°-28°, insbesondere zwischen 24° - 26° betragen. Ein besonders zweckmäßiger Nenn druckwinkel beträgt bevorzugt 25°.
Das Intervall des Verhältnisses von Wälzkörperlänge zu Wälzkörperdurchmes ser kann in Weiterbildung der Erfindung zwischen 1 ,02 - 1 ,1 betragen, wobei bevorzugt der Verhältniswert möglichst klein sein soll. Ein besonders bevorzug tes Verhältnis von Wälzkörperlänge zu Wälzkörperdurchmesser am dicken Rol lenende beträgt 1 ,04. Ein Kegelrollenlager weist üblicherweise entsprechende Führungsborde auf, die die Innenring- und Außenringlaufbahnen begrenzen. Im Betrieb kann es zu ei nem Kontakt der Rollenstirnflächen mit einem Führungsbord kommen. In die sem Kontakt ist eine Überlagerung von Abroll- und Gleitbewegung gegeben. Um in diesem Bereich, in dem eine Grenz- oder Mischreibung beider Kontakt partner gegeben ist, keinen der Kontaktpartner einem allzu hohen Verschleiß auszusetzen, wobei die Reibung darüber hinaus auch zu einer unzulässig ho hen Lagererwärmung führt, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, die Innen- und die Außenringlaufbahnen und/oder die Kegelrollen mit einer Verschleißschutzbeschichtung zu versehen, wobei diese Verschleißschutzbe schichtung zugleich auch reibungsmindernd wirkt. Es ist bereits ausreichend nur einen der Kontaktpartner, also entweder die Ringe oder die Kegelrollen, mit einer solchen Verschleißschutzbeschichtung zu belegen. Hierüber werden die Kontaktpartner bei Kontakt zwischen Rollenstirn und Führungsbord geschützt, gleichzeitig aber auch das Reibungsniveau reduziert.
Als eine solche Verschleißschutzbeschichtung kann eine auf Kohlenstoff und Wasserstoff basierende, und gegebenenfalls integrierten Nanopartikeln in Form eines Nitrids, Borids, Karbids oder Silizids enthaltende Verschleißschutzbe schichtung vorgesehen sein. Eine solche Verschleißschutzbeschichtung wird beispielsweise unter den Markennamen„TriondurC+“ und„TriondurCX+“ sei tens der Anmelderin eingesetzt, darüber hinaus ist eine solche Verschleiß schutzbeschichtung beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2006 029 415 A1 der Anmelderin beschrieben, auf die in Bezug auf die Verschleißschutz beschichtung voll inhaltlich bezuggenommen wird.
In Weiterbildung der Erfindung können am Innen- und/oder am Außenring ein oder mehrere einen Schmiermitteleintritt in den Wälzlagerbereich erlaubende Bohrungen, insbesondere an einem Bord des Innen- oder Außenrings, vorge sehen sein. Über diese eine, vorzugsweise die mehrere Schmiermittelbohrun gen ist eine Schmiermittelversorgung der kritischen Stellen im Wälzbereich möglich. Da ein solcher Bereich der Kontaktbereich zwischen Rollenstirn und Führungsbord ist, binden sich die Schmiermittelbohrungen bevorzugt an den Führungsborden.
Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Rollenlager, insbesondere bei maximaler Auslegung in Bezug auf Nenndruckwinkel, Verhältniswert von Wälz körperlänge zu Wälzkörperdurchmesser, Verschleißschutzbeschichtung und Schmiermittelbohrungen, den Einsatz solcher Kegelrollenlager in Hochge- schwindigkeitsanwendungen wie insbesondere Werkzeugspindellagerungen. Aufgrund der hohen axialen und radialen Steifigkeit der Kegelrollenlager be steht die Möglichkeit, die übliche Weise in Tandemanordnung verbauten Schrägkugellagerpaare durch ein einziges Kegelrollenlager zu ersetzen. Einer seits weist ein solches Kegelrollenlager eine deutlich höhere radiale und axiale Steifigkeit und damit eine höhere Tragzahl als ein Schrägkugellager bzw. ein Schrägkugellagertandem auf, wobei es sich insbesondere die höhere radiale und axiale Steifigkeit positiv auf eine geringere Wellenverlagerung und Belas tung der Werkzeugwelle auswirkt. Andererseits ist auch im Vergleich mit den Schrägkugellagern eine geringere Flächenpressung aufgrund des Linienkontak tes gegeben, was zu einer höheren Lebensdauer führt, das heißt, dass die Ke gelrollenlager verglichen mit dem Schrägkugellager Last- und Drehzahl unemp findlicher sind. Dem trägt auch eine nahezu konstante Reibung im gesamten Lastkollektiv bei, wobei die Reibung einerseits durch die erfindungsgemäße, nahezu„quadratische“ Auslegung der Kegelrollengeometrie, andererseits, so fern vorgesehen, durch Einsatz der Verschleißschutzbeschichtung deutlich re duziert ist, verglichen mit handelsüblichen Kegelrollenlagern. Auch ist bei den erfindungsgemäßen Kegelrollenlagern eine nahezu homogene, saubere Käfig kinematik des die Kegelrollen haltenden respektive führenden Käfigs gegeben.
Neben dem Kegelrollenlager selbst betrifft die Erfindung ferner eine Werk zeugspindelanordnung, umfassend eine Werkzeugspindel, ein Gehäuse und mehrere die Werkzeugspindel im Gehäuse lagernde Wälzlager, wobei als Wälz lager erfindungsgemäß Kegelrollenlager der vorbeschriebenen Art vorgesehen sind. Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugspindelanordnung ist es möglich, die Werkzeugspindel nur über zwei axial voneinander beabstandete Kegelrollenla ger im Gehäuse zu lagern. Das heißt, dass erfindungsgemäß zwei separate Kegelrollenlager die bisher vier in der üblichen Tandem-O-Tandem-Anordnung angeordneten Schrägkugellager (mitunter sind auch mehr als vier solche Schrägkugellager vorgesehen) ersetzen können, bei vergleichbarer oder sogar noch besserer Lagerperformance.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be zugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in: Figur 1 eine Prinzipdarstellung, geschnitten, eines erfindungsgemäßen
Kegelrollenlagers,
Figur 2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugspin delanordnung, und
Figur 3 eine Werkzeugspindelanordnung gemäß Stand der Technik.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kegelrollenlager 1 in einer Schnittansicht. Das Kegelrollenlager 1 umfasst einen Innenring 2 mit einer Innenringlaufbahn 3 sowie einen Außenring 4 mit einer Außenringlaufbahn 5. Auf den Laufbahnen 3, 5 wälzen Kegelrollen 6, die in einem Käfig 7 geführt sind. Die Kegelrollen 6 sind über zwei am Innenring 2 ausgebildete Borde 8, 9 geführt.
Die beiden Laufbahnen 3, 5 sind jeweils mit einer Verschleißschutzbeschich tung 10, 11 versehen, die zugleich reibungsmindernde Eigenschaften aufweist. Hierzu kann beispielsweise eine Verschleißschutzbeschichtung, wie in DE 10 2006 029 415 A1 beschrieben respektive unter dem Markennamen „Trion- durC+“ oder„TriondurCX+“ von der Anmelderin eingesetzt, verwendet werden.
Die Kegelrollen 6 weisen eine spezifische Geometrie auf, was das Verhältnis von Wälzkörperlänge Lw zu Wälzkörperdurchmesser am dicken Rollenende Dw angeht. In Figur 1 ist einerseits die Wälzkörperlänge Lw, die über die dünne und dicke Rollenstirnfläche definiert ist, dargestellt. Der Wälzkörperdurchmesser Dw wird an der Position vom dicken Rollenende bestimmt. Das Verhältnis von Lw/Dw beträgt 1 ,0 - 1 ,1 , vorzugsweise 1 ,02 - 1 , 1 und insbesondere 1 ,04. Das heißt, dass näherungsweise die Wälzkörperlänge Lw gleich dem Wälzkörper durchmesser Dw ist, bevorzugt wird ein Verhältnis möglichst nahe 1 ,0.
Darüber hinaus ist auch ein spezifischer Nenndruckwinkel a vorgesehen, der zwischen 20°-30° liegt. Bevorzugt liegt der Nenndruckwinkel zwischen 22°-28°, insbesondere zwischen 24° - 26° und insbesondere bei 25°.
Über den Nenndruckwinkel a, gegebenen Falls in Verbindung mit einer ent sprechenden Vorspannung des Kegelrollenlagers 1 , wird eine extrem hohe axi ale und radiale Steifigkeit ausgebildet. Durch Wahl des erfindungsgemäß vor gesehenen Verhältnisses Lw/Dw wird die Rollreibung respektive die Gesam treibung des Kegelrollenlagers 1 stark reduziert, wobei dieser Reibungsreduzie rung zusätzlich die aufgebrachten Verschleißschutzbeschichtungen 10, 1 1 zu träglich sind. Insgesamt ergibt sich ein hoch tragfähiges, axial und radial sehr steifes Kegelrollenlager mit einer sehr geringen Flächenpressung resultierend aus dem Verhältnis Lw/Dw, das Last- und Drehzahl unempfindlich ist und eine sehr geringe Reibung, verglichen mit bisher bekannten Kegelrollenlager, auf weist. Daher ist das erfindungsgemäße Kegelrollenlager für einen Einsatz in Hochgeschwindigkeitslageranwendungen geeignet.
Wie in Figur 1 ferner gestrichelt gezeigten ist, kann eine oder können mehrere einen Schmiermitteleintritt in den Wälzbereich erlaubende Bohrungen 19 vorge sehen sein, die bevorzugt an einem Bord 8, 9 ausgebildet sind. Über diese Boh rungen 19 ist ein Schmiermittelzutritt unmittelbar in den Wälzbereich und insbe- sondere im Bordbereich möglich, wo die Stirnflächen der Kegelrollen 6 gegen den jeweiligen Bord 8, 9 laufen.
Eine solche erfindungsgemäße Hochgeschwindigkeitslageranordnung in Form einer erfindungsgemäßen Werkzeugspindelanordnung 12 ist in Figur 2 gezeigt. Dargestellt ist eine Werkzeugspindel 13, die in einem hier nur angedeuteten Gehäuse 14 über zwei erfindungsgemäße Kegelrollenlager 1 gelagert ist, die hier in einer O-Anordnung positioniert sind. Aufgrund der vorstehend beschrie benen Eigenschaften insbesondere in Bezug auf die hohe Tragzahl, die hohe radiale und axiale Steifigkeit sowie die relativ geringe Reibung ist es möglich, eine solche Werkzeugspindel 13 nur über zwei Kegelrollenlager 1 zu lagern, anstelle wie bisher üblichen mehrere Schrägkugellager vorzusehen.
Ein Beispiel für eine solche Werkzeugspindelanordnung gemäß Stand der Technik ist in Figur 3 gezeigt. Die dort gezeigte Werkzeugspindelanordnung 15 weist ebenfalls eine Werkzeugspindel 16 auf, die in einem Gehäuse 17 gelagert ist, wobei hier vier Schrägkugellager 18 verwendet werden, die in einer Tan- dem-O-Tandem-Anordnung verbaut sind. Je zwei Schrägkugellager 18 bilden ein paar, also ein Tandem, wobei die Schrägkugellager 18 innerhalb des Paa res von der Anordnung des Druckwinkels gleich angeordnet sind, die beiden Paare jedoch in eine O-Anordnung positioniert sind. Da sich bei einer solchen vier Schrägkugellager 18 erfordernden Spindellagerung aufgrund der Vielzahl der Schrägkugellager 18 eine beachtliche Reduzierung der Drehzahlgrenze ergibt, ist der Einsatz von nur zwei erfindungsgemäßen Kegelrollenlagern an stelle von vier (oder mehr) Schrägkugellagern von besonderem Vorteil, da mit weniger Bauteilen, nämlich nur zwei Kegelrollenlager, vergleichbare respektive auch bessere Lagerungseigenschaften erreicht werden. Bezugszeichenliste Kegelrollenlager
Innenring
Innenringlaufbahn
Außenring
Außenringlaufbahn
Kegelrollen
Käfig
Bord
Bord
Verschleißschutzbeschichtung
Verschleißschutzbeschichtung
Werkzeugspindelanordnung
Werkzeugspindel
Gehäuse
Werkzeugspindelanordnung
Werkzeugspindel
Gehäuse
Schrägkugellager
Bohrung

Claims

Patentansprüche
1. Kegelrollenlager (1 ), umfassend einen Innenring (2) mit einer Innenringlauf bahn (3), einen Außenring (4) mit einer Außenringlaufbahn (5) sowie auf den Laufbahnen (3, 5) wälzende Kegelrollen (6), dadurch gekennzeichnet, dass dessen Nenndruckwinkel (a) zwischen 20°-30° liegt und die Ke gelrollen (6) ein Verhältnis von Wälzkörperlänge (Lw) zu Wälzkörperdurch messer (Dw) von 1 ,0 - 1 ,2 aufweisen.
2. Kegelrollenlager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nenndruckwinkel (a) zwischen 22° - 28°, insbesondere zwischen 24° - 26° beträgt.
3. Kegelrollenlager (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nenndruckwinkel (a) 25° beträgt.
4. Kegelrollenlager (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelrollen (6) ein Verhältnis Wälzkörperlänge (Lw) zu Wälzkörperdurchmesser (Dw) von 1 ,02 - 1 ,1 aufweisen.
5. Kegelrollenlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ke gelrollen (6) ein Verhältnis von Wälzkörperlänge (Lw) zu Wälzkörperdurch messer (Dw) von 1 ,04 aufweisen.
6. Kegelrollenlager (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen- und die Außenringlaufbahnen (3, 5) und/oder die Kegelrollen (6) mit einer Verschleißschutzbeschichtung (10, 11 ) versehen sind.
7. Kegelrollenlager (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf Kohlenstoff und Wasserstoff basierende, und gegebenenfalls integrier ten Nanopartikeln in Form eines Nitrids, Borids, Karbids oder Silizids enthal tende Verschleißschutzbeschichtung (10, 11 ) vorgesehen ist.
8. Kegelrollenlager (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Innen- und/oder am Außenring (2, 4) eine oder mehrere einen Schmiermitteleintritt in den Wälzbereich erlaubende Bohrun gen (19), insbesondere an einem Bord (8, 9) des Innen- oder Außenrings (2, 4), vorgesehen sind.
9. Werkzeugspindelanordnung, umfassend eine Werkzeugspindel (13), ein Gehäuse (14) und mehrere die Werkzeugspindel (13) im Gehäuse (14) la gernde Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzlager Kegelrol- lenlager (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche vorgesehen sind.
10. Werkzeugspindelanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (13) nur über zwei axial voneinander beabstan- dete Kegelrollenlager (1 ) im Gehäuse (14) gelagert ist.
EP20716695.0A 2019-04-18 2020-03-20 Kegelrollenlager Withdrawn EP3956575A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019110299.5A DE102019110299A1 (de) 2019-04-18 2019-04-18 Kegelrollenlager
PCT/DE2020/100222 WO2020211896A1 (de) 2019-04-18 2020-03-20 Kegelrollenlager

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3956575A1 true EP3956575A1 (de) 2022-02-23

Family

ID=70165762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20716695.0A Withdrawn EP3956575A1 (de) 2019-04-18 2020-03-20 Kegelrollenlager

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220186777A1 (de)
EP (1) EP3956575A1 (de)
JP (1) JP2022529020A (de)
CN (1) CN113518867A (de)
DE (1) DE102019110299A1 (de)
WO (1) WO2020211896A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM618603U (zh) * 2021-06-15 2021-10-21 華碩電腦股份有限公司 風扇模組

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE7320320U (de) * 1973-12-20 Kugelfischer Schaefer G & Co Wälzlagerring mit Schmiermitteloffnung
GB1334454A (en) * 1971-06-16 1973-10-17 Timken Co Roller bearings
DE2420210B2 (de) * 1974-04-26 1976-02-26 Kugelfischer Georg Schäfer & Co, 8720 Schweinfurt Massivkammkaefig fuer schnellaufende kegelrollenlager
JP2577114Y2 (ja) * 1992-11-30 1998-07-23 エヌティエヌ株式会社 転がり軸受の潤滑構造
DE4324952C2 (de) * 1993-07-24 1996-06-20 Oesterle Hermann Kg Werkzeugkopf mit Kühlmittelzufuhr
JPH08270660A (ja) * 1995-03-29 1996-10-15 Ntn Corp 円すいころ軸受装置
DE69605257T2 (de) * 1995-07-24 2000-04-13 Nsk Ltd., Tokio/Tokyo Kegelrollenlager zur Lagerung einer Ritzelwelle eines Differentialgetriebes
JP3359501B2 (ja) * 1995-07-24 2002-12-24 日本精工株式会社 デファレンシャルギヤのピニオン軸支持用円錐ころ軸受
US6086261A (en) * 1998-01-14 2000-07-11 Ntn Corporation Tapered roller bearing
JP4108169B2 (ja) * 1998-01-26 2008-06-25 Ｎｔｎ株式会社 デファレンシャルギヤのピニオン軸支持用円すいころ軸受
JP2000161363A (ja) * 1998-11-27 2000-06-13 Ntn Corp 円錐ころ軸受および車両用歯車軸支持装置
US6502996B2 (en) * 2001-05-11 2003-01-07 The Timken Company Bearing with low wear and low power loss characteristics
US6764219B2 (en) * 2002-04-02 2004-07-20 The Timken Company Full complement antifriction bearing
US7059777B2 (en) * 2002-09-30 2006-06-13 Koyo Seiko Co., Ltd. Assembly for ball bearing with double raceway and method of manufacturing ball bearing with double raceway
KR20070002086A (ko) * 2004-04-14 2007-01-04 가부시키가이샤 제이텍트 원뿔 롤러 베어링, 원뿔 롤러 베어링 장치 및 이를 이용한차량용 피니언 축 지지 장치
GB0500390D0 (en) * 2005-01-10 2005-02-16 Hansen Transmissions Int Bearing assembly
JP2007051700A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Jtekt Corp 円錐ころ軸受、円錐ころ軸受装置及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置
JP2007051715A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Jtekt Corp 円錐ころ軸受、円錐ころ軸受装置及びこれを用いた車両用ピニオン軸支持装置
EP1757823B2 (de) * 2005-08-25 2015-01-07 NTN Corporation Kegelrollenlager
JP2007255631A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Jtekt Corp 円すいころ軸受
DE102006029415B4 (de) * 2006-06-27 2023-07-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verschleißfeste Beschichtung sowie Herstellverfahren hierfür
JP2008110426A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Ntn Corp スピンドル装置
JP2008240850A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Nsk Ltd 円すいころ軸受
US8235599B2 (en) * 2008-02-25 2012-08-07 United Technologies Corp. Hydrodynamic tapered roller bearings and gas turbine engine systems involving such bearings
JP2009243619A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Nsk Ltd 転がり摺動部材及び鋼管成形ロール用軸受
JP2010025155A (ja) * 2008-07-15 2010-02-04 Nsk Ltd 車輪用円すいころ軸受
US20100086247A1 (en) * 2008-10-08 2010-04-08 Brady Walker Roller bearing
JP2010286120A (ja) * 2010-08-17 2010-12-24 Jtekt Corp 円錐ころ軸受の設計方法
DE102011075317A1 (de) * 2011-05-05 2012-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Kegelrollenlager
DE202016008630U1 (de) * 2016-02-12 2018-09-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Seilscheibenlageranordnung
JP6208820B2 (ja) * 2016-06-23 2017-10-04 住友重機械工業株式会社 減速装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020211896A1 (de) 2020-10-22
CN113518867A (zh) 2021-10-19
US20220186777A1 (en) 2022-06-16
JP2022529020A (ja) 2022-06-16
DE102019110299A1 (de) 2020-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3405689B1 (de) Lageranordnung
EP2951467B1 (de) Windkraftanlagengetriebe
EP3762624B1 (de) Abgasturbolader mit einem hydrodynamischen gleitlager oder lageranordnung mit einem hydrodynamischen gleitlager
WO2007147386A2 (de) Winkeleinstellbares wälzlager
DE102011014079A1 (de) Radiales Mehrpunktlager mit axialer Loslagerfunktion für hohe Drehzahlen
DE4214936A1 (de) Zapfentyp-spurwaelzlager
WO2020114803A1 (de) Abgasturbolader mit einem hydrodynamischen gleitlager oder hydrodynamisches gleitlager
WO2008119597A2 (de) Vierreihiges axial-schrägwälzlager mit kugelrollen, insbesondere zur rundtischlagerung an werkzeugmaschinen
WO2010063282A1 (de) Innenring eines rollenlagers
DE2348986B2 (de) Wälzlager
DE102012016983B4 (de) Wälzlager mit Wälzlagerkäfig
DE102007024253B4 (de) Hochgenauigkeits-Schrägkugellager
EP3956575A1 (de) Kegelrollenlager
DE102007033905A1 (de) Vollkugeliges Schrägkugellager
DE19854277C1 (de) Wälzlager mit veränderbarer Laufbahn sowie Verfahren zur Laufbahnänderung
EP1880123A1 (de) Vierreihiges kegelrollenlager
DE102016206111A1 (de) Wälzlager
DE102009037392A1 (de) Wälzlageranordnung zu Axial- und/oder Radiallagerung mit Lagerentlastungsmitteln
DE102014210155A1 (de) Pendelrollenlager und Verfahren zur Montage eines Pendelrollenlagers
WO2023179820A1 (de) Kegelrollenlager und -anordnung
DE112022001513T5 (de) Schrägkugellager
WO2021259414A1 (de) Schräggleitlager
DE102007051476A1 (de) Wälzlagerung
EP4248101B1 (de) Kegelrollenlager
DE19707750B9 (de) Radialwälzlager

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211118

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20220727

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20221007

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230523