WO2007095901A1 - Radialwälzlager mit einem lagerkäfig, der eine unwuchtmasse aufweist - Google Patents

Radialwälzlager mit einem lagerkäfig, der eine unwuchtmasse aufweist Download PDF

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bearing cage
guided
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Horst Masuch
Wolfgang May
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Schaeffler Kg
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    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39—General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Definitions

  • the invention relates to a radial roller bearing according to the preamble of forming features of claim 1, and in particular it can be realized on single-row angular contact ball bearings for mounting a machine tool main spindle.
  • Such bearing assemblies have also proven to be suitable for the mounting of the main spindle of a machine tool and are previously known, for example, from DE 101 47 631 A1 and from DE 10 2004 006 313 A1.
  • the movable bearing is each formed as a cylindrical roller bearing with bordlosem outer ring, while the fixed seat is formed by two each in O arrangement against each other employed angular contact ball bearings.
  • These angular contact ball bearings consist essentially of a mounted on the main spindle inner bearing ring and a mounted in the spindle housing outer bearing ring and a number between these bearing rings arranged bearing balls, which roll in laterally limited by one shoulder raceways in the bearing rings and by a bearing cage in Circumferential direction are kept at equal intervals.
  • the bearing cage is usually designed as a guided in the outer bearing ring hard tissue or plastic cage, which consists of two side rings and a plurality of these side rings interconnecting transverse webs through which individual cage pockets are formed for the bearing balls.
  • a first basic embodiment of such bearing cages consists of two similar side rings whose outer diameter corresponds approximately to the inner diameter of the shoulder in the outer bearing ring, so that the guide surface of the bearing cage is formed by the outer peripheral surface of the voltage applied to the shoulder of the outer bearing ring side ring.
  • the side rings of the bearing cage differ from the side rings of the bearing cage, however, different, respectively about the inner diameter of the shoulder and about the inner diameter of the raceway in the outer bearing ring corresponding outer diameter, so that in this case the guide surface of La gerhimfigs is formed by the outer peripheral surface of the guided next to the raceway of the outer race on this side ring.
  • the respective guide surfaces of the bearing cage on a defined guide clearance or a gap to the outer bearing ring to minimize the bearing operation of the bearing cage on the outer bearing ring and to avoid in case of temperature-induced expansion of the bearing cage jamming the same in the outer bearing ring.
  • the invention is therefore based on the object, a radial rolling bearing, in particular single row angular contact ball bearings for storage of a machine tool main spindle to design, the bearing cage regardless of the storage temperature and the composition and Viscosity of the lubricant used even at low speeds without noise emissions in the bearing rotates.
  • this object is achieved in a radial roller bearing according to the preamble of claim 1 such that the bearing cage at its periphery locally at least one additional unbalanced mass, by the rotation of the radial roller bearing a selectively acting increased centrifugal force can be generated, with which the bearing cage for Avoidance of noise-causing cage vibrations defined even at low speeds in the outer bearing ring is feasible.
  • the invention is thus based on the finding that the centrifugal force acting on the bearing cage in the low speed range has hitherto not been sufficient and that a targeted increase of this centrifugal force by an additional imbalance mass now makes it possible to suppress the sporadic cage vibrations occurring in these speed ranges.
  • a first embodiment of a radial rolling bearing according to the invention in which the existing plastic bearing cage is guided with a side ring on the shoulder of the outer bearing ring, that the additional unbalanced mass is preferably formed by a radially inwardly directed thickening of this side ring.
  • the outer peripheral surface of this side ring and thus the cage guide surface is unchanged circular, while the inner peripheral surface of this side ring is slightly oval, so that the resulting thickening of the side ring extends over an angular range of about 90 °.
  • both side rings of the bearing cage with thickenings of the same shape and mass arranged axially parallel to one another which have the same total weight as the thickening arranged on a side ring exhibit.
  • a radial rolling bearing according to the invention in which the bearing cage is guided with a side ring on the shoulder of the outer bearing ring, that the additional unbalanced mass is preferably formed by a fixed to the inner diameter of this side ring metal strip.
  • the particular advantage of this embodiment is that existing cage structures remain unchanged and can be equipped only by an additional step with the function of the invention and also a retrofitting already in use radial bearings with the inventive function is conceivable.
  • the sheet metal strip used as imbalance mass advantageously consists of a non-ferrous metal such as brass or aluminum, which is fixed by gluing or in another suitable manner to the existing plastic bearing cage and extends over an angular range of about 40 °.
  • a third embodiment of a radial roller bearing according to the invention in which the bearing cage is guided with a side ring next to the raceway of the outer bearing ring, in contrast characterized in that the imbalance mass is preferably formed by the total weight of several incorporated in this side ring insert parts ,
  • These insert parts are preferably designed as grub screws, dowel pins or steel balls, which are mutually evenly spaced on a common pitch circle in an angular range of about 60 ° in corresponding holes in the cage-bearing side ring of the bearing cage by screwing, gluing or pressing are attached.
  • the weight of the imbalance mass is each designed such that the resulting upon rotation of the radial roller bearing from this imbalance mass centrifugal force already from a bearing speed of about 1000 min "1 exceeds the total weight of the bearing cage.
  • an additional centrifugal force of 0.35 N is thus produced at a bearing speed of 2000 min -1 , by which the total centrifugal force of the bearing cage is already 0.421 N.
  • the total centrifugal force of the bearing cage thus corresponds to 2000 times "1 about twice the actual mass of the bearing cage, while with a centrifugal force of 2.6 N at 5000 min " 1 values are already reached, the otherwise without additional imbalance mass only at a bearing speed of 12000 min " 1 are reachable.
  • the inventively designed radial roller bearing thus has the advantage over the known from the prior art radial bearings that the bearing cage by introducing an additional unbalanced mass regardless of the storage temperature and the composition and viscosity of the lubricant used even at low speeds without noise emissions in the warehouse ,
  • the arrangement of the additional imbalance mass is carried out such that neither the gap of the cage guide surface to the outer bearing ring nor the Taschenspiel the bearing balls in the Cage pockets must be changed so that a redesign of bearing cages is not required, but existing storage cages must be modified in a cost effective manner only slightly.
  • Figure 1 shows a cross section through the drive of a machine tool with a mounted in a floating bearing and in two inventively designed angular contact ball bearings main spindle;
  • Figure 2 is an enlarged view of the detail X of Figure 1 with a half of a cross section through a first embodiment of an inventively designed angular contact ball bearing;
  • FIG. 3 shows a cross section through an individually illustrated complete view of the first embodiment of an angular contact ball bearing according to the invention according to FIG. 2;
  • FIG. 3a shows a side view of the bearing cage shown individually of the first embodiment of an inventive angular contact ball bearing according to Figure 2;
  • FIG. 4 shows an enlarged representation of the detail X according to FIG. 1 with one half of a cross section through a second embodiment of an angular contact ball bearing designed according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section through an individually shown overall view of the second embodiment of an inventively designed angular contact ball bearing according to Figure 4;
  • FIG. 5a shows a side view of the bearing cage of the second embodiment of a second embodiment of an angular contact ball bearing according to the invention, shown in FIG. 4;
  • Figure 6 is an enlarged view of the detail X of Figure 1 with a half of a cross section through a third embodiment of an inventively designed angular contact ball bearing;
  • Figure 7 shows a cross section through an individually illustrated overall view of the second embodiment of an inventively designed angular contact ball bearing according to Figure 6;
  • FIG. 7a shows a side view of the bearing cage of the second embodiment of an inventively designed bearing cage
  • FIG. 1 schematically shows the drive of a machine tool, which consists essentially of an electric motor 17 and of a main spindle 18 driven by it.
  • This main spindle 18 is clearly visible with one end mounted in a floating bearing seat 19, which is formed by a conventional cylindrical roller bearing 20 with bordlosem inner ring, while the other end of the main spindle 18 in two in O arrangement against each other employed and designed as angular contact ball bearings radial roller bearings 1, the 1st 'is mounted, which form the fixed bearing seat 21 within a spindle housing 22.
  • FIGS. 1 schematically shows the drive of a machine tool, which consists essentially of an electric motor 17 and of a main spindle 18 driven by it.
  • This main spindle 18 is clearly visible with one end mounted in a floating bearing seat 19, which is formed by a conventional cylindrical roller bearing 20 with bordlosem inner ring, while the other end of the main spindle 18 in two in O arrangement against each other employed and designed as angular contact ball bearings radial
  • the radial roller bearing 1, as well as the radial roller bearing 1 'of the same design and not separately mentioned, consists essentially of an inner bearing ring 2 fastened to the main spindle 18 and of a spindle housing 22 fixed outer bearing ring 3 and a number between these sen bearing rings 2, 3 in laterally each by a shoulder 4, 5 limited raceways 6, 7 rolling bearing balls 8, which are held in the circumferential direction by a bearing cage 9 at regular intervals to each other.
  • the bearing cage 9 is formed as guided in the outer bearing ring 3 plastic cage, which consists of two side rings 10, 11 and a plurality of these side rings 10, 11 interconnecting transverse webs 12 are formed by the bearing balls for 8 individual, unspecified cage pockets.
  • FIGS. 6, 7 and 7a show a third embodiment of a radial rolling bearing 1 designed according to the invention, in which the bearing cage 9 is guided with a side ring 11 next to the raceway 7 of the outer bearing ring 3.
  • the imbalance mass 13 is formed by the total weight of a plurality of inserted into this side ring 11 insert parts 16, wherein the insert parts 16, as clearly shown in Figure 7a, are formed as five sequentially arranged grub screws which are equally spaced on a common Partial circle are secured in an angular range of about 60 ° by screwing in the side ring 11 of the bearing cage 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein als einreihiges Schrägkugellager für eine Werkzeugmaschinen-Hauptspindel (19) ausgebildetes Radialwälzlager (1), welches im Wesentlichen aus einem auf einer Hauptspindel (19) befestigten inneren Lagerring (2) und aus einem in einem Spindelgehäuse (23) befestigten äußeren Lagerring (3) sowie aus einer Anzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) in seitlich jeweils durch eine Schulter (4, 5) begrenzten Laufbahnen (6, 7) abrollender Lagerkugeln (8) besteht, die in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig (9) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Der Lagerkäfig (9) besteht dabei aus zwei Seitenringen (10, 11) und aus mehreren diese Seitenringe (10, 11) miteinander verbindenden Querstegen (12) und ist als im äußeren Lagerring (3) geführter Hartgewebe- oder Kunststoffkäfig ausgebildet. Erfindungsgemäß weist der Lagerkäfig (9) an seinem Umfang örtlich zumindest eine zusätzliche Unwuchtmasse (13) auf, durch die bei Rotation des Radialwälzlagers (1) eine gezielt wirkende erhöhte Zentrifugalkraft erzeugbar ist, mit welcher der Lagerkäfig (9) zur Vermeidung geräuschverursachender Käfigschwingungen auch bei geringen Drehzahlen im äußeren Lagerring (3) definiert führbar ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
RADIALWÄLZLAGER MIT EINEM LAGERKÄFIG, DER EINE UNWUCHTMASSE AUFWEIST
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merk- malen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere an einreihigen Schrägkugellagern zur Lagerung einer Werkzeugmaschinen-Hauptspindel realisierbar.
Hintergrund der Erfindung
Dem Fachmann auf dem Gebiet der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass zur Führung und Abstützung umlaufender Wellen in Maschinen zumindest zwei in bestimmten Abständen voneinander angeordnete Lagerstellen im die Welle aufnehmenden Gehäuse erforderlich sind. Da sich die Welle unter Be- triebsbedingungen in der Regel jedoch stärker erwärmt als das Gehäuse und somit mit steigender Temperatur zunehmende Längendifferenzen aufweist, hat es sich seit langem bewährt, die Längendifferenzen der Welle an einer Lager- stelle durch ein Loslager auszugleichen, während an der anderen Lagerstelle die Welle in einem Festlagersitz in axialer Richtung geführt wird. Dabei haben sich als Loslager einer solchen Wellenlagerung vor allem einzelne Zylinderrollen- oder Nadellager oder auch vorgespannte Schrägkugellager als besonders geeignet erwiesen, während ein Festlagersitz am einfachsten durch Rillenkugel- oder Kegelrollenlager, durch mehrere ein- oder zweireihige Schrägkugellager oder durch Kombinationen der genannten Lagertypen realisierbar sind. Derartige Lageranordnungen haben sich auch bei der Lagerung der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine als geeignet erwiesen und sind beispielsweise durch die DE 101 47 631 A1 und durch die DE 10 2004 006 313 A1 vorbekannt. Bei den in diesen Druckschriften offenbarten Lageranordnungen für die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine ist das Loslager jeweils als Zylinderrollenlager mit bordlosem Außenring ausgebildet, während der Festlagersitz durch jeweils zwei in O-Anordnung gegeneinander angestellte Schrägkugellager ge- bildet wird. Diese Schrägkugellager bestehen im Wesentlichen jeweils aus einem auf der Hauptspindel befestigten inneren Lagerring und aus einem im Spindelgehäuse befestigten äußeren Lagerring sowie aus einer Anzahl zwischen diesen Lagerringen angeordneter Lagerkugeln, die in seitlich durch jeweils eine Schulter begrenzten Laufbahnen in den Lagerringen abrollen und durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Der Lagerkäfig ist dabei üblicherweise als im äußeren Lagerring geführter Hartgewebe- oder Kunststoffkäfig ausgebildet, der aus zwei Seitenringen und aus mehreren diese Seitenringe miteinander verbindenden Querstegen besteht, durch die für die Lagerkugeln einzelne Käfigtaschen gebil- det werden. Eine erste grundsätzliche Ausführungsform derartiger Lagerkäfige besteht dabei aus zwei gleichartigen Seitenringen, deren Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der Schulter im äußeren Lagerring entspricht, so dass die Führungsfläche des Lagerkäfigs durch die Außenumfangsfläche des an der Schulter des äußeren Lagerrings anliegenden Seitenrings gebildet wird. Bei einer zweiten Ausführungsform weisen die Seitenringe des Lagerkäfigs dagegen unterschiedliche, jeweils etwa dem Innendurchmesser der Schulter und etwa dem Innendurchmesser der Laufbahn im äußeren Lagerring entsprechende Außendurchmesser aus, so dass hierbei die Führungsfläche des La- gerkäfigs durch die Außenumfangsfläche des neben der Laufbahn des äußeren Lagerrings an diesem geführten Seitenrings gebildet wird. Bei beiden Ausführungsformen weisen die jeweiligen Führungsflächen des Lagerkäfigs ein definiertes Führungsspiel bzw. einen Spalt zum äußeren Lagerring auf, um im La- gerbetrieb die Reibung des Lagerkäfigs am äußeren Lagerring zu minimieren und bei temperaturbedingter Ausdehnung des Lagerkäfigs ein Verklemmen desselben im äußeren Lagerring zu vermeiden.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass das Führungsspiel des Lagerkäfigs im Zusammenwirken mit dem Taschenspiel der Lagerkugeln in den Käfigtaschen unter bestimmten Betriebsbedingungen dafür ursächlich ist, dass es vor allem in niedrigen Drehzahlbereichen zu sporadischen Käfigschwingungen kommt. Diese Käfigschwingungen entstehen, wenn im Spindellager die Einflussgrößen Temperatur, Zusammensetzung und Viskosität des Schmierstoffs, Lagerdrehzahl und auf den Lagerkäfig wirkende Zentrifugalkraft in einer definierten Beziehung zueinander stehen und führen zu störenden Geräuschemissionen.
Ähnliche Probleme waren auch bereits Hintergrund des durch die DE 43 27 815 C2 bekannt gewordenen Schrägkugellagers für einen Turbolader. Da an La- gereinheiten für Turbolader extrem hohe Drehzahlen und Temperaturen sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Betriebsbedingungen auftreten, entstehen an den drehenden Lagerteilen erhebliche Fliehkräfte, die ebenfalls zu deutlichen Geräuschemissionen im Lager führten. Dieses Problem wird bei dem in dieser Druckschrift vorgeschlagenen, ebenfalls mit einem außenringge- führten Kunststoffkäfig ausgebildeten Schrägkugellager dadurch gelöst, dass der Lagerkäfig aus einem wärmebeständigen Kunstharz hergestellt und sowohl mit einem optimierten Führungsspiel als auch mit einem optimierten Taschenspiel für die Lagerkugeln ausgebildet wird. Mit einer solchen Maßnahme ist es zwar möglich, die durch Fliehkräfte auftretenden Geräuschemissionen in hohen Drehzahlbereichen zu eliminieren, es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die bei gleichartigen Spindellagern im niedrigen Drehzahlbereich auftretenden Käfigschwingen auch bei dem vorgeschlagenen Schrägkugellager für einen Turbolader auftreten und der Lagerkäfig aus den beschriebenen Gründen somit auch hier bei niedrigen Drehzahlen nicht geräuschfrei im Lager umläuft.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Schrägkugellager zur Lagerung ei- ner Werkzeugmaschinen-Hauptspindel, zu konzipieren, dessen Lagerkäfig unabhängig von der Lagertemperatur sowie von der Zusammensetzung und Viskosität des verwendeten Schmierstoffs auch bei geringen Drehzahlen ohne Geräuschemissionen im Lager umläuft.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der Lagerkäfig an seinem Um- fang örtlich zumindest eine zusätzliche Unwuchtmasse aufweist, durch die bei Rotation des Radialwälzlagers eine gezielt wirkende erhöhte Zentrifugalkraft erzeugbar ist, mit welcher der Lagerkäfig zur Vermeidung geräuschverursachender Käfigschwingungen auch bei geringen Drehzahlen im äußeren Lagerring definiert führbar ist. Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass die im niedrigen Drehzahlbereich auf den Lagerkäfig wirkende Zentrifugalkraft bisher nicht ausreichend war und dass eine gezielte Erhöhung dieser Zentrifugalkraft durch eine zusätzliche Unwuchtmasse es nunmehr ermöglicht, die in diesen Drehzahlbe- reichen auftretenden sporadischen Käfigschwingungen zu unterdrücken.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß Anspruch 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers, bei dem der aus Kunststoff bestehende Lagerkäfig mit einem Seitenring an der Schulter des äußeren Lagerrings geführt wird, dass die zusätzliche Unwuchtmasse bevorzugt durch eine radial nach innen gerichtete Verdickung dieses Seitenrings gebildet wird. Die Außenumfangsfläche dieses Seitenrings und damit die Käfigführungsfläche ist dabei unverändert kreisrund ausgebildet, während die Innenumfangsfläche dieses Seitenrings geringfügig oval ausgebildet ist, so dass die dadurch entstehende Verdickung des Seitenrings sich über einen Winkelbereich von etwa 90° erstreckt. Anstelle der Anordnung nur einer Verdickung an dem mit der Käfig- führungsfläche ausgebildeten Seitenring des Lagerkäfigs ist es jedoch auch möglich, beide Seitenringe des Lagerkäfigs mit axial parallel zueinander angeordneten Verdickungen gleicher Form und Masse auszubilden, die das gleiche Gesamtgewicht wie die an einem Seitenring angeordnete Verdickung aufweisen. Ebenso ist es auch denkbar, anstelle nur einer Verdickung mehrere nach- einander angeordnete kleinere Verdickungen an dem mit der Käfigführungsfläche ausgebildeten Seitenring anzuordnen oder auch an beiden Seitenringen des Lagerkäfigs mehrere solcher Verdickungen gleicher Form und Masse jeweils axial parallel zueinander anzuordnen. Nach Anspruch 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers, bei dem der Lagerkäfig mit einem Seitenring an der Schulter des äußeren Lagerrings geführt wird, dass die zusätzliche Unwuchtmasse bevorzugt durch einen am Innendurchmesser dieses Seitenrings befestigten Blechstreifen gebildet wird. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass bereits vorhandene Käfigkonstruktionen unverändert bleiben und lediglich durch einen zusätzlichen Arbeitsschritt mit der erfindungsgemäßen Funktion ausgerüstet werden können und auch eine Nachrüstung bereits in Anwendung befindlicher Radiallager mit der erfindungsge- mäßen Funktion denkbar ist. Der als Unwuchtmasse verwendete Blechstreifen besteht dabei vorteilhafterweise aus einem Nichteisenmetall wie Messing oder Aluminium, der durch Verkleben oder in anderer geeigneter Weise an dem aus Kunststoff bestehenden Lagerkäfig befestigt wird und sich über einen Winkelbereich von etwa 40° erstreckt. Natürlich ist es auch bei dieser Ausführungs- form des Lagerkäfigs möglich, anstelle der Anordnung nur eines Blechstreifens an dem mit der Käfigführungsfläche ausgebildeten Seitenring beide Seitenringe des Lagerkäfigs mit jeweils einem oder mehreren, jeweils axial parallel zueinander angeordneten Blechstreifen gleicher Form und Masse auszubilden, die das gleiche Gesamtgewicht wie der an einem Seitenring angeordnete Blech- streifen aufweisen.
Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers, bei dem der Lagerkäfig mit einem Seitenring neben der Laufbahn des äußeren Lagerrings geführt wird, dagegen da- durch aus, dass die Unwuchtmasse bevorzugt durch das Gesamtgewicht mehrerer in diesen Seitenring eingearbeiteter Einsatzteile gebildet wird. Diese Einsatzteile sind dabei bevorzugt als Madenschrauben, Passstifte oder Stahlkugeln ausgebildet, die zueinander gleichmäßig beabstandet auf einem gemeinsamen Teilkreis in einem Winkelbereich von etwa 60° in entsprechenden Bohrungen im käfigführenden Seitenring des Lagerkäfigs durch Verschrauben, Verkleben oder Einpressen befestigt sind. Anstelle solcher Einsatzteile ist es bei dieser Ausführungsform des Lagerkäfigs natürlich auch möglich, die für die zuvor beschriebene Ausführungsform des Lagerkäfigs bevorzugt verwendeten Ausbildungen der Un- wuchtmasse in Form von Verdickungen und Blechsreifen zu verwenden, ebenso wie es möglich ist, die für einen mit einem Seitenring neben der Laufbahn des äußeren Lagerrings geführten Lagerkäfig beschriebene Ausbildung der Unwuchtmasse in Form von Einsatzteilen an einem mit einem Seitenring auf der Schulter des äußeren Lagerrings geführten Lagerkäfig zu verwenden.
Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers durch Anspruch 6 noch vorgeschlagen, dass unabhängig von den beschriebenen Ausführungsformen des Lagerkäfigs das Ge- wicht der Unwuchtmasse jeweils derart ausgelegt ist, dass die bei Rotation des Radialwälzlagers aus dieser Unwuchtmasse resultierende Zentrifugalkraft bereits ab einer Lagerdrehzahl von etwa 1000 min"1 das Gesamtgewicht des Lagerkäfigs übersteigt. So hat es sich beispielsweise bei einem Kunststoff-Lagerkäfig mit einer Masse von 22,4 g bzw. einer dementsprechenden Schwerkraft von 0,22 N erwiesen, dass dieser bei einer Lagerdrehzahl von 2000 min"1 ohne zusätzliche Unwuchtmasse eine Zentrifugalkraft von 0,071 N entwickelt. Durch das Einbringen einer zusätzlichen Unwuchtmasse von beispielsweise 0,5 g in den Lagerkäfig wird damit bei einer Lagerdrehzahl von 2000 min"1 eine zusätzliche Zentrifugalkraft von 0,35 N erzeugt, durch die die Gesamtzentrifugalkraft des Lagerkäfigs bereits 0,421 N beträgt. Die Gesamtzentrifugalkraft des Lagerkäfigs entspricht somit bei 2000 min"1 etwa dem 2-fachen der eigentlichen Masse des Lagerkäfigs, während mit einer Zentrifugalkraft von 2,6 N bei 5000 min"1 bereits Werte erreicht werden, die ohne zusätzliche Unwuchtmasse sonst erst bei einer Lagerdrehzahl von 12000 min"1 erreichbar sind.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Radialwälzlagern den Vorteil auf, dass dessen Lagerkäfig durch das Einbringen einer zusätzlichen Unwuchtmasse unabhängig von der Lagertemperatur sowie von der Zusammensetzung und Viskosität des verwendeten Schmierstoffs auch bei geringen Drehzahlen ohne Geräuschemissionen im Lager umläuft. Die Anordnung der zusätzlichen Unwuchtmasse erfolgt dabei derart, dass weder das Spaltmaß der Käfigführungsfläche zum äußeren Lagerring noch das Taschenspiel der Lagerkugeln in den Käfigtaschen verändert werden muss, so dass eine Neukonstruktion von Lagerkäfigen nicht erforderlich ist, sondern bestehende Lagerkäfige in kostengünstiger Weise lediglich geringfügig modifiziert werden müssen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch den Antrieb einer Werkzeugmaschine mit einer in einem Loslager und in zwei erfindungsgemäß ausgebildeten Schrägkugellagern gelagerten Hauptspindel;
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß Figur 1 mit einer Hälfte eines Querschnitts durch eine erste Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildetes Schrägkugellagers;
Figur 3 einen Querschnitt durch eine einzeln dargestellte Gesamtan- sieht der ersten Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildetes Schrägkugellagers gemäß Figur 2;
Figur 3a eine Seitenansicht des einzeln dargestellten Lagerkäfigs der ersten Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schrägkugellagers gemäß Figur 2;
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß Figur 1 mit einer Hälfte eines Querschnitts durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildetes Schrägkugellagers;
Figur 5 einen Querschnitt durch eine einzeln dargestellte Gesamtansicht der zweiten Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildetes Schrägkugellagers gemäß Figur 4; Figur 5a eine Seitenansicht des einzeln dargestellten Lagerkäfigs der zweiten Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schrägkugellagers gemäß Figur 4;
Figur 6 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß Figur 1 mit einer Hälfte eines Querschnitts durch eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildetes Schrägkugellagers;
Figur 7 einen Querschnitt durch eine einzeln dargestellte Gesamtansicht der zweiten Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildetes Schrägkugellagers gemäß Figur 6;
Figur 7a eine Seitenansicht des einzeln dargestellten Lagerkäfigs der zweiten Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Schrägkugellagers gemäß Figur 6.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist schematisch der Antrieb einer Werkzeugmaschine dargestellt, der im Wesentlichen aus einem Elektromotor 17 und aus einer von diesem angetriebenen Hauptspindel 18 besteht. Diese Hauptspindel 18 ist deutlich sichtbar mit einem Ende in einem Loslagersitz 19 gelagert, welcher durch ein herkömmliches Zylinderrollenlager 20 mit bordlosem Innenring gebildet wird, während das andere Ende der Hauptspindel 18 in zwei in O-Anordnung gegeneinander angestellte und als Schrägkugellager ausgebildete Radialwälzlagern 1 , 1' gelagert ist, die den Festlagersitz 21 innerhalb eines Spindelgehäuses 22 bilden. Wie dazu den Figuren 2, 4 und 6 entnehmbar ist, besteht das Radialwälzlager 1 ebenso wie das spiegelverkehrt baugleich ausgebildete und im Weiteren nicht mehr gesondert erwähnte Radialwälzlager 1' jeweils im Wesentlichen aus einem auf der Hauptspindel 18 befestigten inneren Lagerring 2 und aus einem im Spindelgehäuse 22 befestigten äußeren Lagerring 3 sowie aus einer Anzahl zwischen die- sen Lagerringen 2, 3 in seitlich jeweils durch eine Schulter 4, 5 begrenzten Laufbahnen 6, 7 abrollender Lagerkugeln 8, die in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig 9 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Der Lagerkäfig 9 ist dabei als im äußeren Lagerring 3 geführter Kunststoffkäfig ausgebildet, der aus zwei Seitenringen 10, 11 und aus mehreren diese Seitenringe 10, 11 miteinander verbindenden Querstegen 12 besteht, durch die für die Lagerkugeln 8 einzelne, nicht näher bezeichnete Käfigtaschen gebildet werden.
Darüber hinaus ist in den Figuren 2, 4 und 6 zu sehen, dass bei dem Radial- Wälzlager 1 zur Vermeidung sporadischer Käfigschwingungen bei niedrigen Drehzahlen erfindungsgemäß der Lagerkäfig 9 an seinem Umfang örtlich eine zusätzliche Unwuchtmasse 13 aufweist, durch die bei Rotation des Radialwälzlagers 1 eine gezielt wirkende erhöhte Zentrifugalkraft erzeugbar ist, mit welcher der Lagerkäfig 9 im äußeren Lagerring 3 definiert führbar ist und somit ohne Geräuschemissionen im Lager umläuft. Das Gewicht der Unwuchtmasse 13 ist dabei derart ausgelegt, dass die bei Rotation des Radialwälzlagers 1 aus dieser Unwuchtmasse 13 resultierende Zentrifugalkraft bereits ab einer Lagerdrehzahl von etwa 1000 min'1 das Gesamtgewicht des Lagerkäfigs 9 übersteigt. Bei der in den Figuren 2, 3 und 3a gezeigten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers 1 , bei dem der Lagerkäfig 9 mit einem Seitenring 10 an der Schulter 5 des äußeren Lagerrings 3 geführt wird, ist diese zusätzliche Unwuchtmasse 13 durch eine radial nach innen gerichtete Verdickung 14 dieses Seitenrings 10 gebildet, die sich über einen Winkelbereich von etwa 90° erstreckt. Diese radial unterhalb der nicht näher be- zeichneten Führungsfläche des Lagerkäfigs 9 angeordnete Verdickung 14 des Seitenrings 10 ist in Figur 3a deutlich auf der Zwölfuhrposition zu sehen, wobei durch Figur 3 deutlich wird, dass die Seitenringe 10, 11 des Lagerkäfigs 9 ansonsten den gleichen Querschnitt aufweisen und die Führungsfläche des Lagerkäfigs 9 am Seitenring 10 unverändert kreisrund ausgebildet ist.
Bei der in den Figuren 4, 5 und 5a gezeigten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers 1 , bei dem der Lagerkäfig 9 ebenfalls mit einem Seitenring 10 an der Schulter 5 des äußeren Lagerrings 3 geführt wird, ist die Unwuchtmasse 13 dagegen als am Innendurchmesser dieses Seitenrings 10 befestigter Blechstreifen 15 ausgebildet, der sich über einen Winkelbereich von etwa 40° erstreckt. Dieser, in Figur 5a wieder in der Zwölfuhrposition am Lagerkäfig 9 angeordnete Blechstreifen 15 besteht dabei in geeigneter Weise aus Messing und ist durch Verkleben am Innendurchmesser des Seitenrings 10 befestigt. Ansonsten weisen beide Seitenringe 10, 11 des Lagerkäfigs 9, wie aus Figur 5 ersichtlich ist, wieder den gleichen Querschnitt auf und die Käfigführungsfläche des Seitenrings 10 ist ebenfalls unverändert kreisrund ausgebildet.
In den Figuren 6, 7 und 7a ist schließlich noch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlager 1 zu sehen, bei dem der Lagerkäfig 9 mit einem Seitenring 11 neben der Laufbahn 7 des äußeren La- gerrings 3 an diesem geführt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Un- wuchtmasse 13 durch das Gesamtgewicht mehrerer in diesen Seitenring 11 eingearbeiteter Einsatzteile 16 gebildet, wobei die Einsatzteile 16, wie in Figur 7a deutlich sichtbar ist, als fünf nacheinander angeordnete Madenschrauben ausgebildet sind, die zueinander gleichmäßig beabstandet auf einem gemeinsamen Teilkreis in einem Winkelbereich von etwa 60° durch Verschrauben im Seitenring 11 des Lagerkäfigs 9 befestigt sind.
Bezugszahlenliste
1 , 1' Radialwälzlager
2 innerer Lagerring
3 äußerer Lagerring
4 Schulter von 2
5 Schulter von 3
6 Laufbahn von 2
7 Laufbahn von 3
8 Lagerkugeln
9 Lagerkäfig
10 Seitenring von 9
11 Seitenring von 9
12 Querstege von 9
13 Unwuchtmasse
14 Verdickung
15 Blechstreifen
16 Einsatzteile
17 Elektromotor
18 Hauptspindel
19 Loslagersitz
20 Zylinderrollenlager
21 Festlagersitz
22 Spindelgehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Radialwälzlager, insbesondere einreihiges Schrägkugellager zur Lagerung einer Werkzeugmaschinen-Hauptspindel, welches im Wesentlichen aus einem auf einer Hauptspindel (19) befestigten inneren Lagerring (2) und aus einem in einem Spindelgehäuse (23) befestigten äußeren Lagerring (3) sowie aus einer Anzahl zwischen diesen Lagerringen (2, 3) in seitlich jeweils durch eine Schulter (4, 5) begrenzten Laufbahnen (6, 7) abrollender Lagerkugeln (8) besteht, die in Umfangsrichtung durch einen Lagerkäfig (9) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei der Lagerkä- fig (9) aus zwei Seitenringen (10, 11) und aus mehreren diese Seitenringe (10, 11) miteinander verbindenden Querstegen (12) besteht und als im äußeren Lagerring (3) geführter Hartgewebe- oder Kunststoffkäfig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (9) an seinem Umfang örtlich zumindest eine zusätzliche Unwuchtmasse (13) aufweist, durch die bei Rotation des Radialwälzlagers (1) eine gezielt wirkende erhöhte Zentrifugalkraft erzeugbar ist, mit welcher der Lagerkäfig (9) zur Vermeidung geräuschverursachender Käfigschwingungen auch bei geringen Drehzahlen im äußeren Lagerring (3) definiert führbar ist.
2. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mit einem Seitenring (10) an der Schulter (5) des äußeren Lagerrings (3) geführten Lagerkäfig (9) die Unwuchtmasse (13) bevorzugt durch eine radial nach innen gerichtete Verdickung (14) dieses Seitenrings (10) gebildet wird, die sich über einen Winkelbereich von etwa 90° erstreckt.
3. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mit einem Seitenring (10) an der Schulter (5) des äußeren Lagerrings (3) geführten Lagerkäfig (9) die Unwuchtmasse (13) bevorzugt durch einen am Innendurchmesser dieses Seitenrings (10) befestigten Blechstreifen (15) gebildet wird, der sich über einen Winkelbereich von etwa 40° erstreckt.
4. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei ei- nem mit einem Seitenring (11) neben der Laufbahn (7) des äußeren Lagerrings (3) geführten Lagerkäfig (9) die Unwuchtmasse (13) bevorzugt durch das Gesamtgewicht mehrerer in diesen Seitenring (11) eingearbeiteter Einsatzteile (16) gebildet wird.
5. Radialwälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Unwuchtmasse (13) bildenden Einsatzteile (16) bevorzugt als Madenschrauben, Passstifte oder Stahlkugeln ausgebildet sind, die zueinander gleichmäßig beabstandet auf einem gemeinsamen Teilkreis in einem Winkelbereich von etwa 60° im Seitenring (11) des Lagerkäfigs (9) befestigt sind.
6. Radialwälzlager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der Unwuchtmasse (13) jeweils derart ausgelegt ist, dass die bei Rotation des Radialwälzlagers (1) aus dieser Unwuchtmasse (13) resultierende Zentrifugalkraft bereits ab einer Lagerdrehzahl von etwa 1000 min'1 das Gesamtgewicht des Lagerkäfigs (9) übersteigt.
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