WO2009012753A1 - Schrägkugellager mit reibungsarmen käfig - Google Patents

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WO2009012753A1
WO2009012753A1 PCT/DE2008/001169 DE2008001169W WO2009012753A1 WO 2009012753 A1 WO2009012753 A1 WO 2009012753A1 DE 2008001169 W DE2008001169 W DE 2008001169W WO 2009012753 A1 WO2009012753 A1 WO 2009012753A1
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cage
ball bearing
contact ball
angular contact
outer ring
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PCT/DE2008/001169
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Inventor
Norbert Kretzer
Horst Masuch
Wolfgang May
Original Assignee
Schaeffler Kg
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the invention relates to an angular contact ball bearing with an inner race, with an outer ring with outer surface, with a cage and with a plurality of balls, wherein the balls between inner raceway and outer race are mounted rollably in the cage, wherein the outer ring has a cage guide surface, which is used to guide the Cage is formed, and wherein the outer ring comprises a plurality of Käfischschmierstoffkanäle whose output openings pierce the cage guide surface.
  • Such angular contact ball bearings are used when a lifetime lubrication is not considered sufficient and instead replaced either at intervals or during operation of the angular contact ball bearing consumed or lost lubricant through lubricant channels.
  • the document EP 0994264 B 1 describes, for example, a bearing lubrication device which has at least one cage lubricant channel, which is arranged radially extending in an outer ring of a bearing lubrication device. For better distribution of the oil supplied through the cage lubricant channel, air is blown in the axial direction, so that an oil-air mixture results only in the bearing interior.
  • the document DE 100 45 163 A1 relates to an angular contact ball bearing, which likewise shows a cage lubrication by means of cage lubricant channels, which are aligned in the radial direction and whose outlet openings pierce the cage guide surface.
  • the angular contact ball bearing according to this document shows a different concept, since the cage guide surface and the cage lubricant channel is not part of the outer ring, but is designed as a separate outer ring spacer.
  • the invention has for its object to propose an angular contact ball bearing, which has reduced friction losses.
  • an angular contact ball bearing which has an inner raceway surface, an outer raceway with outer surface, a cage and a plurality of balls.
  • the inner raceway can be arranged on an inner ring, alternatively it can also be positioned on a functional element, such as a shaft.
  • the outer ring has an outer running surface, wherein either the inner running surface or the outer running surface is formed asymmetrically or as a shoulder running surface and the other running surface is preferably realized as a symmetrical running surface, in particular a circumferential running groove.
  • the balls which are rotatably mounted in a cage between inner tread and outer tread, are preferably formed of metal or ceramic material.
  • the cage is preferably designed as a plastic cage, in particular hard tissue cage, and is slidably guided over a cage guide surface of the outer ring in the radial direction.
  • the outer ring thus has on an integral and / or one-piece portion both the outer raceway surface and the cage guide surface.
  • the arrangement of these two functional surfaces on a common component ensures that they are positioned with high accuracy to each other.
  • the outer ring For lubrication of the contact area between the outer ring and the cage, that is to say in particular in the area of the cage guide surface, the outer ring has a plurality of cage lubricant channels whose outlet openings pierce the cage guide surfaces and supply lubricant to the angular contact ball bearing in the contact area between the cage and the cage guide surface.
  • the cage lubricant channels are designed for the transport of an oil-air mixture.
  • the angular contact ball bearing has to be redesigned for use with an oil / air mixture with regard to connection interfaces and the dimensioning of the cage lubricant channels from use with grease.
  • a consideration of the invention is that the friction of the cage on the cage guide surface is reduced by the inflowing air of the oil-air mixture. It is namely assumed that the cage at high speeds, ie in particular at speeds above 15,000 revolutions per minute or at a nominal number i shape of the product of revolution multiplied by the pitch circle diameter of more than 1, 5 million mm / min, eccentric in Outer ring rotates so that it always has contact with the outer ring at one point. From a geometrical point of view, the distance between the cage and the cage guide surface is less in the mentioned contact region than on the diametrically opposite side.
  • the outer ring has a plurality of cage lubricant channels whose outlet openings penetrate the cage guide surface at several points, the oil / air mixture is blown in at a plurality of positions distributed in the direction of rotation.
  • the oil-air mixture which flows under pressure into the area between the cage and cage guide surface in the contact area or in the adjacent thereto area builds up a higher pressure than on the opposite side of the cage.
  • the cage is thus on the side of the contact area with a higher force acting radially inward applied, as on the opposite side.
  • the consequence of the asymmetric loading is that the cage will try to straighten radially inward so that the contact forces in the contact area are reduced and thus the cage friction is reduced or eliminated.
  • the cage air-assisted or air-bearing rotates in the outer ring.
  • at least three of the exit openings are circumferentially distributed in the cage guide surface.
  • the or all the outlet openings are arranged regularly distributed in the circumferential direction, ie in each case have the same intermediate angle to each other.
  • the cage lubricant channels are connected to an oil supply device, in particular a minimum oil quantity device and / or connectable.
  • the oil supply device ensures that the oil-air mixture with an overpressure greater than 1 bar, preferably greater than 3 bar and in particular greater than 4 bar is applied.
  • the angular contact ball bearing or the oil supply device is designed so that the operating pressure is less than 6 bar, so that the angular contact ball bearing and / or the oil supply device can be operated in workshops or factory buildings usually existing high-pressure supply systems.
  • the cage can be implemented both when the cage on the board side of the outer ring and when the cage is guided on the canting side of the outer ring.
  • the cage is guided on both sides, so that both the side of the side and the elevation side are equipped with the plurality of cage lubricant channels.
  • the outlet openings of the cage lubricant channels lie in a common radial plane and are therefore preferably arranged in a circumferential strip area and / or without axial offset from one another or to one another. This training also increases the uniformity of the occupational Supply of oil-air mixture with overpressure on the rotating cage.
  • the outer ring additionally has at least one ball lubricant channel whose outlet opening is arranged and / or aligned for the direct lubrication of the balls.
  • the outflow direction from the ball lubricant passage is directed to the balls, so that the escaping lubricant is conveyed to the balls and is distributed by them in the angular contact ball bearing.
  • the inlet openings of the cage lubrication channels and the at least one ball lubricant channel are arranged in the strip area and / or without axial offset and / or in a common radial plane. It is preferably provided that both the ball lubricant channel and the cage lubricant channels are supplied with the same lubricant, ie an oil-air mixture.
  • the strip area is pronounced as a circumferential groove so that the strip area and thus the ball lubricant channel and the cage lubricant channels can easily be lubricated with an integration of the angular contact ball bearing in an assembly, in particular in a spindle drive of a machine tool can be supplied.
  • the course of the channels extends radially, star-shaped starting from the central axis of the angular contact ball bearing or at least in a radial plane of the angular contact ball bearing. With such a course, the drilling of the lubricant channels is facilitated.
  • angular contact ball bearings which already have a ball lubricant channel, can be equipped according to the invention in a simple manner with cage lubricant channels by supplementing with radially aligned bores or passage openings.
  • the lubricant channels, in particular the or all cage lubricant channels extend at an angle to the radial plane of the angular contact ball bearing.
  • the inlet openings of the ball lubricant channel and the or all cage lubricant channels are in a common radial plane, in a common strip area and / or without axial offset, it is possible in this way to form the ball lubricant channel with radially oriented course and with angled to the radial plane running cage lubricant channels to supply the cage guide surface with lubricant.
  • a sealing groove for receiving a circumferential sealing element is arranged on both sides and offset in the axial direction from the inlet openings.
  • the angular contact ball bearing then preferably three grooves, namely a centrally disposed groove in the groove base, the inlet openings of all channels are arranged and two sealing grooves for receiving the sealing element.
  • the advantages of the present invention are particularly pronounced when the angular contact ball bearing is designed as a high-speed bearing, ie for revolutions greater than 15,000 revolutions per minute, preferably over 30,000 revolutions per minute, in particular greater than 60,000 revolutions per minute and / or if the nominal number in Shape of the product of revolution multiplied by the pitch circle diameter more than 1, 5 million mm / min, preferably more than 2.0 million mm / min and in particular more than 2.5 million mm / min.
  • a preferred field of application of the angular contact ball bearing according to the invention is the use as a spindle bearing in a machine tool.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section parallel and through the center axis of an angular ball bearing as a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section parallel to and through the central axis of a second angular contact ball bearing as a second embodiment of the invention
  • Figure 3 is a schematic longitudinal section parallel and through the center axis of a third angular contact ball bearing as a third embodiment of the invention
  • the angular contact ball bearing 1 shows an angular contact ball bearing 1 as a first embodiment of the invention in a schematic longitudinal section.
  • the angular contact ball bearing 1 comprises an inner ring 2, an outer ring 3, between which a plurality of balls 4 are rollably mounted in a cage 5.
  • Angular contact ball bearing 1 is designed as a high-speed bearing, in particular for use in machine tools, for example for speeds greater than 15,000 revolutions per minute.
  • the balls 4 are in particular formed as ceramic balls, but in modified embodiments may also be metal balls, in particular steel balls.
  • the inner ring 2 has a center-symmetrically shaped, groove-shaped inner raceway 6, which is realized for example so that the balls 4 conform to the inner raceway 6.
  • the outer ring 3 shows an asymmetric outer raceway 7, which is at least partially formed by an axially inwardly facing side surface of an outboard 8, which is integrally formed on the outer ring 3.
  • the outer race 7 is also formed with respect to the balls 4 so that they nestle. Oscillation in this context means that the radius in the illustrated cross-section of the raceways slightly larger, for example, 10% larger than the radius of the balls 4 is formed.
  • the cage 5 is designed as an outer ring guided cage and is realized in this embodiment in Figure 1 as outboard cage 5.
  • the outboard 8 has to guide the cage to a cage guide surface 9, which results as coaxial with the central axis, not shown, of the angular contact ball bearing 1 inwardly directed annular surface on which the cage 5 slides with a radially outwardly facing surface in the region of the outboard 8 along ,
  • the course of the pressure angle and / or nominal pressure angle is also indicated by a dashed line 10, wherein the pressure angle in the present embodiment, greater than 12 ° with respect to a radial plane, which is arranged perpendicular to the central axis of the angular contact ball bearing 1 aligned is.
  • the cage 5 tends to tilt relative to the radial plane, so that the initially theoretically circumferentially similar cage play between the cage guide surface 9 and the radially outwardly facing surface of the cage 5 is reduced in the region of a contact zone and in on the other hand, an opposite area is enlarged.
  • increased friction occurs, in very unfavorable cases even mixed friction can occur if lubrication can no longer be adequately ensured in this area.
  • a ball lubricant channel 11 which extends radially, star-shaped on the cantilever side of the angular contact ball bearing 1 and allows the supply of lubricant in the region of the balls 4.
  • the cage guide surface 9 In the area of the cage guide surface 9 further channels are provided, which are formed as Käfigschmierstoffkanäle 12 and are also formed radially, star-shaped, extending.
  • the outlet openings 13 of the cage lubricant channels 12 pierce the cage guide surface 9 at a plurality of points.
  • a total of three cage lubricant channels are provided, the inlet openings 13 are distributed regularly in the direction of circulation.
  • an oil-air mixture is injected into the angular contact ball bearing 1, preferably with an overpressure of more than 1 bar and, for example, less than 6 bar.
  • the regular distribution of the outlet openings 13 leads to a cage-stabilizing behavior:
  • the cage 5 runs eccentrically in the outer ring 3 at high speeds and always has contact with the outer ring 3 at one point the distance to the cage guide surface 9 is smaller than on the opposite In the area of the contact zone of the cage 5 with the guide surface 9, a higher overpressure builds up on the opposite side than on the opposite side.
  • the contact forces are reduced in the critical region of the contact zone and thus reduces the cage friction.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of an angular contact ball bearing 1 in the same representation as in Figure 1.
  • the ball lubricant channel 11 and the cage lubricant channels 12 merge on the input side on the outer cylindrical surface of the outer ring 3 in a common groove 14.
  • the outlet openings may be arranged overlapping or circumferentially distributed.
  • the cage lubricant channels 12 are employed angled to a radial plane of the angular contact ball bearing 1.
  • Parallel to the circumferential groove 14 sealing grooves 15 are arranged on both sides, in each of which an O-ring 16 is placed to seal the area around the common groove 14.
  • the ball lubricant channel has been moved further into the center of the angular contact ball bearing 1. This is possible as long as the outlet opening of the ball lubricant channel outside the pressure ellipse between balls 4 and 7 career is arranged.
  • FIG 3 shows a third embodiment of the invention in the same representation as the preceding figures, wherein in contrast to the figure 2, the angular contact ball bearing 1 in Figure 3, the leadership of the cage 5 realized on the cant 17.
  • the cage 5 is formed on the canting side with a much larger outer diameter than on the outboard side, wherein the cage guide surface 9 is formed by the inner side annular surface of the outer ring 3 on the elevation side 17.
  • a plurality of obliquely running cage lubricant channels 12 are provided analogously to FIG. 2, the outlet openings of which are distributed circumferentially in the region of the guide surface 9 at regular intervals from one another.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schrägkugellager vorzuschlagen, welches verringerte Reibungsverluste aufweist. Es wird ein Schrägkugellager (1) mit einer Innenlauffläche (6), mit einem Außenring (3) mit Außenlauffläche (7), mit einem Käfig (5) und einer Mehrzahl von Kugeln (4) vorgeschlagen, wobei die Kugeln (4) zwischen Innenlauffläche (6) und Außenlauffläche (7) in dem Käfig (5) rollbar gelagert sind, wobei der Außenring (3) eine Käfigführungsfläche (9) aufweist, die zur Führung des Käfigs (5) ausgebildet ist, und wobei der Außenring (3) mehrere Käfigschmierstoffkanäle (12) aufweist, deren Ausgangsöffnungen (13) die Käfigführungsfläche (9) durchstoßen, und wobei die Käfigschmierstoffkanäle (12) für den Transport eines Öl-Luftgemisches ausgebildet sind.

Description

Schrägkugellager mit reibungsarmen Käfig
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager mit einer Innenlauffläche, mit einem Außenring mit Außenlauffläche, mit einem Käfig und mit einer Mehrzahl von Kugeln, wobei die Kugeln zwischen Innenlauffläche und Außenlauffläche in dem Käfig rollbar gelagert sind, wobei der Außenring eine Käfigführungsfläche aufweist, die zur Führung des Käfigs ausgebildet ist, und wobei der Außenring mehrere Käfigschmierstoffkanäle aufweist, deren Ausgangsöffnungen die Käfigführungsfläche durchstoßen.
Derartige Schrägkugellager werden eingesetzt, wenn eine Lebensdauerschmierung nicht als ausreichend erachtet wird und stattdessen entweder in Intervallen oder im Betrieb des Schrägkugellagers verbrauchter oder verloren gegangener Schmierstoff über Schmierstoffkanäle ersetzt wird. Die Druckschrift EP 0994264 B 1 beschreibt beispielsweise eine Lagerschmiervorrichtung, welche mindestens einen Käfigschmierstoffkanal aufweist, der in einem Außenring einer Lagerschmiervorrichtung radial erstreckend angeordnet ist. Zur besseren Verteilung des durch den Käfigschmier- Stoffkanal zugeführten Öls wird in axialer Richtung Luft eingeblasen, so dass sich erst im Lagerinnenraum ein Öl-Luftgemisch ergibt.
Die Druckschrift DE 100 45 163 A1 betrifft ein Schrägkugellager, welches ebenfalls eine Käfigschmierung mittels Käfigschmierstoffkanälen zeigt, wel- che in radialer Richtung ausgerichtet sind und deren Ausgangsöffnungen die Käfigführungsfläche durchstoßen. Allerdings zeigt das Schrägkugellager gemäß dieser Druckschrift ein anderes Konzept, da die Käfigführungsfläche und der Käfigschmierstoffkanal nicht Teil des Außenrings, sondern als ein separater Außenring-Abstandhalter ausgebildet ist.
Die Druckschrift US 6,869,223 B2, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein Schrägkugellager und eine Spindelvorrichtung für Werkzeugmaschinen, wobei das Schrägkugellager einen einteilig ausgebildeten Außenring aufweist, der radial erstreckende Käfigschmier- Stoffkanäle aufweist, über die ein Schmierstoff in den Führungsbereich zwischen einem Käfig und der Käfigführungsfläche des Außenrings geleitet wird. Als Schmierstoff wird Fett verwendet, welches zeitgesteuert zugeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schrägkugellager vorzuschlagen, welches verringerte Reibungsverluste aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Schrägkugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin- düng ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren. Erfindungsgemäß wird ein Schrägkugellager vorgeschlagen, welches eine Innenlauffläche, einen Außenring mit Außenlauffläche, einen Käfig und eine Mehrzahl von Kugeln aufweist. Die Innenlauffläche kann auf einem Innenring angeordnet sein, alternativ kann diese auch auf einem Funktionselement, wie zum Beispiel einer Welle, positioniert sein. Der Außenring weist eine Außenlauffläche auf, wobei entweder die Innenlauffläche oder die Außenlauffläche asymmetrisch oder als Schulterlauffläche ausgebildet ist und die jeweils andere Lauffläche bevorzugt als symmetrische Lauffläche, insbesondere umlaufende Laufrinne realisiert ist. Die Kugeln, welche zwischen Innen- lauffläche und Außenlauffläche in einem Käfig rollbar gelagert sind, sind bevorzugt aus Metall- oder Keramikmaterial ausgebildet. Der Käfig ist vorzugsweise als Kunststoffkäfig, insbesondere Hartgewebekäfig ausgebildet, und ist über eine Käfigführungsfläche des Außenrings in radialer Richtung gleitend geführt. Insbesondere bei Schrägkugellagern für höhere Drehzahlen ist es bevorzugt, den Käfig nicht wälzkörpergeführt, sondern wie erfindungsgemäß vorgeschlagen außenringgeführt auszubilden, um Probleme, die aus den engen Toleranzen bei der Auslegung der Taschen für die Wälzkörper resultieren, auszuschließen.
Der Außenring weist somit an einem einstückigen und/oder einteiligen Abschnitt sowohl die Außenlauffläche als auch die Käfigführungsfläche auf. Die Anordnung dieser beiden Funktionsflächen auf einem gemeinsamen Bauteil stellt sicher, dass diese zueinander hochgenau positioniert sind.
Zur Schmierung des Kontaktbereichs zwischen Außenring und Käfig, also insbesondere im Bereich der Käfigführungsfläche, weist der Außenring mehrere Käfigschmierstoffkanäle auf, deren Ausgangsöffnungen die Käfigführungsflächen durchstoßen und das Schrägkugellager im Kontaktbereich zwischen Käfig und Käfigführungsfläche mit Schmierstoff versorgen. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Käfigschmierstoffkanäle für den Transport eines Öl-Luftgemisches ausgebildet sind. Im Vergleich zum bekannten Stand der Technik muss das Schrägkugellager hinsichtlich von Anschlussschnittstellen und der Dimensionierung der Käfig- schmierstoffkanäle von einer Verwendung mit Fett zu einer Verwendung mit einem Öl-Luftgemisch umgestaltet werden.
Eine Überlegung der Erfindung liegt darin, dass durch die einströmende Luft des Öl-Luftgemisches die Reibung des Käfigs an der Käfigführungsfläche verringert wird. Es wird nämlich davon ausgegangen, dass der Käfig bei hohen Drehzahlen, also insbesondere bei Drehzahlen über 15.000 Umdrehung pro Minute oder bei einer Nennzahl i Form des Produkts von Umdrehung multipliziert mit dem Teilkreisdurchmesser von mehr als 1 ,5 Mio. mm/min, exzentrisch im Außenring umläuft, so dass dieser immer mit einer Stelle Kontakt zum Außenring hat. Aus geometrischen Gesichtspunkten heraus ist in dem genannten Kontaktbereich der Abstand zwischen Käfig und Käfigführungsfläche geringer als auf der diametral gegenüberliegenden Seite. Dadurch, dass der Außenring mehrere Käfigschmierstoffkanäle aufweist, deren Ausgangsöffnungen die Käfigführungsfläche an mehreren Punkten durch- stoßen, wird das Öl-Luftgemisch an mehreren in Umlaufrichtung verteilten Positionen eingeblasen. Daraus resultiert jedoch, dass das Öl-Luftgemisch, das unter Überdruck in den Bereich zwischen Käfig und Käfigführungsfläche einströmt im Kontaktbereich bzw. im dazu benachbarten Bereich einen höheren Überdruck aufbaut als auf der gegenüberliegenden Seite des Käfigs. Der Käfig wird folglich auf der Seite des Kontaktbereichs mit einer höheren Kraft, welche radial nach innen wirkt, beaufschlagt als auf der gegenüberliegenden Seite. Die Folge der asymmetrischen Beaufschlagung ist, dass der Käfig versuchen wird, sich radial nach innen gerade zu richten, so dass die Kontaktkräfte im Kontaktbereich reduziert werden, und folglich die Käfigrei- bung herabgesetzt bzw. eliminiert wird. Anders ausgedrückt wird durch die konstruktive Realisierung des Schrägkugellagers erreicht, dass der Käfig luftunterstützt oder luftgelagert in dem Außenring dreht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens drei der Ausgangsöffnungen in Umfangsrichtung in der Käfigführungsfläche verteilt. Um ein möglichst gleichmäßigen Lauf des Käfigs innerhalb des Außenrings sicherzustellen, ist es weiterhin bevorzugt, dass die oder alle Aus- gangsöffnungen in Umfangsrichtung regelmäßig verteilt angeordnet sind, also jeweils gleiche Zwischenwinkel zueinander aufweisen.
Bei einer Integration des Schrägkugellagers in einer Baugruppe ist es bevorzugt, dass die Käfigschmierstoffkanäle mit einer Ölzufuhreinrichtung, insbe- sondere einer Minimalölmengeneinrichtung verbunden und/oder verbindbar sind. Funktionell betrachtet, stellt die Ölzufuhreinrichtung sicher, dass das Öl-Luftgemisch mit einem Überdruck größer als 1 bar, vorzugsweise größer als 3 bar und insbesondere größer als 4 bar beaufschlagt wird. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Schrägkugellager bzw. die Ölzufuhreinrichtung so ausgebildet, dass der Betriebsdruck kleiner als 6 bar ist, so dass das Schrägkugellager und/oder die Ölzufuhreinrichtung über in Werkstätten oder Fabrikhallen üblicherweise vorhandene Hochdruckversorgungssysteme betrieben werden können.
Der Erfindungsgedanke, den Käfig luftunterstützt oder luftgelagert auf der Käfigführungsfläche laufen zu lassen, kann sowohl umgesetzt werden, wenn der Käfig an der Bordseite des Außenrings als auch wenn der Käfig an der Überhöhungsseite des Außenrings geführt ist. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, dass der Käfig beidseitig geführt ist, so dass sowohl Bord- seite als auch Überhöhungsseite mit den mehreren Käfigschmierstoffkanälen ausgestattet sind.
Hinsichtlich der axialen Verteilung der Ausgangsöffnungen der Käfigschmierstoffkanäle ist es bevorzugt, dass diese in einer gemeinsamen Radi- alebene liegen und damit vorzugsweise in einem umlaufenden Streifenbereich und/oder ohne Axialversatz voneinander bzw. zueinander angeordnet sind. Auch diese Weiterbildung erhöht die Gleichmäßigkeit der Beaufschla- gung des Öl-Luftgemischs mit Überdruck auf den rotierenden Käfig.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist der Außenring zusätzlich mindestens einen Kugelschmierstoffkanal auf, dessen Ausgangsöffnung zur direk- ten Schmierung der Kugeln angeordnet und/oder ausgerichtet ist. Beispielsweise ist die Ausströmrichtung aus dem Kugelschmierstoffkanal auf die Kugeln gerichtet, so dass der austretende Schmierstoff auf die Kugeln befördert wird und von diesen in dem Schrägkugellager verteilt wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsalternative sind die Eintrittsöffnungen der Käfigschmierungskanäle und des mindestens einen Kugelschmierstoffkanals in dem Streifenbereich und/oder ohne Axialversatz und/oder in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sowohl der Kugelschmierstoffkanal als auch die Käfig- schmierstoffkanäle mit dem gleichen Schmierstoff, also einem Öl- Luftgemisch versorgt werden.
Konstruktiv besonders bevorzugt ist es, wenn der Streifenbereich als eine umlaufende Nut ausgeprägt ist, so dass bei einer Integration des Schrägku- gellagers in einer Baugruppe, insbesondere in einem Spindelantrieb einer Werkzeugmaschine, der Streifenbereich und somit der Kugelschmierstoffkanal und die Käfigschmierstoffkanäle in einfacher Weise mit Schmierstoff versorgt werden können.
Der Verlauf der Kanäle, also des Kugelschmierstoffkanals und/oder der oder aller Käfigschmierstoffkanäle, erstreckt sich radial, sternförmig ausgehend von der Mittelachse des Schrägkugellagers oder zumindest in einer Radialebene des Schrägkugellagers. Mit einem derart ausgerichteten Verlauf wird das Bohren der Schmierstoffkanäle erleichtert. Insbesondere können Schrägkugellager, die bereits über einen Kugelschmierstoffkanal verfügen, in einfacher Weise mit Käfigschmierstoffkanälen durch Ergänzung mit radial ausgerichteten Bohrungen bzw. Durchgangsöffnungen erfindungsgemäß ausgestattet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich, zumindest zum Teil die Schmierstoffkanäle, insbesondere die oder alle Käfigschmierstoffkanäle gewinkelt zu der Radialebene des Schrägkugellagers. Insbesondere in Verbindung mit der Ausbildung, dass die Eingangsöffnun- gen des Kugelschmierstoffkanals und der oder aller Käfigschmierstoffkanäle in einer gemeinsamen Radialebene, in einem gemeinsamen Streifenbereich und/oder ohne Axialversatz liegen, ist es auf diese Weise möglich, den Kugelschmierstoffkanal mit radial ausgerichteten Verlauf auszubilden und mit gewinkelt zu der Radialebene verlaufenden Käfigschmierstoffkanälen die Käfigführungsfläche mit Schmierstoff zu versorgen.
Für eine effektive Abdichtung des Bereichs der Eingangsöffnungen der Schmierstoffkanäle kann vorgesehen sein, dass beidseitig und in axialer Richtung zu den Eingangsöffnungen versetzt jeweils eine Dichtungsnut zur Aufnahme eines umlaufenden Dichtungselements, insbesondere eines Ohrrings, angeordnet ist. Insgesamt zeigt das Schrägkugellager dann bevorzugt drei Nuten, nämlich eine mittig angeordnete Nut in dessen Nutgrund die Eingangsöffnungen sämtlicher Kanäle angeordnet sind sowie zwei Dichtungsnuten zur Aufnahme des Dichtungselements.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung treten besonders stark hervor, wenn das Schrägkugellager als Hochgeschwindigkeitslager, also für Umdrehungen größer 15.000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise über 30.000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere größer als 60.000 Umdrehungen pro Minu- te ausgebildet ist und/oder wenn die Nennzahl in Form des Produkts von Umdrehung multipliziert mit dem Teilkreisdurchmesser mehr als 1 ,5 Mio. mm/min, vorzugsweise mehr als 2,0 Mio. mm/min und insbesondere mehr als 2,5 Mio. mm/min beträgt. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Schrägkugellagers liegt in dem Einsatz als Spindellager in einer Werkzeugmaschine.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt parallel und durch die Mit- telachse eines Schrägkugellagers als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 einen schematischen Längsschnitt parallel und durch die Mittelachse eines zweiten Schrägkugellagers als ein zweites Aus- führungsbeispiel der Erfindung;
Figur 3 einen schematischen Längsschnitt parallel und durch die Mittelachse eines dritten Schrägkugellagers als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Die Figur 1 zeigt ein Schrägkugellager 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem schematischen Längsschnitt. Das Schrägkugellager 1 umfasst einen Innenring 2, einen Außenring 3, zwischen denen eine Mehrzahl von Kugeln 4 rollbar in einem Käfig 5 gelagert sind. Das Schrägkugellager 1 ist als ein Hochgeschwindigkeitslager, insbesondere für den Einsatz in Werkzeugmaschinen, beispielsweise für Drehzahlen größer als 15.000 Um- drehungen pro Minute ausgebildet. Die Kugeln 4 sind insbesondere als Keramikkugeln ausgebildet, bei abgewandelten Ausführungsformen kann es sich allerdings auch um Metallkugeln, insbesondere Stahlkugeln handeln. Der Innenring 2 weist eine mittensymmetrisch gestaltete, rillenförmige innere Laufbahn 6 auf, welche beispielsweise so realisiert ist, dass die Kugeln 4 sich an die innere Laufbahn 6 anschmiegen. Der Außenring 3 zeigt dagegen eine asymmetrische äußere Laufbahn 7, welche zumindest abschnittsweise durch eine axial nach innen gewandte Seitenfläche eines Außenbords 8 gebildet wird, welcher einstückig an den Außenring 3 angeformt ist. Die äußere Laufbahn 7 ist bezüglich der Kugeln 4 ebenfalls so ausgebildet, dass sich diese anschmiegen. Schmiegung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Radius im gezeigten Querschnitt der Laufbahnen etwas größer, zum Beispiel 10 % größer, als der Radius der Kugeln 4 ausgebildet ist.
Der Käfig 5 ist als ein außenringgeführter Käfig ausgebildet und ist in diesem Ausführungsbeispiel in Figur 1 als außenbordgeführter Käfig 5 realisiert. Prinzipiell stehen zwei Alternativen zur Führung des Käfigs 5 zur Verfügung, so kann einerseits der Käfig 5 durch die Kugeln 4 und andererseits durch den Außenring 3 geführt sein. Bei dem hier vorliegenden Schrägkugellager 1 für Hochgeschwindigkeitsanwendungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Taschen in dem Käfig 5 für die Kugeln 4 etwas größer zu gestalten, um Reibungsverluste herabzusetzen und die Führung des Käfigs 5 stattdessen über den Außenring 3 bzw. den Außenbord 8 zu realisieren.
Der Außenbord 8 weist zur Führung des Käfigs eine Käfigführungsfläche 9 auf, welche sich als koaxial zu der nicht gezeigten Mittelachse des Schrägkugellagers 1 nach innen gerichtete Ringfläche ergibt, an der der Käfig 5 mit einer radial nach außen gewandten Oberfläche im Bereich des Außenbords 8 entlang gleitet.
In der Figur 1 ist zudem der Verlauf des Druckwinkels und/oder Nominaldruckwinkels durch eine gestrichelte Linie 10 angedeutet, wobei der Druck- winkel bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel größer als 12° gegenüber einer Radialebene, die senkrecht zu der Mittelachse des Schrägkugellagers 1 angeordnet ist, ausgerichtet ist. Im Betrieb und insbesondere bei höheren Drehzahlen neigt der Käfig 5 zu einem Verkippen relativ zu der Radialebene, so dass das zunächst theoretisch umlaufend gleich große Käfigspiel zwischen der Käfigführungsfläche 9 und der radial nach außen gewandten Oberfläche des Käfigs 5 im Bereich einer Kontaktzone verkleinert ist und in einem gegenüberliegenden Bereich dagegen vergrößert ist. Insbesondere im Bereich der Kontaktzone tritt eine erhöhte Reibung auf, in sehr ungünstigen Fällen kann sogar eine Mischreibung auftreten, wenn in diesem Bereich die Schmierung nicht mehr ausreichend sichergestellt werden kann.
Zur Verminderung der Reibungsverluste ist zum einen ein Kugelschmierstoffkanal 11 vorgesehen, welcher auf der Überhöhungsseite des Schrägkugellagers 1 sich radial, sternförmig erstreckt und die Zuführung von Schmierstoff in den Bereich der Kugeln 4 erlaubt.
Im Bereich der Käfigführungsfläche 9 sind weitere Kanäle vorgesehen, welche als Käfigschmierstoffkanäle 12 ausgebildet sind und ebenfalls radial, sternförmig, verlaufend ausgebildet sind. Die Ausgangsöffnungen 13 der Käfigschmierstoffkanäle 12 durchstoßen die Käfigführungsfläche 9 an meh- reren Punkten. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Käfigschmierstoffkanäle vorgesehen, dessen Eingangsöffnungen 13 in Umlauf richtung regelmäßig verteilt sind.
Insbesondere durch die Käfigschmierstoffkanäle 12 und optional durch den Kugelschmierstoffkanal 11 wird ein Öl-Luftgemisch in das Schrägkugellager 1 eingeblasen, vorzugsweise mit einem Überdruck mehr als 1 bar und beispielsweise weniger als 6 bar. Auf der Seite des Außenbords 8 des Schrägkugellagers 1 führt die regelmäßige Verteilung der Ausgangsöffnungen 13 zu einem käfigstabilisierenden Verhalten: Wie bereits erläutert, läuft der Käfig 5 bei hohen Drehzahlen exzentrisch im Außenring 3 und hat immer an einer Stelle Kontakt zum Außenring 3. Nachdem im Kontaktbereich der Abstand zur Käfigführungsfläche 9 kleiner ausgeprägt ist als auf der gegenüberlie- genden Seite baut sich im Bereich der Kontaktzone des Käfigs 5 mit der Führungsfläche 9 ein höherer Überdruck auf als auf der gegenüberliegenden Fläche. Als Folge werden in dem kritischen Bereich der Kontaktzone die Kontaktkräfte reduziert und damit die Käfigreibung erniedrigt.
Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schrägkugellagers 1 in gleicher Darstellung wie in Figur 1.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 laufen der Kugel- schmierstoffkanal 11 und die Käfigschmierstoffkanäle 12 eingangsseitig an der äußeren Zylinderfläche des Außenrings 3 in einer gemeinsamen Nut 14 zusammen. In dieser gemeinsamen Nut 14 können die Ausgangsöffnungen überlappend oder umlaufend verteilt angeordnet sein. Um die Versorgung der Käfigführungsfläche 9 sicherzustellen, sind die Käfigschmierstoffkanäle 12 gewinkelt zu einer Radialebene des Schrägkugellagers 1 angestellt. Parallel zu der umlaufenden Nut 14 sind beidseitig Dichtungsnuten 15 angeordnet, in denen jeweils ein O-Ring 16 platziert ist, um den Bereich um die gemeinsame Nut 14 abzudichten. Dieses Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, dass bereits existierende Schrägkugellagerbauformen mit Kugel- schmierstoffkanal 11 in einfacher Weise erfindungsgemäß abgewandelt werden können, da die gemeinsame Nut 14 und die Dichtungsnuten 15 bereits vorhanden sind.
Bei der Integration des Schrägkugellagers 1 in eine Werkzeugmaschine wird dieses so eingebaut, dass in den durch die O-Ringe abgedichteten Bereich das Öl-Luftgemisch beispielsweise über eine Minimalölmengeneinrichtung mit dem erforderlichen Überdruck eingeleitet wird.
Wie sich ebenfalls aus der Figur 2 ergibt, ist gegenüber der Figur 1 der Ku- gelschmierstoffkanal weiter in die Mitte des Schrägkugellagers 1 gerückt worden. Dies ist möglich, solange die Ausgangsöffnung des Kugelschmierstoffkanals außerhalb der Druckellipse zwischen Kugeln 4 und Laufbahn 7 angeordnet ist.
Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren, wobei im Gegensatz zu der Figur 2 das Schrägkugellager 1 in Figur 3 die Führung des Käfigs 5 über die Überhöhungsseite 17 realisiert.
Im Gegensatz zu dem Schrägkugellager 1 in der Figur 2 ist der Käfig 5 auf der Überhöhungsseite mit einem deutlich größeren Außendurchmesser als auf der Außenbordseite ausgebildet, wobei die Käfigführungsfläche 9 durch die innenseitige Ringfläche des Außenrings 3 auf der Überhöhungsseite 17 gebildet ist. Zur Versorgung des Käfigführungsfläche 9 sind analog zu der Figur 2 mehrere schrägverlaufende Käfigschmierstoffkanäle 12 vorgesehen, deren Ausgangsöffnungen im Bereich der Führungsfläche 9 umlaufend in regelmäßigen Abständen zueinander verteilt sind.
Bezugszeichenliste
1 Schrägkugellager
2 Innenring
3 Außenring
4 Kugel
5 Käfig
6 innere Laufbahn
7 äußere Laufbahn
8 Außenbord
9 Führungsfläche, Käfigführungsfläche
10 Linie
11 Kugelschmierstoffkanal
12 Käfigschmierstoffkanal
13 Ausgangsöffnung
14 Nut
15 Dichtungsnut
16 O-Ring
17 Überhöhungsseite

Claims

Patentansprüche
1. Schrägkugellager (1) mit einer Innenlauffläche (6), mit einem Außenring (3) mit Außenlauffläche (7), mit einem Käfig (5) und einer Mehrzahl von Kugeln (4),
wobei die Kugeln (4) zwischen Innenlauffläche (6) und Außenlaufflä- che (7) in dem Käfig (5) rollbar gelagert sind,
wobei der Außenring (3) eine Käfigführungsfläche (9) aufweist, die zur Führung des Käfigs (5) ausgebildet ist,
und wobei der Außenring (3) mehrere Käfigschmierstoffkanäle (12) aufweist, deren Ausgangsöffnungen (13) die Käfigführungsfläche (9) durchstoßen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Käfigschmierstoffkanäle (12) für den Transport eines Öl- Luftgemisches ausgebildet sind.
2. Schrägkugellager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei der Ausgangsöffnungen (13) in Umfangsrich- tung in der Käfigführungsfläche (9) vorzugsweise regelmäßig verteilt sind.
3. Schrägkugellager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigschmierstoff kanäle (12) mit einer Ölzufuhreinrich- tung, insbesondere einer Minimalölmengeneinrichtung verbunden und/oder verbindbar sind, die das Öl-Luftgemisch mit einem Über- druck größer als 1 bar, vorzugsweise größer als 3 bar, insbesondere größer als 4 bar bereitstellt.
4. Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) an der Bordseite (8) des Außenrings und/oder an der Überhöhungsseite (17) des Außenrings
(3) geführt ist.
5. Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungen der Käfigschmie- rungskanäle in einem den Außenring (3) umlaufenden Streifenbereich
(14) und/oder ohne Axialversatz voneinander angeordnet sind.
6. Schrägkugellager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (3) zusätzlich mindes- tens einen Kugelschmierstoffkanal (11 ) aufweist, deren Ausgangsöffnung zur insbesondere direkten Schmierung der Kugeln (4) angeordnet und/oder ausgerichtet ist.
7. Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungen der Käfigschmierungskanäle (12) und des mindestens einen Kugelschmierstoffkanals (11) in dem Streifenbereich (14) und/oder ohne Axialversatz angeordnet sind.
8. Schrägkugellager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenbereich als umlaufende Nut (14) ausgeprägt ist.
9. Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kugelschmierstoffkanal (11) und/oder alle Kugelschmierstoffkanäle (11) sich radial oder in einer Radialebene des Schrägkugellagers (1 ) erstrecken.
10. Schrägkugellager (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Käfigschmierstoff kanäle (12) gewinkelt zu einer oder der Radialebene des Schrägkugellagers (1) erstrecken.
11. Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig zu dem Streifenbereich und/oder der Nut (14) und in axialer Richtung versetzt jeweils eine Dichtungsnut (15) zur Aufnahme eines Dichtungselements (16) angeordnet ist.
12. Schrägkugellager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Spindellager oder Hochgeschwindigkeitslager, insbesondere für eine Werkzeugmaschine.
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