WO2011047925A1 - Schrägkugellager, insbesondere spindellager, mit verbesserter käfigführung - Google Patents

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WO2011047925A1
WO2011047925A1 PCT/EP2010/063834 EP2010063834W WO2011047925A1 WO 2011047925 A1 WO2011047925 A1 WO 2011047925A1 EP 2010063834 W EP2010063834 W EP 2010063834W WO 2011047925 A1 WO2011047925 A1 WO 2011047925A1
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WO
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angular contact
contact ball
cage
ball bearing
outer ring
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/063834
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Haizmann
Otmar Hartling
Volker Kestler
Norbert Kretzer
Manuel Lommel
Horst Masuch
Wolfgang May
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F16C33/3843—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the balls, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages
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    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/30—Angles, e.g. inclinations
    • F16C2240/34—Contact angles

Definitions

  • the invention relates to an angular contact ball bearing comprising an outer ring, an inner ring, a plurality of balls, wherein the balls between the outer ring and the inner ring in a cage are arranged rotatably about a bearing axis, wherein the cage is guided over a cage guide surface of the outer ring and wherein the angular contact ball bearing has a nominal pressure angle less than or equal to 30 degrees.
  • Such angular contact ball bearings are used for example as spindle bearings in machine tools, these often for high speeds, z. B. over 15,000 revolutions / minute are designed.
  • the cages are not guided rolling elements, but on the shoulders or rims of a bearing ring, generally cage guide surfaces, out. These are so-called on-board cages. In this way, problems with respect to the friction of the rolling elements are avoided in the pockets, since the game of rolling elements in the cage pockets can be chosen sufficiently large.
  • the angular contact ball bearing 1 comprises an inner ring 2 with an inner ring raceway 3, an outer ring 4 with an outer ring raceway 5 and balls 6 guided by a cage 10 which roll on a bearing axis 7 on the inner ring raceway 3 and the outer ring raceway 5.
  • the outer ring 4 has a Board 8 with a cage guide surface 9, which faces a radially outwardly facing surface 1 1 of a ring member of the cage 10.
  • the cage 10 is guided by its surface 11 and the cage guide surface 9 of the outer ring 4.
  • the nominal pressure angle ⁇ (alpha) is 25 ° in this example.
  • the nominal pressure angle refers to the angle that a pressure line with a radial plane at an unloaded bearing, that is at a bearing in which the balls contact the raceways stress-free includes. It has been found that during operation between the surface of the cage 1 1 and the cage guide surface 9 of the outer ring 8 friction occurs to a considerable extent. The friction gains in particular with increasing bearing speed in influence.
  • the invention is based on the object to provide a generic angular contact ball bearing, which causes a reduction in the friction between the cage and outer ring, the balls continue to be guided safely and which is simple and inexpensive to manufacture.
  • a generic angular contact ball bearing is characterized in that in a sectional view, comprising the bearing axis, a circular arc extending from one of the bearing axis point of a career of the outer ring along the track in the direction of a cage guide surface facing the track end to an intersection of the arc and a through the cage guide surface Just set a center angle greater than or equal to 60 degrees.
  • the invention is based on the idea of achieving a reduction in the friction between cage and outer ring by reducing the cage mass.
  • the cage guide surface of the outer ring should now be displaced radially inwards to the bearing axis so far that the radial extent of the cage is determined exclusively by the requirements of its function, that is the spacing of the balls.
  • the manner in which the cage guide surface of the outer ring is displaced radially in the direction of the bearing axis is not decisive for the realization of the core idea of the invention.
  • separate Radialvor- jumps, comprising the cage guide surface may either be part of a one-piece Bordes or outer ring or be formed by separate ring elements, which on the Pushed on the outer ring.
  • the radial displacement of the cage guide surface is defined such that a circle segment which starts at a point of the raceway furthest away from the bearing axis runs along the raceway in the direction of a raceway end facing the cage guide surface and ends at an intersection of the circle segment with a straight line passing through the cage guide surface exceeds a certain midpoint angle.
  • the midpoint angle defines, as usual in geometry, the angle between the two end points of a circle segment and the center point of the circle segment.
  • the center point angle should assume a value of 60 ° or more. From this value, on the one hand, a noticeable reduction of the friction sets in, on the other hand, the cage can continue to extend radially radially outward from the partial circle sufficiently radially outwards in order to guide the balls safely.
  • outer rings are already known with a board that radially moves so far inward that a correspondingly defined center angle occupies a value of about 60 degrees.
  • outer rings are intended for use in angular contact ball bearings with a nominal pressure angle of 40 degrees or more.
  • the outer ring according to the invention is an outer ring of an angular contact ball bearing with a nominal pressure angle of 30 degrees or less.
  • the inner ring has two shoulders which are mirror-symmetrical with respect to a plane perpendicular to the bearing axis.
  • the two shoulders of the inner ring are symmetrical at least bezüg- lent their basic shape.
  • the two shoulders should have the same height, that is, both shoulders have a radially outwardly directed end surface whose distance from the bearing axis is the same.
  • the cage has two ring elements and the ring elements connecting transverse webs, wherein the transverse webs terminate flush radially inwardly and / or radially outwardly with the ring elements.
  • the ring elements run around the bearing axis and are arranged concentrically to one another.
  • the ring elements have the same inner and outer diameter, in particular, the cross section of the ring elements may be identical. While according to the prior art at least one ring element has been extended radially outwards in the direction of the cage guide surface in order to ensure a secure and precise guidance of the cage, such an extension can be dispensed with according to the invention.
  • the cage may have an annular shape with a rectangular cross-sectional profile having cage pockets for receiving the balls.
  • the cage starting from the pitch circle, ie a circle through the centers of the balls, a substantially equal extent in both radial directions.
  • the inventive design of the cage allows not only a weight reduction but also a simplification of the cage production.
  • the cage with respect to a plane perpendicular to the bearing axis plane can be formed mirror-symmetrical.
  • Such a symmetrical cage shape allows for easier production and easier assembly of the angular contact ball bearing and results from the fact that the cage design according to the invention is given essentially only by the function of the spacing of the balls.
  • the cage has two concentric to the bearing axis extending ring elements and the ring elements connecting transverse webs, wherein the cage is guided over a radially outwardly facing surface of one of the ring elements through the cage guide surface of the outer ring. It thus forms an annular gap between the cage guide surface of the outer ring and the surface of the cage. It makes sense to extend both the cage guide surface and the surface of the cage along the bearing axis parallel to each other.
  • the cage guide surface forms a cylinder arranged concentrically around the bearing axis.
  • the cage guide surface opposite surface of the cage also forms a concentrically arranged about the bearing axis cylinder. Between the cage guide surface and the surface of the cage thus forms a cylindrical annular gap.
  • the midpoint angle is between 60 and 70 degrees. Preferably, the midpoint angle is between 63 and 67 degrees. It was found that in these areas a good compromise between reducing friction by reducing the radial extent of the cage on the one hand and maintaining a safe and precise Guide the balls can be achieved by sufficient radial extent of the cage on the other hand, if transverse webs and ring elements of the cage to complete radially flush.
  • the nominal pressure angle is between 15 and 25 degrees. Preferably, the nominal pressure angle is 15 or 25 degrees. These two values are typical values for spindle bearings, ie standardized inner rings can be used.
  • the track in the sectional view, has an intersection with the cage guide surface.
  • the board of the outer ring was thus increased radially to the bearing axis, ie the board is made higher than is known from the prior art, but in principle has the same basic shape as before.
  • the intersection of raceway and cage guide surface can be rounded.
  • a heel or a step is introduced.
  • a radially inwardly directed projection is formed on the previous board.
  • the cage guide surface is located on a radially inwardly directed surface of the projection.
  • the raceway can remain unchanged, so that a step is created between the projection and the raceway.
  • the radial extension of the projection or the step represents the radial displacement of the cage guide surface.
  • this projection is an integral element of the rim or outer ring or is formed by a separate element.
  • the outer ring can be designed in particular in one piece.
  • the projection is formed by a separate element, this can for example consist of a ring element with a rectangular Cross-sectional profile exist, which is introduced into the outer ring.
  • the separate element may consist of the same or a different material as the outer ring. The advantage of having a separate element is the possibility of being able to continue to use existing outer rings.
  • the reduction of the friction according to the invention does not require an increase in the installation space of the angular contact ball bearing - neither axial nor radial space.
  • the inner ring and the outer ring on an equal axial extent. This corresponds to the value of corresponding standard angular contact ball bearings.
  • the angular contact ball bearing is sealed at one or at two axial ends.
  • a sealing disc can be used in each case at the axial ends of the angular contact ball bearing between the inner ring and outer ring.
  • the angular contact ball bearing according to the invention is particularly suitable for this purpose as a spindle bearing, e.g. a machine tool to be used.
  • a spindle bearing e.g. a machine tool to be used.
  • other applications are conceivable, in particular as rolling bearings for high speeds.
  • Fig. 1 is an angular contact ball bearing according to the prior art
  • Fig. 2 shows a first embodiment of an inventive
  • Angular contact ball bearing 3 shows a second embodiment of an angular contact ball bearing according to the invention
  • FIG. 4 shows a machine tool comprising an inventive
  • FIG. 1 shows an angular contact ball bearing according to the prior art as described at the beginning in a sectional view, comprising the bearing axis 7, the upper half being illustrated.
  • the pressure line 12 for the unloaded bearing is shown and forms with a plane perpendicular to the bearing axis 7 level 13, a radial plane, the nominal pressure angle ⁇ (alpha), which is 25 degrees in this example.
  • the outer ring raceway 5 has a point A which is farthest away from the bearing axis 7. Starting from point A along the outer ring raceway 5 in the direction of the cage guide surface 9 facing the end of the outer ring raceway 5 to an intersection B of the outer ring raceway 5 with a set by the cage guide surface 9 straight line 17 results in a circle segment whose center angle ß (beta) in this example about 50 degrees. That is, the nominal pressure angle ⁇ (alpha) is about half as large as the center point angle ⁇ (beta).
  • the cage of the angular contact ball bearing according to Figure 1 consists of two ring elements 14, 15 which extend circumferentially and are connected by a plurality of axially extending transverse webs 16.
  • the transverse webs 16 have guide ing surfaces for contacting the balls 6, wherein the balls may be made of metal or ceramic. For optimum guidance of the balls, it is necessary that these guide surfaces extend radially both outside and within a pitch circle through the ball center of the angular contact ball bearing 1.
  • the cage 10 In order to allow a guide of the cage 10 through the board 8 of the outer ring 4, the cage 10 extends radially correspondingly far outward. In particular, the cage 10, starting from the pitch circle, extends substantially farther radially outward than inwards.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of an angular contact ball bearing according to the invention.
  • the rim 8 of the outer ring 4 is clearly radially inwards, ie. radially towards the bearing axis 7, has been extended.
  • the cage 10 could be shortened in its radial extent.
  • the outer ring 4 On the board 8 axially opposite side of the outer ring 4, the outer ring 4 has only a slight radial projection in the direction of the bearing axis 7, to prevent falling out of the balls 6 between the cage guide surface 9 and the surface 1 1 , However, there is no cage guide surface on this side, i. the cage 10 is guided only by a single cage guide surface 9.
  • the cage guide surface 9 has been moved in the direction of the bearing axis 7 by the entire board 8 was enlarged to the bearing axis 7 out. In particular, while the outer ring raceway 5 was increased accordingly.
  • the midpoint angle ⁇ (beta) is 68 degrees.
  • the nominal pressure angle ⁇ (alpha) was not changed, ie it is still 25 degrees.
  • the new Construction of the board and the cage leads to no change in the rolling behavior of the balls 6 on the corresponding raceways 3, 5 with the exception that due to the reduced friction, a lower heat generation is achieved.
  • the cage 10 could be kept to a minimum in its radial extent. In a section comprising the bearing axis 7, it has a rectangular cross-section. Each of the two ring elements 14, 15 also has a rectangular cross-section and terminates radially flush with the transverse webs 16. With respect to a radial plane 13, the cage 10 is mirror-symmetrical.
  • the outer ring 4 and the inner ring 2 have the same axial extension and terminate axially flush.
  • the outer dimensions of the angular contact ball bearing 1 correspond to those of a comparable standard bearing.
  • the inner ring 2 has two rims 18, 19 which extend radially outward by the same amount.
  • both shelves 18, 19 are mirror-symmetrical with respect to a radial plane 13.
  • None of the shelves 18, 19 has a cage guide surface, but instead there is a substantially larger annular gap 20 between the cage 10 and the ribs 18, 19 compared to the annular gap 18.
  • This annular gap 20 allows the supply of lubricant during operation.
  • the angular contact ball bearing 1 could be sealed by means of two sealing washers.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of an angular contact ball bearing according to the invention.
  • the cage guide surface 9 has been moved radially inwardly according to Figure 3 by the board 8 has a projection 21.
  • the projection 21 extends radially from a radially inwardly facing surface 22 to the inside and has the cage guide surface 9.
  • the outer ring raceway 5 remained unchanged.
  • the projection 21 is formed integrally with the board 8.
  • a separate ring would also be conceivable, which is fitted into the outer ring 4 on the on-board surface 22.
  • the center angle defined according to the invention is as in the first embodiment after 68 degrees.
  • Figure 4 shows a drive of a machine tool 23 comprising two angular contact ball bearings 1 according to the invention, which are designed as spindle bearings and used in O arrangement and serve as a fixed bearing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, umfassend einen Außenring, einen Innenring, eine Mehrzahl von Kugeln, wobei die Kugeln zwischen dem Außenring und dem Innenring in einem Käfig drehbar um eine Lagerachse angeordnet sind, wobei der Käfig über eine Käfigführungsfläche des Außenrings geführt wird und wobei das Schrägkugellager einen Nenndruckwinkel kleiner oder gleich 30 Grad aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein derartiges Schrägkugellager bereitzustellen, welches eine Verringerung der Reibung zwischen Käfig und Außenring bewirkt, wobei die Kugeln weiterhin sicher geführt werden und welches einfach und kostengünstig herzustellen ist. Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass in einer Schnittdarstellung, umfassend die Lagerachse, ein Kreisbogen verlaufend von einem der Lagerachse entferntesten Punkt einer Laufbahn des Außenrings entlang der Laufbahn in Richtung eines der Käfigführungsfläche zugewandten Laufbahnendes bis zu einem Schnittpunkt des Kreisbogens und einer durch die Käfigführungsfläche gelegten Gerade einen Mittelpunktswinkel größer oder gleich 60 Grad aufweist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Schrägkugellager, insbesondere Spindellager, mit verbesserter Käfigführung
Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Schrägkugellager, umfassend einen Außenring, einen Innenring, eine Mehrzahl von Kugeln, wobei die Kugeln zwischen dem Außenring und dem Innenring in einem Käfig drehbar um eine Lagerachse angeordnet sind, wobei der Käfig über eine Käfigführungsfläche des Außenrings geführt wird und wobei das Schrägkugellager einen Nenndruckwinkel kleiner oder gleich 30 Grad aufweist.
Derartige Schrägkugellager werden beispielsweise als Spindellager in Werkzeugmaschinen verwendet, wobei diese oftmals für hohe Drehzahlen, z. B. über 15.000 Umdrehungen/Minute ausgelegt sind. Gerade bei diesen schnelllaufenden Wälzlagern hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Käfige nicht wälzkörpergeführt, sondern auf den Schultern bzw. Borden eines Lagerrings, im Allgemeinen Käfigführungsflächen, geführt werden. Es handelt sich dabei um sogenannte bordgeführte Käfige. Auf diese Weise werden Probleme hinsichtlich der Reibung der Wälzkörper in den Taschen umgangen, da das Spiel der Wälzkörper in den Käfigtaschen ausreichend groß gewählt werden kann.
Ein derartiges gattungsgemäßes Schrägkugellager ist in Figur 1 dargestellt. Das Schrägkugellager 1 umfasst einen Innenring 2 mit einer Innenringlauf- bahn 3, einen Außenring 4 mit einer Außenringlaufbahn 5 sowie durch einen Käfig 10 geführte Kugeln 6 die auf der Innenringlaufbahn 3 und der Außenringlaufbahn 5 um eine Lagerachse 7 abrollen. Der Außenring 4 weist einen Bord 8 mit einer Käfigführungsfläche 9 auf, die einer radial nach außen gewandten Oberfläche 1 1 eines Ringelements des Käfigs 10 gegenüberliegt. Der Käfig 10 wird durch seine Oberfläche 1 1 und die Käfigführungsfläche 9 des Außenrings 4 geführt. Der Nenndruckwinkel α (alpha) beträgt in diesem Beispiel 25°. Der Nenndruckwinkel bezeichnet dabei den Winkel, den eine Drucklinie mit einer Radialebene bei einem unbelasteten Lager, das heißt bei einem Lager bei dem die Kugeln die Laufbahnen spannungsfrei berühren, einschließt. Es zeigte sich, dass während des Betriebs zwischen der Oberfläche 1 1 des Käfigs und der Käfigführungsfläche 9 des Außenrings 8 in erheblichem Maße Reibung auftritt. Die Reibung gewinnt insbesondere mit zunehmender Lagerdrehzahl an Einfluss.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Schrägkugellager bereitzustellen, welches eine Verringerung der Reibung zwischen Käfig und Außenring bewirkt, wobei die Kugeln weiterhin sicher geführt werden und welches einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Schrägkugellager gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Demnach ist ein gattungsgemäßes Schrägkugellager dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schnittdarstellung, umfassend die Lagerachse, ein Kreisbogen verlaufend von einem der Lagerachse entferntes- ten Punkt einer Laufbahn des Außenrings entlang der Laufbahn in Richtung eines der Käfigführungsfläche zugewandten Laufbahnendes bis zu einem Schnittpunkt des Kreisbogens und einer durch die Käfigführungsfläche ge- legten Gerade einen Mittelpunktswinkel größer oder gleich 60 Grad aufweist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine Reduzierung der Reibung zwischen Käfig und Außenring durch eine Reduzierung der Kafigmasse zu erreichen. So wurde erkannt, dass die Käfigmasse über die Zentrifugalkraft insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen einen wesentlichen Einfluss auf die Reibung hat, da die Kontaktkraft zwischen Käfig und Außenring mit der Drehzahl stark zunimmt.
Die erfindungsgemäße Lösung liegt nun darin, dass die Käfigmasse und damit die Reibung bedeutend verringert werden kann, indem die Käfigführungsfläche des Außenrings weiter in Richtung der Lagerachse verschoben wird. Dabei wird ausgenutzt, dass die Funktion des Käfigs grundsätzlich bereits durch einen Käfig erfüllt werden kann, der im Vergleich zu den Käfigen gemäß dem Stand der Technik, z.B. Figur 1 , einen deutlich kleineren Außendurchmesser aufweist. So ist es für die Funktion des Käfigs, nämlich eine Beabstandung der Kugeln zu bewirken, ausreichend, nur eine verhältnismäßig geringfügige radiale Erstreckung zu beiden Seiten des Teilkreises aufzuweisen. Erfindungsgemäß soll die Käfigführungsfläche des Außenrings nun soweit radial zu Lagerachse nach innen verschoben werden, dass die radiale Erstreckung des Käfigs ausschließlich durch die Erfordernisse seiner Funktion, also der Beabstandung der Kugeln, bestimmt wird. Auf welche Weise die Käfigführungsfläche des Außenrings radial in Richtung zur Lagerachse verschoben wird ist für die Verwirklichung des Kerngedankens der Erfindung nicht entscheidend. Wie im Folgenden ausgeführt, sind insbesondere eine Vergrößerung des Bordes inklusive einer Verlängerung der Laufbahn als auch auf dem Bord ausgeführte, separate Radialvor- Sprünge, umfassend die Käfigführungsfläche, denkbar. Solche Radialvorsprünge können entweder Teil eines einstückigen Bordes bzw. Außenrings sein oder aber durch separate Ringelemente gebildet werden, die auf den Bord des Außenrings aufgeschoben werden.
Erfindungsgemäß wird die radiale Verschiebung der Käfigführungsfläche derart definiert, dass ein Kreissegment, welches an einem der Lagerachse entferntesten Punkt der Laufbahn beginnt, entlang der Laufbahn in Richtung eines der Käfigführungsfläche zugewandten Laufbahnenendes verläuft und an einem Schnittpunkt des Kreissegments mit einer durch die Käfigführungsfläche verlaufenden Gerade endet, einen bestimmten Mittelpunktswinkel überschreitet. Der Mittelpunktswinkel definiert dabei, wie in der Geometrie üblich, den Winkel den zwei Endpunkte eines Kreissegments mit dem Mit- telpunkt des Kreissegments einschließen. Je größer der Mittelpunktswinkel des erfindungsgemäßen Kreissegments, desto weiter verschiebt sich die Käfigführungsfläche radial nach innen, d.h. zur Lagerachse hin. Insbesondere soll erfindungsgemäß der Mittel punktwinkel einen Wert von 60° oder mehr einnehmen. Ab diesem Wert stellt sich einerseits eine spürbare Redu- zierung der Reibung ein, andererseits kann sich der Käfig weiterhin radial ausgehend von dem Teilkreis ausreichend radial nach außen erstrecken, um die Kugeln sicher zu führen.
Zwar sind Außenringe mit einem Bord, der sich radial derart weit nach innen zieht, dass ein entsprechend definierter Mittelpunktswinkel einen Wert von über 60 Grad einnimmt, bereits bekannt. Derartige Außenringe sind jedoch für den Einsatz in Schrägkugellagern mit einem Nenndruckwinkel von 40 Grad oder mehr vorgesehen. Für solche Lager, die im Übrigen nicht als Spindellager, sondern als Lager für geringe Drehzahlen eingesetzt werden, ist ein solcher Bord notwendig, um eine für den hohen Druckwinkel entsprechende Laufbahn auszubilden. Demgegenüber handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Außenring um einen Außenring eines Schrägkugellagers mit einem Nenndruckwinkel von 30 Grad oder weniger. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß einer Ausführungsform weist der Innenring zwei Schultern auf, die bezüglich einer senkrecht zur Lagerachse stehenden Ebene spiegelsymmetrisch sind. Die beiden Schultern des Innenrings sind dabei zumindest bezüg- lieh ihrer Grundform symmetrisch ausgebildet. Insbesondere sollen die beiden Schultern eine gleiche Höhe aufweisen, das heißt beide Schultern weisen eine radial nach außen gerichtete Endfläche auf, deren Abstand zur Lagerachse gleich groß ist. Eine solche Konstruktion hat den Vorteil, dass bei einem abgedichteten Lager beidseitig gleichartige Dichtscheiben ver- wendet werden können.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Außenringes, d.h. der Positionierung der Käfigführungsfläche, werden massenarme und außerdem einfache Konstruktionen des Käfigs ermöglicht.
So weist gemäß einer Ausführungsform der Käfig zwei Ringelemente und die Ringelemente verbindende Querstege auf, wobei die Querstege radial nach innen und/oder radial nach außen mit den Ringelementen bündig abschließen. Die Ringelemente verlaufen um die Lagerachse und sind konzen- trisch zueinander angeordnet. Vorzugsweise weisen die Ringelemente den gleichen Innen- und Außendurchmesser auf, insbesondere kann der Querschnitt der Ringeelemente identisch sein. Während gemäß dem Stand der Technik zumindest ein Ringelement radial nach außen in Richtung der Käfigführungsfläche verlängert wurde, um eine sichere und präzise Führung des Käfigs zu gewährleisten, kann erfindungsgemäß auf eine solche Verlängerung verzichtet werden. Vielmehr müssen sich die beiden Ringelemente nicht mehr über die radial maximal benötigte Erstreckung der Querstege hinaus erstrecken. Insbesondere kann der Käfig eine ringförmige Form mit rechteckigem Querschnittsprofil aufweisen, die Käfigtaschen zur Aufnahme der Kugeln aufweist. Vorzugsweise weist der Käfig ausgehend von dem Teilkreis, d.h. einem Kreis durch die Mittelpunkte der Kugeln, eine im wesentlichen gleich große Erstreckung in beide Radialrichtungen auf. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Käfigs ermöglicht neben einer Gewichtsreduzierung auch eine Vereinfachung der Käfigherstellung. So kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Käfig bezüglich einer senkrecht zur Lagerachse stehenden Ebene spiegelsymmetrisch ausgebildet werden. Eine derart symmetrische Käfigform ermöglicht eine einfachere Fertigung und einen einfacheren Zusammenbau des Schrägkugellagers und resultiert daraus, dass die Käfiggestaltung erfindungsgemäß im Wesentlichen nur durch die Funktion der der Beabstandung der Kugeln vorgegeben ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Käfig zwei konzentrisch zur Lagerachse verlaufende Ringelemente und die Ringelemente verbindende Querstege auf, wobei der Käfig über eine radial nach außen gewandte Oberfläche eines der Ringelemente durch die Käfigführungsfläche des Außenrings geführt wird. Es bildet sich somit ein Ringspalt zwischen der Käfigführungsfläche des Außenrings und der Oberfläche des Käfigs. Sinnvollerweise verlaufen dabei sowohl die Käfigführungsfläche als auch die Oberfläche des Käfigs entlang der Lagerachse parallel zueinander. Insbesondere bildet gemäß einer Ausführungsform die Käfigführungsfläche einen um die Lagerachse konzentrisch angeordneten Zylinder. In entsprechender Weise bildet die der Käfigführungsfläche gegenüberliegende Oberfläche des Käfigs ebenfalls einen um die Lagerachse konzentrisch angeordneten Zylinder. Zwischen der Käfigführungsfläche und Oberfläche des Käfigs bildet sich somit ein zylindrischer Ringspalt. Grundsätzlich denkbar wären selbstver- ständlich auch unterschiedliche Verläufe der Flächen, z.B. ein kegelförmiger Verlauf.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Mittelpunktswinkel zwischen 60 und 70 Grad. Vorzugsweise liegt der Mittelpunktswinkel zwischen 63 und 67 Grad. Es zeigte sich, dass in diesen Bereichen ein guter Kompromiss zwischen Reduzierung der Reibung durch Verringerung der radialen Erstre- ckung des Käfigs einerseits und Beibehaltung einer sicheren und präzisen Führung der Kugeln durch ausreichende radiale Erstreckung des Käfigs andererseits erzielt werden kann, wenn Querstege und Ringelemente des Käfigs radial bündig abschließen sollen. Gemäß einer Ausführungsform liegt der Nenndruckwinkel zwischen 15 und 25 Grad. Vorzugsweise beträgt der Nenndruckwinkel 15 oder 25 Grad. Es handelt sich bei diesen beiden Werten um typische Werte für Spindellager, d.h. standardisierte Innenringe können eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform weist in der Schnittdarstellung die Laufbahn einen Schnittpunkt mit der Käfigführungsfläche auf. Gemäß dieser Ausführungsform wurde der Bord des Außenrings somit radial zur Lagerachse hin vergrößert, d.h. der Bord ist höher ausgeführt als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, weist jedoch grundsätzlich die gleiche Grundform auf wie bisher. Der Schnittpunkt zwischen Laufbahn und Käfigführungsfläche kann verrundet werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass gemäß einer Ausführungsform in der Schnittdarstellung zwischen Laufbahn und Käfigführungsfläche ein Absatz bzw. eine Stufe eingebracht ist. Anstelle einer Vergrößerung des Bordes in Richtung der Lagerachse mit gleichzeiti- ger Verlängerung der Laufbahn ebenfalls in Richtung der Lagerachse, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf den bisherigen Bord ein radial nach innen gerichteter Vorsprung ausgebildet. Die Käfigführungsfläche befindet sich auf einer radial nach innen gerichteten Oberfläche des Vorsprungs. Die Laufbahn kann hierbei unverändert bleiben, so dass zwischen Vorsprung und Laufbahn eine Stufe entsteht. Die radiale Erstreckung des Vorsprungs bzw. der Stufe stellt dabei die radiale Verschiebung der Käfigführungsfläche dar. Denkbar ist nun, dass dieser Vorsprung integrales Element des Bordes bzw. Außenrings ist oder aber durch ein separates Element gebildet wird. Falls der Vorsprung integrales Element des Bordes bzw. Außenrings ist, kann der Außenring gemäß einer Ausführungsform insbesondere einstückig ausgeführt sein. Falls der Vorsprung durch ein separates Element gebildet wird, kann dieses beispielsweise aus einem Ringelement mit rechteckigem Querschnittsprofil bestehen, das in den Außenring eingebracht wird. Das separate Element kann dabei aus dem gleichen oder einem unterschiedlichem Material wie der Außenring bestehen. Vorteilhaft bei einem separatem Element ist die Möglichkeit bereits bestehende Außenringe weiterhin ver- wenden zu können.
Die erfindungsgemäße Verringerung der Reibung erfordert keine Vergrößerung des Bauraums des Schrägkugellagers - weder axialer noch radialer Bauraum. So weisen gemäß einer Ausführungsform der Innenring und der Außenring eine gleich große axiale Erstreckung auf. Diese entspricht dabei dem Wert von entsprechenden Standardsschrägkugellagern.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Schrägkugellager an einem oder an zwei axialen Enden abgedichtet ist. Dabei kann eine Dichtscheibe jeweils an den axialen Enden des Schrägkugellagers zwischen Innenring und Außenring eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Schrägkugellager eignet sich insbesondere dafür als Spindellager, z.B. einer Werkzeugmaschine, eingesetzt zu werden. Denkbar sind selbstverständlich aber auch andere Anwendungen, insbesondere als Wälzlager für hohe Geschwindigkeiten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Schrägkugellager gemäß dem Stand der Technik
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Schrägkugellagers, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schrägkugellagers, und Fig. 4 eine Werkzeugmaschine, umfassend ein erfindungsgemäßes
Schrägkugellager.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Gleiche oder funktionsgleiche Bauelemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Schrägkugellager gemäß dem Stand der Technik wie Ein- gangs beschrieben in einer Schnittdarstellung, umfassend die Lagerachse 7, wobei die obere Hälfte dargestellt ist. Die Drucklinie 12 für das unbelastete Lager ist eingezeichnet und bildet mit einer senkrecht zur Lagerachse 7 stehenden Ebene 13, einer Radialebene, den Nenndruckwinkel α (alpha), der in diesem Beispiel 25 Grad beträgt.
Die Außenringlaufbahn 5 weist einen radial von der Lagerachse 7 entferntesten Punkt A auf. Ausgehend von Punkt A entlang der Außenringlaufbahn 5 in Richtung des der Käfigführungsfläche 9 zugewandten Endes der Außenringlaufbahn 5 bis zu einem Schnittpunkt B der Außenringlaufbahn 5 mit einer durch die Käfigführungsfläche 9 gelegten Geraden 17 ergibt sich ein Kreissegment, dessen Mittelpunktswinkel ß (beta) in diesem Beispiel etwa 50 Grad beträgt. D.h. der Nenndruckwinkel α (alpha) ist etwa halb so groß wie der Mittel punktswinkel ß (beta). Der Käfig des Schrägkugellagers gemäß Figur 1 besteht aus zwei Ringelementen 14, 15, die umfänglich verlaufen und durch eine Mehrzahl von axial verlaufenden Querstegen 16 verbunden sind. Die Querstege 16 weisen Füh- rungsflächen zum Kontaktieren der Kugeln 6 auf, wobei die Kugeln aus Metall oder Keramik bestehen können. Für eine optimale Führung der Kugeln ist es notwendig, dass sich diese Führungsflächen radial sowohl außerhalb als auch innerhalb eines Teilkreises durch den Kugelmittelpunkt des Schräg- kugellagers 1 erstrecken.
Um eine Führung des Käfigs 10 durch den Bord 8 des Außenrings 4 zu ermöglichen, erstreckt sich der Käfig 10 radial entsprechend weit nach außen. Insbesondere erstreckt sich der Käfig 10 ausgehend von dem Teilkreis we- sentlich weiter radial nach außen als nach innen.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schrägkugellagers. Im Gegensatz zum Schrägkugellager gemäß dem Stand der Technik nach Figur 1 ist in Figur 2 der Bord 8 des Außenrings 4 deutlich radial nach innen, d.h. radial zur Lagerachse 7 hin, verlängert worden. Um den gleichen Betrag konnte der Käfig 10 in seiner radialen Erstreckung gekürzt werden. Zwischen der Käfigführungsfläche 9 und der Oberfläche 1 1 befindet sich ein Ringspalt 18. Auf der dem Bord 8 axial gegenüberliegenden Seite des Außenrings 4 weist der Außenring 4 nur einen geringfügigen radialen Vorsprung in Richtung der Lagerachse 7 auf, um ein Herausfallen der Kugeln 6 zu verhindern. Auf dieser Seite befindet sich jedoch keine Käfigführungsfläche, d.h. der Käfig 10 wird nur durch eine einzige Käfigführungsfläche 9 geführt.
Die Käfigführungsfläche 9 wurde in Richtung der Lagerachse 7 verschoben, indem der komplette Bord 8 zur Lagerachse 7 hin vergrößert wurde. Insbesondere wurde dabei auch die Außenringlaufbahn 5 entsprechend vergrößert.
Der M ittel punktswinkel ß (beta) beträgt 68 Grad. Der Nenndruckwinkel α (alpha) wurde nicht verändert, d.h. er beträgt weiterhin 25 Grad. Die neue Konstruktion des Bordes sowie des Käfigs führt zu keiner Veränderung des Abrollverhaltens der Kugeln 6 auf den entsprechenden Laufbahnen 3, 5 mit der Ausnahme, dass aufgrund der verringerten Reibung eine geringere Wärmeentwicklung erreicht wird.
Der Käfig 10 konnte in seiner radialen Erstreckung auf ein Minimum beschränkt werden. In einem Schnitt umfassend die Lagerachse 7 weist er einen rechteckigen Querschnitt auf. Jedes der beiden Ringelemente 14, 15 weist ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt auf und schließt radial bün- dig mit den Querstegen 16 ab. Bezüglich einer Radialebene 13 ist der Käfig 10 spiegelsymmetrisch.
Der Außenring 4 und der Innenring 2 weisen die gleiche axiale Erstreckung auf und schließen axial bündig ab. Insbesondere entsprechen die Außen- maße des Schrägkugellagers 1 denen eines vergleichbaren Standardlagers.
Der Innenring 2 weist zwei Borde 18, 19 auf, die sich um den gleichen Betrag radial nach außen erstrecken. Insbesondere sind beide Borde 18, 19 bezüglich einer Radialebene 13 spiegelsymmetrisch. Keiner der Borde 18, 19 weist eine Käfigführungsfläche auf, vielmehr herrscht zwischen dem Käfig 10 und den Borden 18, 19 ein im Vergleich zum Ringspalt 18 wesentlich größerer Ringspalt 20 Dieser Ringspalt 20 ermöglicht das Zuführen von Schmierstoff während des Betriebs. Das Schrägkugellager 1 könnte mittels zweier Dichtscheiben abgedichtet werden.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schrägkugellagers. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wurde gemäß Figur 3 die Käfigführungsfläche 9 radial nach innen verschoben, indem der Bord 8 einen Vorsprung 21 aufweist. Der Vorsprung 21 erstreckt sich von einer radial nach innen weisenden Bordoberfläche 22 radial nach innen und weist die Käfigführungsfläche 9 auf. Die Außenringlaufbahn 5 blieb unverändert. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Vorsprung 21 einstückig mit dem Bord 8 ausgeführt. Denkbar wäre selbstverständlich auch ein separater Ring, der in den Außenring 4 auf die Bordoberfläche 22 einge- passt wird. Der erfindungsgemäß definierte Mittelpunktswinkel beträgt wie im ersten Ausführungsbeispiel nach 68 Grad.
Figur 4 zeigt einen Antrieb einer Werkzeugmaschine 23, umfassend zwei erfindungsgemäße Schrägkugellager 1 , die als Spindellager ausgeführt und in O-Anordnung eingesetzt sind und als Festlager dienen.
Bezugszeichenliste
1 Schrägkugellager
2 Innenring
3 Innenringlaufbahn
4 Außenring
5 Außenringlaufbahn
6 Kugeln
7 Lagerachse
8 Bord
9 Käfigführungsfläche
10 Käfig
1 1 Oberfläche
12 Drucklinie
13 Ebene
14 Ringelement
15 Ringelement
16 Quersteg
17 Gerade
18 Bord
19 Bord
20 Ringspalt
21 Vorsprung
22 Bordoberfläche
23 Antrieb Werkzeugmaschine

Claims

Patentansprüche
Schrägkugellager, umfassend einen Außenring (4), einen Innenring (2), eine Mehrzahl von Kugeln (6), wobei die Kugeln (6) zwischen dem Außenring (4) und dem Innenring (2) in einem Käfig (10) drehbar um eine Lagerachse (7) angeordnet sind, wobei der Käfig (10) über eine Käfigführungsfläche (9) des Außenrings (4) geführt wird und wobei das Schrägkugellager einen Nenndruckwinkel (a) kleiner oder gleich 30 Grad aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schnittdarstellung, umfassend die Lagerachse (7), ein Kreisbogen verlaufend von einem der Lagerachse (7) entferntesten Punkt (A) einer Laufbahn des Außenrings (4) entlang der Laufbahn in Richtung eines der Käfigführungsfläche (9) zugewandten Laufbahnendes bis zu einem Schnittpunkt (B) des Kreisbogens und einer durch die Käfigführungsfläche gelegten Gerade (17) einen Mittelpunktswinkel (ß) größer oder gleich 60 Grad aufweist.
Schrägkugellager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) zwei Schultern (18, 19) aufweist, die bezüglich einer senkrecht zur Lagerachse stehenden Ebene (13) spiegelsymmetrisch sind.
Schrägkugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigführungsfläche (9) einen um die Lagerachse (7) konzentrisch angeordneten Zylinder bildet.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (10) bezüglich einer senkrecht zur Lagerachse (7) stehenden Ebene (13) spiegelsymmetrisch ist.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (10) zwei Ringelemente (14, 15) und die Ringelemente verbindende Querstege (16) aufweist, wobei die Querstege (16) radial nach innen und/oder radial nach außen mit den Ringelementen (14, 15) bündig abschließen.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (10) zwei Ringelemente (14, 15) und die Ringelemente verbindende Querstege (16) aufweist, wobei der Käfig über eine radial nach außen gewandte O- berfläche (1 1 ) eines der Ringelemente (15) durch die Käfigführungsfläche (9) des Außenrings (4) geführt wird.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittel punktswinkel (ß) zwischen 60 und 70 Grad liegt.
Schrägkugellager nach 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittel punktswinkel (ß) zwischen 63 und 67 Grad liegt.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nenndruckwinkel (a) zwischen 15 und 25 Grad liegt.
Schrägkugellager nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schnittdarstellung die Laufbahn (5) einen Schnittpunkt (B) mit der Käfigführungsfläche (9) aufweist.
Schrägkugellager nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schnittdarstellung zwischen Laufbahn (5) und Käfigführungsfläche (9) ein Absatz bzw. eine Stufe eingebracht ist.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (4) einstückig ausgeführt ist.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) und der Außenring (4) eine gleich große axiale Erstreckung aufweisen.
Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägkugellager an einem oder an zwei axialen Enden abgedichtet ist.
15. Schrägkugellager nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägkugellager ein Spindellager ist.
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