DE102006054341A1

DE102006054341A1 - Zweireihiges Schrägkugellager, beispielsweise zur Lagerung einer Spindel einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102006054341A1
Application number: DE102006054341A
Authority: DE
Inventors: Oswald Bayer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zweireihiges Schrägkugellager (1), beispielsweise zur Lagerung einer Spindel einer Werkzeugmaschine, mit einem einteiligen Außenring (2) mit wenigstens zwei Außenlaufbahnen (4, 5) und mit einem aus zwei Innenringhälften (20, 21) bestehenden Innenring (3) mit wenigstens zwei Innenlaufbahnen (6, 7), wobei der Innenring (3) und der Außenring (2) jeweils Schultern (12, 13; 14, 15) aufweisen, an welchen sich zwischen dem Innenring (3) und dem Außenring (2) angeordnete Lagerkugeln (8, 9) in Druckwinkel-Richtung abstützen, und wobei das Schrägkugellager (1) axial vorspannbar ist. Um eine Verringerung der Vorspannung des Schrägkugellagers bei Temperaturdifferenzen zwischen Außenring und Innenring zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass eine radial innere Mantelfläche (24) des Außenrings (2) axial zwischen den Schultern (12, 13) des Außenrings (2) wenigstens eine sich radial nach außen erstreckende Unterbrechung (25) aufweist, wodurch die axiale Steifigkeit des Außenrings (2) verringert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein zweireihiges Schrägkugellager, beispielsweise zur Lagerung einer Spindel einer Werkzeugmaschine, mit einem einteiligen Außenring mit wenigstens zwei Außenlaufbahnen und mit einem aus zwei Innenringhälften bestehenden Innenring mit wenigstens zwei Innenlaufbahnen, wobei der Innenring und der Außenring jeweils Schultern aufweisen, an welchen sich zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Lagerkugeln in Druckwinkel-Richtung abstützen, und wobei das Schrägkugellager axial vorspannbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Die DE 42 23 256 A1 beschreibt ein derartiges mehrreihiges Schrägkugellager für die Lagerung von Wälzschraubtrieben in der Feinwerktechnik, mit einem einteiligen Außenring und einem zweiteiligen Innenring sowie dazwi schen angeordneten, auf zugehörigen Laufbahnen abwälzenden Lagerkugeln, wobei entweder der Außenring und die Innenringe eine radial hervorstehende, die Kugelreihen voneinander trennende Schulter aufweisen, und Mittel zur Erzeugung einer Lagervorspannung vorhanden sind.
Zur Fixierung an einer Anschlusskonstruktion ist der Lageraußenring mit einem Flansch versehen, der mehrere durchgehende Bohrungen besitzt, wodurch ein schnelles Anschrauben an die Anschlusskonstruktion möglich ist. Das derart beschriebene zweireihige Schrägkugellager entspricht in seiner Funktion paarweise verwendeten einreihigen Schrägkugellagern in O-Anordnung oder in X-Anordnung, welche ebenfalls zur Lagerung von Werkzeugspindeln genutzt werden.
Ein anderes Schrägwälzlager für die Lagerung von Wälzschraubtrieben mit einteiligem Außenring und einteiligem Innenring ist aus der DE 199 02 177 A1 bekannt.
Derartige Lager haben sich weitgehend bewährt. Jedoch kann es insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen der Werkzeugspindel zu deutlichen Temperaturdifferenzen zwischen Außenring und Innenring kommen, welches sich negativ auf die beim Einbau des Lagers eingestellte axiale Vorspannung auswirkt. Die axiale Vorspannung kann sich bei entsprechenden kritischen Temperaturen im Extremfall derart verändern, dass es zum Totalausfall des Lagers kommen kann.
Ursache hierfür ist vor allem ein sich ändernder radialer Abstand der jeweiligen Laufbahnen mit sich änderndem radialen Abstand der paarigen Schultern von Außenring und Innenring, gegen die sich jeweils eine Reihe von Lagerkugeln abstützt. Wenn sich der Außenring deutlich stärker erwärmt als der Innenring, führt dies zu einer axialen Verschiebung der Schulter des Außenringes, während die axiale Position der Schulter des Innenrings fast unverändert bleibt. Diese axiale Verschiebung wird über den Druckwinkel in die radiale Abstandsänderung umgelenkt.
Schließlich ist aus der DE 203 01 647 U1 ein einreihiges Wälzlager für einen Elektromotor bekannt, welches einen einteiligen Außenring und einen einteiligen Innenring aufweist, zwischen denen eine Reihe von Lagerkugeln angeordnet ist. Diese Druckschrift befasst sich mit dem Problem unterschiedlicher Materialausdehnungen von aus Aluminium bestehenden Lagersitzflächen und dem aus Stahl bestehenden Außenring bei hohen Temperaturen. Dort werden Dehnungsausgleichringe beschrieben, welche in einer Nut in der radial äußeren Mantelfläche des Außenrings eingesetzt sind. Mit diesen Dehnungsausgleichringen sollen sich Temperaturdifferenzen zwischen Lagersitzfläche und Außenring ausgleichen lassen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zweireihiges Schrägkugellager zu schaffen, dessen aus einer Temperaturdifferenz zwischen Außenring und Innenring resultierende axiale Vorspannungszunahme gegenüber gattungsgemäßen Schrägkugellagern deutlich reduziert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe auf überraschend einfache Art und Weise dadurch lösen lässt, dass die radial innere Mantelfläche des Außenrings mit einer sich im Wesentlichen radial nach außen erstreckenden Unterbrechung versehen ist.
Die Erfindung geht daher aus von einem zweireihiges Schrägkugellager, beispielsweise zur Lagerung einer Spindel einer Werkzeugmaschine, mit einem einteiligen Außenring mit wenigstens zwei Außenlaufbahnen und mit einem aus zwei Innenringhälften bestehenden Innenring mit wenigstens zwei Innenlaufbahnen, wobei der Innenring und der Außenring jeweils Schultern aufweisen, an welchen sich zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Lagerkugeln in Druckwinkel-Richtung abstützen, und wobei das Schrägkugellager axial vorspannbar ist.
Zudem ist vorgesehen, dass eine radial innere Mantelfläche des Außenrings axial zwischen den Schultern des Außenrings wenigstens eine sich radial nach außen erstreckende Unterbrechung aufweist, wobei die axiale Steifigkeit des Außenrings durch die Unterbrechung verringert ist.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die radiale Steifigkeit des Außenrings – und damit des Wälzlagers – erhalten bleibt bzw. sich nur in einem hinnehmbar geringen Maße verringert, die axiale Steifigkeit des Außenrings aber deutlich reduziert wird („axial weich”/"radial steif").
Die Unterbrechung dient dabei als eine Art Dehnungsfuge, durch welche Einfluss auf das Maß der axialen Längenveränderung des Außenrings bei starker Erwärmung genommen wird. Die Unterbrechung bewirkt, dass sich die Vorspannung auch bei extremen Temperaturunterschieden zwischen Außenring und Innenring nicht wesentlich ändert.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Unterbrechung die Funktionssicherheit des Schrägwälzlagers trotz geringerer axialer Steifigkeit nicht beeinträchtigt, sondern sich im Gegenteil positiv auf die Lebensdauer des Schrägwälzlagers auswirkt.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die axiale Breite der Unterbrechung kleiner als ihre radiale Länge ist. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass die Unterbrechung als Ringnut ausgeführt ist.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Unterbrechung als eine Mehrzahl von axial parallel angeordneten, sich im Wesentlichen radial nach außen erstreckenden und in die Mantelfläche eingebrachten Schlitzen ausgebildet ist, wobei die Anzahl der Schlitze zwischen zwei und acht beträgt.
Auch kann die Unterbrechung im wesentlichen mäanderförmig und/oder labyrinthartig ausgebildet sein.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Unterbrechung mit einem Material geringer Steifigkeit ausgefüllt ist. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass die Unterbrechung mit einem Ring aus Aluminium, einem Faserverbundwerkstoff, einem Kunststoffring oder einem Schmiermittel ausgefüllt ist. Durch eine Ausfüllung der Unterbrechung mit einem Feststoff wird dort eine betriebsbedingte Ansammlung von Abriebteilchen vermieden, während eine Ausfüllung mit einem Schmiermittel, wie etwa Lagerfett, die insgesamt im Lager deponierbaren Schmiermittelmenge vergrößert. Auch die Einarbeitung einer Membran ist möglich.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenring radial außen zu einem Flansch erweitert und mit wenigstens zwei axial verlaufenden Flanschbohrungen versehen ist. Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Anzahl der Flanschbohrungen zwischen zwei und acht, vorzugsweise fünf beträgt.
In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass die Lagerkugeln einer jeden Lagerkugelreihe jeweils in einem Lagerkäfig oder in einem gemeinsamen Lagerkäfig gehalten sind.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass durch die Innenringhälften des Innenrings mehrere axiale Bohrungen geführt sind, in welche jeweils ein Schraubbolzen eingreift und die Innenringhälften miteinander verspannt sowie sichert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur einen Radialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schrägkugellager in radial hälftiger Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In der Figur ist im Radialschnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen zweireihigen Schrägkugellagers 1 zur Lagerung einer nicht dargestellten Spindel einer ebenfalls nicht gezeigten Werkzeugmaschine abgebildet.
Das Schrägkugellager 1 weist in an sich bekannter Weise einen Außenring 2 und einen zweiteiligen Innenring 3 auf, welche zueinander konzentrisch angeordnet sind. Der Außenring 2 hat zwei radial innen ausgebildete Außenlaufbahnen 4 und 5, und der Innenring 3 weist zwei radial außen ausgebildete Innenaufbahnen 6 bzw. 7 auf, in welchen jeweils eine Reihe von Lagerkugeln 8, 9 in O-Anordnung angeordnet ist.
Die Lagerkugeln 8, 9 sind jeweils in einem Lagerkäfig 10 bzw. 11 je Lagerkugelreihe gehalten, wobei es abweichend von der dargestellten Anordnung auch möglich ist, auf die Lagerkäfige 10, 11 zu verzichten, nämlich dann, wenn die Lagerkugeln 8, 9 vollkugelig ausgeführt sind.
Außenring 2 und Innenring 3 weisen jeweils die Laufbahnen axial begrenzende Schultern 12 bis 15 auf, an welchen sich die Lagerkugeln 8, 9 in Druckwinkel-Richtung – mit einem Radial- und Axial-Anteil – abstützen. Axial außen sind zwischen Außenring 2 und Innenring 3 nur angedeutete Dichtungen 16, 17 angeordnet.
Der Außenring 2 ist radial nach außen zu einem Flansch 18 erweitert, welcher der Befestigung an eine Anschlusskonstruktion dient. Durch den Flansch 18 des Außenringes 2 sind mindestens zwei axial verlaufende Flanschbohrungen 19 geführt, wobei in der Figur nur eine Flanschbohrung 19 dargestellt ist. Die Anzahl der Flanschbohrungen 19 beträgt zwischen zwei und acht, wobei sich eine Anzahl von fünf Flanschbohrungen 19 als besonders praktisch erwiesen hat.
Der Innenring 3 ist geteilt ausgeführt und besteht daher aus zwei Innenringhälften 20 und 21. Durch diese Innenringhälften 20, 21 sind mehrere axiale Bohrungen 22 geführt, in welche jeweils ein Schraubbolzen 23 eingreift und die Innenringhälften 20, 21 miteinander verspannt sowie sichert.
Um eine sich bei hohen Temperaturen vergrößernde axiale Vorspannung insbesondere des Außenrings 2 gegenüber dem Innenring 3 zu verringern bzw. auszugleichen, weist eine radial innere Mantelfläche 24 des Außenrings 2 axial zwischen den Schultern 12 und 13 des Außenrings 2 eine sich radial nach außen erstreckende Unterbrechung 25 auf.
Diese Unterbrechung ist als Ringnut 26 ausgeführt und weist nur eine geringe axiale Breite und eine relativ große radiale Tiefe auf. Hierdurch wird die radiale Steifigkeit beibehalten oder nur in einem hinnehmbar geringen Maße geschwächt, während die axiale Steifigkeit deutlich reduziert ist.
Die Unterbrechung 25 dient dabei als Dehnungsfuge, durch welche Einfluss auf das Maß der axialen Längenänderung des Außenrings 2 bei starker Erwärmung genommen wird. Diese Längenänderung würde ohne die Unterbrechung 25 dazu führen, dass sich der Außenring 2 stärker ausdehnen würde als der Innenring 3. Dies würde zu einer Reduzierung des axialen Abstandes zwischen den miteinander korrespondierenden Schultern 12 und 14 bzw. 13 und 15 sowie einhergehend mit einer Vergrößerung der auf die Lagerkugeln 8, 9 einwirkenden axialen Vorspannung führen. Dies wird durch die Unterbrechung 25 wirkungsvoll verhindert.
Abweichend von der in der Figur dargestellten Ausgestaltung der Unterbrechung 25 als Ringnut 26 sind auch andere Konstruktionen ausführbar. So ist es möglich, die Unterbrechung 25 als eine Mehrzahl von axial parallel angeordneten, sich im Wesentlichen radial nach außen erstreckenden Schlitzen auszugestalten, welche in die Mantelfläche 24 eingearbeitet, etwa eingefräst sind. Hierbei ist eine Anzahl von zwei bis acht Schlitzen sinnvoll möglich. Auch kann vorgesehen sein, die Unterbrechung mäanderförmig oder labyrinthartig auszugestalten.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Unterbrechung mit einem Material geringer Steifigkeit auszufüllen. Beispielsweise kann die Unterbrechung 25 mit fetthaltigem Schmiermittel ausgefüllt werden, so dass die Unterbrechung 25 dann als Schmiermittel-Reservoir nutzbar ist. Auch die Einarbeitung einer Membran kann vorgesehen sein.
Es ist aber auch möglich, die Unterbrechung 25 beispielsweise mit einem Ring aus Aluminium, einem Faserverbundwerkstoff, einem Kunststoffring oder einem anderen Material zu verfüllen, wobei es jeweils darauf ankommt, dass das Material des Füllringes so beschaffen ist, dass die Verringerung der axialen Steifigkeit zwecks Ausgleichs von Temperaturdifferenzen erhalten bleibt.

1: Schrägkugellager
2: Außenring
3: Innenring
4: Außenlaufbahn
5: Außenlaufbahn
6: Innenlaufbahn
7: Innenlaufbahn
8: Lagerkugel
9: Lagerkugel
10: Lagerkäfig
11: Lagerkäfig
12: Schulter
13: Schulter
14: Schulter
15: Schulter
16: Dichtung
17: Dichtung
18: Flansch
19: Flanschbohrung
20: Innenringhälfte
21: Innenringhälfte
22: Bohrung
23: Schraubbolzen
24: Mantelfläche
25: Unterbrechung
26: Ringnut

Claims

Zweireihiges Schrägkugellager (1), beispielsweise zur Lagerung einer Spindel einer Werkzeugmaschine, mit einem einteiligen Außenring (2) mit wenigstens zwei Außenlaufbahnen (4, 5) und mit einem aus zwei Innenringhälften (20, 21) bestehenden Innenring (3) mit wenigstens zwei Innenlaufbahnen (6, 7), wobei der Innenring (3) und der Außenring (2) jeweils Schultern (12, 13; 14, 15) aufweisen, an welchen sich zwischen dem Innenring (3) und dem Außenring (2) angeordnete Lagerkugeln (8, 9) in Druckwinkel-Richtung abstützen, und wobei das Schrägkugellager (1) axial vorspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial innere Mantelfläche (24) des Außenrings (2) axial zwischen den Schultern (12, 13) des Außenrings (2) wenigstens eine sich radial nach außen erstreckende Unterbrechung (25) aufweist, durch welche die axiale Steifigkeit des Außenrings (2) verringert ist.
Schrägkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite der Unterbrechung (25) kleiner als ihre radiale Länge ist.
Schrägkugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (25) als Ringnut (26) ausgeführt ist.
Zweireihiges Schrägkugellager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (25) als eine Mehrzahl von axial parallel angeordneten, sich im Wesentlichen radial nach außen erstreckenden und in die Mantelfläche (24) eingebrachten Schlitzen ausgebildet ist, wobei die Anzahl der Schlitze zwischen zwei und acht beträgt, oder dass die Unterbrechung (25) mäanderförmig und/oder labyrinthartig ausgebildet ist.
Zweireihiges Schrägkugellager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (25) mit einem Material geringer Steifigkeit ausgefüllt ist oder eine membran eingearbeitet ist.
Schrägkugellager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (25) mit einem Ring aus Aluminium, einem Faserverbundwerkstoff, einem Kunststoffring oder einem Schmiermittel ausgefüllt ist.
Schrägkugellager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) radial außen zu einem Flansch (18) erweitert und mit wenigstens zwei axial verlaufenden Flanschbohrungen (19) versehen ist.
Schrägkugellager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flanschbohrungen (19) zwischen zwei und acht beträgt.
Schrägkugellager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flanschbohrungen (19) fünf beträgt.
Schrägkugellager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (8, 9) jeweils in einem Lagerkäfig (10, 11) gehalten sind.
Schrägkugellager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Innenringhälften (20, 21) des Innenrings (3) mehrere axiale Bohrungen (22) geführt sind, in welche jeweils ein Schraubbolzen (23) eingreift und die Innenringhälften (20, 21) miteinander verspannt sowie sichert.