DE19521855C2 - Kugellager mit Ölversorgung - Google Patents
Kugellager mit ÖlversorgungInfo
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- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
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- F16C33/6637—Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
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- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
- F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
- F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
- F16C2300/40—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
- F16C2300/62—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions low pressure, e.g. elements operating under vacuum conditions
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kugellager mit Ölversorgung, insbesondere ein
Kugellager für hohe Drehzahlen und für den Einsatz in der Vakuumtechnik
nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
Kugellagerkonstruktionen für solche Anwendungsfälle, bei welchen zusätz
lich noch eine möglichst lange wartungsfreie Betriebsdauer gefordert wird,
verlangen eine Schmierung, bei der es darauf ankommt, das Schmiermittel
- im vorliegenden Fall Öl - in definierten kleinen Mengen an bestimmte Stel
len des Lagers zu fördern. Diese Stellen, welche eine wirkungsvolle Schmie
rung benötigen, sind die Roll- und Gleitflächen in der Laufbahn und der Kä
figtasche des Lagers. Ebenso wichtig ist es, daß für einen optimalen Wie
deraustritt des Öls aus dem Lager gesorgt wird. Nur dann kann eine Kleinst
mengenschmierung eingehalten werden, was eine Voraussetzung für eine
minimale Verlustleistung ist. Eine bewährte Methode, Öl an die reibungs
relevanten Stellen eines Lagers zu fördern, ist die Ölnebelschmierung.
Diese ist aber im Vakuum nicht anwendbar, da mangels Gas eine Verwir
belung des Öls nicht möglich ist.
Eine Ölumlaufschmierung ist für die vorliegenden Anwendungsfälle nahe
liegend. Das Öl wird z. B. von einem Ölvorrat über einen Docht durch Ka
pillarkräfte dem Lager zugeführt. Kegelförmige Bauelemente können, ins
besondere bei schnelldrehenden Rotoren, das Öl durch Fliehkraft an be
stimmte Lagerstellen befördern. Bei dieser Methode geht jedoch viel Öl
durch Abspritzen verloren, und es ist nicht garantiert, daß die richtigen
Stellen mit einer optimalen Ölmenge versorgt werden.
In der DE 32 02 070 C2 wird ein Kugellager beschrieben, welches mit
einer Dochtschmiermittelzuführung ausgerüstet ist. Das Öl wird zusätzlich
über eine konische Abschrägung durch Fliehkraft möglichst nah an die
Kugeloberflächen und die Kugeltaschenbohrungen im Käfig gebracht.
Diese Konstruktion hat folgenden Nachteil:
Während der gesamten Dauer des Transports über die konische Abschrä
gung wird schon Öl abgespritzt, welches zum großen Teil für die Schmie
rung nicht mehr zur Verfügung steht. Der Rest wird zwar zu den Kugeln
geführt, gelangt aber an diesen nicht direkt an die reibungsrelevanten
Stellen - wie an die Laufflächen der Kugel - und nur im begrenzten Maße
zu den Kugeltaschen. Weitere Probleme bei der Konstruktion von Lagern
mit Kleinstmengenschmierung und bei der Minimierung der Verlustleistung
treten bei der Führung des Lagerkäfigs auf. Es ist naheliegend und üblich,
den Lagerkäfig am Innenrand des äußeren Laufringes zu führen (Außen
bordführung), da hierbei eine Ölversorgung der reibungsrelevanten Stellen
zwischen Käfig und äußerem Laufring durch Fliehkraft gesichert ist. Diese
Lösung bringt jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich. Infolge der Flieh
kraft und durch Kapillarwirkung sammelt sich Öl in den Spalten an, wodurch
es zu unerwünschten Flüssigkeitsreibungen kommt. Dazu kommt, daß der
Einfluß der Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Lagerkäfig und dem
führenden äußeren Lagerring eine große Rolle spielt. Ein Lager, dessen
Käfig am Außenrand des inneren Laufrings geführt wird (Innenbordführung),
wird die geringere Differenzgeschwindigkeit an den reibungsrelevanten
Stellen aufweisen. Da die Verlustleistung an diesen Stellen im Lager mit
der dritten Potenz des Durchmessers ansteigt, würde ein Lager mit Innen
bordführung große Vorteile bringen, zumal die vorerwähnten negativen
Einflüsse der Fliehkraft weitgehend ausgeschaltet wären. Bei dieser Lösung
ist jedoch die Ölversorgung der reibungsrelevanten Stellen zwischen Käfig
und innerem Laufring durch Fliehkraft, wie bei der Außenbordführung, nicht
mehr gesichert. Ölnebelschmierung der Ölumlaufschmierung sind aus vor
erwähnten Gründen nicht möglich bzw. bringen große Nachteile mit sich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugellager mit Ölversorgung für schnell
drehende Rotoren im Vakuum vorzustellen, wobei eine zuverlässige und
sichere Förderung des Öls zu den reibungsrelevanten Stellen des Lagers
und gleichzeitig eine optimale Möglichkeit zum Wiederaustritt des Öls aus
dem Lager nach dem Prinzip der Kleinstmengenschmierung sichergestellt
ist.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Teile des 1. Patentan
spruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 6 stellen weitere Ausführungs
formen der Erfindung dar. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin,
daß nach dem Prinzip der Kleinstmengenschmierung alle reibungs
relevanten Stellen des Lagers ausreichend mit Öl versorgt werden,
ohne daß Öl in nutzloser Weise verspritzt oder an Stellen gefördert
wird, an denen es unnötig oder gar unerwünscht ist.
An Hand der Abb. 1-6 soll die Erfindung näher erläutert werden.
Abb. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt.
Abb. 1a zeigt einen Ausschnitt aus Abb. 1 mit einer weiteren
Ausführungsform der Ölzufuhr.
Abb. 2 zeigt einen Schnitt der Anordnung aus Abb. 1 entlang
der Linie A, B.
Abb. 3 zeigt eine Ansicht der Anordnung aus Abb. 2 in Rich
tung E.
Abb. 4 zeigt einen Schnitt der Anordnung aus Abb. 3 entlang
der Linie C, D.
Abb. 5 + 6 zeigen eine weitere Ausführungsform entsprechend den
Abb. 3 und 4
In Abb. 1 ist das Kugellager mit dem inneren Laufring 1, dem äußeren
Laufring 2, Kugeln 3 und mit dem Käfig 4 dargestellt. Dieser ragt auf
einer Stirnseite über die Laufringe 1 und 2 hinaus. Die Innenseite des
Lagerkäfigs ist in 3 Flächenzonen 7a, 7b und 7c aufgeteilt. Der Innen
durchmesser des Lagerkäfigs nimmt von der äußeren Kante 6a bis zu
der Kante 6b, welche sich auf der Höhe des inneren Laufringes 1 befindet,
zu. Dadurch nimmt die Flächenzone 7a eine konische Form an. Im weiteren
Verlauf bleibt der Innendurchmesser des Lagerkäfigs konstant bis zu der
Kante 6c. Somit erhält die Fläche 7b eine zylindrische Form. An dieser
Stelle wird der Lagerkäfig 4 am Außenrand 19 des inneren Laufringes 1
geführt (Innenbordführung). Zwischen den Kanten 6c und 6d nimmt der
Innendurchmesser des Lagerkäfigs wieder zu, so daß die Fläche 7c wieder
eine konische Form aufweist. Der Außendurchmesser des Lagerkäfigs wird
von den Kanten 6e und 6f begrenzt, wobei die Kante 6f sich außerhalb des
äußeren Lagerringes 2 befindet. Von der Kante 6e bis zur Kante 6f steigt
der Außendurchmesser an, so daß der Lagerkäfig auf dieser Seite durch
eine konische Fläche begrenzt wird. Auf der Innenseite der konischen
Fläche 7a ist in der Höhe der Kante 6a eine Ölzufuhreinrichtung 8, zum
Beispiel ein Docht, angebracht. Von dieser Stelle aus kann das Öl durch
Fliehkraft und/oder durch Migration an die reibungsrelevanten Stellen ge
langen.
In einer weiteren Ausführungsform, welche als Ausschnitt aus Abb. 1 in
Abb. 1a dargestellt ist, ist die Kante 6a mit einem Ölbegrenzungsring 5
versehen. Der Innendurchmesser des Lagerkäfigs 4 ist zwischen dem
Ölbegrenzungsring und der Kante 6b oder zwischen den Kanten 6c und
6d oder auch über den gesamten Bereich vom Ölbegrenzungsring 5 bis
zur Kante 6d konstant.
Im Käfig 4 befinden sich Käfigtaschen 9, in welchen die Kugeln 3 geführt
werden. Am inneren Umfang des Käfigs 4 sind in den Käfigklauen 11, d. h.
in den Teilen zwischen den Kugeln, Rinnen 10 eingearbeitet. Der Durch
messer dieser Rinnen ist größer als die schmalste Stelle der Käfigklauen
am Innendurchmesser des Käfigs. Auf diese Art werden von den Rinnen
10 und den Käfigtaschen 9 Durchdringungskanten 16 derart gebildet, daß
deren größte Durchmesser in die Mitte 12 der Käfigkanten münden. Da
durch wird das Öl direkt den reibungsrelevanten Stellen - z. B. 13, 14 und
15 - zugeführt.
Bei der in der Abb. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform sind anstelle der
Rinnen 10 Kanäle 17 eingearbeitet, welche in ihrer Gesamtheit ein Kanal
system bilden. Durch dieses Kanalsystem wird Öl an die reibungsrelevanten
Stellen des Kugellagers gefördert. Der Kanal 18 dient als Verbindung zwi
schen den Kanalsystemen oder Rinnen und als Ölsammelkanal.
Claims (6)
1. Kugellager mit innerem Laufring (1) und äußerem Laufring (2), Lagerkäfig (4), in
welchem sich die Käfigtaschenbohrungen (9) zur Führung der Kugeln (3) befin
den, mit Käfigklauen (11) zwischen den Käfigtaschenbohrungen sowie mit einer
Ölzuführeinrichtung (8), wobei auf mindestens einer Stirnseite der Lagerkäfig (4)
so gestaltet ist, dass er in axialer Richtung über die Laufringe (1) und (2) hinaus
ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Lagerkäfigs aus drei Flä
chenzonen (7a, 7b, 7c) besteht und dass der Innendurchmesser des Lagerkäfigs
von der äußeren Kante (6a) bis zu einer Kante (6b) auf der Höhe des inneren
Laufrings (1) zunimmt, so dass die Fläche (7a) eine konische Form aufweist, und
dass der Innendurchmesser des Lagerkäfigs im weiteren Verlauf bis zu der Kante
(6c) konstant bleibt, so dass die Fläche (7b) eine zylindrische Form aufweist, und
dass der Innendurchmesser des Lagerkäfigs dann wieder bis zu einer Kante (6d)
zunimmt, so dass die Fläche (7c) eins konische Form aufweist, dass der Außen
durchmesser des Lagerkäfigs von der Kante (6e) bis zu der Kante (6f), welche
sich außerhalb des äußeren Lagerringes (2) befindet, zunimmt, so dass eine
weitere konische Fläche (7d) entsteht, und dass in der Nähe der äußeren Kante
(6a) auf der Innenseite der konischen Fläche (7a) die Ölzuführeinrichtung (8) an
gebracht ist.
2. Kugellager mit innerem Laufring (1) und äußerem Laufring (2), Lagerkäfig (4), in
welchem sich die Käfigtaschenbohrungen (9) zur Führung der Kugeln (3) befin
den, mit Käfigklauen (11) zwischen den Käfigtaschenbohrungen sowie mit einer
Ölzuführeinrichtung (8), wobei auf mindestens einer Stirnseite der Lagerkäfig (4)
so gestaltet ist, dass er in axialer Richtung über die Laufringe (1) und (2) hinaus
ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (6a) des Lagerkäfigs (4) Bestand
teil eines Ölbegrenzungsrings (5) ist, dass der Innendurchmesser des Lagerkäfigs
(4) zwischen Ölbegrenzungsring (5) und der Kante (6b) konstant ist, so dass die
Fläche (7a) eine zylindrische Form aufweist, und dass am inneren Umfang des
Käfigs (4) jeweils in den Käfigklauen (11) Rinnen (10) eingearbeitet sind, deren
Durchmesser größer ist als die schmalste Stelle der Käfigklauen (11) am Innen
durchmesser des Käfigs (4), so dass von den Rinnen (10) und den Käfigtaschen
(9) Durchdringungskanten (16) derart gebildet werden, dass deren größte Durch
messer in die Mitte (12) der Käfigklauen münden.
3. Kugellager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmes
ser des Lagerkäfigs (4) zwischen der Kante (6c) und der Kante (6d) konstant ist,
so dass die Fläche (7c) eine zylindrische Form aufweist.
4. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Umfang
des Käfigs (4) jeweils in den Käfigklauen (11) Rinnen (10) eingearbeitet sind, de
ren Durchmesser größer ist als die schmalste Stelle der Käfigklauen (11) am In
nendurchmesser des Käfigs (4), so dass von den Rinnen (10) und den Käfigta
schen (9) Durchdringungskanten (16) derart gebildet werden, dass deren größte
Durchmesser in die Mitte der Käfigklauen münden.
5. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass am inneren Umfang des Käfigs (4) jeweils in den Käfigklauen (11) Ka
näle (17) eingearbeitet sind, welche in ihrer Gesamtheit ein Kanalsystem bilden.
6. Kugellager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Rinnen (10) bzw. die durch die Kanäle (17) gebildeten Kanalsysteme durch einen
Ölsammelkanal (18) miteinander verbunden sind.
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R071 | Expiry of right |