DE102011111470A1

DE102011111470A1 - Gedeckeltes Kugellager

Info

Publication number: DE102011111470A1
Application number: DE102011111470A
Authority: DE
Inventors: Stefan Grieb; Martin Engler; Erich Greiter; Martin Räth
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: DE102011111470B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugellager mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Lagerringen, wobei in einem Zwischenraum zwischen den Lagerringen Lagerkugeln angeordnet und in einem Kugelkäfig geführt sind, wobei der Zwischenraum durch mindestens ein Deckelement abgedeckt ist, das an einem der Lagerringe befestigt und von dem anderen Lagerring durch einen Spalt getrennt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der an den Spalt angrenzende Randabschnitt des Deckelements derart geformt ist, dass er in das Lagerinnere in Richtung der Kugeln gerichtet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kugellager mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Lagerringen, wobei in einem Zwischenraum zwischen den Lagerringen Lagerkugeln angeordnet und in einem Kugelkäfig geführt sind. Der Zwischenraum ist durch mindestens ein Deckelement abgedeckt, das an einem der Lagerringe befestigt und von dem anderen Lagerring durch einen Spalt getrennt ist.
Stand der Technik
Es gibt bereits Kugellager mit Deckelementen, beispielsweise Deckscheiben, integrierten Deckscheiben, geschweißten Deckscheiben, aufgeklipsten Varianten, um zu verhindern, dass Schmutz in das Kugellager eindringt und das Schmiermittel aus dem Kugellager austritt.
Da viele Kugellagertypen bei sehr hohen Drehzahlen eingesetzt werden und große Druckdifferenzen zwischen den beiden Stirnflächen der Kugellager herrschen können, kommt es zu einer starken Luftdurchströmung bei den Kugellagern.
Das Schmiermittel kann somit aus den Kugellagern ausgetrieben werden. Es kommt zu einer Mangelschmierung bzw. einem kompletten Schmiermittelverlust, was zum vorzeitigen Ausfall des Kugellagers führen kann.
Die Deckscheiben sollen das Austreten des Schmiermittels verhindern. Außerdem wird durch die Deckscheiben das Eindringen von Schmutz in das Lagerinnere verhindert bzw. erschwert. Trotz Deckscheiben kommt es allerdings zum Austritt des Schmiermittels.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein gedeckeltes Kugellager der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass ein Austreten des Schmiermittels verhindert oder zumindest stark reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Kugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Kugellager umfasst zwei konzentrisch zueinander angeordnete und relativ zueinander verdrehbare Lagerringe, wobei in einem Zwischenraum zwischen den Lagerringen Lagerkugeln angeordnet und in einem Kugelkäfig geführt sind, wobei der Zwischenraum durch mindestens ein Deckelement abgedeckt ist, das an einem der Lagerringe befestigt und von dem anderen Lagerring durch einen Spalt getrennt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der an den Spalt angrenzende Rand des Deckelements derart geformt ist, dass er in das Lagerinnere in Richtung der Kugeln gerichtet ist.
Insbesondere weist das Deckelement an seinem an den Spalt angrenzenden Rand einen radial in das Lagerinnere gerichteten Abschnitt auf. Durch diese Formgebung des Deckelements, bei der das Deckelement zum Spalt hin eine Geometrie aufweist, die zum Lagerinneren gerichtet ist, und unter Ausnutzung der Fliehkräfte bzw. Luftströmung, erfolgt eine Rückführung des Schmiermittels in das Lagerinnere, wodurch ein Schmiermittelaustritt verhindert bzw. minimiert wird.
Das Deckelement kann hierbei wahlweise an einem der beiden Lagerringe, also am Innenring oder am Außenring, angebracht werden. Eine Kombination der Deckelemente führt zu einer beidseitig gedeckelten Variante. Wenn das Deckelement am Innenring angebracht ist, führen die Fliehkraft und die Luftströmung durch das Lager dazu, dass das Schmiermittel ins Lagerinnere transportiert wird. Beim Anbringen des beschriebenen Deckelements am Außenring wird die Schmiermittelrückführung aufgrund des nach innen gerichteten Luftstroms erreicht
Auch ist das Fördern des Schmiermittels durch das am Außenring angebrachte Deckelement auf den kleinen Durchmesser eines Konus bei Schulterkugellagern bzw. Schrägkugellagern vorteilhaft. Das Schmiermittel wird dabei vom Deckelement auf den kleinen Durchmesser des Konus gefördert und gelangt dort den Konus entlang über eine Abspritzkante in den Laufbahn-Kugel Kontakt.
Erfindungsgemäß kann das Anbringen des abgewinkelten Abschnitts des Deckelements auch bei Lagerringen mit integralem Deckelement erfolgen, bei denen das Deckelement einteilig mit einem der Lagerringe ausgebildet ist.
Durch eine Anpassung der Geometrie des Lageraußenrings kann die Schmiermittelrückführung noch verbessert werden, insbesondere durch Anschrägen der Innenfläche des äußeren Lagerrings.
Die Deckelemente können in Form von separaten Deckscheiben ausgebildet sein, die durch Schweißen, Aufklipsen oder per Sprengring an dem jeweiligen Lagerring befestigt werden.
Allerdings können sich aufgeklipste oder mittels Sprengring befestigte Deckelemente durch Vibrationen lösen, oder es kann bei der Montage vergessen werden, den Sprengring einzusetzen.
Es wird daher in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, am Außenring ein integrales Deckelement anzubringen und am Innenring einen einteiligen Flansch, der als Deckelement dient. Dadurch sind die Deckelemente unlösbar mit dem jeweiligen Lagerring verbunden, so dass ein Lösen der Deckelemente ausgeschlossen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen:
1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kugellagers.
2 zeigt verschiedene Ausgestaltungen von Deckelementen.
3a bis 3d zeigen Schnitte durch verschiedene abgewandelte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kugellagers mit Außenbordführung.
4a und 4b zeigen Schnitte durch verschiedene Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Kugellagern mit Innenbordführung.
5 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kugellagers.
6 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kugellagers.
7 zeigt im Detail die Rückführung des Schmiermittels bei einem Konus am Innenring
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kugellager im Querschnitt, welches einen Außenring 10 und einen Innenring 12 aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Zwischen den beiden Lagerringen 10, 12 sind Lagerkugeln 14 angeordnet, die in einem Kugelkäfig 16 aufgenommen und geführt sind. Durch die Lagerkugeln 14 sind die beiden Lagerringe 10, 12 relativ zueinander verdrehbar gelagert.
Die Lagerkugeln 14 sind in einem Freiraum zwischen den beiden Lagerringen 10, 12 angeordnet. An den Stirnseiten der Lagerringe 10, 12 ist der Freiraum durch entsprechende Deckelemente 18, 20i abgedeckt.
Im dargestellten Beispiel ist ein Deckelement 18 einteilig mit dem Lagerring 10 ausgebildet und verschließt die in der Zeichnung linke Stirnseite des Lagers, wobei zwischen dem Endabschnitt des Deckelementes 18 und dem Innenring 12 lediglich ein kleiner Spalt 19 verbleibt.
Auf der anderen Stirnseite ist das Lager durch ein Deckelement 20i verschlossen, welche als separates Teil beispielsweise am Innenring 12 befestigt ist. Das Deckelement 20i kann als profiliertes ringförmiges Blechteil ausgebildet sein und beispielsweise mit dem Innenring verschweißt sein. Zwischen dem Rand des Deckelements 20i und dem Außenring 10 verbleibt ein schmaler Spalt 21. Erfindungsgemäß ist im Randbereich des Deckelementes 20i ein abgewinkelter Abschnitt 20a vorgesehen, der nach innen in Richtung des Lagerinneren, d. h. in Richtung der Lagerkugeln 14 gerichtet ist.
Dieser abgewinkelte Abschnitt dient dazu, das im Lagerinneren befindliche Schmiermittel, das beispielsweise durch Fliehkräfte oder Luftströmung radial nach außen in Richtung des Außenrings 10 und auch aus dem Lager heraus befördert wird, in Richtung des Lagerinneren umzulenken, so dass ein Austreten des Schmiermittels aus dem Spalt 21 verhindert wird.
Das Deckelement 20i besteht beispielsweise aus einem zum Schweißen geeigneten Werkstoff, wie beispielsweise Stahl. Die beiden Lagerringe 10, 12 bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Stahl.
Erfindungsgemäß kann das Deckelement 18 ebenfalls mit einem abgewinkelten Abschnitt an seinem Rand ausgerüstet sein, wie es nachfolgend in Verbindung mit 6 beschrieben ist.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung von verschiedenen Ausgestaltungen eines Deckelementes 20i. Von links nach rechts sind verschiedene Deckelemente 20i mit verschiedenen geformten abgewinkelten Abschnitten 20b, 20c, 20d und 20e gezeigt. Diese abgewinkelten Abschnitte sind dazu da, um auf das Deckelement 20i auftreffendes Schmiermittel, das durch Fliehkräfte in Richtung der Vorsprünge transportiert wird, wie eine Abtropfkante wieder in Richtung des Lagerinneren zu befördern. Beispielsweise kann der Abschnitt 20b rechtwinklig von dem Dichtelement 20 radial nach innen abgewinkelt sein. Der Abschnitt 20c kann beispielsweise in Form von zwei um 45 Grad abgewinkelten Abschnitten ausgebildet sein. Der Abschnitt 20d kann abgekröpft und in Form einer Krümmung um 90 Grad abgewinkelt sein. Der Vorsprung 20e ist beispielsweise als eine Sicke ausgebildet, deren Scheitelpunkt nach innen in Richtung des Lagers zeigt.
Die 3a bis 3d zeigen verschiedene Ausgestaltungen von Kugellagern, die grundsätzlich wie das Kugellager von 1 aufgebaut sind. Es sind verschiedene Möglichkeiten zum Anbringen von ringförmigen Deckelementen dargestellt, die mehr oder weniger profiliert ausgebildet sein können.
Es sind hier Kugellager mit Außenbordführung gezeigt, d. h. der Kugelkäfig wird am Innenrand des Außenringes 10 geführt und abgestützt.
3a zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der an beiden Stirnseiten Deckelemente 20i, 22i angeordnet sind, welche entsprechend nach innen gerichtete Abschnitte 20a und 22a aufweisen. Die Deckelemente 20i, 22i sind beide am Innenring 12 befestigt.
3b zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei welcher das Deckelement 20 einen abgewinkelten Abschnitt 20a im Bereich des Innenrings 12 und das Deckelement 22 einen abgewinkelten Abschnitt 22a ebenfalls im Bereich des Innenrings 12 aufweisen, wobei beide Deckelemente 20, 22 am Außenring befestigt sind.
3c zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Deckelement 20i am Innenring 12 befestigt ist, während das Deckelement 22 am Außenring 10 befestigt ist. Beide Deckelemente 20i, 22 weisen entsprechend nach innen abgekröpfte Abschnitte 20a, 22a auf.
3d zeigt die umgekehrte Version, bei der das Deckelement 20 am Außenring 10 befestigt ist, während das Deckelement 22i am Innenring 12 befestigt ist. Beide Deckelemente 20, 22i weisen entsprechend nach innen abgekröpfte Abschnitte 20a, 22a auf.
Die 4a und 4b zeigen Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Kugellagern, die am Innenbord geführt sind, d. h. der Kugelkäfig stützt sich an dem Außenumfang des Innenrings 12 ab.
4a zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der das ringförmige profilierte Deckelement 20i am Innenring 12a befestigt ist, während das ringförmige Deckelement 22 am Außenring 10a befestigt ist. Beide Deckelemente 20i, 22 umfassen die erfindungsgemäße Abkröpfung 20a bzw. 22a, die in Richtung des Lagerinneren gerichtet ist.
4b zeigt eine Ausgestaltung, bei der beide Deckelemente 20i, 22i am Innenring 12a befestigt sind und entsprechend nach innen abgekröpfte Abschnitte 20a, 22a aufweisen.
5 zeigt einen Teilschnitt durch eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kugellagers, das Ähnlichkeit mit der Ausgestaltung von 3a aufweist.
Die beiden Deckelemente 20i und 22i mit entsprechend nach innen gerichteten abgekröpften Abschnitten 20a, 22a sind am Innenring 12 befestigt, beispielsweise angeschweißt.
Zur Unterstützung der Schmiermittelrückführung durch die abgekröpften Vorsprünge 20a und 22a der Deckelemente 20i, 22i ist die Innenseite des Außenrings 110 mit entsprechenden schrägen Innenflächen 110a und 110b versehen, d. h. der Innendurchmesser des Außenrings 110 verringert sich in Richtung der beiden Stirnseiten des Kugellagers. Dadurch wird durch Wirkung der Fliehkräfte bzw. des Luftzuges auf das Schmiermittel das Schmiermittel zusätzlich im Lagerinneren gehalten, da es sich entlang dieser schrägen Innenflächen ins Lagerinnere, d. h. in Richtung der Kugeln 14, bewegt.
6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kugellagers, bei dem beide Deckelemente 220i und 222 einstückig, d. h. integral mit den jeweiligen Lagerringen 210, 212 ausgebildet sind.
Das Deckelement 220i ist hierbei einstückig mit dem Innenring 212 ausgebildet, während das Deckelement 222 einstückig mit dem Außenring 210 ausgebildet ist.
Zwischen den Laufflächen der beiden Lagerringe 210, 212 laufen die Lagerkugeln 214, die in einem Kugelkäfig 216 gehalten sind.
An den jeweiligen Rändern der Deckelemente 220i, 222 sind entsprechend abgekröpfte Abschnitte 220a und 222a mit Vorsprüngen vorgesehen, die in das Lagerinnere gerichtet sind und zu einer Umlenkung des Schmiermittels dienen sollen, das auf die Deckelemente 220i, 222 geschleudert wird und sich entlang dieser Deckelemente 220i, 222 bewegt, bevor es durch die abgekröpften Vorsprünge 220a, 222a wieder in Richtung des Lagerinneren zurück befördert wird.
Die oben erwähnten Abschnitte 20a, 22a, 220a, 222a können natürlich immer durch eine entsprechende Ausgestaltung gemäß 20b, 20c, 20d, 20e oder funktionsgleichen Ausgestaltungen ersetzt werden.
7 zeigt im Detail am Beispiel eines Lagers die Rückführung des Schmiermittels 28 bei einem Konus 24 am Innenring 12. In diesem Beispiel steht der Außenring 10 fest und der Innenring 12 rotiert. Das durch die Fliehkraft nach außen geförderte Schmiermittel 28 wird durch nachdrückendes Schmiermittel und das am Außenring 10 angebrachte Deckelement 20 auf den kleinen Durchmesser des Konus 24 bei Schulter- bzw. Schrägkugellagern gefördert. Dort gelangt das Schmiermittel entlang des Konus 24 über die Abspritzkante 26 in den Laufbahn-Kugel Kontakt. Diese Förderwirkung wird bei einer in das Lager gerichteten Luftströmung weiter verstärkt.
Das Kugellager kann entweder nur einseitig mit einem erfindungsgemäßen abgekröpften Deckelement versehen werden, vorzugsweise wird es jedoch an beiden Stirnseiten mit einem erfindungsgemäßen abgekröpften Deckelement versehen.
Die Spalte zwischen den Rändern der Deckelemente und den gegenüberliegenden Lagerringen sind erfindungsgemäß relativ klein gehalten, wobei jedoch die entsprechenden Deckelemente mit den gegenüberliegenden Lagerringen nicht in mechanische Berührung kommen.
Die beschriebenen Kugellager sind auch für sehr hohe Drehzahlen geeignet, wie sie beispielsweise in der Medizintechnik, insbesondere zahnmedizinischen Bohrmaschinen, zum Einsatz kommen. Hierbei betragen die Drehzahlen mehrere 100000 Umdrehungen pro Minute. Es handelt es sich vorzugsweise um Miniaturkugellager mit einem Außendurchmesser von bis zu 30 Millimetern.
Bezugszeichenliste

10, 10a, 110, 210: Äußerer Lagerring, Außenring
110a, 110b: Innenfläche
12, 12a, 212: Innerer Lagerring, Innenring
14, 214: Lagerkugeln
16, 216: Kugelkäfig
18: Deckelement
19: Spalt
20, 20i, 220i: Deckelement
21: Spalt
20a, 20b, 20c: Abschnitt
20d, 20e: Abschnitt
220a: Abschnitt
22, 22i, 222: Deckelement
22a, 222a: Abschnitt
24: Konus
26: Abspritzkante
28: Schmiermittel

Claims

Kugellager mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Lagerringen (10, 10a, 110, 210, 12, 12a, 212), wobei in einem Zwischenraum zwischen den Lagerringen Lagerkugeln (14, 214) angeordnet und in einem Kugelkäfig (16, 216) geführt sind, wobei der Zwischenraum durch mindestens ein Deckelement (18, 20, 20i, 22, 22i, 220i, 222) abgedeckt ist, das an einem der Lagerringe befestigt und von dem anderen Lagerring durch einen Spalt (19, 21) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Spalt (19, 21) angrenzende Rand des Deckelements (18, 20, 20i, 22, 22i, 220i, 222) derart geformt ist, dass er in das Lagerinnere gerichtet ist.
Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (20a bis 20e, 22a, 220a, 222a) des Deckelements (18, 20, 20i, 22, 22i, 220i, 222) derart geformt ist, dass er aus dem Lagerinneren austretendes Schmiermittel unter Ausnutzung der Fliehkräfte oder einer das Lager durchströmenden Luftströmung in das Lagerinnere zurücklenkt.
Kugellager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelement (18, 20, 20i, 22, 22i, 220i, 222) am Rand einen radial in das Lagerinnere gerichteten Abschnitt (20a–20e, 22a, 220a, 222a) aufweist.
Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Innenflächen (110a, 110b) des äußeren Lagerrings (110) abgeschrägt sind, so dass sich der Innendurchmesser des Außenrings (110) in Richtung der beiden Stirnseiten des Kugellagers verringert.
Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelement (20, 20i, 22, 22i) als separates Bauteil an einem Lagerring angeordnet ist.
Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelement (18, 220i, 222) einteilig mit einem Lagerring ausgebildet ist.
Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager durch zwei Deckelemente (18, 20, 20i, 22, 22i, 220i, 222) verschlossen ist.
Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Deckelement (20i, 22i, 220i) am Innenring befestigt ist und ein zweites Deckelement (18, 20, 22, 222) am Außenring befestigt ist