Bezeichnung der Erfindung

Axial-Schrägwälzlager, insbesondere zur Rundtischlagerung an Werkzeugmaschinen

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Axial-Schrägwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie insbesondere vorteilhaft an Rundtischlagerungen von Werkzeugmaschinen anwendbar.

Hintergrund der Erfindung

Moderne Rundtischlager für Werkzeugmaschinen werden heutzutage als einbaufertige Präzisionslager für kombinierte Belastungen mit hohen Anforderungen an die Laufgenauigkeit hergestellt und sind je nach Drehzahl und Einschaltdauer entweder als Axial-Radiallager oder Axial-Schrägkugellager aus- gebildet. Beide Lagerausführungen nehmen radiale und beidseitig axiale Lasten sowie Kippmomente auf und sind radial und axial spielfrei vorgespannt. Während Axial-Radiallager vorwiegend in Standard-Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen sowie geringer Einschaltdauer eingesetzt werden und sich in der Regel durch ein höheres, mit der Drehzahl ansteigendes Reibmoment aus- zeichnen, sind Axial-Schrägkugellager sehr gut für schnell drehende Anwendungen bei hoher Einschaltdauer geeignet und zeichnen sich durch deutlich geringe Reibung und niedrigen Schmierstoffverbrauch aus.

Derartige Rundtischlager sind unter anderem durch den von der Anmelderin herausgegebenen Katalog „Wälzlager" vom Januar 2006 bekannt und werden beispielsweise auf den Seiten 990 bis 1019 in den genannten Ausführungsformen als Axial-Radiallager und als Axial-Schrägkugellager beschrieben. Die gezeigten Axial-Radiallager bestehen dabei im Wesentlichen aus einem Axial-

und einem Radialteil, wobei der Axialteil durch einen Axial-Nadel- oder Zylinderrollenkranz, einen äußeren Lagerring, einen Winkelring und eine Wellenscheibe gebildet wird während als Radialteil ein vollrolliger oder käfiggeführter, vorgespannter Zylinderrollensatz verwendet wird. Die dargestellten Axial- Schrägku-gellager bestehen dagegen im Wesentlichen aus einem ein- oder zweiteiligen inneren Lagerring und aus einem äußeren Lagerring sowie aus eine Vielzahl zwischen den Lagerringen in zwei gegeneinander angestellten Reihen nebeneinander angeordneten Lagerkugeln, die unter einem definierten Druckwinkel mit ihren Laufflächen auf mehreren nebeneinander an der Außen- seite des inneren Lagerrings und an der Innenseite des äußeren Lagerrings angeordneten Laufbahnen abrollen. Darüber hinaus sind auch als Doppel- Schrägrollenlager ausgeführte Rundtischlager bekannt, bei denen anstelle von zwei Reihen Lagerkugeln zwei gegeneinander angestellte Reihen Zylinderrollen als Wälzkörper verwendet werden.

Aktuelle Entwicklungstrends in der Werkzeugmaschinenindustrie gehen jedoch dahin, dass zur Leistungssteigerung von Werkzeugmaschinen deren Rundtische mit immer höheren Drehzahlen betreibbar sein müssen, um in einer Aufspannung je Maschine neben den üblichen Fräs-, Bohr- und Schleifarbeiten auch eine Drehbearbeitung der Werkstücke durchführen zu können. Damit dies auch bei kleineren Werkstückdurchmessern unter Berücksichtigung der optimalen Bearbeitungsschnittgeschwindigkeiten möglich ist, sind Werkzeugmaschinen mit Rundtischen erforderlich, die auch mit sehr hohen Drehzahlen dauerhaft betrieben werden können. Erste Untersuchungen haben jedoch er- geben, dass die bekannten Rundtischlager bei solchen Anforderungen an ihre Grenzen hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit, Steifigkeit und thermischen Belastbarkeit stoßen und durch eintretenden Schmierstoffmangel, Lagerüberhitzung und Wälzkörperverklemmungen entweder eine extrem verkürzte Gebrauchsdauer aufweisen oder überhaupt nicht geeignet sind. Eine naheliegende Maßnahme zur Vermeidung solcher vorzeitigen Lagerausfälle wäre es zwar, die Tragfähigkeit des Rundtischlagers durch größer dimensionierte Wälzkörper oder durch Anordnung zusätzlicher Wälzkörperreihen zu steigern, jedoch gehen solche Maßnahmen in aller Regel immer zu Lasten der Steifigkeit und Genauigkeit des

Lagers und erfordern zudem einen nur mit aufwändigen Konstruktionsänderungen verbundenen vergrößerten Lagerbauraum.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Axial-Schrägwälzlager, insbesondere zur Rundtischlagerung an Werkzeugmaschinen, zu konzipieren, welches bei gleichem oder annähernd gleichem Bau- raumbedarf wie bekannte Rundtischlager sowie ohne Verluste an Steifigkeit und Genauigkeit eine höhere Tragfähigkeit aufweist und damit auch für sehr hohe Drehzahlen im Dauerbetrieb geeignet ist.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Axial-Schrägwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass sämtliche Wälzkörper des Axial-Schrägwälzlagers als Kugelrollen ausgebildet sind, die jeweils zwei axialseitig symmetrisch von ihrer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zuein- ander angeordnete Stirnflächen aufweisen.

Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es allein durch den Austausch der bisher als Lagerkugeln oder als Zylinderrollen ausgebildeten Wälzkörper gegen als Kugelrollen ausgebildete Wälzkörper sowie durch eine daran angepasste Laufbahnausbildung in den Lagerringen bereits möglich ist, die Wälzkörperanzahl und damit die Tragfähigkeit eines Axial- Schrägwälzlagers ohne Verluste an Steifigkeit und Genauigkeit derart zu steigern, dass es auch für sehr hohe Drehzahlen geeignet ist, wobei durch die axialseitig abgeflachte und damit schmale Ausbildung der Wälzkörper kein zusätzlicher Bauraum für ein derartiges Axial-Schrägwälzlager notwendig ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Axial-Schrägwälzlagers werden in den Unteransprüchen

beschrieben.

Danach ist es gemäß den Ansprüchen 2 und 3 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Axial-Schrägwälzlager vorgesehen, dass es bevorzugt vier Reihen als Kugelrollen ausgebildeter Wälzkörper aufweist, von denen die beiden inneren Reihen mit einem identischen Teilkreisdurchmesser ausgebildet sind, der kleiner als der ebenfalls identische Teilkreisdurchmesser der beiden äußeren Reihen ist. Zusätzlich ist dabei der Durchmesser der Kugelgrundform der Wälzkörper der beiden äußeren Reihen gegenüber dem Durchmesser der Wälzkörper der beiden inneren Reihen größer ausgebildet, so dass jeweils eine äußere Reihe und die daneben angeordnete innere Reihe der Wälzkörper ein erstes und ein zweites Reihenpaar mit jeweils unterschiedlichen Wälzkörper- und Teilkreisdurchmessern bilden. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, bei unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern zwischen den inneren und den äußeren Wälzkörperreihen die Kugelrollen aller Reihen mit dem gleichen Durchmesser der Kugelgrundform auszubilden. Ebenso wäre es denkbar, das Axial-Schräg-wälzlager abhängig von den jeweils erforderlichen Lagertragzahlen mit weniger oder auch mehr als vier Reihen als Kugelrollen ausgebildeter Wälzkörper mit gleichen oder unterschiedlichen Kugelgrundformdurchmessern auszustatten. Unabhängig davon ist es jedoch von Vorteil, die Kugelrollen an den Randpartien ihrer Laufflächen oder die Randpartien ihrer Laufbahnen im inneren und äußeren Lagerring zusätzlich mit einem auslaufenden logarithmischen Profil auszubilden, um damit auftretenden Kantenspannungen zwischen den Kugelrollen und ihren Laufbahnen entgegen zu wirken.

Ausgehend von der zuvor beschriebenen Ausbildung zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Axial-Schrägwälzlager nach den Ansprüchen 4 und 5 desweiteren dadurch aus, dass die benachbarten Wälzkörper beider Reihenpaare jeweils auf einer gemeinsamen Rotationsachse sowie auf parallel zuein- ander schräg verlaufenden Druckwinkelachsen angeordnet sind und beide Reihenpaare der Wälzkörper in O-Anordnung gegeneinander angestellt sind. Die Wälzkörper jedes Reihenpaares werden dabei bevorzugt in jeweils einem gemeinsamen, als Kunststofffensterkäfig ausgebildeten Lagerkäfig derart geführt,

dass die jeweils auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordneten Wälzkörper in einem gemeinsamen Käfigfenster mit ihren zueinander weisenden Seitenflächen aneinander anliegend angeordnet sind und sich somit in vorteilhafter Weise einseitig gegenseitig führen. Darüber hinaus hat es sich als kine- matisch besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Durchmesser und die Breiten der benachbarten Wälzkörper beider Reihen jeweils derart bemessen werden, dass sämtliche die Wälzkörper an ihren Außenkonturen tangierende Hüllkegel mit ihren Kegelspitzen genau auf dem Schnittpunkt der gemeinsamen Rotationsachse dieser Wälzkörper mit der Rotationsachse des Axial- Schrägwälzlager angeordnet sind. Diese an sich von Kegelrollenlagern her bekannte Hüllkegel-Lagerkinematik stellt ein Optimum für Schrägwälzlager aller Art hinsichtlich Lagerbelastbarkeit, Verschleißminderung und Gebrauchsdauer dar und bewirkt darüber hinaus im konkreten Fall, dass die jeweils aneinander anliegenden Kugelrollen zweier benachbarter Reihen synchron zu- einander abrollen bzw. dass bei unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten zwischen diesen Kugelrollen die auftretende Reibung reduziert wird.

Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Axial- Schrägwälzlagers ist es nach den Ansprüchen 5 und 6 schließlich noch, dass die benachbarten Wälzkörper beider Reihenpaare auf unterschiedlichen, bevorzugt zur Längsmittelachse des Axial-Schrägwälzlagers konvergierend verlaufenden Druckwinkelachsen angeordnet sind und beide Reihenpaare der Wälzkörper in O-Anordnung gegeneinander angestellt sind. Bei dieser Ausführungsform werden die Wälzkörper beider Reihenpaare bevorzugt ebenfalls in einem gemeinsamen, als Kunststofffensterkäfig ausgebildeten Lagerkäfig geführt, wobei jedoch jeder Wälzkörper der einzelnen Reihen jeweils in einem eigenen Käfigfenster angeordnet ist. Durch eine solche Ausbildung soll dabei erreicht werden, dass die Kippsteifigkeit des Axial-Schrägwälzlagers besonders stark erhöht wird und die ausschlaggebenden Eigenschaften des Lagers, wie Genauigkeit und mögliche Tragfähigkeit von axialen und radialen Kräften, noch besser auf höhere Drehzahlen abgestimmt werden können.

Zusammenfassend weist das erfindungsgemäß ausgebildete Axial-Schrägwälz-

lager für eine Rundtischlagerung somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Rundtischlagern den Vorteil auf, dass es durch die Verwendung von Kugelrollen als Wälzkörper bei gleichem oder annähernd gleichem Bauraumbedarf sowie ohne Verluste an Steifigkeit und Genauigkeit mit einer wesentlich höheren Anzahl an Wälzkörpern ausgestattet werden kann und durch die damit erhöhte Tragfähigkeit auch für sehr hohe Drehzahlen im Dauerbetrieb geeignet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebildeten Axial- Schrägwälzlagers werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Axial-Schrägwälzlagers;

Figur 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Axial-Schrägwälzlagers.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Figuren 1 und 2 geht jeweils deutlich ein zur Rundtischlagerung an Werkzeugmaschinen geeignetes Axial-Schrägwälzlager 1 hervor, welches im Wesentlichen aus einem zweigeteilten inneren Lagerring 2 und aus einem einteiligen äußeren Lagerring 3 sowie aus eine Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 3 in mehreren Reihen 4, 5, 6, 7 nebeneinander angeordneten Wälzkörpern 8, 9 besteht, die unter definierten Druckwinkeln mit ihren Laufflächen auf mehreren nebeneinander an der Außenseite 10 des inneren Lagerrings 2 und an der Innenseite 11 des äußeren Lagerrings 4 angeordneten Laufbahnen 12, 13, 14, 15 abrollen. Die nicht näher bezeichneten Bohrungen im inneren und äußeren Lagerring dienen dabei der Verschraubung des Axial- Schrägwälzlagers 1 an der Anschlusskonstruktion der Werkzeugmaschine.

Desweiteren ist in den Figuren 1 und 2 zu sehen, dass sämtliche Wälzkörper 8, 9 des Axial-Schrägwälzlagers 1 erfindungsgemäß als Kugelrollen mit jeweils zwei axialseitig symmetrisch von ihrer Kugelgrundform abgeflachten, parallel zueinander angeordnete Stirnflächen ausgebildet sind, um bei gleichem oder annähernd gleichem Bauraumbedarf wie bekannte Rundtischlager sowie ohne Verluste an Steifigkeit und Genauigkeit eine höhere Anzahl an Wälzkörpern 8, 9 zwischen den Lagerringen 2, 3 des Axial-Schrägwälzlagers 1 anordnen zu können. Deutlich sichtbar weist das Axial-Schrägwälzlager 1 deshalb auf dem bisher für zwei Reihen herkömmlicher Lagerkugeln benötigten Bauraum vier Reihen 4, 5, 6, 7 als Kugelrollen ausgebildeter Wälzkörper 8, 9 auf, durch die dessen Tragfähigkeit erheblich erhöht wird und durch die es auch für sehr hohe Drehzahlen im Dauerbetrieb geeignet ausgebildet ist. Die beiden inneren Reihen 5, 6 sind dabei mit einem identischen Teilkreisdurchmesser ausgebil- det, der kleiner als der ebenfalls identische Teilkreisdurchmesser der beiden äußeren Reihen 4, 7 ist und gleichzeitig ist der Durchmesser der Kugelgrundform der Wälzkörper 8 der beiden äußeren Reihen 4, 7 größer als der Durchmesser der Wälzkörper 9 der beiden inneren Reihen 5, 6.

Eine Besonderheit der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Axial-Schrägwälzlagers ist es, dass jeweils eine äußere Reihe 4, 7 und die daneben angeordnete innere Reihe 5, 6 ein erstes und ein zweites Reihenpaar 16, 17 bilden und die benachbarten Wälzkörper 8, 9 dieser beiden Reihenpaare 16, 17 jeweils auf einer gemeinsamen Rotations- achse 18, 19 sowie auf parallel zueinander schräg verlaufenden Druckwinkelachsen 20, 21 , 22, 23 angeordnet sind. Beide Reihenpaare 16, 17 der Wälzkörper 8, 9 sind dabei in O-Anordnung gegeneinander angestellt und werden jeweils in einem gemeinsamen, als Kunststofffensterkäfig ausgebildeten Lagerkäfig 24, 25 derart geführt, dass die jeweils auf einer gemeinsamen Rotations- achse 18, 19 angeordneten Wälzkörper 8, 9 in einem gemeinsamen Käfigfenster angeordnet sind und sich einseitig gegenseitig führen.

Die in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß aus-

gebildeten Axial-Schrägwälzlagers 1 unterscheidet sich dagegen dadurch, dass die benachbarten Wälzkörper 8, 9 beider Reihenpaare 16, 17 deutlich sichtbar auf unterschiedlichen, zur Längsmittelachse 26 des Axial- Schrägwälzlagers 1 konvergierend verlaufenden Druckwinkelachsen 20, 21 , 22, 23 angeordnet sind und beide Reihenpaare 16, 17 der Wälzkörper 8, 9 dabei ebenfalls in O-Anord-nung gegeneinander angestellt sind. Auch bei dieser Ausführungsform werden die Wälzkörper 8, 9 beider Reihenpaare 16, 17 dabei in einem gemeinsamen, als Kunststofffensterkäfig ausgebildeten Lagerkäfig 24, 25 geführt, wobei jedoch jeder Wälzkörper 8, 9 der einzelnen Reihen 4, 5, 6, 7 jeweils in einem eigenen Käfigfenster angeordnet ist. Diese Ausführungsform des Axial-Schräg-wälzlagers 1 zeichnet sich durch eine stark erhöht Kippsteifigkeit aus und ermöglicht es, die ausschlaggebenden Lagereigenschaften noch besser auf höhere Drehzahlen abstimmen zu können.

Bezugszahlenliste

1 Axial-Schrägwälzlager

2 innerer Lagerring

3 äußerer Lagerring

4 Reihe

5 Reihe

6 Reihe

7 Reihe

8 Wälzkörper

9 Wälzkörper

10 Außenseite von 2

11 Innenseite von 3

12 Laufbahn

13 Laufbahn

14 Laufbahn

15 Laufbahn

16 Reihenpaar

17 Reihenpaar

18 Rotationsachse von 16

19 Rotationsachse von 17

20 Druckwinkelachse von 4

21 Druckwinkelachse von 5

22 Druckwinkelachse von 6

23 Druckwinkelachse von 7

24 Lagerkäfig von 16

25 Lagerkäfig von 17