Wälzlager und Verfahren zum Betrieb eines Wälzlagers Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, nämlich Spindellager, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Lagers. Hintergrund der Erfindung

Spindellager können beispielsweise als Kugellager, insbesondere Schrägkugellager, oder als Zylinderrollenlager ausgebildet sein. Verschiedene Spindellager in Form von Zylinderrollenlagern sind beispielsweise aus der DE 10 2010 019 587 A1 sowie aus der DE 10 2010 054 455 A1 bekannt.

Aus der DE 10 2010 020 347 A1 ist ein rollenförmiger Wälzkörper bekannt, welcher in seiner Mantelfläche mehrere umlaufende Nuten aufweist. Durch diese Nuten werden im Betrieb des Wälzlagers Spalten zwischen Wälzkörper und La- gerring gebildet, durch welche Schmiermittel hindurchtreten kann.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes, als Spindellager vorgesehenes Wälzlager anzugeben, welches sich insbesondere durch schmierungstechnisch günstige Eigenschaften, selbst bei höchsten Drehzahlkennwerten, auszeichnet.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Wälzlagers gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zu- sammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Spindellager, und umgekehrt. Das Wälzlager weist im Wesentlichen zylindrische Wälzkörper auf, welche in einem Käfig geführt sind. Hierbei befindet sich in einer Tasche des Käfigs jeweils eine Wälzkörperanordnung, welche durch einen einzelnen oder durch mehrere Wälzkörper gebildet sein kann. Die Wälzkörper rollen auf Bauteilen ab, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Innenring und Außenring be- zeichnet werden können. Diese Bezeichnungen sind rein funktional zu verstehen; tatsächlich kann anstelle eines Innenrings beispielsweise auch eine Welle und anstelle eines Außenrings beispielsweise auch ein Gehäuse vorgesehen sein. In jedem Fall weist jede Wälzkörperanordnung mindestens eine von ihren Stirnseiten beabstandete Verjüngung auf.

Die Verjüngung kann entweder durch eine in einen Wälzkörper eingearbeitete Nut oder, im Fall von mehreren aneinander grenzenden, zusammen eine Wälzkörperanordnung bildenden Wälzkörpern, an einer Stoßstelle zwischen Wälzkörpern gebildet sein. In beiden Fällen sind durch die Verjüngung offene Querschnittsbereiche zwischen der Wälzkörperanordnung und dem Innen- bzw. Außenring gebildet. Die Käfigführung jeder Wälzkörperanordnung sorgt gleichzeitig dafür, dass die Bereiche innerhalb des Querschnitts des Wälzlagers, in denen durch die Verjüngung Öffnungen für den Durchtritt von Schmiermittel gebildet sind, beim Betrieb des Wälzlagers nicht wandern. Das Wälzlager ist damit für sehr hohe Drehzahlkennwerte von mindestens 500.000 min ^"1 mm, beispielsweise mehr als 750.000 min ^"1 mm, insbesondere mehr als 1 .000.000 min ^"1 mm, geeignet. Der Käfig des Wälzlagers ist vorzugsweise am Außenring geführt. Bei der Schmierung des Wälzlagers handelt es sich in bevorzugter Ausgestaltung um eine Luft-Öl-Schmierung.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist jede Wälzkörperanordnung nur eine einzige Verjüngung auf. Im Fall der Bildung der Wälzkörperanordnung durch einen einzigen Wälzkörper ist die Verjüngung vorzugsweise in der Mitte des Wälzkörpers angeordnet. Ebenso sind auch Wälzkörperformen realisierbar, bei welchen sich eine einzige Verjüngung asymmetrisch in der Mantelfläche befindet. In analoger Weise kann im Fall der Bildung der Wälzkörperanordnung durch zwei aneinanderstoßende Wälzkörper entweder die Verwendung von zwei gleich breiten oder von zwei ungleich breiten Wälzkörpern vorgesehen sein.

Bei einer möglichen geometrischen Variante der Verjüngung ist diese ausschließlich durch eine gekrümmte Kontur beschrieben, wobei beispielsweise kreisbogenförmige Konturen und/oder sonstige gekrümmte Konturen, etwa el- liptische oder logarithmische Konturen, gegeben sein können.

In anderen möglichen Varianten weist die Verjüngung des Wälzkörpers mindestens eine gerade Kontur auf. Ein gerader Konturabschnitt kann mit einem gekrümmten Konturabschnitt beliebiger Art kombiniert sein. In allen Fällen sind die Übergänge zwischen dem verjüngten und dem zylindrischen Teil der Mantelfläche des Wälzkörpers in vorteilhafter Weise abgerundet gestaltet. Die in radialer Richtung des Wälzkörpers gemessene Tiefe der Verjüngung beträgt in bevorzugter Ausgestaltung zwischen 0,02 mm und 1 ,5 mm. Der Betrag der Tiefe kann mehr als 5 % des Wälzkörperdurchmessers sein.

Die als modifizierte Zylinderrollen gestalteten Wälzkörper des Wälzlagers sind entweder aus Stahl oder aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise Siliciumnitrid, gefertigt. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 in einer Schnittdarstellung ein Wälzlager, nämlich Spindellager, mit einer modifizierten Zylinderrolle als Wälzkörper,

Figur 2 den Wälzkörper des Wälzlagers nach Figur 1 , Figur 3 ausschnittsweise eine erste Kontur eines für das Wälzlager nach Figur 1 geeigneten Wälzkörpers,

Figur 4 ausschnittsweise eine zweite Kontur eines für das Wälzlager nach

Figur 1 geeigneten Wälzkörpers,

Figur 5 ausschnittsweise eine dritte Kontur eines für das Wälzlager nach

Figur 1 geeigneten Wälzkörpers, Figur 6 ausschnittsweise eine vierte Kontur eines für das Wälzlager nach

Figur 1 geeigneten Wälzkörpers,

Figur 7 eine alternative Wälzlageranordnung für ein Spindellager. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist in einem schematischen Querschnitt ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wälzlager, nämlich Spindellager, dargestellt, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Zwischen einem Innenring 2 und einem Außenring 3 rollen Wälzkörper 4 ab, welche als Zylinderrollen gestaltet sind. Während der Innenring 2 im dargestellten Ausführungsbeispiel Borde 5,6 aufweist, weist der Außenring 3 keine Borde auf. Die Wälzkörper 4 sind in einem Käfig 7 geführt, welcher aus Kunststoff gefertigt und am Außenring 3 geführt sein kann.

Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, weist der Wälzkörper 4 eine mittige, als umlaufende Nut ausgebildete Verjüngung 8 auf. Durch diese Verjüngung 8 ist der Wälzkörper 4 in seinem mittleren Bereich vom Innenring 2 sowie Außenring 3 signifikant beabstandet, sodass offene Querschnittsbereiche gebildet sind, die den Durchtritt von Schmiermittel ermöglichen. Somit muss beim Abrollen des Wälzkörpers 4 auf den Lagerringen 2,3 höchstens in untergeordnetem Maß Schmiermittel zur Seite, das heißt in Richtung zu den Borden 5,6, ver- drängt werden, was die Eignung des Wälzlagers 1 für sehr hohe Drehzahlkennwerte von mehr als 500.000 min ^"1 mm begünstigt.

Während die Verjüngung 8 eine konvexe Kontur darstellt, befinden sich beider- seits der Verjüngung 8 kombiniert konvex-zylindrische Konturen. Der Wälzkörper 4 ist zu einer mittig durch die Verjüngung 8 verlaufenden Ebene spiegelsymmetrisch. Insgesamt weist der Wälzkörper 4, wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, einen annähernd quadratischen Querschnitt auf. Die Tiefe der Verjüngung 8 ist mit t, der Durchmesser des Wälzkörpers 4 mit D bezeichnet.

In den Figuren 3 bis 6 sind mögliche Varianten der Kontur der Verjüngung 8 des Wälzkörpers 4 skizziert. Hierbei handelt es sich um Kreisbogenform (Fig. 3), eine Rechteckform (Fig. 4), eine dreieckige Form (Fig. 5), sowie eine Trapezform (Fig. 6). Die Konturen der Verjüngung 8 sind in allen Fällen auf einfache Weise durch Zerspanung herstellbar.

In den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 6 ist jeweils ein einzelner Wälzkörper 8, allgemein auch als Wälzkörperanordnung 9 bezeichnet, in einer mit 10 bezeichneten Tasche des Käfigs 7 geführt.

Im Unterschied hierzu ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 7 eine Wälzkörperanordnung 9, welche sich in ein und derselben Tasche 10 des Käfigs 7 befindet, durch zwei aneinander stoßende Wälzkörper 4 gebildet. Die Verjüngung 8 ist in diesem Fall an der Stoßstelle zwischen den beiden jeweils als Zylinder- rolle gestalteten Wälzkörpern 4 gebildet. Jeder der beiden Wälzkörper 4 weist einen Durchmesser D auf, der etwa doppelt so groß wie seine Breite ist, sodass die gesamte Wälzkörperanordnung 9, wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 , einen etwa quadratischen Querschnitt hat. Bezugszeichenliste Wälzlager

Innenring

Außenring

Wälzkörper

Bord

6 Bord

7 Käfig

8 Verjüngung

9 Wälzkörperanordnung

10 Tasche

D Durchmesser

t Tiefe