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Fensterkäfig aus gepresstem Blech für Rollenlager
Die Erfindung betrifft einen Fensterkäfig aus gepresstem Blech für die Aufnahme einer Rollenreihe von ein-oder zweireihigen Rollenlagern, insbesondere Radialpendelrollenlagern, bestehend aus einem Ring mit durch spanabhebende Bearbeitung erzeugten fensterförmigen, die Rollen umschliessenden Taschen, welche in der Axialebene der Rollen dem Profil derselben angepasst sind.
Wälzlager bestehen in der Regel aus einem Innenring, einem Aussenring, den dazwischen angeordneten Wälzkörpern und einem Käfig. Der Käfig hat die Aufgabe, die Wälzkörper des Lagers zu führen, d. h. einen gleichmässigen Wälzkörperabstand in Umfangsrichtung des Lagers sicherzustellen. Bei einigen Lagertypen, wie beispielsweise den Nadellagern und gewissen Arten von Pendelrollenlagern, hat der Käfig auch noch die Aufgabe, die Wälzkörper so auszurichten, dass ihre Achse mit der Lagerachse stets in einer Ebene liegt. Der Käfig soll also ein Verschränken der Wälzkörper verhindern. Bei auseinandernehmbaren Lagern, z. B.
Kegelrollenlagem, Zylinderrollenlagern, oder auch bei ausschwenkbaren Lagern, wie Pendelrollenlagern, besteht eine weitere wichtige Aufgabe der Käfige darin, das Herausfallen der Wälzkörper im demontierten bzw. ausgeschwenkten Zustand der Lager zu verhindern. Darüber hinaus ist es erforderlich, den Käfig im Lager zu fuhren und zu halten, damit keine Laufstörungen verursacht werden. Dies erfolgt entweder durch die Wälzkörper selbst oder durch einen oder beide Laufring des Wälzlagers oder auch durch Wälzkörper und Laufring.
Die Art und Weise, wie ein Käfig ausgebildet wird, hängt einmal von der Lagerart wie auch von den möglichen besonderen Anforderungen an das Lager, wie hohe Drehzahlen und erschütterungsarmer Lauf, ab. Man unterscheidet zwischen Blechkäfigen einerseits und Massivkäfigen anderseits, welche nach unterschiedlichen Gesichtspunkten gestaltet werden und jeweils bestimmte Vorteile gegenüber der andern Käfigbauart aufweisen, so dass jede Käfigbauart entsprechend ihren besonderen Eigenschaften ihr eigenes Anwendungsgebiet hat. So liegen die Vorteile der Blechkäfige beispielsweise in ihrem geringen Gewicht, dem geringen Platzbedarf und dem niedrigeren Preis, während demgegenüber Massivkäfige eine grössere Steifigkeit, Festigkeit und Genauigkeit aufweisen.
Die als Fensterkäfige ausgebildeten Blechkäfige weisen einen ringförmigen Mantel auf, der zur Aufnahme der Rollen mit einzelnen fensterförmigen Taschen versehen ist. Die ringförmige Mantelfläche weist an einer oder beiden Stirnseiten in der Regel einen radial nach innen oder aussen vorspringenden Flansch auf, der sich an einem der beiden Flanschringe abstützt. Bei Kegelrollenlagern ist die ringförmige Mantelfläche kegelig, bei Zylinderrollenlagern zylindrisch, bei Tonnenrollenlagern zylindrisch-kegelig oder gekrümmt ausgebildet. Die fensterförmigen Taschen der Mantelfläche des Käfigs sind in der Axialebene der Rollen deren Profil angepasst.
Die Taschen der aus Blech gepressten Fensterkäfige werden aus dem Ringabschnitt des Käfigs in radialer Richtung bzw. bei mit gegenüber der Lagerachse geneigten Rollenachsen in Richtung der Druckwinkellinie ausgestanzt. Es ergeben sich somit Taschen, deren Seiten- und Stirnflächen
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Erzeugende aufweisen, die auf der Käfigachse senkrechte bzw. zu der Druckwinkellinie parallele Gerade sind, so dass eine Halterung der Rollen in radialer Richtung bzw. in Richtung der Druckwinkellinie ohne weiteres nicht gegeben ist. Es sind dazu vielmehr besondere Mittel erforderlich, die in vielen
Fällen neben der Rollenhalterung auch noch die Käfigführung in radialer Richtung übernehmen, wie es beispielsweise durch die ausgebogenen Lappen bei den Z-Käfigen von Radialzylinderrollenlagern geschieht.
Beim üblichen lappenlosen Fensterkäfig von Kegelrollenlagern wird der lose vormontierte
Käfig unter plastischer Verformung der Käfigstege "nachgedrückt".
Auch für Radialpendelrollenlager sind bereits verschiedene lappenlose Ausführungen von blechgepressten Fensterkäfigen mit ausgestanzten Taschen der oben beschriebenen'-'- Art bekanntgeworden. Bei diesen wird die radiale Rollenhalterung dadurch erreicht, dass beispielsweise etwa in der Mitte der Käfigstege örtliche, plastische Eindrücke erzeugt werden, die oberhalb dèso
Lagerteilkreises den Taschenquerschnitt verringern und dadurch das Herausfallen der Rolle verhindern.
Da diese Art der Rollenhalterung wegen der nachteiligen Beeinflussung der Genauigkeit der
Rollenführung nicht befriedigt hat, ist eine weitere Möglichkeit der Herstellung der zur radialen
Rollenhalterung erforderlichen Taschenvorsprünge entwickelt worden, der zufolge die Taschen in zwei aufeinanderfolgenden Stanzvorgängen erzeugt werden. Bei diesem bekannten Verfahren werden durch zwei getrennte erste Stanzschritte die im fertigen Käfig etwa in der Mitte der Käfigstege liegenden
Halteflächen für die radiale Halterung der Rollen erzeugt, worauf in zwei getrennten zweiten
Stanzschritten die Erzeugung der seitlichen Führungsflächen für die Rollen erfolgt.
Da diese Art der radialen Festlegung der Rollen in den Käfigtaschen mit den steigenden
Anforderungen an die Wälzlager nicht mehr befriedigte, wurde ein Lager geschaffen, dessen Käfig fensterförmige Taschen aufweist, deren Seitenflächen teilweise dem radialen Querschnitt der Rollen angepasst sind. Die Anpassung der Seitenflächen am Rollenquerschnitt erfolgt dabei entweder durch genaues Kalibrieren, also Nachpressen, oder durch Einschleifen während des Laufes mittels Schleifpaste.
Durch das Kalibrieren der fensterförmigen Taschen, d. h. durch das Nachpressen bei Raumtemperatur, erhalten die Seitenflächen der Taschen einen Querschnitt, der nur eine unvollkommene Angleichung des
Querschnittsprofils an das Profil der Rollen ergibt. Durch das Kalibrieren und plastische Verformen der fensterförmigen Taschen können die Seitenflächen im allgemeinen immer nur längs einer Linie, die zur
Rollenachse parallel verläuft, dem radialen Querschnittsprofil der Rollen angepasst werden. Durch eine Anpassung der Seitenflächen an das Querschnittsprofil der Rollen, die nur längs einer Linie erreichbar ist, werden die Anforderungen an einen genau gefertigten Käfig mit glatten Gleitflächen nicht erfüllt.
Ein Einschleifen des Käfigprofils während des Laufes mittels Schleifpasten bedingt einen langwierigen Vorgang, der bei der Herstellung von grossen Mengen äusserst unwirtschaftlich wird. Hinzu kommt noch, dass durch die Ausgestaltung dieses bekannten Käfigs nicht in erster Linie die Rollen in radialer
Richtung geführt werden sollen, sondern hauptsächlich die bis dahin üblichen Käfige, die aus mehreren
Segmenten bestehen, die sich auf Grund der Einwirkung der Zentrifugalkraft voneinander entfernen und stark an den Teilen der äusseren Rollbahn schleifen, so verbessert werden sollten, dass die Gefahr einer nach aussen gerichteten Radialbewegung gegen die äussere Rollbahn unterbunden wird. Es sollte also in erster Linie durch dieses Lager der Käfig in radialer Richtung fixiert werden.
Bei den vorstehend beschriebenen, bekannten Ausführungen sind der Genauigkeit, für die unter anderem der radiale und axiale Käfigtaschenversatz und die durch Stanzen erzeugte Oberflächengüte der Käfigtaschenflächen massgebend sind, Grenzen gesetzt, so dass diese Käfige den heutigen gesteigerten Anforderungen nicht mehr in ausreichendem Masse genügen können. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Käfigausführungen liegt darin, dass die zur Führung und Halterung der Rollen dienenden Flächeh am Käfig in getrennten Arbeitsgängen erzeugt werden, wodurch die Gefahr eines Versatzes dieser Flächen gegeneinander auch noch gegeben ist.
Schliesslich ergeben die in Richtung des Stanzschnittes aus geraden Erzeugenden gebildeten Führungsflächen von Käfigtaschen eine schlechte Umschliessung der Rollen in deren Umfangsrichtung, wodurch die Schmierkeilbildung zwischen Rollen und Käfig erschwert wird.
Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen billigen Blechkäfig für Rollenlager zu schaffen, bei dem die Rollen auch in ausgeschwenkter Stellung des Pendelrollenlagers in der Tasche gehalten und ohne die Gefahr einer den Betrieb des Lagers störenden Verkantung geführt werden. Die Aufgabe wurde gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass mindestens die auf der einen Seite der Axialebene liegenden Abschnitte der Seitenflächen der Taschen auch in Umfangsrichtung der Rollen deren Profil angepasst sind.
Je nach der Verwendungsart des Lagers können auch die auf der andern Seite der Axialebene liegenden Abschnitte der Seitenflächen Flächen mit geraden Erzeugenden sein, die auf der Axialebene
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senkrecht stehen. Auf diese Weise können die in den Taschen festgehaltenen Rollen am Herausfallen nach jeder beliebigen Richtung, entweder radial nach innen oder radial nach aussen, gehindert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, dass die auf beiden Seiten der Axialebene liegenden Abschnitte der Seitenflächen der Taschen auch in Umfangsrichtung der Rollen deren Profil angepasst sind. Bei dieser Art der Ausbildung der Seitenflächen der Käfigtaschen sind die Rollen nach beiden radialen Richtungen festgelegt. Da die lichte Weite der Käfigtaschen an der Ober- und Unterseite des Fensters bei den verwendeten dünnwandigen Käfigen nur um ein Geringes kleiner ist als der maximale Durchmesser der Rolle, können die Rollen in die Taschen eingeschnappt werden, wobei die Stege des Käfigs elastisch zurückfedern.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung sowie eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zu ihrer Verwirklichung an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Dabei stellt Fig. 1 die Teilansicht eines Axialschnittes durch ein zweireihiges Pendelrollenlager mit einem erfindungsgemässen Fensterkäfig dar, Fig. 2 gibt die schematische Ansicht eines Schnittes entlang der Linie 11-11 in Fig. 1 wieder, Fig. 3 zeigt schematisch die Ansicht des Schnittes entlang der Linie III-III in Fig. 1 und Fig. 4 gibt die Ansicht des Axialschnittes durch einen erfindungsgemässen Fensterkäfig wieder, bei dem gerade eine Tasche fertiggearbeitet ist, in der sich noch das Herstellungswerkzeug befindet.
Das in Fig. 1 dargestellte zweireihige Pendelrollenlager besteht aus einem Aussenlaufring --1-- mit kugelig ausgebildeter Lauffläche und einem Innenlaufring-2-mit zwei entsprechend torischen Laufflächen, von denen nur die linke dargestellt ist, sowie einem Mittelringbord-3-und zwei Aussenringborden --4--, von denen gleichfalls nur der linke zu sehen ist. Zwischen dem Aussenlaufring-l-und dem Innenlaufring-2-sind zwei Reihen von Tonnenrollen-5-untergebracht, von denen lediglich eine Rolle der linken Reihe dargestellt ist. Für jede Rollenreihe ist ein getrennter Fensterkäfig --6-- aus gepresstem Blech vorgesehen.
Der die Rollen führende und haltende Käfig--6--setzt sich aus einem auf dem Mittelringbord--3--des Innenlaufringes - -2-- geführten zylindrischen Abschnitt-7-, einem auf dem Aussenringbord --4-- des
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Abschnitt--9--zusammen. Die Tonnenrollen--5--sind um den Druckwinkel--10--geneigt.
Wie aus der Fig. 1 in Verbindung mit der Fig. 3 ersichtlich, sind in dem Abschnitt --9-- des Käfigs Taschen --11-- vorgesehen, die in der Axialebene --12-- der Rollen --5--, welche sich in Fig. 1 als Gerade darstellt, dem Tonnenprofd der Rollen angepasst sind. Dabei sind die Seitenflächen - 13-der Taschen-11-so ausgebildet, dass die oberhalb der Axialebene --12-- liegenden Flächenteile-14--in Umfangsrichtung der Rollen dem Profil der Tonnenrollen-5--angepasst
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senkrecht stehen. Dies geht besonders deutlich aus Fig. 2 hervor.
Die Herstellung der Taschen --11-- erfolgt in besonders vorteilhafter Weise so, wie es in Fig. 4 verdeutlicht ist. Ein um die Achse --18-- verschwenkbarer Schwenkfräser --19-- wird unter ständigem Verschwenken um die Achse-18-in der durch den pfeil --20-- angegebenen
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Fräsers-19-istTonnenrollen--5--gestaltet.
Die Taschen --11-- können jedoch auch mit Hilfe von Fingerfräsern hergestellt werden, deren Mantelfläche entsprechend der Form der Rollen ausgebildet ist und in Abhängigkeit davon, ob beide Abschnitte-14 und 15-- der Seitenflächen --13-- der Käfigtaschen --11-- in Umfangsrichtung der Rollen dem Profil der Rollen angepasst sein sollen, was mit Fingerfräsern möglich ist, oder nur ein Seitenflächenabschnitt--14 oder 15--.
Werden die Rollen beiderseits der Axialebene--12--durch entsprechende Angleichung des Käfigprofils an das Profil der Rollen gehalten, so wird das entsprechende die Rollen haltende Profil bei nach aussen gekrümmten Käfigen an Taschenstellen ausgebildet, die den Rollenstirnflächen benachbart sind. Diese Halterung zum Innenring hin ist aber nur bei ganz speziellen Lagern, die keine Innenringborde besitzen, oder bei reinen Wälzkörpersätzen erforderlich.
Der engste Abstand der Käfigtaschen an den Kanten--14-- (Fig. 2) ist bei den hier in Betracht gezogenen dünnwandigen Blechkäfigen nur um ein geringes kleiner als der maximale Durchmesser der Rolle an dieser Stelle. Deshalb erfolgt bei diesen Käfigen das Einführen der Rollen in die Taschen durch Einschnappen bei elastischer Rückfederung der Stege.
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Die Erfindung ist vorstehend am Beispiel eines Fensterkäfigs für zweireihige Radialpendelrollenlager erläutert worden. Erfindungsgemässe Fensterkäfige sind jedoch auch bei andern Rollenlagern verwendbar, z. B. bei Kegelrollenlagern, Axialpendelrollenlagern.
Bei dem erfindungsgemässen Rollenlagerkäfig werden die Rollen (Zylinder-, Kegel-, Tonnenrollen)
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Seitenflächen-13-werdenSeitenflächen-13-vermittelte bessere Umschliessung der Rollen in deren Umfangsrichtung, weil dadurch die Schmierkeilbildung begünstigt und Reibung sowie Verschleiss zwischen Käfig und Rolle-.. herabgesetzt werden. Schliesslich werden durch die spanabhebende Bearbeitung der Käfigtaschenflächen genaue und glatte Oberflächen erzielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Fensterkäfig aus gepresstem Blech für die Aufnahme einer Rollenreihe von ein- und zweireihigen Rollenlagern, insbesondere Radialpendelrollenlagern, bestehend aus einem Ring mit durch spanabhebende Bearbeitung erzeugten fensterförmigen, die Rollen umschliessenden Taschen, welche in
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dass mindestens die auf der einen Seite der Axialebene (12) liegenden Abschnitte (14) der Seitenflächen (13) der Taschen (11) auch in Umfangsrichtung der Rollen (5) deren Profil angepasst sind.
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