DE10083269B4

DE10083269B4 - Kugellagerkäfig

Info

Publication number: DE10083269B4
Application number: DE10083269T
Authority: DE
Inventors: Leo Müntnich; Herbert Zettner; Jörg Wagner
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: WO2001031214A1; DE19951387A1; DE10083269D2

Abstract

Kugellagerkäfig aus einem elastisch verformbaren Kunststoff mit in Taschen angeordneten sphärischen Kugelsitzflächen (5), wobei die Lagerkugeln (6) in Umfangsrichtung durch in Richtung Lagerachse weisende Trennelemente voneinander getrennt sind und Mittel zum Ausgleich von Längenänderungen des Käfigs vorhanden sind, die durch unterschiedliche Abrollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln (6) bedingt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (6) in Taschen (4) mit sphärischen Kugelsitzflächen (5) angeordnet sind, deren Abstand so voneinander gewählt ist, dass in Abhängigkeit von der Lagergeometrie und unterschiedlichen Abrollgeschwindigkeiten die Lagerkugeln (6) je nach Vor- oder Nachlauf entweder links- oder rechtsseitig an einer der sphärischen Kugelsitzflächen (5) anliegen, während in einer Mitten- oder Neutralstellung in einer Entlastungszone die Lagerkugeln (6) über zwei einander entgegengerichtete Federelemente (7, 8, 12, 17) in deren Mitte in beiden Umfangsrichtungen von den sphärischen Kugelsitzflächen (5) beabstandet gehalten sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kugellagerkäfig aus einem elastisch verformbaren Kunststoff mit in Taschen angeordneten sphärischen Kugelsitzflächen, wobei die Lagerkugeln in Umfangsrichtung durch in Richtung Lagerachse weisende Trennelemente voneinander getrennt sind und Mittel zum Ausgleich von Längenänderungen des Käfigs vorhanden sind, die durch unterschiedliche Abrollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln bedingt sind.
Hintergrund der Erfindung
Es ist ein altbekanntes Problem, dass Käfige für Kugellager, insbesondere für Schrägkugellager, durch Verkippung der Laufringe einer erheblichen Beanspruchung unterliegen. Die Kugeln laufen je nach Belastung/Verkippung nicht in einem gleichen Laufkreis. Dadurch kann es zu einem Vor- oder Nachlauf bestimmter Kugeln kommen. Da sich die Kugeln immer an der Taschenwand, d. h. an der sphärischen Kugelsitzfläche orientieren, muss der Käfig die erforderliche Längsdehnung über Verformung aufnehmen. Es können je nach Größe, Belastung oder Taumelweg Längenabweichungen bis in den Millimeterbereich auftreten. Dies führt zu erhöhter Reibung und damit zu Temperaturerhöhungen, bis hin zu einer möglichen Zerstörung des Käfigs.
Aus der DE 37 06 013 C2 ist ein aus zwei Seitenringen bestehender Käfig bekannt geworden, der die durch Kräfte stark beanspruchten und die Seitenringe verbindenden Stege in Umfangsrichtung federnd ausbildet. Dies erfolgt derart, dass zwischen den Stegen in Umfangsrichtung federnde Vorsprünge angeordnet sind, so dass die durch die unterschiedlichen Abrollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln entstehenden Kräfte federnd abgefangen werden können. Dabei ist von Nachteil, dass immer der gesamte Käfig gedehnt bzw. zusammengepresst werden muss.
In diesem Zusammenhang ist aus der WO 19 99 049 228 A1 ein aus einem elastischen Kunststoff bestehender Kugellagerkäfig bekannt, dessen Lagerkugeln in Umfangsrichtung durch in Richtung Lagerachse weisende Trennelemente auf Abstand gehalten sind, wobei die Lagerkugeln in den Taschen in Umfangsrichtung sehr viel Bewegungsfreiheit haben. Dabei ist jedoch von Nachteil, dass sich die Lagerkugeln trotz des vorhandenen Spiels in den Taschen an eine der beiden Kugelsitzflächen anlegen, so dass ein federnder Ausgleich nicht möglich ist, d. h., auch in diesem Fall wird der gesamte Käfig gedehnt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Käfig der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die durch unterschiedliche Abrollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln bedingten, auf den Käfig einwirkende Kräfte auf eine veränderte Art federnd aufgefangen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Lagerkugeln in Taschen mit sphärischen Kugelsitzflächen angeordnet sind, deren Abstand so voneinander gewählt ist, dass in Abhängigkeit von der Lagergeometrie und unterschiedlichen Abrollgeschwindigkeiten die Lagerkugeln je nach Vor- oder Nachlauf entweder links- oder rechtsseitig an einer der sphärischen Kugelsitzflächen anlie gen, während in einer Mitten- oder Neutralstellung in einer Entlastungszone die Lagerkugeln über zwei einander entgegen gerichtete Federelemente in deren Mitte in beiden Umfangsrichtungen von den sphärischen Kugelsitzflächen beabstandet gehalten sind. Unter einer Mitten- oder Neutralstellung der Lagerkugeln ist somit eine Stellung der Lagerkugeln außerhalb ihrer Lastzone zu verstehen, bei der diese lastfrei selbsttätig eine etwa mittige Stellung zwischen den Kugelsitzflächen in den Taschen des Käfigs einnehmen. Der im Oberbegriff des Anspruchs 1 verwendete Begriff Ausgleich von Längenänderungen des Käfigs bezieht sich im Übrigen ausschließlich auf Dehnungen des Käfigs in Umfangsrichtung, die beim Vor- oder Nachlauf bestimmter Kugeln durch den Anlauf der Kugeln mit hohen Kräften an ihre Taschenstege entstehen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die durch die unterschiedlichen Abrollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln entstehenden Kräfte nicht durch den Käfig bzw. dessen Stege, sondern durch die innerhalb der Taschen angeordneten Federelemente abgefangen werden. Auf diese Weise wird nicht der gesamte Käfig auf Zug bzw. Druck beansprucht, da der Ausgleich durch die Federelemente innerhalb der Taschen erfolgt und der Käfig an sich unbelastet bleibt.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben.
So ist nach den Ansprüchen 2 bis 4 vorgesehen, dass die Federelemente oberhalb, unterhalb oder im Bereich des Teilkreises angeordnet sein können.
Wie die Ansprüche 5 bis 9 zeigen, ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Art der Halterung der Lagerkugeln über Federelemente in den Taschen prinzipiell für alle Arten von Käfigen anwendbar.
Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, dass der Käfig als ein Schnappkäfig ausgebildet ist, wobei aus einem Ring gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, in axialer Richtung hervorstehende Vorsprünge angeordnet sind, so dass durch die Vorsprünge und den Ring die sphärische Kugelsitzfläche gebildet ist und die Lagerkugel in der Tasche mittig durch die einander entgegengerichteten Federelemente gehalten ist, die an je einem benachbarten Vorsprung angeformt sind.
Der in Anspruch 6 beschriebene Schnappkäfig unterscheidet sich von dem in Anspruch 5 lediglich dadurch, dass das Federelement als eine im Querschnitt U-förmige Feder ausgebildet ist, die als separates Bauteil auf die Vorsprünge aufgesetzt ist, wobei nach Anspruch 7 diese U-förmige Feder aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein soll.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist der Käfig als ein Fensterkäfig ausgebildet, wobei die Trennelemente als Stege ausgebildet sind, die zwei unterschiedlich große Seitenringe miteinander verbinden, so dass durch die Seitenringe und die Stege die sphärische Kugelsitzfläche gebildet ist und die Lagerkugel in der Tasche mittig durch die einander entgegengerichteten Federelemente gehalten ist, die am Seitenring mit der größeren oder mit der kleineren radialen Ausnehmung angeformt sind.
Schließlich soll nach einem anderen zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 9 der Käfig als ein Meanderkäfig ausgebildet sein, wobei die Trennelemente als Stege ausgebildet sind, so dass durch die Stege und einen in Umfangsrichtung diese verbindenden Abschnitt die sphärische Kugelsitzfläche gebildet ist und die Lagerkugel mittig in der Tasche durch die einander entgegengerichteten Federelemente gehalten ist, die an den Stegen angeformt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs,
2 einen Querschnitt durch die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs gemäß 1,
3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs,
4 einen Querschnitt durch die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs gemäß 3,
5 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs,
6 einen Querschnitt durch die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs gemäß 5,
7 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs,
8 einen Längsschnitt durch die vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs gemäß 7.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der mit einem Spritzwerkzeug hergestellte Kunststoffkäfig gemäß den 1 und 2 ist als ein Schnappkäfig 1 ausgebildet und weist den Ring 2 auf, der in Umfangsrichtung mit gleichmäßig voneinander beabstandeten Vorsprüngen 3 versehen ist, die sich in axialer Richtung erstrecken. Innerhalb des Schnappkäfigs 1 sind durch den Ring 2 und die Vorsprünge 3 die Taschen 4 mit der sphärischen Kugelsitzfläche 5 gebildet. In den Taschen 4 mit den Kugelsitzflächen 5 sind Lagerkugeln 6 untergebracht, wobei die Tasche 4 in Umfangsrichtung eine Breite B aufweist, die größer als der Durchmesser der Lagerkugel 6 ist, d. h. ein vergrößertes Taschenspiel aufweist. Die Breite B, d. h. der Abstand von linksseitiger zur rechtsseitiger Kugelsitzfläche, ist in Abhängigkeit von der Lagergeometrie und den unterschiedlichen Abrollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln 6 so zu wählen, dass diese je nach Vor- oder Nachlauf entweder linksseitig oder rechtsseitig maximal an den sphärischen Kugelsitzflächen 5 der Vorsprünge 3 anliegen. Wie die Figuren weiter zeigen, sind im Bereich des Teilkreises an den Vorsprüngen 3 Federelemente 7 angeformt, die die Lagerkugel 6 von zwei Seiten umfassen. In der Neutralstellung, d. h. in der Mittenstellung, ist die Lagerkugel 6 von den Kugelsitzflächen 5 der Vorsprünge 3 durch die Federelemente 7 beabstandet gehalten. Werden nun in der Lastzone die Lagerkugeln 6 nach der einen oder nach der anderen Seite ausgelenkt, so liegen sie mit ihrer Mantelfläche an der sphärischen Kugelsitzfläche 5 des rechten oder des linken Vorsprunges 3 an. In der Entlastungszone bringt das Federelement 7 die Lagerkugel 6 wieder in ihre Mittenstellung zurück, d. h. sie ist in der Mitte der Tasche 4 beabstandet von ihren sphärischen Kugelsitzflächen 5 gehalten. Auf diese Weise wird die nach dem bisherigen Stand der Technik erforderliche Längenänderung des Käfigs nicht durch Stege oder andere Käfigteile ausgeglichen, sondern innerhalb der Käfigtasche 4.
Der in den 3 und 4 dargestellte Schnappkäfig 1 unterscheidet sich von dem gemäß den 1 und 2 lediglich dadurch, dass die Anfederung der Lagerkugeln 6 durch eine Feder 8 erfolgt, die im Querschnitt gesehen U-förmig gestaltet ist und als separates Bauteil auf die Vorsprünge 3 des Schnappkäfigs 1 aufgesetzt wird.
Der in den 5 und 6 dargestellte Meanderkäfig 9 weist ebenfalls Taschen 4 mit ihren Kugelsitzflächen 5 auf. Die Taschen 4 sind in ihrer Umfangsausdehnung wiederum größer als der Durchmesser der Lagerkugel 6, d. h. sie weisen ein vergrößertes Taschenspiel auf und werden von zwei voneinander beabstandeten Stegen 10, die in axialer Richtung verlaufen und einem diese verbindenden Abschnitt 11 gebildet. Außerhalb des Teilkreisbereiches sind die Lagerkugeln 6 in der Tasche 4 in Mittenstellung wiederum beabstandet von den sphärischen Kugelsitzflächen 5 durch Federelemente 12 gehalten.
In den 7 und 8 ist schließlich ein Fensterkäfig 13 für ein Schrägkugellager gezeigt, der aus den beiden Seitenringen 14 und 15 besteht, die jeweils eine unterschiedliche radiale Ausdehnung besitzen und durch Stege 16 miteinander verbunden sind. Am Seitenring 15 mit der größeren radialen Ausdehnung sind zwei Federelemente 17 angeformt, die wiederum die Lagerkugeln 6 von zwei Umfangsrichtungen umfassen, so dass die Lagerkugeln 6 in den Taschen 4 in Mittenstellung wiederum beabstandet von den sphärischen Kugelsitzflächen 5 gehalten sind.

1: Schnappkäfig
2: Ring
3: Vorsprung
4: Tasche
5: sphärische Kugelsitzfläche
6: Lagerkugel
7: Federelement
8: Feder
9: Meanderkäfig
10: Steg
11: Abschnitt
12: Federelement
13: Fensterkäfig
14: Seitenring
15: Seitenring
16: Steg
17: Federelement
B: Taschenbreite

Claims

Kugellagerkäfig aus einem elastisch verformbaren Kunststoff mit in Taschen angeordneten sphärischen Kugelsitzflächen (5), wobei die Lagerkugeln (6) in Umfangsrichtung durch in Richtung Lagerachse weisende Trennelemente voneinander getrennt sind und Mittel zum Ausgleich von Längenänderungen des Käfigs vorhanden sind, die durch unterschiedliche Abrollgeschwindigkeiten der Lagerkugeln (6) bedingt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln (6) in Taschen (4) mit sphärischen Kugelsitzflächen (5) angeordnet sind, deren Abstand so voneinander gewählt ist, dass in Abhängigkeit von der Lagergeometrie und unterschiedlichen Abrollgeschwindigkeiten die Lagerkugeln (6) je nach Vor- oder Nachlauf entweder links- oder rechtsseitig an einer der sphärischen Kugelsitzflächen (5) anliegen, während in einer Mitten- oder Neutralstellung in einer Entlastungszone die Lagerkugeln (6) über zwei einander entgegengerichtete Federelemente (7, 8, 12, 17) in deren Mitte in beiden Umfangsrichtungen von den sphärischen Kugelsitzflächen (5) beabstandet gehalten sind.
Kugellagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (7, 8, 12, 17) oberhalb des Teilkreises angeordnet sind.
Kugelkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (7, 8, 12, 17) unterhalb des Teilkreises angeordnet sind.
Kugelkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (7, 8, 12, 17) im Bereich des Teilkreises angeordnet sind.
Kugellagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig als ein Schnappkäfig (1) ausgebildet ist, wobei aus einem Ring (2) gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, in axialer Richtung hervorstehende Vorsprünge (3) angeordnet sind, so dass durch die Vorsprünge (3) und den Ring (2) die sphärische Kugelsitzfläche (5) gebildet ist und die Lagerkugel (6) in der Tasche (4) mittig durch die einander entgegengerichteten Federelemente (7) gehalten ist, die an je einem benachbarten Vorsprung (3) angeformt sind.
Kugellagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig als ein Schnappkäfig (1) ausgebildet ist, wobei aus einem Ring (2) gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, in axialer Richtung hervorstehende Vorsprünge (3) angeordnet sind, so dass durch die Vorsprünge (3) und den Ring (2) die sphärische Kugelsitzfläche (5) gebildet ist und die Lagerkugel (6) mittig in der Tasche (4) durch die einander entgegengerichteten Federelemente gehalten ist und die Federelemente als eine im Querschnitt U-förmige Feder (8) ausgebildet sind, die als separates Bauteil auf die Vorsprünge (3) aufgesetzt ist.
Kugellagerkäfig nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Feder (8) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Kugellagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig als ein Fensterkäfig (13) ausgebildet ist, wobei die Trennelemente als Stege (16) ausgebildet sind, die zwei unterschiedlich große Seitenringe (14, 15) miteinander verbinden, so dass durch die Seitenringe (14, 15) und die Stege (16) die sphärische Kugelsitzfläche (5) gebildet ist und die Lagerkugel (6) in der Tasche (4) mittig durch die einander entgegengerichteten Federelemente (17) gehalten ist, die am Seitenring (14, 15) mit der größeren oder mit der kleineren radialen Ausdehnung angeformt sind.
Kugellagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig als ein Mäanderkäfig (9) ausgebildet ist, wobei die Trennelmente als Ste ge (10) ausgebildet sind, so dass durch die Stege (10) und einen in Umfangsrichtung diese verbindenden Abschnitt (11) die sphärische Kugelsitzfläche (5) gebildet ist und die Lagerkugel (6) mittig in der Tasche (4) durch die einander entgegengerichteten Federelemente (12) gehalten ist, die an den Stegen angeformt sind.