DE10110915A1 - Käfig für ein Wälzlager - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen zweiteiligen Käfig (12) für ein Wälzlager, insbesondere ein Axialwälzlager, bestehend aus einem aus Blech gefertigten ringförmigen Tragteil (1, 7), das wenigstens teilweise von einer Kunststoffauflage umgeben ist. DOLLAR A Nach der Erfindung ist das Tragteil (1, 7) in axialer Richtung beidseitig von je einer gleichstarken Kunststoffauflage (20, 21) bedeckt, die sich nahezu bis in den Laufbahnbereich der Wälzkörper (2) erstrecken, so dass unter Berücksichtigung des Schwundmaßes des Kunststoffes ein definierter Spalt zwischen Laufbahn und Kunststoffauflage (20, 21) gebildet ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen zweiteiligen Käfig für ein Wälzlager, bestehend aus
einem aus Blech gefertigten Tragteil, das wenigstens teilweise mit einer Kunst
stoffauflage umgeben ist.
Derart gattungsgemäß zusammengesetzte Käfige sind schon seit längerem
bekannt. So ist beispielsweise in der DE 19 59 002 U1 ein geteilter Axialkäfig
beschrieben, der mit einer Armierung versehen ist. Damit soll dieser Käfig hohe
Anforderungen an Festigkeit und Steifheit erfüllen.
Aus der DE-OS 18 13 565 ist ein Käfig bekannt, der aus einem metallischen
Träger besteht, der Wälzkörpertaschenaufnahmestellen aufweist, in die Wälz
körpertaschen aus Kunststoff eingesetzt sind. Der Vorteil dieser Lösung soll
sein, dass aufgrund des zweiteiligen Käfigs kleinere und einfachere Werkzeu
ge Verwendung finden.
Die DE-OS 19 10 840 beschreibt einen zweiteiligen Käfig für ein Axialwälzla
ger, der ein aus Blech gefertigtes ringförmiges Käfighauptteil mit radial nach
innen offenen Taschen aufweist. Diese radial nach innen offenen Taschen
sind durch ein Hilfsteil aus Kunststoff geschlossen, das radial nach außen of
fene Taschen aufweist und das auf das Käfighauptteil aufgeschnappt ist. Die
ser geteilte Käfig soll ein geringes Gewicht aufweisen und ebenfalls einfach zu
fertigen sein.
Der bisherige Nachteil solch zweiteilig ausgebildeter Käfige liegt insbesondere
darin, dass sie immer nur eine Funktion erfüllen, d. h. sie sollen in der Regel
leicht herstellbar sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen zweiteiligen Käfig für
ein Wälzlager zu entwickeln, der insbesondere dessen Laufeigenschaften ver
bessert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von
Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das mit Taschen zur Aufnahme von Wälzkör
pern versehene Tragteil beidseitig von je einer gleichstarken Kunststoffauflage
bedeckt ist, die sich nahezu bis in den Laufbahnbereich der Wälzkörper er
strecken, so dass unter Berücksichtigung des Schwundmaßes des Kunststoffes
je ein definierter Spalt s zwischen Laufbahn und Kunststoffauflage gebildet ist.
Im Sinne der Erfindung ist der Begriff Wälzlager weit auszulegen, d. h. sie soll
sich auf Radial-, Axial- und Linearwälzlager erstrecken.
Die das Tragteil bedeckende Kunststoffauflage hat gleich mehrere Funktionen
zu erfüllen. Zum ersten dient sie der Transporthalterung der Wälzkörper. Aus
diesem Grunde umschließt sie diese bis auf deren Kontaktfläche zur Laufbahn.
Zum zweiten bildet die Kunststoffauflage mit der Wälzkörperlaufbahn einen
definierten Spalt, so dass eine Dämpfung auf Basis des bekannten Squeeze-
Films-Dämpfers vorgenommen werden kann. Zur Erzielung einer guten Dämp
fungswirkung soll der Spalt zwischen Käfig und Laufbahn einen Wert von etwa
10 bis 30 µm annehmen, wobei in bekannter Weise die Dämpfungswirkung
darüber hinaus von Breite und Länge des Dämpfungsspaltes sowie von der
Viskosität des verwendeten Dämpfungsmittels abhängig ist.
Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß der zweiteilige Käfig als ein Axialkäfig
ausgebildet ist, dessen Tragteil in axialer Richtung beidseitig von je einer
Kunststoffauflage bedeckt ist.
Ein wesentlicher Vorteil dieses erfindungsgemäßen Käfigs liegt darin, dass das
im Inneren angeordnete Tragteil, das als ein metallischer Scheibenkäfig aus
gebildet ist, bei zylindrischen Wälzkörpern diese präzise führt. Die Taschen,
die genau auf den Mittelpunkt des kreisrunden Tragteiles ausgerichtet sind,
umfassen die zylindrischen Wälzkörper an ihren Enden, wobei das Tragteil
bzw. die Seitenwände der Taschen an der Mitte der Wälzkörper angreifen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü
chen 3 bis 8 beschrieben.
So ist beispielsweise nach Anspruch 3 vorgesehen, dass das Tragteil mit zu
sätzlichen Durchbrüchen versehen sein soll. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass die beiden das Tragteil umfassenden Kunststoffauflagen fest aneinander
fixiert sind. Nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 4 sollen die Ta
schen an ihren in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Begrenzungsflächen
mit einer zurückgesetzten Freistellung versehen sein. Dies hat einerseits den
Vorteil, dass dadurch die Reibung zwischen zylindrischen Wälzkörpern und
Taschen verringert ist. Hinzu kommt andererseits, dass durch diese Freistel
lung die Haftung der beiden Kunststoffauflagen aneinander nochmals verbes
sert wird.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 5 soll das Trag
teil zwei voneinander beabstandete Taschenreihen enthalten, die sowohl in
radialer als auch in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Der Vorteil die
ser Ausführungsvariante liegt insbesondere darin, dass aufgrund der verkürz
ten radialen Länge der zylindrischen Wälzkörper deren Schlupf bei Rotation
des Lagers vermindert ist.
Zur Verringerung der Reibung ist in vorteilhafter Weise nach Anspruch 6 vor
gesehen, dass die Kunststoffauflage zusätzlich mit einem reibungsmindernden
Material, beispielsweise mit Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichtet ist. Von
allen festen Kunststoffen hat Polytetrafluorethylen den niedrigsten Reibungs
koeffizienten und trägt somit zu einem geringen Reibungswiderstand des La
gers bei, falls doch einmal ein Kontakt zwischen Laufbahn und Käfig zustande
kommen sollte.
Die Reibung im Lager kann nach Anspruch 7 auch dadurch verringert werden,
dass die Kunststoffauflage aus einem formstabilen porösen Kunststoff besteht,
dessen Poren mit Schmierstoff gefüllt sind. In Abhängigkeit vom gewählten
Kunststoff beträgt das gespeicherte Öl-Volumen des sogenannten solid oils
50-80%. Der Vorteil dieser Schmierungsart liegt insbesondere darin, dass
das Öl immer im Lager gehalten ist und eine Nachschmierung entfällt, das La
ger also wartungsfrei ist. Es tritt kein Öl aus diesem aus und es werden keine
aufwendigen Abdichtungen gebraucht. Eine spezielle Ausführungsform dieser
Schmierungsart ist im Anspruch 8 beschrieben. Danach soll die Kunststoffauf
lage aus einem durch Erhitzung verfestigtem Gemisch aus Schmierfett und
einem hochmolekularen Polyethylen (PE) bestehen.
Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 und 2 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf ein
ringförmiges Tragteil,
Fig. 3, 5, 7 und 9 einen teilweisen Längsschnitt einer Anord
nung zur Herstellung eines erfindungsgemä
ßen Käfigs in unterschiedlichen Fertigungs
schritten,
Fig. 4, 6, 8 und 10 jeweils zugehörige Schnitte entlang der Lini
en IV-IV, VI-VI, VIII-VIII und X-X in den
Fig. 3, 5, 7 und 9,
Fig. 11 einen teilweisen Schnitt in vergrößerter Dar
stellung durch einen fertiggestellten Käfig
gemäß Fig. 10 und
Fig. 12 einen Längsschnitt durch ein Axial-Rillenku
gellager.
Das in Fig. 1 gezeigte und mit 1 bezeichnete Tragteil ist als ein Scheibenkäfig
ausgebildet und mit Lagernadeln 2 aufnehmenden Taschen 3 versehen, die in
Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Ein solches
Tragteil 1 kann beispielsweise ausgehend von einer Blechtafel durch Ausstan
zen oder durch Ausschneiden hergestellt sein, wobei im allgemeinen von der
Verwendung eines Stahlbleches auszugehen ist. Die Taschen 3 sind mit ihrer
Mittellinie 4 direkt auf den nicht dargestellten Mittelpunkt M des Tragteils 1
ausgerichtet. Wie Fig. 1 weiter zeigt, sind die Taschen 3 in Umfangsrichtung
mit gegenüberliegenden Freistellungen 5 versehen, so dass die Lagernadeln 2
nur in den beiden Endbereichen 6 der Taschen 3 geführt sind. Die Freistellun
gen 5 sind im vorliegenden Fall rechteckig ausgebildet, können aber auch jede
andere beliebige Form, beispielsweise halbkreisförmig, annehmen.
Das in Fig. 2 gezeigte Tragteil 7 ist mit zwei voneinander beabstandeten Ta
schenreihen 8, 9 versehen, die zueinander sowohl in radialer als auch in Um
fangsrichtung versetzt sind. Sowohl zwischen den radial außenliegenden Ta
schen 8 als auch zwischen den radial innenliegenden Taschen 9 sind Durch
brüche 10, 11 angeordnet. Während durch die radial kürzeren Taschen 8, 9
der Schlupf der ebenfalls radial kürzeren Lagernadeln 2 verringert ist, sorgen
die Durchbrüche 10, 11 dafür, dass die Kunststoffhälften fest aneinander haf
ten. Genau wie in Fig. 1 das Tragteil 1, weisen auch die Taschen 8, 9 des
Tragteils 7 an ihren in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Begrenzungsflä
chen Freistellungen 5 auf.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen aus Käfig 12 und Lagernadeln 2
bestehenden Axialnadelkranzes 13 wird anhand der Fig. 3 bis 10 erläutert,
wobei die Fig. 3, 5, 7 und 9 jeweils nur eine halbseitige Darstellung zeigen.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, wird zunächst auf die ebene untere Aufnah
mescheibe 14 das Tragteil 1 mit seinen Taschen 3 und zugehörigen Freistel
lungen 5 aufgelegt und von diesem mit Hilfe von Abstandselementen 15 auf
Abstand gehalten. Diese Abstandselemente 15 können entweder mit den Auf
nahmescheiben 14, 17 fest verbunden sein oder als einzeln ausgebildete Teile
eingesetzt werden. Der axiale Abstand zwischen dem Tragteil 1 und der unte
ren Aufnahmescheibe 14, die man sich gleichzeitig als eine Laufscheibe mit
zugehöriger Laufbahn für die Lagernadeln 2 vorstellen kann, ist dabei so ein
zustellen, dass die Lagernadeln 2 von den Taschen 3 mittig umfasst sind.
Zweckmäßigerweise sind die Abstandselemente 15 wenigstens an drei in Um
fangsrichtung voneinander beabstandeten Stellen vorgesehen, um einen siche
ren Halt des Tragteils 1 zu realisieren. Abschließend wird um die untere Auf
nahmescheibe 14 der äußere Aufnahmering 16 gelegt, der die untere Aufnah
mescheibe 14 an ihrer äußeren Mantelfläche umschließt. Wie die Fig. 5
und 6 zeigen, werden danach die Lagernadeln 2 in die Taschen 3 des Trag
teils 1 eingesetzt. Fig. 6 lässt erkennen, dass die Lagernadeln 2 nur durch ihre
beiden gegenüberliegenden Endbereichen 6 geführt sind, d. h. im Mittelbereich
ist beidseitig der Lagernadel 2 die zugehörigen Freistellung 5 zu erkennen.
Aus den Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, dass die Anordnung durch Auflage der
oberen Aufnahmescheibe 17 und durch Anlage des inneren Aufnahmerin
ges 18 komplettiert wird, der die untere Aufnahmescheibe 14 und die obere
Aufnahmescheibe 17 an ihren inneren Mantelflächen umfasst. Auf diese Weise
ist der Hohlraum 19 gebildet, der in axialer Richtung von den beiden Aufnah
mescheiben 14, 17 und in radialer Richtung von den beiden Aufnahmerin
gen 16, 18 begrenzt ist und in den das Tragteil 1 mit seinen in Taschen 3 ein
gelegten Lagernadeln 2 eingebracht ist. Auf die obere Aufnahmescheibe 17
wird jetzt die axiale Druckkraft F aufgebracht, so dass die Lagernadeln 2 im
elastischen Bereich zusammengepresst, d. h. in ihrem Durchmesser verkleinert
sind. Danach wird in den Hohlraum 19 ein Kunststoff eingebracht, so dass zwei
gleichstarke Kunststoffauflagen 20, 21 gebildet sind, die das Tragteil 1 um
schließen, wie es Fig. 10 deutlich zeigt. Fig. 10 zeigt auch, dass die Lager
nadeln 2 fast vollständig von den beiden Kunststoffauflagen 20, 21 umschlos
sen sind, abgesehen von den Kontaktflächen 22, 23, die von der Mantelfläche
der Lagernadeln 2 und der unteren Aufnahmescheibe 14 bzw. der oberen Auf
nahmescheibe 17 gebildet sind. Nach Erkalten bzw. Verfestigen der beiden
Kunststoffauflagen 20, 21, die das Tragteil 1 fest umschließen, wird die axiale
Kraft F aufgehoben, so dass die Lagernadeln 2 wiederum auffedern, d. h. ihren
Durchmesser geringfügig vergrößern.
Wie die Fig. 11 zeigt, ist nach dem Erstarren bzw. Aushärten der beiden
Kunststoffauflagen 20, 21 je ein Spalt s gebildet, der einerseits von einer Lauf
bahn einer Laufscheibe und andererseits von der Kunststoffauflage 20, 21 ge
bildet ist. Dieser Spalt kann in bekannter Weise zur Dämpfung der Lagerung
nach dem Squeeze-Film-Prinzip genutzt werden.
Die Beweglichkeit der Lagernadeln 2 in den Taschen 3 des Käfigs 12 wird
durch das Schwinden des Kunststoffes beim Erstarren bzw. Aushärten reali
siert, wobei gegebenenfalls Trennmittel einsetzbar sind.
In Fig. 12 schließlich ist rechtseitig ein komplettes um die Lagerachse 31 ro
tierendes Axial-Rillenkugellager gezeigt, dessen Käfig 28 aus dem Tragteil 27
und den beiden Kunststoffauflagen 20, 21 gebildet ist. Die Lagerkugeln 26 sind
in Taschen des Tragteils 27 aufgenommen und wälzen auf zugehörigen Lauf
bahnen der beiden Lagerscheiben 24, 25 ab, wobei ebenfalls zwischen den
Lagerscheiben 24, 25 und dem Käfig 28 je ein Spalt s gebildet ist. Wie aus
dem linksseitigen Teil von Fig. 12 erkennbar, sind zur Herstellung des Käfigs
28 die untere und die obere Aufnahmescheibe 14, 17 mit Bohrungen 29, 30
versehen, deren Durchmesser die Dicke der Kunststoffauflage 20, 21 bestimmt.
Auf diese Weise wird das gewünschte Spaltmaß s eingestellt, um die Dämp
fung der Lagereinheit zu gewährleisten.
1
Tragteil
2
Lagernadel
3
Tasche
4
Mittellinie
5
Freistellung
6
Endbereich
7
Tragteil
8
Tasche
9
Tasche
10
Durchbruch
11
Durchbruch
12
Käfig
13
Axialnadelkranz
14
untere Aufnahmescheibe
15
Abstandselement
16
äußerer Aufnahmering
17
obere Aufnahmescheibe
18
innerer Aufnahmering
19
Hohlraum
20
Kunststoffauflage
21
Kunststoffauflage
22
Kontaktfläche
23
Kontaktfläche
24
obere Lagerscheibe
25
untere Lagerscheibe
26
Lagerkugel
27
Tragteil
28
Käfig
29
Bohrung
30
Bohrung
31
Lagerachse
s Spalt
s Spalt
Claims (8)
1. Zweiteiliger Käfig für ein Wälzlager, bestehend aus einem aus Blech gefer
tigten Tragteil das wenigstens teilweise mit einer Kunststoffauflage umge
ben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Taschen zur Aufnahme
von Wälzkörpern versehene Tragteil beidseitig von je einer gleichstarken
Kunststoffauflage bedeckt ist, die sich nahezu bis in den Laufbahnbereich
der Wälzkörper erstrecken, so dass unter Berücksichtigung des Schwund
maßes des Kunststoffes je ein definierter Spalt s zwischen Laufbahn und
Kunststoffauflage gebildet ist.
2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als ein Axialkä
fig (12, 28) ausgebildet ist, dessen scheibenförmiges Tragteil (1, 7, 27) in
axialer Richtung mit der Kunststoffauflage (20, 21) bedeckt ist.
3. Käfig (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trag
teil (7) mit zusätzlichen Durchbrüchen (10, 11) versehen ist.
4. Käfig (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Taschen (3, 8, 9) an ihren in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Be
grenzungsflächen mit einer zurückgesetzten Freistellung (5) versehen sind.
5. Käfig (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trag
teil (7) zwei voneinander beabstandete Taschenreihen (8, 9) enthält, die
sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind.
6. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffauf
lage mit einem reibungsmindernden Material, beispielsweise mit Polyte
trafluorethylen (PTFE) beschichtet ist.
7. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffauf
lage aus einem formstabilen porösen Kunststoff besteht, dessen Poren mit
Schmierstoff gefüllt sind.
8. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffauf
lage aus einem durch Erhitzung verfestigten Gemisch aus Schmierfett und
hochmolekularen Polyethylen (PE) besteht.
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