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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Käfig
für Wälzlager
mit Rollen, mit einem ersten Seitenrand, mit einem zweiten Seitenrand,
mit Stegen und mit umfangsseitig zueinander benachbarte Taschen
für Rollen,
wobei die Stege und die Seitenränder
einteilig miteinander ausgebildet sind und dabei:
- – die Stege
zwischen dem ersten Seitenrand und dem zweiten Seitenrand längs der
Rotationsachse des Käfigs
ausgerichtet sind,
- – umfangsseitig
gegenüberliegenden
Flanken an den Stegen jeweils eine der Taschen umfangsseitig begrenzen,
- – die
Taschen jeweils von zwei einander längs der Rotationsachse gegenüberliegenden
Innenflanken der Seitenränder
begrenzt sind,
- – der
größte tangentiale
freie Abstand zwischen den sich an einer der Tasche gegenüberliegenden Flanken
größer ist
als der größte Durchmesser der
jeweiligen Rolle in der Tasche,
- – an
den Stegen Halterungen für
die Rollen ausgebildet sind,
- – der
größte tangentiale
freie Abstand zwischen zwei sich jeweils an einer Tasche gegenüberliegenden
der Halterungen kleiner ist als der größte Nenndurchmesser der jeweiligen
Rolle in der Tasche,
und wobei zumindest die Flanken eine fertige
profilgefräste
Kontur aufweisen und dabei die fertige Kontur ein negatives Abbild
einer positiven äußeren Schneidkontur
wenigstens eines Formfräsers ist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
derartiger Käfig
ist in
DE100 21 089
A1 beschrieben. Die Taschen des Käfigs werden mit Formfräsern bearbeitet,
deren Querschnittskontur außen
ein Positivprofil für
ein fertiges Negativprofil der jeweiligen bearbeiteten Fläche innen
in der Tasche wiedergibt. Die um eine Werkzeugachse rotierenden
rotationssymmetrischen Profilfräser
werden in ein vorbereitetes Loch des Käfigrohlings zunächst radial
eingeführt
und dann entweder in Umfangsrichtung bzw. tangential des Käfigs oder
axial bewegt – in Umfangsrichtung,
um die Kontur der später
zu den Taschen gewandten Flanken an dem entsprechenden Steg und
axial, um die Innenflanken an den zumeist ringförmig ausgebildeten Seitenrändern sowie die
Eckenradien zu fräsen.
Mit einem der Formfräser, zumeist
mit dem für
die Innenflanken, werden auch die Ecken der Taschen ausgearbeitet.
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Der
tangentiale bzw. umfangsseitige freie tangentiale Flankenabstand
in einer Tasche zwischen den einander über eine Tasche zugewandten Flanken
an den Stegen ist größer als
der Nenndurchmesser der Rolle in der Tasche, zuzüglich der zulässigen Plustoleranz
des Nenndurchmessers. Die Rolle ist demnach innerhalb der Tasche
tangential und auch radial innerhalb eines Bewegungsspieles zwischen
den zwei einander gegenüberliegenden
Flanken von einer Flanke aus gegen die andere Flanke beweglich.
Die Rollen laufen in dem Käfig
an den in die Taschen gewandten Flanken vorbestimmt ab. Nachteilig
an der in
DE100 21
089 A1 beschriebenen Konstruktion des Käfigs könnte sein, dass zwischen dem
gekrümmten
Käfiganlauf
an dem Steg und zwischen der dort anlaufenden Rolle nicht genug Schmiermittel
vorhanden ist. Die Reibung ist dann relativ hoch. Unzulässiger Verschleiß und/oder
zu hohe Temperaturen infolge hoher Reibung sind die Folge.
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Die
an den Taschen ausgebildeten Halterungen halten die Rollen beim
Transport und beim Handling in der Montage zurück. An jedem die Tasche begrenzenden
der Stege ist wenigstens eine Halterung ausgebildet. Jede der Halterungen
eines sich an der Tasche gegenüberliegenden
und zusammenwirkenden Paares von mindestens zwei Halterungen stehen
tangential aufeinander zu aus dem jeweiligen Steg hervor. Die Rollen
werden mittels der Halterungen radial in dem Käfig gehalten, weil die weiteste Entfernung
zwischen den tangential oder umfangsseitig in die Taschen hervorstehenden
Halterungen kleiner ist als der Nenndurchmesser der Rollen, abzüglich der
zulässigen
negativen Abweichung des Nenndurchmessers (zulässige Minustoleranz für die Rollen).
Es gibt dabei Käfige,
an denen die entsprechenden Halterungen radial außen oder
radial innen – aber
auch Käfige
an denen Halterungen sowohl radial außen und als auch Halterungen
radial innen ausgebildet sind.
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Insbesondere
in dem zuletzt genannten Fall ist es auf jeden Fall erforderlich,
die Rollen entweder radial von außen oder radial von innen in
den Käfig einzuschnappen.
Die Rolle wird dabei solange radial gegen die Halterungen einer
Tasche gedrückt,
bis diese nachgeben und die Rolle in die Tasche einschnappt. Im
ungünstigsten
Fall sind diese Kräfte sehr
hoch, wenn zum Beispiel der tangentiale Abstand mit der unteren
zulässigen
Toleranz des Abstandes gefertigt ist und die Rolle den größten zulässigen Durchmesser aufweist.
Die tangentiale Entfernung zwischen den einander gegenüberliegenden Halterungen
ist demnach nicht nur auf die Halterfunktion sondern auch auf die „Schnappfunktion" der Halterungen
abzustimmen. Es ist auch darauf zu achten, dass die Halterungen
möglichst
nur elastisch einfedern, um Verformungen an den Halterungen und
Beschädigungen
der Rollen (Schürfspuren
der Halterungen an den Rollen) zu vermeiden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Käfig für Rollen mit einer optimalen
Innengeometrie für
den Anlauf der Rollen und mit einer zum Einschnappen der Rollen
optimal geeigneten Anordnung von Halterungen zu schaffen. Der Käfig soll kostengünstig durch
Profilfräsen(Formfräsen) herstellbar
sein.
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Von
der Erfindung sind alle Käfige
insbesondere aus Stahl, Bunt- oder Leichtmetallen und deren Legierungen
betroffen. Das fertige Innenprofil der Taschen ist an dem einstü ckig aus
Seitenrändern
und Stegen gebildeten Käfig
durch Profilfräsen
hergestellt.
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Die
Aufgabe ist mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches
1 und eines weiteren unabhängigen
Anspruches gelöst.
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Der
für den
erfindungsgemäßen Käfig zum Fräsen der
Flanken an den Stegen verwendete Formfräser weist, außen eine
entlang der Formfräserdrehachse
betrachtete Querschnittskontur auf, die eine positive Gegenform
für eine
negative fertige Kontur der Flanken an den Stegen ist. Die negative Gegenform
am Steg ist wird dabei in beliebigen den Käfig quer zur Rotationsachse
schneidenden und von der Rotationsachse senkrecht durchstoßenen Schnittebenen
des Käfigs
betrachtet.
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Die
in die jeweilige Tasche gerichteten Flanken an den Stegen weisen
dem nach jeweils mindestens eine zu den Taschen gewandte plane Anlauffläche für die jeweilige
Rolle in der Tasche auf. Die einander zugewandten Anlaufflächen einer
Tasche sind vorzugsweise parallel zueinander und damit zugleich parallel
zu einer von der Rotationsachse ausgehenden und mit dieser gleichgerichtet
verlaufenden Radialebene ausgerichtet. Damit sind die an einem Steg ausgebildeten,
voneinander abgewandten und jeweils in eine andere Tasche weisenden
Anlaufflächen bevorzugt
zueinander geneigt.
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Die
plane Anlauffläche
schließt
sich radial zumindest an eine der Halterungen an. Die Halterung ragt
zumindest in tangentiale Richtung über die Anlauffläche hinaus
in die Tasche hinein oder alternativ ober- bzw. unterhalb der Tasche
in Richtung der Rolle. Jede der Rollen läuft demnach in der Tasche gegen
eine plane und nicht gegen eine gekrümmte Anlauffläche an.
Der Kontakt ist im Betrieb eines Wälzlagers mit dem Käfig somit
ohne Schmiegung ein reiner Linienkontakt zwischen der Mantelfläche der
Rolle und der Anlauffläche
ist konstant und stabil.
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Aus
der Krümmung
der zylindrischen Oberfläche
der Rolle in der Tasche ergibt sich somit, dass der kleinste Abstand
freie Abstand (Summe einer Tasche) zwischen der Rolle und der Anlauffläche das Bewegungsspiel
ist. Alle weiteren sich radial nach innen in Richtung der Rotationsachse
des Käfigs
und radial nach außen
von dieser weg abschließenden Abstände zwischen
der Rolle und der Anlauffläche nehmen
mit zunehmender Entfernung von dem kleinsten Abstand zu. Der so
entstehende Luftspalt zwischen der Rolle und der jeweiligen Flanke
ist somit keilförmig
ausgebildet. Das Schmiermittel, Öl oder
Fett, formt sich vor dem Eintritt in den Kontakt keilförmig und
gelangt tangential zum Rollenumfang in den Kontakt. Eine stete Zufuhr
von Schmiermittel an den Kontakt ist abgesichert. Durch die aus
dem Kontakt im wesentlichen nur noch tangentialen Kraftkomponenten
auf den Käfig
sind reibungsfördernde radiale
Kraftkomponenten vermieden. Die aus der Reibung im Kontakt resultierende
Wärmemenge
ist wesentlich geringer. Das Schmiermittel ist aufgrund der geringeren
Betriebstemperaturen gerin ger belastet.
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Die
Anlauffläche
erstreckt sich in dem radialen Bereich des Steges zumindest soweit,
dass der vorzugsweise allen Rollen des Käfigs gemeinsamer Teilkreis
die Planflächen
der sich jeweils an den Taschen gegenüberliegenden Stege in Umfangsrichtung
an dem Kontakt durchstößt. Der
Teilkreis ist ein dem Fachmann in der Wälzlagertechnik bekannter Begriff
und definiert einen um die Rotationsachse des jeweiligen Lagers/Käfigs verlaufenden
Kreis, der die Mittenachsen aller im Nenndurchmesser gleich großen Rollen
schneidet, wenn diese an wenigstens einer Laufbahn der Lagerung
radial anliegen. Die Mittenachsen der Rollen sind die Rotationsachsen
der rotationssymmetrisch ausgebildeten Rolle und verlaufen in der
Regel parallel zu der Rotationsachse des Käfigs/Lagers. Der tangentiale
Anlauf jeder Rolle ist auch dadurch abgesichert, dass der maximale
tangentiale auf dem Teilkreis liegende freie Abstand zwischen der
in der Tasche befindlichen Rolle und zwischen den Stegen kleiner
ist als jeder weitere beliebige sich radial oberhalb sowie radial
unterhalb des Teilkreises anschließende tangentiale freie Abstand zwischen
der Rolle und zwischen den Stegen.
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Die
Zufuhr von Schmiermittel wird an den Kontakt weiter verbessert,
wenn die an die Anlauffläche
radial anschließende
Halterung eine in die Tasche gewandte Schrägfläche aufweist. Auch der Abstand
der Schrägfläche zur
Rolle nimmt vorzugsweise mit zunehmenden Abstand von kleinsten und durch
das Bewegungsspiel definierten Abstand zwischen der Rolle und der
Anlauffläche
zu. Die Schrägfläche ist
mit einem stumpfen Winkel zu der Anlauffläche geneigt. Durch die sich
um ihre Mittelachse wälzenden
Rollen wird an der schrägen
Fläche
der Halterung ein Schmierkeil vorgeformt und mittels der Rolle zwischen
die Anlauffläche
und Rolle eingezogen.
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Alternativ
dazu weist die die Halterung eine gekrümmte Fläche auf, die in die Anlauffläche übergeht.
Die gekrümmte
Fläche
geht entweder als Übergangsfläche aus
einer wie zuvor erwähnten
in die Tasche gewandte Schrägfläche hervor
und in die Anlauffläche über, oder
die Halterung ist taschenseitig generell durch eine derartig gekrümmte und
in die Anlauffläche übergehende
Fläche
beschrieben. Auch der Abstand der gekrümmten Fläche zur Rolle nimmt vorzugsweise
mit zunehmenden Abstand von kleinsten und durch das Bewegungsspiel
definierten Abstand zwischen der Rolle und der Anlauffläche zu. Die
Krümmung
der Fläche
ist vorzugsweise in einem Längsschnitt
des Käfigs
entlang der Rotationsachse durch einen Radius beschrieben. Dabei
ist der Radius größer ist
als die Hälfte
des Nenndurchmessers der Rolle in der jeweiligen Tasche.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Gestaltung der
Taschenecken. Unter Taschenecken ist in der in der Regel rechtwinklige Übergang
der Stege in die Seitenränder
zu verstehen. Es ist bekannt, dass an belasteten Käfigen in den
Taschenecken mit kleinen Übergangsradien
vom Steg zum Seitenrand Spitzenspannungen auftreten, die zu Rissen
und zur Zerstörung
der Käfige
führen können. Deshalb
sollten diese Tascheneckenradien so groß wie möglich sein. Außerdem wird
in profilgefrästen
Taschen in den Ecken ein Auslauf für die Formfräser benötigt, durch
den in der Ecke Überschneidungen
zwischen der Fräskontur
des axial geführten
und des längs
geführten
Formfräsers
vermieden werden. Deshalb verläuft
die Anlauffläche
vorzugsweise längs
nicht über
die gesamte Breite des Steges, sondern, längs mit der Rotationsachse gleichgerichtet,
von einer Taschenecke zu einer weiteren Taschenecke bis zu jeweils
einer gekrümmt verlaufenden
Eckfläche.
Die Taschen sind an den Ecken durch die Eckflächen zumindest stellenweise konvex
in den Steg ausgewölbt.
Die Ecken sind von einer sich von der Anlauffläche zu den Innenflanken erstreckenden
Eckfläche
beschrieben, deren Kontur vorzugsweise durch mindestens einen Radius
vorgegeben ist.
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Wie
anfangs erwähnt,
gibt es Käfige,
an denen die entsprechenden Halterungen a.) radial außen oder
b.) radial innen – aber
auch Käfige
an denen Halterungen c.) sowohl radial außen und als auch Halterungen
radial innen ausgebildet sind. Dementsprechend sehen Ausgestaltungen
der Erfindung vor:
- a) dass die jeweilige Rolle
in der Tasche durch wenigsten ein Paar Halterungen radial oberhalb
der Mittelachse der Rolle teilweise radial hintergriffen ist – Außenhalterungen
- b) dass die jeweilige Rolle in der Tasche durch wenigstens ein
Paar Halterungen radial unterhalb der Mittelachse der Rolle teilweise
radial hintergriffen ist – Innenhalterungen
oder
- c) dass die plane Anlauffläche
radial zwischen zwei der Halterungen angeordnet ist, wobei die Halterungen
zumindest in tangentiale Richtung über die Anlauffläche hinausragen,
so dass jeweils ein sich an der Tasche gegenüberliegendes Paar der Außenhalterungen
die jeweilige Rolle in der Tasche radial oberhalb der Mittelachse
radial teilweise hintergreift sowie jeweils ein sich an der Tasche
gegenüberliegendes
weiteres Paar der Innenhalterungen die Rolle radial unterhalb der
der Mittelachse der Rolle radial teilweise hintergreift.
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Die
zuvor genannten Merkmale der Erfindung sind wahlweise auch mit denen
des weiteren unabhängigen
Anspruches kombinierbar, wonach zumindest einige der Stege des Käfigs wenigstens eine
von dem Steg aus radial über
den Steg hinausragende Halterung der Halterungen aufweisen. Jedoch
sieht der unabhängige
Anspruch Merkmale vor, die auch von den zuvor genannten Merkmalen
losgelöst
betrachtet werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Käfig ist
jedoch einheitlich die Reibung, der Verschleiß und daraus folgend die Temperatur
im Kontakt der Rollen an den Flanken reduziert. Weiterhin weist
der Käfig
ein geringes Gewicht auf.
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Dadurch,
dass zumindest einige aber vorzugsweise alle der Stege wenigstens
eine von dem Steg aus radial über
den Steg hinausragende Halterung aufweisen, ist das Gewicht des
Käfigs
erheblich reduziert. Weiter lassen sich bei nachfolgend beschriebener
Anordnung Spaltquerschnitte großer
Abmessung für
einen verbesserten Öldurchfluss
im Käfig
realisieren.
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Wenn,
wie nach einer Ausgestaltung der Erfindung, die Halterung radial über den
Seitenrand und über
den zweiten Seitenrand hinaus steht, ist die radiale Bauhöhe des Seitenrandes
und somit sein bewegtes Gewicht geringer. Das radiale Spaltmaß zwischen
dem Käfigseitenrand
und einen Bord eines Laufringes oder einer Laufbahn des Wälzlagers
ist größer. Vorzugsweise
sind in diesem Fall die radial gerichteten Mantelflächen an
den Seitenrändern,
an denen die Halterung radial über
die Seitenränder
hinaus steht, vorzugsweise gleich weit von der Rotationsachse entfernt.
Der dadurch geschaffenen vergrößerte Spalt
zwischen dem Seitenrand des Käfigs und
einer Laufbahn ist bevorzugt mindestens ein 0,6- bis 0,9-faches
des Nenndurchmessers der Rolle, wodurch der radiale Abstand der
Halterung kleiner ist als das 0,6-fache bis zu 0,9-fache der Rolle.
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Wenn
die oder die Halterungen radial auf gleicher Höhe mit dem Seitenrand des Käfigs abschließen, steht
die Halterung maximal radial soweit über den Steg hinaus, wie wenigstens
einer der Seitenränder,
vorzugsweise alle Seitenränder,
radial gleichgerichtet mit der Halterung maximal über den Steg
hinaus steht. In diesem Fall ist ein vergrößerte radialer Spalt zwischen
einer Laufbahn und den Stegen geschaffen. In beiden zuvor genannten
Fällen sind
radial vergrößerte Spaltquerschnitte
vom Käfig zur
Umgebung für
verbesserte Schmierstoffzirkulation im Lager geschaffen.
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Die
radial hervorstehende Halterung kann – muss aber nicht mittels des
die Flanken bearbeitenden Formfräsers
hergestellt sein.
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Der
Durchfluss von Schmierstoff im Käfig
ist weiter verbessert, wenn der Käfig an jedem Steg, anstelle
einer sich von Taschenecke zu Taschenecke erstreckenden Halterung,
mindestens zwei der Halterungen pro Steg auf weist. Die Halterungen
an dem gemeinsamen Steg sind axial des Käfigs, also in Längsrichtung
der Rotationsachse, zueinander beabstandet. Zwischen den Halterungen
kann zusätzlich Schmierstoff
zum Kontakt im Käfig
und zum Wälzkontakt
an den Laubahnen zu- oder abgeführt
werden. Außerdem
ist der Widerstand gegen das Einschnappen von Rollen über zwei
der schmalen Halterungen geringer als bei sich längs von Ecke zu Ecke erstreckenden
Halterungen. Das Abbilden von Schürfspuren an den Wälzkörpern durch
das Einschnappen ist vermieden bzw. eventuelle Schürfspuren
sind von der Hauptbelastungszone der Rollen ferngehalten.
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Der
erfindungsgemäße Käfig ist
sowohl für die
Aufnahme von zylindrischen aber auch für die Aufnahme von balligen
Rollen geeignet. Deshalb ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung
auch vorgesehen, dass der Größtwert der
tangentialen Entfernung an der tangential engsten Stelle zwischen
zwei sich an einer Rolle gegenüberliegenden
der Halterungen zumindest kleiner ist, als das Kleinstmaß des Durchmessers
der Rolle an der engsten Stelle. Der Durchmesser der Rolle ist bei
zylindrischen Rollen an der engsten Stelle gleich dem Nenndurchmesser,
jedoch bei ballig ausgebildeten Rollen, aufgrund des zu den Stirnseiten
der Rollen hin abnehmenden Durchmessers, an der engsten Stelle kleiner
als der Nenndurchmesser. Die Angabe Durchmesser schließt die üblicherweise
zulässigen
Durchmessertoleranzen der Rollen mit ein.
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Die
tangentiale Entfernung ist somit durch elastisches Verformen der
einander gegenüberliegenden
Halterungen an der engsten Stelle mittels der Rolle elastisch zumindest
auf die Größe des Größtmaßes des
Durchmessers der Rolle an der engsten Stelle erweiterbar. Die tangentiale
Entfernung ist bevorzugt wenigstens Tausendstel eines Millimeters kleiner
als das Kleinstmaß des
Durchmessers der Rolle an der engsten Stelle.
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Die
Erfindung gilt für
alle einteilig ausgeführten
Käfige
die i.) außenbordgeführt, ii.)
innenbordgeführt
oder iii.) wälzkörpergeführt sind.
Die zwischen den Laufringen einer Lagerung umlaufenden Käfige sind
wahlweise:
- – i.) an Außenborden oder an der Außenlaufbahnen
eines äußeren Laufringes
der Lagerung geführt.
Für diese
Anordnung gilt, dass der maximale radiale Ringspalt zwischen der
jeweiligen zylindrischen Außenumfangsflächen der
Seitenränder und
dem jeweiligen radial außen
liegenden Führungsbord
kleiner ist als das radiale Bewegungsspiel mit dem die Rolle in
der Tasche zwischen einem Paar von Innen- und einem Paar von Außenhalterungen
radial beweglich ist (Rollendurchhang). Dabei ist zugleich der radiale
Ringspalt zwischen der zylindrischen Innenmantelfläche der Seitenränder und
dem jeweiligen radial innen liegenden Innenbord bzw. einer Innenlaufbahn
größer als
die Spalte zwischen der zylindrischen Außenumfangsfläche der
Seitenränder
zu dem Führungsbord.
Der Käfig
wird demnach, z.B. aufgrund von Fliehkräften im Betrieb radial nach
außen
gegen die Führungsborde
gedrückt
und gleitet dort durch den außen
liegenden Führungsbord
geführt an
diesem in Umfangsrichtung entlang, ohne dass der Käfig mittels
der Innenhalterungen an den Rollen zurückgehalten wird und ohne dass
der Käfig
mit den Innenmantelflächen
der Seitenränder
den jeweiligen Innenbord berührt.
- – ii.)
am Innenbord oder an der Innenlaufbahn eines inneren Laufringes
der Lagerung geführt.
Für diese
Anordnung gilt, dass der maximale radiale Ringspalt zwischen den
zylindrischen Innenumfangsflächen
der Seitenränder
zu dem jeweiligen radial innen liegenden Führungsbord kleiner ist als
das radiale Bewegungsspiel mit dem die Rolle in der Tasche zwischen
einem Paar von Innen- und einem Paar von Außenhalterungen radial beweglich
ist (Rollendurchhang). Dabei sind zugleich die radialen Ringspalte
zwischen der zylindrischen Außenmantelfläche der
Seitenränder und
dem jeweiligen radial außen
liegenden Bord bzw. einer Außenlaufbahn
größer als
die Spalte zwischen der zylindrischen Innenumfangsfläche der
Seitenränder
zu dem Führungsbord.
Der Käfig wird
demnach, z.B. aufgrund von Fliehkräften im Betrieb radial an den
Innenbord gedrückt
und gleitet dort, durch den Führungsbord
geführt
an diesem in Umfangsrichtung entlang, ohne dass der Käfig mittels
der Außenhalterungen
an den Rollen zurückgehalten
wird und ohne dass der Käfig
mit den Außenmantelfläche der
Seitenränder
den jeweiligen Außenbord
berührt.
- – iii.)
durch die Wälzkörper geführt. Für diese
Anordnung gilt, dass der jeweilige maximale radiale Ringspalt zwischen
den zylindrischen Innenumfangsflächen
der Seitenränder
zu den jeweiligen radial innen liegenden Borden/Laufbahnen sowie der
maximale radiale Ringspalt zwischen den zylindrischen Außenumfangsflächen der
Seitenränder
zu dem radial außen
liegenden Borden/Laufbahnen größer ist
als das radiale Bewegungsspiel mit dem die Rolle in der Tasche zwischen
einem Paar von Innen- und einem Paar von Außenhalterungen radial beweglich
ist (Rollendurchhang). Der Käfig
wird demnach, z.B. aufgrund von Fliehkräften im Betrieb radial nach
außen
bewegt und durch die Innenhalterungen an den Rollen gehalten, ohne
dabei die Innen- oder Außenborde
zu berühren.
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Dadurch
ergibt sich dass:
- – die Halterungen radial außen des
Käfigs
radial über
den Steg hinausragen – gilt
vorwiegend für ii.)
aber wahlweise auch für
iii.)
- – die
Halterungen radial innen des Käfigs
radial über
den Steg hinausragen – gilt
vorwiegend für
i.) aber auch für
iii.).
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Weitere
Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele
zur Gestaltung der Halterungen sind in dem Kapitel „Beschreibung
der Zeichnungen" näher beschrieben.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
vereinfacht ein Ausführungsbeispiel
eines Käfigs 1 für Wälzlager
mit Rollen 5, mit einem ersten Seitenrand 6, mit
einem zweiten Seitenrand 6, mit Stegen 7 und mit
umfangsseitig zueinander benachbarte Taschen 8 für die Rollen 5.
Der Käfig 1 ist
einteilig mit den Stegen 7 und den Seitenrändern 6 ausgebildet.
Die Stege 7 sind zwischen dem ersten Seitenrand 6 und
dem zweiten Seitenrand 6 längs der Rotationsachse 1a des
Käfigs
ausgerichtet.
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2 zeigt
beispielhaft den Längsschnitt durch
eine Tasche 9 entlang der Rotationsachse, in diesem Fall
für einen
am Innenbord eines nicht dargestellten Innenringes geführten Käfig 2. 2a zeigt
die Draufsicht auf die Tasche 9. 2b zeigt den
Querschnitt der Tasche 9 entlang quer zur Rotationsachse
mit einer Rolle 5 und 2c den
Querschnitt nach 2b vergrößert und nicht maßstäblich.
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3 zeigt
beispielhaft den Längsschnitt durch
eine Tasche 10 entlang der Rotationsachse des Käfigs für einen,
in diesem Fall am Außenbord
eines nicht dargestellten Außenringes
bzw. einen über die
Rollen 5 geführten
Käfigs 3. 3a zeigt
den Querschnitt der Tasche, quer zur Rotationsachse geschnitten,
für den
außenbordgeführten Käfig 3 und 4 den
Schnitt der Tasche 11 quer zur Rotationsachse für den über die
Rollen geführten
Käfig 4,
beide Darstellungen vergrößert und
nicht maßstäblich.
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5 ist
die vereinfachten Schnittdarstellung längs einer weiteren Tasche 12,
bei der die Halterungen 14 radial in Richtung der Rotationsachse über den
Steg und die Seitenränder
hinaus stehen. In 5a ist die Tasche 12 in
einer in einer quer zur Rotationsachse verlaufenden Schnittebene
dargestellt.
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6 ist
die vereinfachte Schnittdarstellung längs einer weiteren Tasche 13,
bei der die Halterungen 14 radial in Richtung der Rotationsachse über den
Steg 7 hinaus stehen und mit den Seitenrändern 6 auf
gleicher radialer Höhe
abschließen.
In 6a ist die Tasche 13 in einer quer zur
Rotationsachse verlaufenden Schnittebene dargestellt.
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7 zeigt
schematisch und stark vergrößert, den
Kontakt einer Rolle 5 zu einer Flanke 16 eines
Steges.
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In 8 sind
die Messergebnisse zu Temperaturmessungen bei dem Betrieb von Wälzlagern 17, 18, 19 an
verschiedenen Ausführungen
von einteilig ausgebildeten Käfigen
gegenübergestellt.
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Die
Taschen sind umfangsseitig durch gegenüberliegenden Flanken 16 an
den Stegen 7 sowie von zwei einander längs der Rotationsachse gegenüberliegenden
Innenflanken 20 der Seitenränder 6 begrenzt. Der
größte tangentiale
freie Abstand U zwischen den sich an einer der Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberliegenden
Flanken 16 ist größer als
der größte Durchmesser
D der jeweiligen Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11.
An den Stegen 7 sind Halterungen 14, 15 für die Rollen
ausgebildet. Der größte tangentiale
freie Abstand T1 und T2 zwischen
zwei sich jeweils an einer Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberliegenden
der Halterungen 14, 15 ist kleiner als der größte Nenndurchmesser
DN der jeweiligen Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11.
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Die
Flanken 16 weisen eine fertige profilgefräste Kontur
auf, die ein negatives Abbild einer positiven äußeren Schneidkontur eines in 6a gestrichelt
dargestellten Formfräsers 21 ist.
Die Flanken 16 weisen jeweils mindestens eine zu den Taschen 8, 9, 10, 11 gewandte
plane Anlauffläche 22 für die jeweilige
Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11 auf,
wobei die Anlauffläche 22 radial
zwischen der radial inneren Halterung 14, 15 und
der radial äußeren Halterung 14, 15 ausgebildet
ist. Die Halterungen 14, 15 ragen in tangentiale
Richtung über
die jeweilige Anlauffläche
hinaus.
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Die
jeweilige Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11 ist
durch die Halterung 14 bzw. 15 radial oberhalb der
Mittelachse 5a der Rolle 5 und durch die Halterung 14 bzw. 15 radial
unterhalb der Mittelachse 5a der Rolle 5 teilweise
radial hintergriffen. Somit hintergreift jeweils ein sich an der
Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberliegendes
Paar der Halterungen 14 bzw. 15, von zwei an der
Tasche 8, 9, 10, 11 zueinander
benachbarten Stegen 7, die jeweilige Rolle 5 in
der Tasche 8, 9, 10, 11 radial
oberhalb der Mittelachse 5a sowie jeweils ein sich an der
Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberliegendes
weiteres Paar der Halterungen 14 bzw. 15 die Rolle 5 radial
unterhalb der Mittelachse 5a radial teilweise.
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Die
Anlauffläche 22 verläuft längs mit
der Rotationsachse gleichgerichtet, von einer Taschenecke 23 zu
einer weiteren Taschenecke 23 (2a). Die Stege 7 gehen
an den Ecken 23 in einen der Seitenränder 6 über. Die
Anlauffläche 22 gehen
an den Ecken 23 jeweils in eine gekrümmt verlaufende Eckfläche 23a über. Die
Tasche 8, 9, 10, 11 ist an den Ecken 23 durch
die Eckflächen 23a zumindest
stellenweise konvex in den Steg 7 ausgewölbt. Die
Wölbung
ist dabei durch die Radien r1 und r2 sowie eine Planfläche 25 beschrieben,
an der die gekrümmten Abschnitte
der Eckfläche 23a auslaufen.
Die Radien r1 und r2 entsprechen
dem 0,05-fachen bis 0,2-fachen des Nenndurchmessers DN der
jeweiligen Rolle 5 in der Tasche.
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7 den
Anlauf der Rollen 5 an dem Kontakt 27 in Umfangsrichtung.
Der zwischen dem Kontaktpunkt 27 und der Rolle 5 ausgebildete
maximale freie Abstand TS ist kleiner als
ist als jeder weitere beliebige sich radial oberhalb sowie radial
unterhalb des Teilkreises anschließende tangentiale freie Abstand TS1 – TSX zwischen der Rolle 5 zwischen
den Stegen 7 in der Tasche. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass in der Darstellung nach 7 zur Beschreibung
des freien Abstandes TS (Taschenspiel) die
Rolle an dem gegenüberliegenden
sowie nicht dargestellten Kontakt des anderen Steges der gleichen
Tasche anliegt.
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Die
Halterungen 14, 15 weisen jeweils eine in die
Tasche gewandte Schrägfläche 28 bzw. 29 auf, wobei
jede der Schrägflächen 28, 29 mit
einem stumpfen Winkel zu der Anlauffläche geneigt ist. Die Halterungen 14 gehen
vorbehaltlich eines nicht nennenswerten Radius taschenseitig an
der Schrägfläche 28 in
die Anlauffläche 22 über. An
den Halterungen 15 folgt der Schrägfläche 29 eine gekrümmte Fläche 30.
Die Schrägfläche 29 und
die Fläche 30 verlaufen
gleichgerichtet mit der Rotationsachse längs der Tasche 8, 9, 10, 11.
Die Fläche 30 ist
von der Tasche 8, 9, 10, 11 aus
konvex ausgekrümmt.
Die Krümmung
ist durch den Radius RK beschrieben, der größer als
der Nenndurchmesser DN der Rolle 5 ist. Das
Schmiermittel, Öl
oder Fett, formt sich vor dem Eintritt in den Kontakt 27 keilförmig und
gelangt tangential zum Rollenumfang in den Kontakt 27 (7). Eine
stete Zufuhr von Schmiermittel an den Kontakt 27 ist abgesichert.
Durch die sich um ihre Mittelachse 5a in diesem Fall in
die Pfeilrichtung wälzenden
Rollen 5 wird an der Schrägfläche 28, 29 der
Halterung 14, 15 der Schmierkeil 41 vorgeformt
und mittels der Rolle 5 zwischen die Anlauffläche und
Rolle eingezogen.
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Der
innenbordgeführte
Käfig 2 nach
den 2 bis 2c weist pro Steg 7 zwei
radial über den
Steg 7 und die Seitenränder 6 hervorstehende erste
Halterungen 14 (in diesem Fall Außenhalterungen) sowie eine
tangential in die Tasche hervorstehende zweite Halterungen 15 (in
diesem Fall Innenhalterungen) auf. Die Halterungen 14 an
dem gemeinsamen Steg 7 sind axial, also in Längsrichtung der
Rotationsachse, zueinander beabstandet und sind beide gleich weit
von der Taschenmitte M entfernt. Beide Halterungen 14 sind
gleich weit von der Rotationsachse entfernt.
-
Die
Halterung 15 verläuft
längs zwischen
den Eckflächen 23a.
Die radial nach außen
gerichteten Mantelflächen 31 an
den Seitenränder 6 und
die radiale Oberkante bzw. Mantelfläche 32 zur radialen
Begrenzung des Steges 7 sind gleich weit von der Rotationsachse
entfernt.
-
Wie
aus 2b ersichtlich ist, ist jeweils eine Rolle 5 pro
Tasche 9 radial nach außen durch die Halterungen 14 und
radial nach innen durch die Halterung 15 in der Tasche 9 gehalten.
Dabei ist die Rolle 5 innerhalb eines vorbestimmten Durchhanges
dH radial frei in der Tasche 9 beweglich. Die Halterungen 14 sind
jeweils durch eine zur Tasche 9 weisende Stirnfläche 33 und
eine sich der Stirnfläche 33 radial nach
innen anschließende
Schrägfläche 28 beschrieben
(2c). Die Schrägfläche 28 ist
um den Winkel α zu
einer Ebene E geneigt, die parallel zur Längsebene des Käfigs verläuft.
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Die
Halterung 15 weist eine Stirnfläche 33 auf, der sich
radial nach innen eine Schrägfläche 29 anschließt. Die
Schrägfläche 29 ist
um den Winkel β zu
einer Ebene geneigt, die parallel zur Rotationsachse des Käfigs 2 verläuft. An
einer gekrümmten und
durch den Radius RK beschriebenen Fläche 30 geht
die Schrägfläche 29,
tangential zu dem zylindrischen Außenmantelfläche 5b der Rolle 5 betrachtet, in
die Anlauffläche 22 über. Das
tangential engste Stelle, an der sich die Halterungen 14 einer
Tasche 9 gegenüberliegen
ist das Schnappmaß S.
Der Käfig 2 wird
demnach radial von außen
mit den Rollen 5 befüllt.
Der engste Abstand A zwischen den Halterungen 15 ist kleiner
als das Schnappmaß S.
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Der
außenbordgeführte Käfig 3 nach
den 3 bis 3a weist pro Steg 7 zwei
radial nach innen über
den Steg 7 und die Seitenränder 6 hervorstehende
Halterungen 14 sowie eine tangential in die Tasche hervorstehende
Halterung 15 auf. Die Halterungen 14 an dem gemeinsamen
Steg 7 sind axial, also in Längsrichtung der Rotationsachse,
zueinander beabstandet und sind beide gleich weit von der Taschenmitte
M entfernt. Der axiale Abstand V zwischen den Halterungen 14 entspricht
an der engsten Stelle wenigstens zwei Fünfteln bis zu einem Viertel der
axial gleichgerichteten Länge
der jeweiligen Rolle in der Tasche. Die Halterung 15 verläuft längs zwischen
den Eckflächen 23a.
Die radial nach außen
gerichteten Mantelflächen 31 an
den Seitenrändern
und die radiale Oberkante bzw. Mantelfläche 32 zur radialen
Begrenzung des Steges 7 sind gleich weit von der Rotationsachse entfernt.
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Die
radial innen liegenden Halterungen 14 sind jeweils durch
eine zur Tasche 10 weisende Stirnfläche 33 und eine sich
der Stirnfläche 33 radial
nach innen anschließende
Schrägfläche 28 beschrieben (3a).
Die Schrägfläche 28 ist
um den Winkel α zu einer
Ebene geneigt, die parallel zur Längsebene des Käfigs 5 verläuft.
-
Die
Halterung 15 weist eine Stirnfläche 33 auf, der sich
radial nach innen eine Schrägfläche 29 anschließt. Die
Schrägfläche 29 ist
um den Winkel β zu
einer Ebene E geneigt, die parallel zur Rotationsachse des Käfigs 5 verläuft. An
einer gekrümmten und
durch den Radius RK beschriebenen Fläche 30 geht
die Schrägfläche 29,
tangential zu dem zylindrischen Außenmantelfläche 5b der Rolle 5 betrachtet, in
die Anlauffläche 22 über. Der
Radius RK ist größer als die Hälfte des
Nenndurchmessers DN der Rolle 5. Das
tangential engste Stelle, an der sich die Halterungen 14 einer
Tasche gegenüberliegen
ist das Schnappmaß S.
Das Schnappmaß S
ist wenigstens Tausendstel eines Millimeters kleiner als das Kleinstmaß des Durchmessers
der Rolle 5 an der engsten Stelle zwischen den Halterungen 14.
Der Käfig 2 wird demnach
radial von innen mit den Rollen befüllt. Der engste Abstand A zwischen
den Halterungen 15 ist kleiner als das Schnappmaß S und
entspricht dem 0,92-fachen bis 0,96-fachen des Nenndurchmessers DN der Rolle 5 in der Tasche 10.
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Beim
Käfig 4 nach 4 weisen
die beiden Halterungen 15 pro Steg die Stirnfläche 33 auf,
der sich eine durch den Radius RX beschriebene
gekrümmte
Fläche 35 anschließt. Die
Fläche 35 geht
in die Anlauffläche 22 über.
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Von
den jeweiligen Halterungen 14, 15 an den Stegen 7 der
Käfige 1, 2, 3 weisen
zumindest die einander an einer Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberliegenden
Flanken 16 eine profilgefräste Kontur auf.
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In
den Darstellungen nach 5 und 5a ist beschrieben,
wie die Halterungen 14 radial nach innen über die
Seitenränder 6 und
den Steg 7 hinaus hervorstehen. Die radial nach innen gewandten
Mantelflächen 31, 32 der
Seitenränder 6 und
der Stege 7 schließen
radial auf gleicher Höhe
ab. Die an einem Steg 7 voneinander abgewandten und dabei
jeweils einer anderen von zwei benachbarten Tasche zugewandten Halterungen 14 sind
an einer gemeinsamen Rippe 36 ausgebildet, die sich in
Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten der Taschen 12 erstreckt.
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Die 6 und 6a zeigen
die Tasche 13 eines Käfigs,
bei dem die erste Halterung 14 (in diesem Fall Innenhalterungen)
maximal radial soweit über
den Steg 7 hinaus steht, wie wenigstens einer der Seitenränder 6 radial
gleichgerichtet mit der ersten Halterung 14 maximal über den
Steg 7 hinaus steht. Die Halterungen 14 stehen
demnach an diesem Käfig
zwar radial nach innen über
den Steg 7, jedoch nicht über die Seitenränder 6 hinaus.
Die Anlaufflächen 22 gehen
an den zweiten Halterungen 15 (in diesem Fall Außenhalterungen)
in eine gekrümmte
Fläche 34 über.
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Die
Seitenränder 6 nach
den 5 und 6 weisen an dem radial über die
Stege 7 hinausragenden Teil der Seitenränder 6 jeweils innen
und außen
eine Fase 37 auf. Diese Fase 37 dient der Reduzierung
von Spitzenspannungen und der Reduzierung des Gewichts der Käfige.
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Aus 7,
ist ersichtlich, dass die Halterungen 14 radial nach innen über den
Steg 7 und über die
Seitenränder 6 hinaus
stehen und dass der kleinste radialer Abstand 24 der Seitenränder 6 an der
radialen Seite der Seitenränder 6, über die
die erste Halterung 14 hinaus steht, zu einer sich den Seitenrändern 6 in
radiale Richtung anschließenden Oberfläche einer
Laufbahn 38 der Rollen 5 mindestens einem 0,6
fachen bis zu einem 0,9 fachen des Nenndurchmessers DN der
Rolle 5 entspricht. Demnach ist der radiale Abstand der
ersten Halterung 14 kleiner als das 0,6 fache bis zu 0,9
fache des Nenndurchmessers DN einer Rolle 5.
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Die
Erfindung macht es möglich,
dass für
das Profilfräsen
der Taschen 8, 9, 10, 11 an
Käfigen 1, 2, 3, 4 in
Lagern unterschiedlicher Abmessungen und somit unterschiedlicher
Tragzahlen, jedoch mit Rollen 5 gleichen Nenndurchmessers
DN, die gleichen Formfräser eingesetzt werden können, da
der Querschnitt der Taschen 8, 9, 10, 11 gleich
ist und der Längsschnitt
nur von der Nennlänge
der Rollen 5 abhängig
ist.
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8 zeigt
ein Diagramm, in dem Messwerte von Wälzlagern 17, 18, 19 einteiligen
Messingmassivkäfigen
NU/NUP214 aus einem Lasteinfallversuch WS18 aus hausinternen Versuchen
gegenübergestellt
sind. Die Versuchsbedingen waren dabei:
- – radiale
Last von 12 kN bei
- – einer
Drehzahl von 4800 U/min
- – und
mit einem Öldurchlauf
bei einem Volumenstrom von 0,3 I/min
- – mit
einem vorhergehenden Einlauf bei einer Drehzahl von 1400 U/min über 24 Stunden.
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Die
Messergebnisse waren die Übertemperaturen
T am Außenring
der jeweiligen Lager 17, 18, 19. Geprüft wurden:
- – ein
Lager mit einem Käfig 17 des
Standes der Technik mit einem gekrümmten Anlauf
- – ein
Lager mit erfindungsgemäßem Käfig 18,
bei dem die Rollen an einer planen Anlauffläche der Flanken der Stege anlaufen – bei dem
jedoch noch alle Halterungen nicht radial über den Steg hinaus ste hen
und
- – ein
Lager mit erfindungsgemäßem Käfig 19,
bei dem die Rollen an einer planen Anlauffläche der Flanken der Stege anlaufen
und bei dem jeweils ein Paar der Halterungen an einem Steg radial über den
Steg und über
die Seitenränder
hinausragt.
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Wie
aus dem Diagramm ersichtlich ist, liegen sowohl die statistischen
Mittelwerte 39 als auch die Höchstwerte 40 der Temperaturen
für das
Lager 17 über
den Werten der Lager 18 und 19. Das Lager 18 weist
gegenüber
dem Lager 17 nach Stand der Technik schon ein verbessertes
Temperaturverhalten hinsichtlich sowohl der statistischen Mittelwerte 39 als auch
hinsichtlich der Höchstwerte 40 auf.
Die Temperaturen am Lager 19 sind vorteilhaft deutlich
niedriger.
-
- 1
- Käfig
- 1a
- Rotationsachse
- 2
- Käfig
- 3
- Käfig
- 4
- Käfig
- 5
- Rolle
- 5a
- Mittelachse
- 5b
- Außenmantelfläche
- 6
- Seitenrand
- 7
- Steg
- 8
- Tasche
- 9
- Tasche
- 10
- Tasche
- 11
- Tasche
- 12
- Tasche
- 13
- Tasche
- 14
- Halterung
- 15
- Halterung
- 16
- Flanke
- 17
- Wälzlager
- 18
- Wälzlager
- 19
- Wälzlager
- 20
- Innenflanke
- 21
- Formfräser
- 22
- Anlauffläche
- 23
- Taschenecke
- 23a
- Eckfläche
- 24
- Abstand
- 25
- Planfläche
- 26
- Teilkreis
- 27
- Kontakt
- 28
- Schrägfläche
- 29
- Schrägfläche
- 30
- Fläche
- 31
- Mantelfläche
- 32
- Mantelfläche
- 33
- Stirnfläche
- 34
- Fläche
- 35
- Fläche
- 36
- Rippe
- 37
- Fase
- 38
- Laufbahn
- 39
- Mittelwert
- 40
- Höchstwert
- 41
- Schmierkeil