DE102006022951A1

DE102006022951A1 - Käfigsegment für einen Käfig eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE102006022951A1
Application number: DE102006022951A
Authority: DE
Inventors: Dieter Jauernig; Martina Gramann; Herbert Rost; Rudolf Zeidlhack; Horst GEISSDÖRFER
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-11-22
Also published as: WO2007131478A2; JP2009537003A; EP2018486A2; US20090208161A1; WO2007131478A3

Abstract

Ein Käfigsegment (1) für einen Käfig eines Wälzlagers mit mindestens zwei in Umfangsrichtung verlaufenden Umfangsstegen (2, 3) und mindestens zwei Verbindungsstegen (4), wobei die Umfangsstege (2, 3) und die Verbindungsstege (4) mindestens eine Tasche (5) zur Aufnahme eines Wälzkörpers (20) bilden. Dabei weist das Käfigsegment (1) eien Kopplungseinheit (10, 11, 12, 13) auf, die ausgebildet ist, um das Käfigsegment (1) stirnseitig mit einem weiteren Käfigsegment zu verbinden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Käfigsegment für einen Käfig eines Wälzlagers, einen daraus gebildeten Käfig sowie ein Wälzlager mit solchen Käfigsegmenten. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Großwälz – Rollenlager (mit einem Teilkreisdurchmesser von mehr als 500 mm) für alle Lagerbauarten beschrieben.
Käfige für Wälzlager sind vielfach bekannt und dienen dazu, Käfigtaschen bereitzustellen, in denen Wälzkörper gehalten und geführt werden. Beim Betrieb eines solchen Wälzlagers kann es jedoch zu einer Quell- und/oder Temperaturausdehnung des Materials, aus dem die Käfigsegmente gefertigt sind, kommen. Dies kann zu starken Spannungen im Käfig führen, weil sich üblicherweise das Material des Käfigs bzw. der Käfigsegmente wesentlich stärker thermisch ausdehnt, als das üblicherweise aus Stahl gefertigte Wälzlager. Die mechanischen Spannungen können zu einer Erhöhung der Reibung, zu einem Verklemmen oder gar zu einem Bruch des Käfigs führen.
Daneben wurde beispielsweise in der Druckschrift DE 102 46 825 A1 vorgeschlagen, einen Käfig aus mehreren Käfigsegmenten zu bilden, die nicht miteinander verbunden d. h. lose eingebaut sind und die so dimensioniert sind, dass bei einer Aneinanderreihung zwischen den benachbarten Stirnseiten eines letzten und eines ersten Käfigsegmentes ein Zwischenraum verbleibt, um eine quell- und/oder temperaturbedingte Ausdehnung aufzunehmen, so dass mechanische Spannungen vermieden werden. Damit ergibt sich ein Gesamt-Endspiel. Derartige Käfige werden insbesondere in spielfreien oder vorgespannten Wälzlagern für Windkraft-Anlagen eingesetzt.
Der mögliche Zwischenraum zwischen den Käfigsegmenten hat jedoch den Nachteil, dass im Betrieb in den und zwischen den Käfigsegmenten durch Quellen und Ausdehnung höhere Kräfte auftreten, die zu einer plastischen Verformung oder auch Rißbildung an den Kunststoff-Käfigsegmenten führen können. Auch kann dadurch die Reibung im Lager erheblich ansteigen. Höhere Temperaturen und/oder Verschleiß kann dabei auftreten.
Daneben sind aus dem Stand der Technik Stahl-Bolzen-Käfige in unterschiedlichen Bauarten in Wälzlagern bekannt, beispielsweise bei Walzenpressen oder Vortriebsmaschinen. Der Nachteil derartiger Käfige sind jedoch die relativ hohen Herstellungskosten und das ebenso relativ hohe Gewicht derartiger Käfige.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein Käfigsegment für einen Käfig eines Wälzlagers zur Verfügung zu stellen, mit dem einerseits mechanische Spannungen eines aus den Käfigsegmenten gebildeten Käfigs für ein Wälzlager und andererseits eine erhöhte Abnutzung aufgrund von Zwangskräften vermieden werden können. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Käfig mit solchen Käfigsegmenten sowie ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen. Daneben soll eine kostengünstige Käfigausführung zur Verfügung gestellt und sowohl die Reibung als auch das Gewicht des Käfigs reduziert werden. Auch soll ein Segment mit ausreichender Festigkeit und Steifigkeit zur Verfügung gestellt werden und eine zufrieden stellende Maßhaltigkeit des Käfigsegments erreicht werden.
Weiterhin sind ein günstiges Gleit- und Abriebverhalten sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber Chemikalien und eine prozesssichere Herstellbarkeit wünschenswert.
Daneben soll ein Lagerkäfig zur Verfügung gestellt werden, der sich insbesondere für große Rollenlager als Alternative zu Stahlbolzenkäfigen anbietet und insoweit eine technisch gleichwertige oder sogar bessere, jedoch kostengünstigere, Lösung bietet.
Diese Aufgabe wird durch das Käfigsegment nach Anspruch 1 sowie durch den Käfig und das Wälzlager gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Käfigsegment für einen Käfig eines Wälzlagers vorgesehen. Das Käfigsegment weist mindestens zwei in Umfangsrichtung des Käfigs verlaufende Umfangsstege und mindestens zwei Verbindungsstege auf, wobei die Umfangsstege und die Verbindungsstege wenigstens eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers bilden. Erfindungsgemäß weist das Käfigsegment eine Kopplungseinheit auf, die ausgebildet ist, um das Käfigsegment stirnseitig mit einem weiteren Käfigsegment zu verbinden.
Das erfindungsgemäße Käfigsegment ermöglicht den Aufbau eines Käfigs für ein Wälzlager, bei dem die Käfigsegmente einerseits miteinander gekoppelt sind, so dass ein Gegeneinanderschlagen der Käfigsegmente beim Betrieb des Wälzlagers vermieden werden kann. Andererseits kann ein mit er findungsgemäßen Segmenten hergestellter Käfig kostengünstiger hergestellt werden als die aus dem Stand der Technik bekannten Stahl – Bolzen – Käfige.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungseinheit so ausgebildet, dass eine Verbindung mit dem weiteren Käfigsegment eine Spielpassung aufweist. Auf diese Weisewerden mechanische Spannungen des durch die Käfigsegmente gebildeten Käfigs vermieden, da die Käfigsegmente über die jeweiligen Kopplungseinheiten so miteinander verbunden sind, dass die Verbindung zu einem weiteren Käfigsegment mit einer Spielpassung versehen ist. Dadurch kann eine Quell- und/oder Temperaturausdehnung eines durch mehrere der erfindungsgemäßen Käfigsegmente gebildeten Käfigs in den Kopplungseinheiten aufgenommen werden, ohne dass mechanische Spannungen entstehen. Vorzugsweise ist daher die Kopplungseinheit so ausgelegt, dass die Spielpassung eine Größe aufweist, um Quell- und Temperaturausdehnungen des Käfigsegmentes aufzunehmen.
Damit ist im Prinzip die Konstruktion der Käfigsegmente so ausgeführt, dass sich um jeden Wälzkörper eine Tasche bzw. Kassette ergibt, die aneinander gereiht eine gemeinsame größere Einheit für mehrere Wälzkörper ergeben. Auch kann das Käfigsegment so beschrieben werden, dass sich in Umfangsrichtung des Käfigs zwischen jedem Wälzkörper eine Wand oder ein Verbindungssteg befindet und diese Wände bzw. Stege auf beiden Seiten in Umfangsrichtung mit einem Umfangssteg bzw. Verbindungssteg, der auch als Band oder Bord bezeichnet werden kann, verbunden sind. Dabei wird die Größe der Käfigsegmente sowie deren Anzahl je Wälzkörperreihen auf die Lagergröße, den Laufbahndurchmesser und die Lagerringegeometrie abgestimmt. Vorzugsweise sind pro Käfigsegment 2 bis 10 Taschen für entsprechend 2 bis 10 Wälzkörper vorgesehen.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Käfigsegment bezüglich der Umfangsrichtung an einer ersten Stirnseite ein erstes Kopplungselement und an einer zweiten Stirnseite ein zweites Kopplungselement auf, die zueinander komplementär ausgebildet sind. Insbesondere sind das erste und das zweite Kopplungselement so ausgebildet, dass sie miteinander formschlüssig verbindbar sind.
Beim Zusammenbau werden die Käfigsegmente so miteinander verbunden bzw. ineinander gesteckt, dass sich bevorzugt eine im Wesentlichen gleichmäßige Spielaufteilung am Umfang des Käfigs ergibt und die Segmente auch bei Quell- oder Temperaturausdehnung ihre Position beibehalten können.
Weiterhin können das erste und das zweite Kopplungselement als zueinander komplementäre Steckverbindungselemente ausgebildet sein, so dass gleichartige Käfigsegmente miteinander zu einem Käfig verbunden werden können.
Innerhalb der Steckverbindung ist bevorzugt eine kleine Spielpassung enthalten, welche die geringen Änderungen beispielsweise durch Temperaturänderungen weitgehend aufnehmen kann. Daneben wird bevorzugt die Geometrie der Segmente so abgestimmt, dass der Abstand zwischen dem radialen Führungsdurchmesser der geschlossenen Segmente und der Außenringlaufbahn des Wälzlagers hin ausreichend groß ausgeführt wird, um die möglicherweise zusätzlich auftretenden Durchmesservergrößerungen noch aufnehmen zu können. Dies wird unten unter Bezugnahme auf ein erfindungsgemäßes Lager genauer erläutert.
Volumenänderungen, mit denen gewissermaßen Durchmesseränderungen einhergehen, können entsprechend dem Stand der Technik und dem verwendeten Werkstoff bei der Geometriefestlegung berücksichtigt werden.
Vorzugsweise weist das erste Kopplungselement einen in Umfangsrichtung herausragenden Kopplungssteg auf, wobei das zweite Kopplungselement eine Kopplungsausnehmung zum Aufnehmen des Kopplungssteges eines ersten Kopplungselementes eines weiteren Käfigsegmentes aufweist. Insbesondere kann der Kopplungssteg als Verlängerung eines der Umfangsstege ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Kopplungssteg mit einem davon abstehenden Verrastungselement versehen sein, wobei in dem Bereich der Kopplungsausnehmung eine Verrastungsausnehmung vorgesehen ist, die durch das Verrastungselement eines ersten Kopplungselementes eines weiteren Käfigsegmentes bezüglich der Umfangsrichtung hintergreifbar ist, um eine formschlüssige Verbindung zu schaffen. Insbesondere kann das Verrastungselement als Stift ausgebildet sein, der in eine Verrastungsöffnung in der Kopplungsausnehmung des zweiten Kopplungselementes aufnehmbar ist.
Alternativ kann der Kopplungssteg mit einer Verrastungsausnehmung versehen sein, und wobei in dem Bereich der Kopplungsausnehmung ein Verrastungselement vorgesehen ist, um in die Verrastungsausnehmung eines ersten Kopplungselementes eines weiteren Käfigsegmentes bezüglich der Umfangsrichtung einzugreifen, um eine formschlüssige Verbindung zu schaffen. Das Verrastungselement ragt dabei bevorzugt in einer Längsrichtung des zusammensetzenden Käfigs aus dem Umfangssteg. Das Verrastungselement kann jedoch auch radial nach außen ragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Käfigsegment mit einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere mit einer Glas/Kohle-/Aramidverstärkung gebildet.
Weiterhin kann der thermoplastische Kunststoff Poly-Ether-Ether-Keton mit einem Fasergehalt zwischen 10 bis 50 Gewichts-Prozent aufweisen. Es können jedoch auch andere Kunststoffe verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Käfig für ein Wälzlager mit mehreren der oben beschriebenen Käfigsegmenten vorgesehen, wobei die Käfigsegmente miteinander stirnseitig mit Hilfe der Kopplungseinheiten verbunden sind, so dass sie einen geschlossenen Ring bilden.
Die Erfindung ist weiterhin auf ein Wälzlager mit wenigstens einem Käfigsegment der oben beschriebenen Art sowie auf ein Wälzlager mit einem Käfig der oben beschriebenen Art gerichtet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungsstege des Käfigs von einer Laufbahn eines Außenrings des Wälzlagers in einer radialen Richtung des Wälzlagers beabstandet. Durch diese Beabstandung sind zumindest geringe Ausdehnungen des Lagerkäfigs möglich, ohne, dass es zu Verspannungen des Lagerkäfigs kommt. Genauer gesagt ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform die Geometrie der Käfigsegmente derart abgestimmt, dass der Abstand bzw. Spielraum zwischen dem radialen Führungsdurchmesser der geschlossenen Segmente und der Außenringlaufbahn ausreichend groß ist, um die beispielsweise thermisch bedingten Durchmesservergrößerungen noch aufnehmen zu können.
Bevorzugt sind an den Verbindungsstegen radial nach außen weisende Führungselemente vorgesehen und diese wiederum von der Laufbahn des Außenrings derart beabstandet, dass Ausdehnungen des Käfigs gegenüber dem Außenring aufgenommen werden können.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Spielpassung zwischen den einzelnen Ringsegmenten nicht zwingend erforderlich, jedoch vorteilhaft. Umgekehrt ist bei den obigen Ausführungsformen, welche die beschriebene Spielpassung aufweisen, die Beabstandung zu dem Außenring nicht zwingend erforderlich, da beispielsweise thermisch bedingte Ausdehnungen durch die Spielpassung aufgenommen werden können. Vorzugsweise sind der Innenradius der Laufbahn des Außenrings und der geometrische Außenradius der Verbindungsstege (bzw. der Führungselemente) derart aufeinander abgestimmt, dass quell- oder temperaturbedingte Durchmesservergrößerungen des Käfigs aufgenommen werden können.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Käfigsegments gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Darstellung eines Ausschnitts eines Käfigs, der aus den Käfigsegmenten gemäß 1 gebildet ist;
3 eine perspektivische Darstellung eines Käfigsegments gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine Darstellung eines Ausschnittes eines Käfigs, der aus den Käfigsegmenten gemäß 3 gebildet ist;
5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Käfigsegments;
6 eine Detaildarstellung zweier ineinander greifender Käfigsegmente nach 5; und
7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Käfigsegments;
In den 1 und 2 sind eine perspektivische Darstellung eines Käfigsegments und eine Darstellung eines Ausschnitts eines aus solchen Käfigsegmenten zusammengesetzten Käfigs für ein Wälzlager, insbesondere für ein Kegelrollenlager, gezeigt. Ein solches Wälzlager kann beispielsweise zur Abstützung eines Rotors einer Windkraftanlage verwendet werden.
Zum Bilden eines Käfigs werden gleichartige Käfigsegmente 1 miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Ring entsteht, der den Käfig für das Wälzlager bildet. Im Einzelnen weist das Käfigsegment 1 einen inneren Umfangssteg 2 und einen äußeren Umfangssteg 3 auf. Der innere Umfangssteg 2 weist hier einen kleineren Krümmungsradius auf als der äußere Umfangssteg 3. Die einzuführenden Wälzkörper weisen hier eine konische Form auf.
Zwischen dem inneren Umfangssteg 2 und dem äußeren Umfangssteg 3 sind Verbindungsstege 4 angeordnet, die im Wesentlichen einen gleichen Abstand zueinander aufweisen und zwischen denen Taschen 5 ausgebildet sind, um jeweils einen Wälzkörper 20 aufzunehmen.
Zur Führung der Wälzkörper 20 in den Taschen 5 weisen die Verbindungsstege 4 Führungselemente 6 auf, mit denen die Lage der Wälzkörper 20 in den Taschen 5 gesichert ist. An jedem Verbindungssteg 4 sind für jede benachbarte Tasche 5 jeweils zwei Führungselemente 6 vorgesehen, die bezüglich der Achsrichtung des durch die Käfigsegmente 1 zu bildenden Käfigs in gleicher Richtung von den Verbindungsstegen 4 abstehen. Daneben dienen die Führungselemente 6 auch als Abstützelemente, um den Käfig, beispielsweise im Falle einer temperaturbedingten Ausdehnung, gegenüber der Laufbahn eines Außenrings abzustützen. In einer bezüglich der Radialrichtung des Käfigs gegenüberliegenden Seite der Verbindungsstege 4 ist jeweils ein Vorsprung 7 vorgesehen, der das Käfigsegmentes 1 im Bedarfsfall auf einer (nicht gezeigten) Lauffläche des Innenrings abstützt. Durch die Führungselemente 6 einerseits und die Vorsprünge 7 andrerseits können ungewollte Verschiebungen des Käfigs gegenüber den Wälzkörpern verhindert werden. Bevorzugt ist der durch die Enden 6a der Führungselemente gebildete Außenumfang geringer als der Umfang der (nicht gezeigten) Innenringlaufbahn, um geringe Ausdehnungen des Käfigs zu ermöglichen.
Die Umfangsstege 2, 3 weisen zwei Schenkel 2a, 2b, 3a, 3b auf, so dass sie in Umfangsrichtung einen L-förmigen Querschnitt haben. Jeweils einer der Schenkel verläuft in radialer Richtung des Käfigs. Um die in radialer Richtung verlaufenden Schenkel der L-förmigen Umfangsstege 2, 3 gegen einen Auflagedruck abzustützen, sind Stützelemente 8 in regelmäßigen Abständen an den Umfangsstegen 2, 3 vorgesehen, so dass ein vordefinierter Winkel, z.B. ein rechter Winkel, zwischen den Schenkeln der Umfangsstege 2, 3 gewährleistet wird.
Das dargestellte Käfigsegment 1 weist vier Taschen 5 auf, die durch fünf Verbindungsstege 4 gebildet sind. Die beiden äußeren Verbindungsstege bilden gleichzeitig Stirnseiten 9 des Käfigsegmentes 1, die im zusammengesetzten Zustand Stirnseiten oder Stirnflächen von weiteren Käfigsegmenten gegenüberliegen. Im Gegensatz zu den inneren Verbindungsstegen 4 weisen die äußeren Verbindungsstege, da sie jeweils nur an eine Tasche angrenzen, jeweils nur zwei Führungselemente 6 auf, um Wälzkörper in der Tasche des jeweiligen Käfigsegmentes zu führen.
Das Käfigsegment 1 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Taschen für Wälzkörper auf, es können jedoch auch mehr oder weniger Taschen und bevorzugt Taschen für 2–10 Wälzkörper vorgesehen sein.
An einer ersten der Stirnseiten 9 des Käfigsegmentes 1 sind zwei Kopplungsstege 10 vorgesehen, die eine Verlängerung der Umfangsstege 2, 3 darstellen. An der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 9 des Käfigsegmentes 1 weisen die Umfangsstege 2, 3 entsprechende Kopplungsausnehmungen 11 auf, in die entsprechende Kopplungsstege 10 eines weiteren gleichartig aufgebauten Käfigsegmentes 1 eingreifen können. Die Kopplungsausnehmung 11 ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform durch eine Verjüngung der Umfangsstege 2, 3 gebildet. Insbesondere weisen die Umfangsstege 2, 3 im Bereich der Kopplungsausnehmungen keinen L-förmigen Querschnitt auf, d. h., die Schenkel 2b, 3b fehlen hier.
Im Bereich der Kopplungsausnehmung 11 sind sowohl an dem inneren Umfangssteg 2 als auch an dem äußeren Umfangssteg 3 Rastvorsprünge 12 vorgesehen, die als Verrastungselemente dienen. In komplementärer Weise sind an den Kopplungsstegen 10 Verrastungsausnehmungen 13 vorgesehen, die Verrastungskanten für die Rastvorsprünge 12 darstellen. Die Rastvorsprünge 12 sind sich in radialer Richtung nach außen verjüngend und die Verrastungsausnehmungen 13 in einer entsprechenden komplementären Form ausgebildet. Auf diese Weise können zwei gleichartige Käfigsegmente in radialer Richtung ineinander gesteckt werden, so dass diese bezüglich Zugkräfte in Umfangsrichtung formschlüssig gekoppelt sind. Die sich verjüngende Form des Rastvorsprungs 12 und die entsprechende Form der Verrastungsausnehmung 13 dienen dazu, dass die Käfigsegmente 1 nur in einer Richtung miteinander verbunden und in entgegen gesetzter Richtung wieder voneinander gelöst werden können, so das die Montage des Käfigs erleichtert wird.
Die Geometrien der Kopplungsstege und der Kopplungsausnehmungen sind bevorzugt so angepasst, dass die Kopplungsstege in den Kopplungsausnehmungen 11 gleitend aufgenommen werden können. Die Geometrien der Rastvorsprünge 12 und der Verrastungsausnehmung 13 sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass in dem verrasteten, d. h. ineinander gesteckten Zustand eine Spielpassung besteht, die ein Verschieben der Käfigsegmente 1 gegeneinander in Umfangsrichtung des Käfigs um einen bestimmten Weg ermöglicht. Die Spielpassung ist derart dimensioniert, dass die beim Betrieb des Wälzlagers auftretenden Quell- und Temperaturausdehnungen jedes Käfigsegmentes 1 aufgenommen werden. Insbesondere kann die Spielpassung so dimensioniert sein, dass ein Spiel von 0,1 bis 2% der Umfangslänge des Käfigsegments 1 besteht. Insbesondere kann die Spielpassung 1% der Länge des Käfigsegments in Umfangrichtung betragen.
Der Rastvorsprung 12 in der Ausnehmung 11 des ersten Umfangsteges 2, und der Rastvorsprung 12 der Ausnehmung 11 des zweiten Umfangsteges 3 erheben sich jeweils in der Längsrichtung L der (nicht gezeigten Wälzkörper) nach außen. Entsprechend sind die Verrastungsausnehmungen 13 an den Kopplungsstegen 10 einander gegenüberliegend an den bezüglich des Käfigsegmentes 1 innenseitigen Abschnitten der Kopplungsstege 10 vorgesehen.
In 2 ist ein Ausschnitt eines Käfigs für ein Wälzlager mit Käfigsegmenten 1, wie sie in 1 dargestellt sind, in einem zusammengesetzten Zustand dargestellt. Man erkennt, dass die Käfigsegmente miteinander durch Zusammenstecken verbunden sind, wobei die Käfigsegmente im Wesentlichen in Umfangsichtung ineinander gesteckt werden. Sind die inneren und äußeren Umfangsstege 2, 3 der einzelnen Segmente miteinander verbunden, so ist der jeweilige Vorsprung 12 in der Verrastungsausnehmung 13 mit einer Spielpassung aufgenommen, so dass zumindest ein Spiel bezüglich eines Druckes aber vorzugsweise auch bezüglich eines Zuges in Umfangsrichtung besteht. Die Dimensionierung der Käfigsegmente 1 ist vorzugsweise so gewählt, dass bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur bzw. bei Raumtemperatur jede der Kopplungseinheiten zwischen den Käfigsegmenten 1 eine Spielpassung in Zug- als auch in Druckrichtung bezüglich der Umfangsrichtung aufweist. Die Länge des Käfigsegmentes 1 ist im Wesentli chen so gewählt, dass mit einer ganzzahligen Anzahl von Käfigsegmenten 1 ein Käfig für ein Wälzlager zu bilden ist. Weiterhin ist in 2 erkennbar, wie die Wälzkörper 20 in den Taschen 5 der Käfigsegmente 1 mit Hilfe der Führungselemente 6 gehalten werden. Damit können Betriebstemperaturen bis zu 150°C aufgenommen werden.
Das Käfigsegment 1 ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff mit Glas-/Kohle-/Aramidfaserverstärkung gebildet. Als Basiswerkstoff kann beispielsweise Poly-Ether-Ether-Keton mit einem Fasergehalt zwischen 10 und 50 Gewichts-Prozent (vorzugsweise 15–25 Gewichts-Prozent) vorgesehen werden. Weitere Additive wie Zähmodifikatoren und Alterungsschutzmittel können ebenfalls in dem Material des Käfigsegmentes 1 vorgesehen sein.
Der durch die Käfigsegmente 1 gebildete Käfig bzw. die Segmente können hinsichtlich der Führung der Wälzkörper in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein, d. h. im Wesentlichen in beliebigen Kombination aus Innenringbordführung, Außenringbordführung, Innenringlaufbahnführung, Außenringlaufbahnführung und/oder Wälzkörperführung. Denkbar sind insbesondere neben wälzkörpergeführten, innenringlaufbahn- und/oder innenringbordgeführten Ausführungsformen auch innenringlaufbahngeführte und/oder außenringbordgeführte Ausführungsformen.
Daneben kommen auch Ausführungsformen in Betracht, die wälzkörpergeführt, innenring-(bzw. außenring-)laufbahngeführt und/oder innenringbord- bzw. außenringbordgeführt sind. Auch kommen Außenringlaufbahnführungen ggfs. in Kombination mit Außenringbordführungen oder Innenringbordführungen in Betracht.
In 3 ist ein Käfigsegment 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung perspektivisch dargestellt. Zur Beschreibung dieser Ausführungsform werden für gleiche Elemente bzw. Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das dargestellte Käfigsegment 1 weist demnach einen ersten (inneren) Umfangssteg 2, einen zweiten (äußeren) Umfangssteg 3, Verbindungsstege 4, Taschen 5, Führungselemente 6, Vorsprünge 7, Stützelemente 8 und Stirnseiten 9 auf. Die Kopplungsstege 10 sind wie bei der Ausführungsform der 1 als Verlängerung der Umfangsstege 2, 3 ausgebildet, weisen jedoch anstelle der Verrastungsausnehmung 13 jeweils einen Stift 15 auf, der von dem Kopplungssteg 10 in einer von der Umfangsrichtung verschiedenen Richtung, insbesondere senkrecht dazu, absteht und als Verrastungselement dient. Auf der der mit den Kopplungsstegen 10 versehenen Stirnseite 9 gegenüber befindlichen Stirnseite 9 weisen die Umfangsstege 2, 3 entsprechend Kopplungsausnehmungen 11 auf, die so ausgebildet sind, um die Kopplungsstege 10 eines weiteren Käfigsegmentes aufzunehmen. Im Bereich der Kopplungsausnehmungen 11 weisen die Umfangsstege 2, 3 eine Verrastungsausnehmung 16 in Form eines Durchgangsloches auf, um den entsprechenden Stift 15 an dem Kopplungssteg eines weiteren Käfigsegmentes aufzunehmen.
Die Verrastungsausnehmung 16 und der entsprechende Stift 15 von zwei Käfigsegmenten 1 sind im miteinander gekoppelten Zustand so dimensioniert, dass eine Spielpassung besteht, d. h. der jeweilige Kopplungssteg 10 kann in der Ausnehmung 11 des entsprechenden benachbarten Käfigsegmentes 1 im Rahmen des Spiels einer Steckverbindung zwischen dem Stift 15 und der Verrastungsausnehmung 16 gleiten.
In der Ausführungsform der 3 sind die Umfangsstege ebenfalls L-förmig mit Stützelementen 8 ausgebildet, wobei die Verbindungsstege 4 Führungselemente 6 aufweisen, die in Richtung des entsprechenden Schenkels der L-förmigen Umfangsstege 2, 3 gerichtet sind. Die Gleitvorsprünge 7 weisen entsprechend von der Auflagefläche des Käfigsegmentes 1 weg.
In 4 ist ein Ausschnitt eines Käfigs mit Käfigsegmenten gemäß 3 und eingesetzten Wälzkörpern 20 dargestellt. Die Käfigsegmente werden, wie in 4 dargestellt ist, auf ähnliche Weise wie die Käfigsegmente 1 gemäß der ersten Ausführungsform miteinander durch Ineinanderstecken verbunden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Käfigsegments. Die Kopplungseinheiten sind hier anders ausgeführt als bei der in 3 gezeigten Ausführungsform. Die Kopplungsstege 10 weisen bei dieser Ausführungsform Ausnehmungen Verrastungsausnehmungen 19 auf, in welche Verrastungsvorsprünge 18 eines weiteren Käfigsegments eingreifen können. Dabei ragen bei dieser Ausführungsform die Verrastungsvorsprünge 18 in Längsrichtung L des Käfigsegments jeweils nach außen.
6 zeigt eine Detaildarstellung zweier ineinander greifender Käfigsegmente. Man erkennt, dass der Verrastungsvorsprung 18 innerhalb der Verrastungsausnehmung 19 ein gewisses Spiel in Umfangsrichtung des Käfigsegments aufweist um, wie eingangs erwähnt, die thermisch bedingten Ausdehnungen aufnehmen zu können.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Käfigsegments. Ein wesentlicher Unterschied dieses Käfigsegments besteht darin, dass die Kopplungseinheiten hier asymmetrisch ausgebildet sind. Während bei den vorangegangenen Ausführungsformen sowohl der innere Umfangssteg 2 als auch der äußere Umfangssteg 3 die Kopplungsstege 10 stets an einer Seite aufweisen weist bei der in 7 gezeigten Ausführungs form der äußere Umfangssteg 3 einen linksseitigen Kopplungssteg 10 und der innere Umfangssteg 2 einen rechtsseitigen Kopplungssteg 10 (jeweils bezogen auf 7) auf. Die entsprechenden Kopplungsausnehmungen sind hier an dem äußeren Umfangssteg 3 rechtsseitig und an dem inneren Umfangssteg 2 linksseitig vorgesehen. Der Eingriff der einzelnen Käfigsegmente in weitere Käfigsegmente erfolgt ähnlich wie bereits im Zusammenhang mit 3 beschrieben. Auch die Führungsflächen für die Wälzkörper sind in unterschiedlicher Weise ausgebildet, genauer gesagt verlaufen sie in Längsrichtung des Käfigsegments im Wesentlichen durchgehend und weisen an ihren Enden in radialer Richtung noch kleine Erhebungen 6b auf.
Zusammengefasst besteht eine Idee der vorliegenden Erfindung darin, die den Käfig eines Wälzlagers bildende Käfigsegmente miteinander durch entsprechende Kopplungseinheiten zu verbinden. Dabei sind die Kopplungseinheiten so ausgebildet, dass die Verbindung von zwei Käfigsegmenten mit einem Spiel versehen ist. Auf diese Weise ergibt sich eine gleichmäßige Spielaufteilung über den gesamten Umfang des Käfigs, so dass die Käfigsegmente auch bei einer Quell- und/oder Temperaturausdehnung ihre jeweilige Position beibehalten können. Weiterhin kann dadurch ein Gegeneinanderstoßen der einzelnen Käfigsegmente im Wesentlichen vermieden bzw. stark reduziert werden.
Die Kopplungsgeometrie zwischen den Käfigsegmenten ist so gestaltet, dass eine geringe Spielpassung vorliegt, auf Druck nicht beansprucht wird und auf Zug in Umfangsrichtung die Verbindung frei geben kann. Es ist zudem auch eine Rückkopplung wieder möglich.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1: Käfigsegment
2: Innerer Umfangssteg
2a, 2b: Schenkel des inneren Umfangsstegs
3: Äußerer Umfangssteg
3a, 3b: Schenkel des äußeren Umfangsstegs
4: Verbindungssteg
5: Tasche
6: Führungselement
6a: Endfläche des Führungselements
6b: Erhebung
7: Gleitvorsprung
8: Stützelement
9: Stirnseite
10: Kopplungssteg
11: Kopplungsausnehmung
12: Rastvorsprung
13: Verrastungsausnehmung
15: Stift
16: weitere Verrastungsausnehmung
18: Verrastungsvorsprung
19: Verrastungsausnehmung
20: Wälzkörper
L: Längsrichtung des Käfigsegments

Claims

Käfigsegment (1) für einen Käfig eines Wälzlagers mit mindestens zwei in Umfangsrichtung verlaufenden Umfangsstegen (2, 3) und mindestens zwei Verbindungsstegen (4), wobei die Umfangsstege (2, 3) und die Verbindungsstege (4) mindestens eine Tasche (5) zur Aufnahme eines Wälzkörpers (20) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigsegment (1) eine Kopplungseinheit (10, 11, 12, 13) aufweist, die ausgebildet ist, um das Käfigsegment (1) stirnseitig mit einem weiteren Käfigsegment zu verbinden.
Käfigsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (10, 11, 12, 13) so ausgebildet ist, dass eine Verbindung mit dem weiteren Käfigsegment eine Spielpassung aufweist.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (10, 11, 12, 13) so ausgelegt ist, dass die Spielpassung der Kopplungseinheit (10, 11, 12, 13) eine Größe aufweist, um Quell- und Temperaturausdehnungen des Käfigsegmentes aufzunehmen.
Käfigsegment (1) nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer ersten Stirnseite (9) ein erstes Kopplungselement (10, 13, 15) und an einer zweiten Stirnseite (9) ein zweites Kopplungselement (11, 12, 16) vorgesehen ist, die zueinander komplementär ausgebildet sind.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Kopplungselement (10, 11, 12, 13, 15, 16) so ausgebildet sind, dass sie miteinander formschlüssig verbindbar sind.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Kopplungselement (10, 11, 12, 13, 15, 16) als komplementäre Steckverbindungselemente ausgebildet sind.
Käfigsegment (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wobei das erste Kopplungselement (10, 13, 15) einen in Umfangsrichtung herausragenden Kopplungssteg (10) aufweist, und das zweite Kopplungselement (11, 12, 16) eine Kopplungsausnehmung (11) zum Aufnehmen des Kopplungssteges eines ersten Kopplungselementes eines weiteren Käfigsegmentes aufweist.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungssteg als Verlängerung eines der Umfangsstege (2, 3) ausgebildet ist.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungssteg (10) mit einem davon abstehenden Verrastungselement (15) versehen ist, und wobei in dem Bereich der Kopplungsausnehmung (11) eine Verrastungsausnehmung (16) vorgesehen ist, die durch das Verrastungselement eines ersten Kopplungselementes (10, 13, 15) eines weiteren Käfigsegmentes bezüglich der Umfangsrichtung hintergreifbar ist, um eine formschlüssige Verbindung zu schaffen.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verrastungselement (12, 16) als Stift (16) ausgebildet ist, der in eine Verrastungsöffnung (15) in der Kopplungsausnehmung (11) des zweiten Kopplungselementes (11, 12) aufnehmbar ist.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungssteg mit einer Verrastungsausnehmung versehen ist, und wobei in dem Bereich der Kopplungsausnehmung (11) ein Verrastungselement (12) vorgesehen ist, um in die Verrastungsausnehmung (13) eines ersten Kopplungselementes (10, 13) eines weiteren Käfigsegmentes bezüglich der Umfangsrichtung einzugreifen, um eine formschlüssige Verbindung zu schaffen.
Käfigsegment (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigsegment (1) mit einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere mit einer Glas-/Kohle-/Aramidverstärkung, gebildet ist.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff Poly-Ether-Ether-Keton mit einem Fasergehalt zwischen 10 bis 50 Gewichts-% aufweist.
Käfig für ein Wälzlager mit mehreren Käfigsegmenten (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigsegmente (1) miteinander stirnseitig mit Hilfe der Kopplungseinheiten (10, 11, 12, 13) verbunden sind, so dass sie einen geschlossenen Ring bilden.
Wälzlager mit einem Käfig nach Anspruch 14 mit einem Außenring, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (4) des Käfigs von einer Laufbahn des Außenrings in einer radialen Richtung des Wälzlagers beabstandet sind.
Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenradius der Laufbahn des Außenrings und der geometrische Außenradius der Verbindungsstege (4) derart aufeinander abgestimmt sind, dass quell- oder temperaturbedingte Durchmesservergrößerungen des äußeren Käfigs aufgenommen werden können.