DE102009040008A1

DE102009040008A1 - Käfig für ein Wälzlager und Wälzlager

Info

Publication number: DE102009040008A1
Application number: DE102009040008A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Henneberger; Bernhard Wilm
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-10
Also published as: WO2011026737A1; EP2473748A1; CN102498305A; US20120163748A1

Abstract

Die Erfindung betrift einen Käfig (2) für ein Wälzlager (1) mit einem ersten Käfigseitenring (3), sowie mit mehreren Stegen (4), die jeweils von dem ersten Käfigseitenring (3) abstehend angeordnet sind und voneinander derart beabstandet sind, dass dadurch Taschen (5) zur Aufnahme von Wälzkörpern (6) gebildet sind, wobei der erste Käfigseitenring (3) im Bereich jeweils einer Tasche (5) einen elastisch verformbaren Abschnitt (7) aufweist, der als eine zwischen zwei benachbarten Stegen (4) angeordnete Mehrfachbrücke ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Wälzlager mit einem derartigen Käfig.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager. Die Erfindung betrifft ferner ein Wälzlager mit einem solchen Käfig.
Käfige für Wälzlager sind allgemein bekannt. Sie bilden bei dieser Art der Wälzlager neben Lagerringen, bei radial tragenden Wälzlagern im einzelnen einem Innenring und einem Außenring, sowie mehreren Wälzkörpern, welche zwischen den beiden Lagerringen angeordnet sind, einen Bestandteil herkömmlicher Wälzlager.
Derartige Wälzlager dienen je nach Bauform der Übertragung von radialen und/oder axialen Kräften von einem Lagerinnenring, welcher zum Beispiel auf einer bezüglich eines Gehäuses rotierenden Welle angeordnet sein kann, auf einen Außenring, welcher in diesem Fall in dem Gehäuse angeordnet und dort fixiert ist. Die Wälzkörper sind beispielsweise in Gestalt von Zylinderrollen, Tonnenrollen oder Kegelrollen ausgebildet.
Im Fall eines Rollenlagers können die Lagerringe einen oder auch zwei Führungsborde aufweisen, um eine axiale Führung der Wälzkörper zu gewährleisten. Die Wälzkörper laufen dann im Betrieb bei Axialbelastung der Welle und/oder bei angestellter Lageranordnung gegen die Borde an, wodurch an der Bordinnenfläche ein Gleitkontakt entsteht.
Der Käfig bei einem Wälzlager dient dabei dem Zweck, die Wälzkörper beim Betrieb der Wälzlagerung zu führen, indem zum Beispiel ein gleichmäßiger Abstand der Wälzkörper voneinander längs des Lagerumfangs sichergestellt wird und möglichst auch eine gegenseitige Berührung der einzelnen Wälzkörper untereinander verhindert wird. Käfige für Wälzlager erfahren beim Betrieb der Lagerung eine Bewegung in Umfangsrichtung des Lagers und können im Wälzlager durch den Lagerinnenring, den Lageraußenring und/oder durch die Wälzkörper selbst geführt sein.
Der Käfig für ein Wälzlager kann zum Beispiel mit Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern ausgebildet sein. Diese Taschen können durch Stege von geeignetem Querschnitt gebildet werden, welche sich zwischen zwei koaxial angeordneten Käfigseitenringen erstrecken und nach dem Zusammenbau des Wälzlagers jeweils zwischen zwei Wälzkörpern zu liegen kommen. Ein Käfig dieser Art für ein Kegelrollenlager ist in der US 3 477 773 A beschrieben. Gewöhnlich sind im zusammengebauten Wälzlager die Wälzkörper mit einem mehr oder weniger großem Spiel in Bezug auf die Taschen, in denen sie aufgenommen sind, angeordnet.
Wälzlager existieren je nach Anwendung in den verschiedensten Ausgestaltungen. Für kombinierte axiale und radiale Belastungen sind Kegelrollenlager besonders gut geeignet. Sie werden in der Regel paarweise eingebaut, wobei die beiden Kegelrollenlager gegeneinander angestellt werden. Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Problematik wird nachfolgend anhand des Beispiels eines Kegelrollenlagers kurz erläutert werden, ohne aber die Erfindung dahingehend einzuschränken.
In Abhängigkeit von den Anforderungen, die an die Lagerung gestellt werden, wie beispielsweise der Führungsgenauigkeit einer gelagerten Welle oder der Widerstandsfähigkeit gegenüber von Erschütterungen bei geringer Lagerdrehzahl, ist bei der Montage eine mehr oder weniger große Lagerluft oder auch eine Vorspannung der Lagerung, also zweier Kegelrollenlager gegeneinander, zu gewährleisten.
Insbesondere bei Kegelrollenlagern, bei denen die Lauffläche sich in axialer Richtung verjüngt, kann es vorkommen, dass am Beginn eines Montagevorgangs die Wälzkörper nicht oder nicht vollzählig in einer gewünschten Betriebsposition an einem Führungsbord eines Lagerrings anliegen. Soll eine angestellte Lagerung mit einem derartigen Kegelrollenlager montiert und eingestellt werden, so muss daher die Lagerung für einige Umdrehungen in Betrieb gesetzt werden. Dies geschieht vorzugsweise in beide Drehrichtungen, bis die Wälzkörper am Führungsbord des Lagerrings anliegen. Erst dann ist eine korrekte Einstellung des Axialspiels und damit auch des Radialspiels bzw. die Einstellung der erforderlichen Vorspannung möglich. Die Montage ist somit schwierig durchzuführen und zeitaufwendig.
Wird die Lagerluft oder die Vorspannung der Lagerung eingestellt, ohne das Lager in Betrieb zu setzen, so besteht die Gefahr einer falschen Einstellung der Lagerung, da dann unter Umständen nicht alle Rollen am Führungsbord des Lagerrings anliegen.
Weiterhin sind während des Betriebs eines Kegelrollenlagers unter Belastung, ähnlich wie beim Betrieb anderer Wälzlagertypen, die Wälzkörper entlang des Lagerumfangs in der Regel einer in Umfangsrichtung veränderlichen Belastung ausgesetzt. So kann in einem Abschnitt des Lagerumfangs eine belastete Zone, in einem weiteren Abschnitt des Lagerumfangs eine entlastete Zone vorliegen. Die Wälzkörperdrehzahlen variieren infolgedessen ebenfalls längs des Lagerumfangs. Es kann zu unerwünschten zyklisch auftretenden Verzögerungs- und Beschleunigungsvorgängen kommen.
Auch können sich die als Kegelrollen ausgebildeten Wälzkörper durch den Übergang von einer Lastzone in eine entlastete Zone vom Lagerringbord, beispielsweise dem Innenringbord, entfernen. Beim erneuten Eintauchen einer Kegelrolle aus der Entlastungszone in die Lastzone gleitet die Kegelrolle auf der geneigten Lauffläche wieder in Richtung Lagerringbord, bis sie an diesem erneut anliegt.
Um diesen unerwünschten Gleitvorgang, der sich mit jeder Umdrehung des einen Lagerrings in Bezug auf den anderen Lagerring wiederholt, zu vermeiden, und um die oben genannten Schwierigkeiten bei der Montage zu beseitigen, ist es vorteilhaft, wenn die Kegelrollen unter einer leichten Vorspannung am Bord des Lagerrings zu liegen kommen.
Bereits in der DE 43 38 350 A1 hat die Anmelderin zur Vereinfachung und Beschleunigung der Montage und Einstellung der Wälzlagerung ein Lagerkäfig für ein Kegelrollenlager vorgeschlagen, der mit einem elastisch verformbar ausgebildeten Käfigseitenrand versehen ist. Um einen räumlich konzentrierten hohen Wärmeeintrag in den aus Kunststoff gefertigten Wälzkörperkäfig im Bereich eines wellenförmig ausgebildeten elastischen kleinen Käfigseitenrings zu vermeiden, sind an einem gegenüberliegenden großen Durchmesser des Käfigs Vorsprünge vorgesehen, die hinter einen Bord am großen Durchmesser des Innenrings des Kegelrollenlagers greifen. Diese Vorsprünge dienen dazu, den Käfig beim Vorspannen der Rollen gegen den Bord abzustützen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hinsichtlich seiner Laufeigenschaften verbessertes Wälzlager mit Käfig bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Käfig für ein Wälzlager nach dem Patentanspruch 1 sowie durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager nach dem Patentanspruch 14 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

– Ein Käfig für ein Wälzlager mit einem ersten Käfigseitenring, und mit mehreren Stegen, die jeweils von dem ersten Käfigseitenring abstehend angeordnet sind und voneinander derart beabstandet sind, dass dadurch Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern gebildet sind, wobei der erste Käfigseitenring im Bereich jeweils einer Tasche einen elastisch verformbaren Abschnitt aufweist, der als eine zwischen zwei benachbarten Stegen angeordnete Mehrfachbrücke ausgebildet ist.
– Ein Wälzlager, insbesondere ein Kegelrollenlager, mit zumindest einem erfindungsgemäßen Käfig.

Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Käfigseitenring im Bereich dessen Taschen, welche zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Wälzlagers vorgesehen sind, in Gestalt von Mehrfachbrücken auszubilden. Dadurch wird eine hohe Elastizität des Seitenrandes der jeweiligen Tasche erzielt. Insbesondere wird durch diese Mehrfachbrückenkonstruktion erreicht, dass ein in der Tasche aufgenommener Wälzkörper, welcher an dem ersten Käfigseitenring anliegt, beim Aufbringen einer axialen Kraft auf den Wälzkörper eine elastische Verformung des Mehrfachbrückenstruktur des Seitenrandes der Tasche verursacht. Auf diese Weise kann auf den Wälzkörper durch die elastische Federwirkung des Seitenrandes eine Vorspannkraft ausgeübt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in der Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Mehrfachbrücke in Bezug auf die sich radial erstreckende Mittelebene der Tasche symmetrisch ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass die elastische Verformung der Mehrfachbrücke ebenfalls symmetrisch erfolgt. Darüber hinaus kann auf diese Weise erreicht werden, dass keine der beiden möglichen Laufrichtungen eines Wälzlagers im Hinblick auf die mechanische Belastbarkeit des Käfigs und auf seine Vorspannwirkung gegenüber der anderen Laufrichtung bevorzugt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Käfigs ist die Mehrfachbrücke durch zumindest zwei bogenförmige, elastisch ausgebildete Teilabschnitte des ersten Käfigseitenringes gebildet. Eine derartige Gestaltung erlaubt eine gezielte Einstellung der gewünschten elastischen Federwirkung.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Käfigs sind die Teilabschnitte in der Weise angeordnet, dass eine jeweilige Wölbung von einem durch zwei benachbarte Stege und den ersten Käfigseitenring begrenzten Innenbereich der Tasche weg weist. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die bogenförmigen Teilabschnitte durch eine Biegebelastung beansprucht werden. Damit wird eine erwünschte große Elastizität des elastisch verformbaren Abschnitts erzielt.
Weiter bevorzugt ist die Mehrfachbrücke als Doppelbrücke ausgebildet, die durch zwei bogenförmige, elastisch ausgebildete Teilabschnitte gebildet ist, welche in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden sind. Eine Wandstärke der beiden bogenförmigen, elastisch ausgebildeten Teilabschnitte nimmt vorzugsweise ausgehend von dem Verbindungsbereich nach beiden Seiten zu den Stegen hin zunächst ab, dann wieder zu. Auf diese Weise erhält ein Mittenbereich jedes der beiden bogenförmigen, elastisch ausgebildeten Teilabschnitte des ersten Käfigseitenrings eine dünnere, leichter elastisch verformbare Wand. Die elastische Federwirkung der Doppelbrücke wird auf diesem Weg weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren, sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Käfigs ist ein Steg im Bereich einer radial inneren und/oder einer radial äußeren Begrenzungsfläche jeweils mit einer in Längsrichtung des Steges verlaufenden Ausnehmung versehen. Durch das Vorsehen von Ausnehmungen in den von dem ersten Käfigseitenring abstehenden Stegen können insbesondere bei einem einstückig gegossenen Käfig die Querschnittsverhältnisse aneinander angrenzender Abschnitte optimiert werden und vor allem auch Materialanhäufungen im Bereich der Stege, die sich unter Umständen als nachteilig für den Fertigungsvorgang erweisen könnten, vermieden werden. Darüber hinaus ist durch die Ausnehmungen gerade bei Käfigen, welche als Spritzgußteile hergestellt werden, eine zusätzliche Materialersparnis möglich, wodurch solche Käfige zusätzlich kostengünstiger herstellbar sind.
Diese Ausnehmung ist in einer weiteren Weiterbildung in Form einer in einem Steg vorgesehenen Längsnut ausgebildet. Ein Nutgrund der Längsnut ist vorteilhafterweise mit einer Rundung versehen. Alternativ kann die Längsnut einen Querschnitt in der Form eines Kreissegments aufweisen, wodurch sich ebenfalls ein ausgerundeter Nutgrund ergibt. Die Gestaltung als Längsnut ist von Vorteil, da so der Widerstand des Steges gegenüber einer Biegebeanspruchung im Vergleich zu einem Steg mit Vollquerschnitt zu einem sehr großen Teil erhalten bleibt. Durch die ausgerundete Gestaltung der Längsnuten wird darüber hinaus eine unerwünschte Konzentration mechanischer Spannungen im Bereich des Nutgrundes vermieden. Denkbar wäre natürlich auch eine andere Querschnittsform der Nut, wie zum Beispiel ein Rechteck- oder Trapezprofil mit abgerundeten Ecken, oder ein Parabelprofil.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung sind durch die in Längsrichtung des Steges verlaufende Ausnehmung zwei in Längsrichtung des Steges verlaufende und bezüglich der Ausnehmung symmetrisch geformte Rippen gebildet. Jede der Rippen ist hierbei mit einem Endabschnitt einer angrenzenden Mehrfachbrücke verbunden. Auf diese Weise wird eine stabile Ausgestaltung der Endabschnitte der Mehrfachbrücke und eine günstige Kraftübertragung von dem ersten Käfigseitenring auf den Steg erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein zweiter Käfigseitenring vorgesehen. Der zweite Käfigseitenring ist von dem ersten Käfigseitenring beabstandet und mit dem ersten Käfigseitenring über die Stege verbunden. Hierdurch wird die mechanische Belastbarkeit des Käfigs weiter verbessert und unerwünschte Verformungen beim Einsatz in einem Wälzlager können vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Käfigseitenring einen kleineren Durchmesser als der zweite Käfigseitenring auf. Derart gestaltete Käfige kommen bevorzugt in Kegelrollenlagern zum Einsatz, da die Laufflächen für die Wälzkörper Kegelflächen darstellen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist der zweite Käfigseitenring mehrere sich radial erstreckende Vorsprünge auf. Diese Vorsprünge sind derart ausgebildet, dass sie in eine zugeordnete, an einem Lagerringbord eines Wälzlagers vorgesehene Nut einsetzbar sind. Wenn über den als Mehrfachbrücke ausgebildeten, elastisch verformbaren Abschnitt des ersten Käfigseitenrings zwischen zwei Stegen durch elastische Verformung beim Anliegen eines Wälzkörpers eine Vorspannkraft auf den Wälzkörper ausgeübt wird, so kann sich der Käfig mittels der am zweiten Käfigseitenring vorgesehenen Vorsprünge am Lagerringbord des Wälzlagers abstützen. Dadurch, dass die Vorsprünge am zweiten Käfigseitenring ausgebildet sind, und die Mehrfachbrücke, an deren Innenseite ein Wälzkörper zumindest bereichsweise zur Anlage kommt und mit ihr in Gleitkontakt steht, am ersten Käfigseitenring vorgesehen ist, kann die eingetragene Reibungswärme über einen größeren Bereich des Käfigs verteilt und damit eine Konzentration des Wärmeeintrags auf einem kleinen Gebiet vermieden werden. Eine bereichsweise starke Erwärmung des Käfigs, insbesondere wenn der Käfig aus einem Kunststoffmaterial besteht, kann durch die vorstehend beschriebene Anordnung der Vorsprünge verhindert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist jeder der Taschen ein Vorsprung zugeordnet. Der jeweils einer Tasche zugeordnete Vorsprung ist in Bezug auf die sich in radialer Richtung erstreckende Mittelebene der Tasche symmetrisch ausgebildet. Dies trägt zu einer gleichmäßigeren Abstützung der Vorspannkraft am Lagerringbord und zu einem gleichmäßigeren Krafteintrag in den zweiten Käfigseitenring bei.
Weiter bevorzugt wird der Käfig einstückig aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus einem Polyamid, gefertigt. Bevorzugt kommt als Verarbeitungsverfahren das Spritzgießen des Käfigs zum Einsatz.
In einer bevorzugten Weiterbildung des gemäß der Erfindung vorgesehenen Wälzlagers weist einer der Lagerringe einen Lagerringbord auf. An dem Lagerringbord ist eine in Umfangsrichtung des Lagers verlaufende Führungsnut vorgesehen ist. Die sich radial erstreckenden Vorsprünge eines zweiten Käfigseitenrings des erfindungsgemäßen Käfigs umfassen den Lagerringbord derart, dass die Vorsprünge in die Führungsnut eingreifen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:
1: eine Darstellung einer oberen Hälfte des erfindungsgemäßen Käfigs für ein Kegelrollenlager in einem durch die Käfigachse A geführten Schnitt;
2: eine Darstellung von drei Taschen des erfindungsgemäßen Käfigs gemäß der 1 in einer Darstellung in einem in tangentialer Richtung geführten Schnitt;
3: eine Schnittdarstellung eines Kegelrollenlagers mit einem erfindungsgemäßen Käfig im zusammengebauten Zustand.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale – soweit nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer oberen Hälfte eines erfindungsgemäßen Käfigs 2 für ein hier nicht dargestelltes Kegelrollenlager. Die untere Hälfte des Käfigs 2 ist hier nicht dargestellt, da sie symmetrisch zu einer Käfigachse A ausgebildet ist. Die Käfigachse A entspricht einer axialen Richtung des Kegelrollenlagers 1, dem der Käfig 2 zugeordnet ist. In gleicher Weise entspricht die radiale Richtung R bezüglich des Käfigs 2 der radialen Richtung des Kegelrollenlagers 1. In 1 ist die Schnittebene durch die Käfigachse A geführt.
In zwei parallelen Ebenen, welche sich senkrecht zu der Käfigachse A erstrecken, sind zwei beabstandete Käfigseitenringe 3, 17 koaxial angeordnet. Die Käfigseitenringe 3, 17, im einzelnen ein erster Käfigseitenring 3 und ein zweiter Käfigseitenring 17, besitzen im Wesentlichen jeweils die Form eines Kreisringes. Der in der 1 dargestellte Käfig 2 weist einen ersten Käfigseitenring 3 auf, dessen Durchmesser hier kleiner als der Durchmesser des zweiten Käfigseitenrings 17 ist. Durch diese Gestaltung kann der Käfig zwischen einem Innenring 21 und einem Außenring 22 eines Kegelrollenlagers 1, welche beide kegelige Laufflächen aufweisen, angeordnet werden.
Zwischen den beiden Käfigseitenringen 3, 17 sind mehrere Stege 4 angeordnet. Die Stege 4 stehen von beiden Käfigseitenringen 3, 17 ab und sind mit den beiden Käfigseitenringen 3, 17 derart verbunden, dass die Stege 4 und die Käfigseitenringe 3, 17 ein einstückig gefertigtes Bauteil bilden. Jeder der Stege 4 weist eine in der radialen Richtung R innenliegende und eine in der radialen Richtung R außenliegende Begrenzungsfläche 13 auf.
In den Zwischenräumen zwischen den Stegen 4 sind Taschen 5 ausgebildet, welche beidseitig in axialer Richtung A durch die beiden Käfigseitenringe 3, 17 begrenzt sind. Jede der Taschen 5 ist zur Aufnahme einer Kegelrolle 6 vorgesehen und weist zu diesem Zweck einen geeignet geformten und dimensionierten Innenbereich 10 auf. Dadurch, dass Taschen 5 vorgesehen sind, kann der Käfig 2 gewährleisten, dass Kegelrollen 6 eines Kegelrollenlagers 1 während des Betriebs einander nicht berühren und über den Lagerumfang gleichmäßig beabstandet auf den Lagerringen 21, 22 abrollen.
Der erste Käfigseitenring 3 begrenzt den Innenbereich 10 jeder Tasche 5 linksseitig und bildet somit einen linken Seitenrand der Tasche 5. Im Bereich jeweils einer Tasche 5 weist der erste Käfigseitenring 3 einen elastisch verformbaren Abschnitt 7 auf. Der elastisch verformbare Abschnitt 7 stellt einen Teil des ersten Käfigseitenringes 3 dar und besitzt die Form einer Doppelbrücke, welche den Abstand zwischen zwei benachbarten Stegen 4 überspannt.
In der Mitte des Abstands zwischen zwei Stegen 4 entlang des Umfangs des Käfigs 2 kann eine sich in radialer Richtung R erstreckende Mittelebene M der Tasche 5 definiert werden.
Die 2 zeigt eine Darstellung eines aus drei Taschen 5 bestehenden Abschnitts des erfindungsgemäßen Käfigs 2 nach dem Ausführungsbeispiel der 1. Hierbei liegt die Mittelebene M der am weitesten rechts dargestellten Tasche 5 in der Darstellung der 2 projizierend. Die dargestellte Schnittebene berührt eine Kegelfläche in deren Schnittkurve mit der Mittelebene M.
In Bezug auf die sich radial erstreckende Mittelebene M ist die Doppelbrücke symmetrisch geformt. Die Doppelbrücke ist aus zwei in einer Umfangsrichtung U des Käfigs 2, welche einer Umfangsrichtung U des Kegelrollenlagers 1 entspricht, nebeneinander angeordneten, bogenförmigen, elastisch ausgebildeten Teilabschnitten 8, 9 des ersten Käfigseitenrings 3 aufgebaut. Die beiden bogenförmigen Teilabschnitte 8, 9 wölben sich von dem Innenbereich 10 der Tasche 5, der durch zwei benachbarte Stege 4 und den ersten Käfigseitenring 3 begrenzt ist, weg. Dies bedeutet, dass im Bereich der zum Innenbereich 10 gewandten Seitenfläche der Doppelbrücke zwischen zwei benachbarten Stegen 4 zwei nebeneinander angeordnete konkave, ausgerundete Vertiefungen 23 gebildet sind. Die beiden bogenförmigen Teilabschnitte 8, 9 sind in einem Verbindungsbereich 11 miteinander verbunden. Die zum Innenbereich 10 weisende Seitenfläche der Doppelbrücke weist in dem Verbindungsbereich 11 einen ebenen Flächenabschnitt 24 auf, an dem beim Einsatz des Käfigs in einem Kegelrollenlager eine in der Tasche 5 aufgenommene Kegelrolle in gleitendem Kontakt anliegt. Eine in axialer Richtung auf die anliegende Kegelrolle 6 wirkende Kraft führt dazu, dass auch der Flächenabschnitt 24 mit dieser Kraft beaufschlagt wird und der Verbindungsbereich 11 aufgrund der elastischen Durchbiegung der bogenförmigen Teilabschnitte 8, 9 federnd zurückweicht.
Eine Wandstärke 12 der beiden bogenförmigen Teilabschnitte 8, 9 nimmt ausgehend von dem Verbindungsbereich 11 in Richtung hin zu den beiden der Tasche 5 benachbarten und den Innenbereich 10 der Tasche 5 begrenzenden Stegen 4 zunächst ab, dann jedoch wieder zu. Dadurch weist jeder bogenförmige, elastisch ausgebildete Teilabschnitt 8, 9 des ersten Käfigseitenringes 3 einen Bereich geringster Wandstärke 12 auf, welcher zwischen dem benachbarten Steg 4 und dem Verbindungsbereich 11 angeordnet ist. Die Gestaltung der Wandstärke 12 ist in der 2 am Beispiel der am weitesten rechts dargestellten Tasche 5 in einem in tangentialer Richtung geführten Schnitt durch den Käfig 2 aufgezeigt. Auf diese Weise wird die Elastizität des elastisch verformbaren Abschnitts 7 weiter verbessert.
Die als Doppelbrücken ausgebildeten elastisch verformbaren Abschnitte 7 sind im Bereich jeder der längs des Käfigumfangs angeordneten Taschen 5 vorgesehen. Auf diese Weise können alle längs des Lagerumfangs verteilten Kegelrollen 6 elastisch federnd vorgespannt werden.
Jeder der Stege 4 ist im Bereich seiner radial inneren und seiner radial äußeren Begrenzungsflächen 13 mit jeweils einer Ausnehmung 14 versehen. Die Ausnehmung 14 verläuft in Gestalt einer Längsnut 14 in der Längsrichtung des Stegs 4. Der Querschnitt jeder Längsnut 14 weist die Form eines Kreissegments auf, wodurch sich ein ausgerundeter Nutgrund ergibt. Durch das Vorsehen einer Nut wird Material in Bereichen des Steges, in denen Material aus Festigkeitsgründen nicht zwingend erforderlich ist, eingespart. Die damit einhergehende Verringerung des Querschnitts des Stegs 4 führt innerhalb des einstückig gegossenen Käfigs 2 zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Querschnitte einzelner Abschnitte. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Fertigungsprozess erhöht, der Fertigungsvorgang beschleunigt und die Qualität des fertigen Käfigs verbessert. Mittels des ausgerundeten Nutgrundes wird darüberhinaus eine unerwünschte Konzentration mechanischer Spannungen im Bereich der Ausnehmung 14 vermieden.
Durch die in Längsrichtung des Stegs 4 verlaufende Nut 14 sind zwei ebenfalls in der Längsrichtung des Stegs 4 verlaufende, zueinander parallele Rippen 15 gebildet. Die Rippen 15 erstrecken sich über die gesamte Länge jedes Stegs 4, also vom ersten Käfigseitenring 3 bis zum zweiten Käfigseitenring 17. Wie anhand der in 2 am weitestens links dargestellten Tasche 5 gezeigt, ist jede der Rippen 15 mit einem Endabschnitt 16 einer benachbarten Doppelbrücke verbunden.
Der zweite Käfigseitenring 17 ist längs seines Umfangs mit mehreren Vorsprüngen 18 versehen, welche einstückig mit dem zweiten Käfigseitenring 17 an dessen in axialer Richtung äußerer Fläche, welche von dem Innenbereich 10 der Taschen 5 abgewandt ist, verbunden sind. Die Vorsprünge 18 stehen von dem zweiten Käfigseitenring 17 ab und erstrecken sich zunächst in der axialen Richtung A vom Innenbereich 10 der Taschen 5 weg nach außen, dann in radialer Richtung R auf die Lagerachse zu und in axialer Richtung A auf den zweiten Käfigseitenring 17 zu. Dadurch sind die Vorsprünge 18 in einer Hakenform derart ausgebildet, dass sie in eine zugeordnete, an einem Innenringbord 19 eines Kegelrollenlagers 1 vorgesehene Nut 20 einsetzbar sind.
Jeder der entlang des Umfangs des Käfigs 2 vorgesehenen Taschen 5 ist ein Vorsprung 18 am zweiten Käfigseitenring 17 zugeordnet. In Bezug auf die sich in radialer Richtung erstreckende Mittelebene M der Tasche 5 ist der Vorsprung 18 symmetrisch ausgebildet, wie die 2 zeigt.
Der anhand der 1 und 2 erläuterte Käfig 2 für ein Kegelrollenlager 1 ist durch Spritzgießen aus einem mechanisch hinreichend belastbaren und gegenüber den zur Schmierung des Kegelrollenlagers eingesetzten Schmiermitteln beständigen thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Dadurch kann der Käfig trotz seiner besonderen geometrischen Gestaltung auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden.
In der 3 ist ein Kegelrollenlager 1 mit einem erfindungsgemäßen Käfig 2 im zusammengebauten Zustand gezeigt. Das Kegelrollenlager 1 weist einen Innenring 21 sowie einen Außenring 22 auf. Sowohl der Innenring 21 als auch der Außenring 22 sind jeweils mit einer kegelflächenförmigen Lauffläche versehen. Zwischen den Laufflächen von Innenring 21 und Außenring 22 sind Kegelrollen 6 angeordnet, die beim Betrieb des Kegelrollenlagers 1 auf den Laufflächen abwälzen und so die Übertragung axialer und radialer Lasten ermöglichen. Während der Außenring 22 ohne Bord ausgeführt ist, weist der Innenring 21 im Bereich seines großen Durchmessers einen Innenringbord 19 mit einer Führungsnut 20 auf.
Zur Führung der Kegelrollen 6 im Lager 1 ist ein Käfig 2 vorgesehen, welcher einen ersten Käfigseitenring 3 und einen zweiten Käfigseitenring 17 aufweist. Der Käfig ist darüberhinaus entsprechend dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Käfigs, wie es unter Bezugnahme auf die 1 und 2 vorstehend im Detail beschrieben wurde, gestaltet.
Die am zweiten Käfigseitenring 17 vorgesehenen Vorsprünge 18 umfassen im zusammengebauten Zustand des Kegelrollenlagers 1 den Innenringbord 19. Durch die Hakenform des sich radial erstreckenden Vorsprungs 18 greift der Vorsprung 18 auf der von der Kegelrolle 6 abgewandten Seitenfläche des Innenringbords 19 in die an dieser Seitenfläche vorgesehene, zugeordnete Führungsnut 20.
Die Abmessung der Kegelrolle 6 längs ihrer Achse ist in Bezug auf die Innenabmessungen des Innenbereichs 10 der Tasche 5 des Käfigs 2 so gewählt, dass die Kegelrolle 6 im zusammengebauten Zustand des Kegelrollenlagers 1, wie es in 3 dargestellt ist, an dem ebenen Flächenabschnitt 24 anliegt. Die Längsabmessung der Kegelrolle ist weiterhin so gewählt, dass diese nach dem Zusammenbau des Kegelrollenlagers 1 durch eine elastische Verformung des als Doppelbrücke ausgebildeten, elastisch verformbaren Abschnitts 7 des ersten Käfigseitenrings 3 gegen den Innenringbord 19 vorgespannt wird. Die elastische Verformung der Doppelbrücke besteht insbesondere in einer Positionsveränderung des Verbindungsbereiches 11 im Wesentlichen entlang der Achse der Kegelrolle 6 und einem damit einhergehenden elastischen Durchbiegen der beiden bogenförmigen, elastisch ausgebildeten Teilabschnitte 8, 9. Damit ein Vorspannen der Kegelrollen 6 gegen den Bord 19 möglich wird, stützt sich der Käfig 2 mittels der Vorsprünge 18 in axialer Richtung an dem Innenringbord 19 ab.
Obwohl die Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern kann auf vielfältige Art und Weise modifiziert werden, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die anhand des Ausführungsbeispiels des Käfigs vorstehend erläuterte Konstruktion des Seitenrandes der Taschen als eine mit zwei elastisch ausgebildeten, bogenförmigen Teilabschnitten des ersten Käfigseitenrings gebildete Doppelbrücke begrenzt. Auch ein Aufbau des elastisch verformbaren Abschnitts des Käfigseitenrings im Bereich einer Tasche aus drei oder mehr bogenförmigen, elastisch ausgebildeten Teilabschnitten ist denkbar.
Darüber hinaus ist es insbesondere bei Wälzlagern großen Durchmessers auch denkbar, den Käfig aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, zu fertigen, wobei der Käfigseitenring im Bereich der Taschen wiederum in Doppel- oder in Mehrfachbrückenform ausgebildet sein kann.
Der erfindungsgemäße Käfig ist weiterhin auch nicht auf einen Einsatz in einem Kegelrollenlager beschränkt, sondern könnte auch bei anderen Wälzlagern wie beispielsweise Zylinderrollenlagern zum Einsatz kommen. Die Größenverhältnisse innerhalb des erfindungsgemäßen Käfigs können selbstverständlich in Abhängigkeit von der Geometrie des jeweiligen Wälzlagers, insbesondere der Geometrie der Laufflächen und der Lagerringborde, sowie in Abhängigkeit von den Dimensionen der Wälzkörper, variieren.
Auch ist es denkbar, die Mehrfachbrückenstruktur des ersten Käfigseitenrings nicht im Bereich jeder Tasche anzuordnen, sondern nur im Bereich eines Teils der zur Aufnahme von Wälzkörpern vorgesehenen Taschen des Käfigs vorzusehen.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Käfig
3: erster Käfigseitenring
4: Steg
5: Tasche
6: Wälzkörper
7: elastisch verformbarer Abschnitt
8: bogenförmiger, elastisch ausgebildeter Teilabschnitt
9: bogenförmiger, elastisch ausgebildeter Teilabschnitt
10: Innenbereich der Tasche
11: Verbindungsbereich
12: Wandstärke
13: radial innere oder äußere Begrenzungsfläche
14: Ausnehmung
15: Rippe
16: Endabschnitt
17: zweiter Käfigseitenring
18: Vorsprung
19: Lagerringbord
20: Führungsnut
21: Lagerring (Innenring)
22: Lagerring (Außenring)
23: konkave, ausgerundete Vertiefung
A: axiale Richtung des Wälzlagers bzw. des Käfigs
R: radiale Richtung des Wälzlagers bzw. des Käfigs
U: Umfangsrichtung des Wälzlagers bzw. des Käfigs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3477773 A [0006]
DE 4338350 A1 [0014]

Claims

Käfig (2) für ein Wälzlager (1), mit einem ersten Käfigseitenring (3); mit mehreren Stegen (4), die jeweils von dem ersten Käfigseitenring (3) abstehend angeordnet sind und voneinander derart beabstandet sind, dass dadurch Taschen (5) zur Aufnahme von Wälzkörpern (6) gebildet sind; wobei der erste Käfigseitenring (3) im Bereich jeweils einer Tasche (5) einen elastisch verformbaren Abschnitt (7) aufweist, der als eine zwischen zwei benachbarten Stegen (4) angeordnete Mehrfachbrücke ausgebildet ist.
Käfig (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfachbrücke in Bezug auf die sich radial erstreckende Mittelebene (M) der Tasche (5) symmetrisch ausgebildet ist.
Käfig (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfachbrücke durch zumindest zwei bogenförmige, elastisch ausgebildete Teilabschnitte (8, 9) des ersten Käfigseitenringes (3) gebildet ist.
Käfig (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilabschnitte (8, 9) so angeordnet sind, dass eine jeweilige Wölbung von einem durch zwei benachbarte Stege (4) und den ersten Käfigseitenring (3) begrenzten Innenbereich (10) der Tasche (5) weg weist.
Käfig (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrfachbrücke als Doppelbrücke ausgebildet ist, die durch zwei bogenförmige, elastisch ausgebildete Teilabschnitte (8, 9) gebildet ist, die in einem Verbindungsbereich (11) miteinander verbunden sind, und vorzugsweise eine Wandstärke (12) der beiden bogenförmigen, elastisch ausgebildeten Teilabschnitte (8, 9) ausgehend von dem Verbindungsbereich (11) nach beiden Seiten zu den Stegen (4) hin zunächst abnimmt, dann wieder zunimmt.
Käfig (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (4) im Bereich einer radial inneren und/oder einer radial äußeren Begrenzungsfläche (13) jeweils mit einer in Längsrichtung des Steges (4) verlaufenden Ausnehmung (14) versehen ist.
Käfig (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausnehmung (14) in Form einer in einem Steg (4) vorgesehenen Längsnut ausgebildet ist, wobei ein Nutgrund der Längsnut mit einer Rundung versehen ist oder die Längsnut einen Querschnitt in der Form eines Kreissegments aufweist.
Käfig (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die in Längsrichtung des Steges (4) verlaufende Ausnehmung (14) zwei in Längsrichtung des Steges (4) verlaufende und bezüglich der Ausnehmung (14) symmetrisch geformte Rippen (15) gebildet sind, wobei jede der Rippen (15) mit einem Endabschnitt (16) einer angrenzenden Mehrfachbrücke verbunden ist.
Käfig (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Käfigseitenring (17) vorgesehen ist, der von dem ersten Käfigseitenring (3) beabstandet ist und der mit dem ersten Käfigseitenring (3) über die Stege (4) verbunden ist.
Käfig (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Käfigseitenring (3) einen kleineren Durchmesser als der zweite Käfigseitenring (17) aufweist.
Käfig (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Käfigseitenring (17) mehrere sich radial erstreckende Vorsprünge (18) aufweist, die derart ausgebildet sind, dass sie in eine zugeordnete, an einem Lagerringbord (19) des Wälzlagers (1) vorgesehene Nut (20) einsetzbar sind.
Käfig (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Taschen (5) ein Vorsprung (18) zugeordnet ist und dass der jeweils einer Tasche (5) zugeordnete Vorsprung (18) in Bezug auf die sich in radialer Richtung erstreckende Mittelebene (M) der Tasche (5) symmetrisch ausgebildet ist.
Käfig (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) einstückig durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt ist.
Wälzlager (1), insbesondere ein Kegelrollenlager, mit zumindest einem Käfig (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Wälzlager (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Lagerringe (21, 22) einen Lagerringbord (19) aufweist, an dem Lagerringbord (19) eine in Umfangsrichtung (U) des Lagers (1) verlaufende Führungsnut (20) vorgesehen ist, und die sich radial erstreckenden Vorsprünge (18) des zweiten Käfigseitenrings (17) den Lagerringbord (19) derart umfassen, dass die Vorsprünge (18) in die Führungsnut (20) eingreifen.