DE102010007789A1

DE102010007789A1 - Kunststoffkäfig für ein Wälzlager

Info

Publication number: DE102010007789A1
Application number: DE102010007789A
Authority: DE
Inventors: Khosrow 97422 Sultani
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-18
Also published as: WO2011098357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffkäfig (07) für ein Wälzlager mit Taschen (02) zur Aufnahme von Wälzkörpern, der in axialer Richtung in zwei identische Käfigteile (01) geteilt ist und über mehrere Schnappverbindungen zusammensteckbar ist. Die Schnappverbindung ist durch eine Rastklinke (03) und eine Rastnut (04) gebildet, wobei mindestens eine Rastklinke (03) und eine Rastnut (04) an jedem Käfigteil (01) vorgesehen sind, die in jeweils eine Rastnut (04) bzw. Rastklinke (03) des anderen Käfigteils (01) einrastbar sind. Erfindungsgemäß ist die Schnappverbindung in radialer Richtung wirksam.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kunststoffkäfig für ein Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein gattungsgemäßer Kunststoffkäfig umfasst in Umfangsrichtung Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern und ist in axialer Richtung in zwei vorzugsweise identische Käfigteile geteilt. Der Kunststoffkäfig ist über mehrere Schnappverbindungen zusammensteckbar, wobei die Schnappverbindung durch eine Rastklinke und eine Rastnut gebildet ist.
Kunststoffkäfige können sehr vorteilhaft in Hybridlagern verwendet werden. Hybridlager haben Lagerringe aus Stahl und Wälzkörper aus elektrisch isolierender Keramik. Durch Hybridlager kann weitgehend ein schädigender Stromdurchgang zwischen Welle und Gehäuse vermieden werden. Hybridlager werden wegen der geringeren Dichte der Kugeln auch an schnell drehenden Bauteilen verwendet. Auch hier ist die Verwendung eines leichten Kunststoffkäfigs sehr vorteilhaft.
Ein- und mehrteilige Kunststoffkäfige sind im Bereich der Wälzlagertechnik bereits seit längerer Zeit bekannt. Insbesondere in kleineren Baugrößen werden häufig Kunststoffkäfige verwendet. Bei den größeren Lagern bestehen meist Probleme wegen nicht ausreichender Festigkeit und Tragfähigkeit des Kunststoffs bei großer Masse der Wälzkörper.
Beispielsweise ist aus der DE 26 56 733 A1 ein Kunststoffkäfig für Radialwälzlager bekannt. Der Käfig ist als sogenannter „Schnappkäfig” ausgebildet. Er umfasst ein ringförmiges Seitenteil, an welchem am Umfang die Käfigtaschen ausgebildet sind. In die Käfigtaschen sind die Wälzkörper einschnappbar. Der Käfig gewährleistet nur eine einseitige Kugelführung und ist nur für kleine Lagerbauarten verwendbar. Außerdem ist es möglich, dass der Käfig im Betrieb von den Wälzkörpern abspringt.
Die DE 699 25 976 T2 beschreibt ebenfalls einen Kunststoffkäfig für Kugellager. Dieser Käfig kann allein oder in Kombination mit einem zweiten, identischen Käfig verwendet werden, um einen neuen Käfig mit verbesserten Halteeigenschaften und Schutzeigenschaften zu bilden. Die Halteklauen, in welche die Kugeln bei einteiliger Verwendung einrasten, sind in axialer Richtung im Wesentlichen mit einer komplementären Form ausgeführt, um eine gegenüberliegende Montage von zwei Käfigen zu erlauben. Zur dauerhaften Verbindung der Käfigteile wird Klebung vorgeschlagen.
Aus der WO 2004/010015 A1 ist ein Kunststoffkäfig für ein Zylinderrollenlager bekannt. Dieser Käfig ist in radialer Richtung zweigeteilt und umfasst ein Käfignest und einen Finger-Ring. Das Nest weist Vorsprünge auf, in welche der Finger-Ring eingeklickt wird. Es wird vorgeschlagen, diesen Käfig aus Stahl oder Kunststoff herzustellen. Die Schnappsegmente stehen über den Käfigrand hervor, was ungünstig für die Laufeigenschaften des Lagers und die mögliche Verschmutzung ist.
Aus der DE 10 2005 046 161 A1 ist ein axial zweigeteilter Kunstharzkäfig für ein Rillenkugellager bekannt. Der Kunstharzkäfig weist halbkugelförmige Taschen zur Unterbringung von Kugeln in Umfangsrichtung auf gegenüberliegenden Flächen von zwei ringförmigen Körpern auf. Die ringförmigen Körper sind einander in Axialrichtung zugewandt. Der ringförmige Körper umfasst jeweils eine Eingreifklinke, die in Axialrichtung vorsteht und zwischen den benachbarten Taschen der ringförmigen Körper vorgesehen ist. Außerdem ist ein Eingreifloch benachbart zur Eingreifklinke vorgesehen, das beim Zusammenfügen der Teile in Eingriff mit der gegenüberliegenden Eingreifklinke gelangt. Der Rastmechanismus zwischen Eingreifklinke und Eingreifloch wirkt in tangentialer Richtung. Dies ist auch die Hauptwirkungsrichtung der Kräfte, die beim Betrieb eines Wälzlagers durch die Wälzkörper auf den Käfig ausgeübt werden. Außerdem führt eine Materialschwächung in diesem Bereich durch das Eingreifloch zu einer ungenügenden Stabilität des Käfigs, insbesondere bei größeren Wälzlagern.
Bei größeren Wälzlagern (Durchmesser > 140 mm) werden aufgrund der benötigten Stabilität meist Metallkäfige verwendet. Bei Metallkäfigen besteht insbesondere bei Hybridlagern die Gefahr des Stromübergangs durch den Käfig, da eine Spannung von ca. 1 kV einen Luftspalt von 1 mm überbrücken kann. Daher kann es bei einem Hybridlager passieren, dass der Strom über den Käfig durchschlägt, obwohl die Wälzkörper aus Keramik einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweisen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen stabilen Käfig mit hohem elektrischem Widerstand bereitzustellen, der sowohl bei der Montage einfach zu handhaben ist als auch robust ist und preiswert herstellbar ist. Ebenfalls soll ein Hybridwälzlager bereitgestellt werden, welches eine Resistenz gegen Spannungsüberschläge im Lagerspalt aufweist.
Die Erfindung wird durch einen Kunststoffkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Hybridwälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Kunststoffkäfig für ein Wälzlager umfasst zunächst in bekannter Weise Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern, die entlang des Umfangs des Käfigs gleichmäßig verteilt sind. Der Käfig ist in axialer Richtung in zwei vorzugsweise identische Käfigteile geteilt und über mehrere Schnappverbindungen zusammensteckbar, wobei die Schnappverbindungen jeweils durch eine Rastklinke und eine Rastnut gebildet sind. An jedem Käfigteil sind dabei mindestens eine Rastklinke und eine Rastnut vorgesehen, die jeweils in eine Rastnut bzw. Rastklinke des anderen Käfigteils einrastbar ist. Erfindungsgemäß ist die Schnappverbindung derart ausgeführt, dass sie in radialer Richtung wirksam ist.
Dadurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass der Käfig große Kräfte in tangentialer Richtung aufnehmen kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass sowohl eine Montage als auch eine Demontage sehr einfach möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoffkäfig als Massivkäfig ausgeführt, das heißt dass eine innere und eine äußere Umfangsfläche des Kunststoffkäfigs eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Durch diese Gestaltung kann eine größere Stabilität des Käfigs erreicht werden, was die Verwendung in größeren Wälzlagern (d > 140 mm) gestattet.
Vorzugsweise sind die Rastklinken und die Rastnuten in Umfangsrichtung abwechselnd und jeweils zwischen zwei Käfigtaschen angeordnet. Vorzugsweise, aber nicht zwingend, sind zwischen allen Käfigtaschen Rastklinken bzw. Rastnuten angeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Rastklinke ausgehend von einer Innenseite des Käfigteils in axialer Richtung und weist einen sich in radiale Richtung nach außen erstreckenden Rastvorsprung auf, der in eine komplementär geformte Rastnut des gegenüberliegenden Käfigteils einrastbar ist.
Vorteilhafterweise ist der Kunststoffkäfig besonders leicht montierbar und die Schnappverbindung lösbar, so dass auch eine Demontage, beispielsweise für eine Lagerinspektion, einfach möglich ist. Die Lösbarkeit wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Rastklinken am montierten Kunststoffkäfig von außen zugänglich sind und mit einem Werkzeug ”ausgeschnappt” werden können.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Käfig auch boardgeführt ausgelegt werden. Dazu weist der Kunststoffkäfig Führungselemente auf, die auf seiner äußeren oder inneren Umfangsfläche zur Führung des Käfigs an Boardflächen des Wälzlagers vorgesehen sind. Dem Fachmann sind solche Führungselemente zur Führung eines Käfigs an Boardflächen des Wälzlagers bekannt.
Ein erfindungsgemäßes Hybridwälzlager verwendet elektrisch isolierende Wälzkörper und einen zuvor beschriebenen Kunststoffkäfig. Damit ist eine hohe Isolation zwischen den Lagerringen erreichbar, was das Hybridlager für Anwendungsfälle mit hohen Isolationsanforderungen prädestiniert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Käfigteil eines erfindungsgemäßen Kunststoffkäfigs in einer räumlichen Ansicht;
2 das Käfigteil gemäß 1 in verschiedenen Ansichten;
3 einen Kunststoffkäfig, der aus zwei Käfigteilen gemäß 1 zusammengesetzt ist;
4 eine Querschnittsdarstellung einer Schnappverbindung zwischen den Käfigteilen.
1 zeigt einen Käfigteil 01 in einer räumlichen Darstellung. Der Käfigteil 01 ist ringförmig gebildet und weist einseitig halbkugelsegmentförmige Taschen 02 zur Aufnahme von Wälzkörpern auf. Die Taschen sind in bekannter Weise derart gestaltet, dass sie eine zuverlässige Führung der Wälzkörper und eine gute Schmierstofffilmbildung gestatten. Als Wälzkörper kommen insbesondere Kugeln, Zylinder- oder Kegelrollen in Betracht.
Zwischen den Taschen 02 sind in Umfangsrichtung abwechselnd Rastklinken 03 und Rastnuten 04 angeordnet. Bevorzugt wechseln sich Rastklinken 03, Taschen 02 und Rastnuten 04 periodisch ab, sodass bei Wahl einer geraden Taschenanzahl ein rotationssymmetrischer Käfigteil entsteht. Damit wird eine hohe Stabilität der Verbindung zwischen den Käfigteilen erreicht. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen beispielsweise nur auf jede zweite Tasche eine Rastklinke bzw. eine Rastnut folgt, die Anzahl der Rastverbindungen also reduziert ist.
In 2 sind verschiedene Ansichten des in 1 bereits beschriebenen Käfigteils 01 dargestellt. Gezeigt sind eine Draufsicht sowie zwei Schnittdarstellungen entlang der Schnittlinien A-A und B-B, jeweils mit einer zugehörigen Detaildarstellung.
In der Schnittdarstellung A-A ist die Gestaltung der Rastklinke 03 im Querschnitt gut erkennbar. Die Rastklinke 03 erstreckt sich ausgehend vom Käfigteil in axialer Richtung und weist einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Rastvorsprung 06 auf, der in die Rastnut 04 des gegenüberliegenden Käfigteils (nicht dargestellt) einrastbar ist.
Die Gestaltung der Rastnut 04 ist in der Schnittdarstellung B-B gut erkennbar. Dabei ist zu erkennen, dass die Rastnut 04 eine in radialer Richtung ansteigende Rampe 07 aufweist, an der beim Zusammenstecken des Kunststoffkäfigs die Rastklinke 03 federnd entlang gleitet, um dann in einer Vertiefung 08 endgültig einzurasten. Die Vertiefung 08 erstreckt sich in derselben Weise in radialer Richtung wie der Rastvorsprung 06 der Rastklinke 03. Vorteilhafterweise sind Rastklinke 03 und Rastnut 04 komplementär geformt. Dabei sollte im zusammengebauten Zustand vorzugsweise ein geringes Übermaß zwischen Rastvorsprung 06 und Vertiefung 08 verbleiben, um eine geringe Federspannung an der Rastklinke aufrecht zu erhalten. Dies vermeidet ein unnötiges Spiel bzw. Klappern zwischen den Käfigteilen.
In 3 ist ein fertig montierter Kunststoffkäfig 10 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass es sich um einen massiven Kunststoffkäfig handelt, der auf seinen inneren und äußeren Umfangsflächen eine zylindrische Form aufweist. An seinen axialen Randflächen 11 ist der Kunststoffkäfig 10 plan.
Weiterhin ist in 3 gut ersichtlich, dass die Rastnuten 04 durch ihr Profil auch eine Seitenführung für die Rastklinken 03 bereitstellen. Dadurch arretieren die ausgebildeten Schnappverbindungen den Kunststoffkäfig nicht nur in axialer Richtung sondern verhindern gleichzeitig eine Verdrehung der Käfigteil in Umfangsrichtung zueinander.
In 4 ist eine mögliche Gestaltungsvariante der Schnappverbindung gezeigt. Dabei zeigt die Abbildung einen Querschnitt durch den montierten Kunststoffkäfig 10 direkt an einer Schnappverbindung. Die Rastklinke 03 erstreckt sich dabei ausgehend von einer Außenseite des Käfigteils 01 in axialer Richtung und weist den sich in radialer Richtung nach innen ersteckenden Rastvorsprung 06 auf. Am komplementär geformten Teil der Rastnut 04 Dabei ist die rampenförmige Gleitfläche 07 sowie die Vertiefung vorgesehen, in welche der Rastvorsprung 06 formschlüssig eingreift.
Dem Fachmann ist die Gestaltung verschiedener Rastverbindungen hinlänglich bekannt. Er kann diese abwandeln, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass die Rastverbindung in radialer Richtung wirksam ist.
Bezugszeichenliste

01: Käfigteil
02: Tasche
03: Rastklinke
04: Rastnut
05
06: Rastvorsprung der Rastklinke
07: Rampenfläche in der Rastnut
08: Vertiefung in der Rastnut
09
10: Kunststoffkäfig
11: Randfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2656733 A1 [0004]
DE 69925976 T2 [0005]
WO 2004/010015 A1 [0006]
DE 102005046161 A1 [0007]

Claims

Kunststoffkäfig (10) für ein Wälzlager mit Taschen (02) zur Aufnahme von Wälzkörpern, der in axialer Richtung in zwei Käfigteile (01) geteilt ist und über mehrere Schnappverbindungen zusammensteckbar ist, wobei jede Schnappverbindung durch eine Rastklinke (03) und eine Rastnut (04) gebildet ist, die sich jeweils ausgehend von einem Käfigteil in axialer Richtung zum anderen Käfigteil erstrecken, wobei jede Rastklinke (03) in eine gegenüberliegende Rastnut (04) am gegenüberliegenden Käfigteil (01) einrastbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappverbindung in radialer Richtung wirksam ist.
Kunststoffkäfig (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander in Eingriff stehenden Rastklinken (03) und Rastnuten (04) zumindest abschnittsweise jeweils auf einer Radiallinie des Kunststoffkäfigs hintereinander angeordnet sind.
Kunststoffkäfig (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere und eine äußere Umfangsfläche des Kunststoffkäfigs eine zylindrische Form und die axialen Randflächen (11) eine plane Form aufweisen.
Kunststoffkäfig (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastklinken (03) und Rastnuten (04) in Umfangsrichtung abwechselnd und jeweils zwischen zwei Käfigtaschen (02) angeordnet sind.
Kunststoffkäfig (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen Käfigtaschen (02) Rastklinken (03) bzw. Rastnuten (04) angeordnet sind.
Kunststoffkäfig (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rastklinke (04) ausgehend von einer Innenseite des Käfigteils (01) in axialer Richtung erstreckt und einen sich in radiale Richtung nach außen erstreckenden Rastvorsprung (06) aufweist, der in die komplementär geformte Rastnut (04) des gegenüberliegen Käfigteils (01) zum Verbinden der Käfigteile (01) einrastbar ist.
Kunststoffkäfig (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er Führungselemente auf seiner äußeren oder inneren Umfangsfläche zur Führung des Käfigs an Bordflächen des Wälzlagers aufweist.
Kunststoffkäfig (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass seine beiden Käfigteile (01) identisch geformt sind.
Kunststoffkäfig (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass seine beiden Käfigteile (01) rotationssymmetrisch geformt sind.
Hybridwälzlager mit einem Innenring, einem Außenring elektrisch isolierenden Wälzkörpern und einem Käfig für ein mit Taschen (02) zur Aufnahme der Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig als Kunststoffkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.