DE102010015085A1

DE102010015085A1 - Käfig eines Großwälzlagers

Info

Publication number: DE102010015085A1
Application number: DE201010015085
Authority: DE
Inventors: Rainer Messerschmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-10-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig (1; 1') eines Großwälzlagers mit einem Teilkreisdurchmesser größer als 500 mm und mit zwischen Außenring und Innenring gelagerten Kegelrollen, sowie mit zwei Seitenscheiben (2, 3; 10, 11), die durch Taschen (5; 13) bildende Stege (4; 12) miteinander verbunden sind. Um den Käfig zu vereinfachen ist vorgesehen, dass der Käfig (1; 1') aus globulitischem Grauguss besteht, wobei die jeweils eine Tasche (5; 13) begrenzenden Stege (4; 12) mit den Seitenscheiben (2, 3; 10, 11) einstückig verbunden sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Käfig eines Großwälzlagers mit einem Teilkreisdurchmesser größer als 500 mm und mit zwischen Außenring und Innenring gelagerten Kegelrollen, sowie mit zwei Seitenscheiben, die durch Taschen bildende Stege miteinander verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Käfige von Zylinderrollenlagern mit großem Nenndurchmesser im Bereich von wenigstens 500 mm bis über 1000 mm werden beispielsweise aus Messingschleudergussrohlingen spanend hergestellt, was mit einem vergleichsweise großen Zeitaufwand verbunden ist. Bedingt durch die Größe derartiger Wälzlager ist ein zugehöriger Käfig sehr schwer, so dass allein der Käfig eines solchen Wälzlagers erheblich zu dessen Gesamtgewicht beträgt.
Ein anderer, häufig für große Lager verwendeter Käfig ist der Bolzenkäfig. Dieser ist sehr robust und weist eine hohe Packungsdichte auf, wodurch das Lager eine große Tragfähigkeit hat. Der Hauptnachteil eines Bolzenkäfigs liegt in den Kosten für die dort notwendigen durchbohrten Rollen aus Einsatzstahl. Gerade diese Einsatzhärtung benötigt Zeit; die durchbohrten Einsatzstahlrollen sind daher deutlich teurer als entsprechende Massivrollen ohne Bohrung aus normalem Wälzlagerstahl. Außerdem werden die Bolzenkäfige von Großwälzlagern erst nach der Montage auf dem Innenring geschweißt. Dies hat zur Folge, dass Schweißperlen, Schlacke usw. ins Lager gelangen können, die trotz anschließender Reinigung nicht immer völlig entfernt werden, was zu Schäden im Lager führen kann. Weiterhin kommt es durch das Schweißen zu einem Verzug der betroffenen Bauteile, dessen Entstehen zwar etwas vorgehalten wird, aber nicht ganz zu vermeiden ist.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Käfige von Wälzlagern herzustellen, bei denen die Einzelteile des Käfige, insbesondere die Seitenringe und die sie verbindenden Stege, durch nicht spanende Herstellungsverfahren herzustellen, um derart zumindest die Herstellungskosten reduzieren zu können. Aus der DE 923 761 C ist ein mehrteiliger Käfig für Wälzlager bekannt, bei welchem die Stege des Käfigs aus einem Sintermetall bestehen, wodurch die Schmiereigenschaften desselben verbessert sein sollen. Jedoch bietet auch der aus der DE 923 761 C bekannte Käfig noch Raum für Verbesserungen, was insbesondere für die Vollmaterial bestehenden Seitenringe gilt, die zwar einfacher herzustellen sind, welche aber nach wie vor ein hohes Gewicht aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Käfig für ein Wälzlager vorzuschlagen, das die geschilderten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll ein Käfig eines Großwälzlagers vorgestellt werden, der preiswert herzustellen ist und der eine sehr hohe Festigkeit aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass der Käfig aus globulitischem Grauguss hergestellt ist.
Die Erfindung geht daher aus von einem Käfig eines Großwälzlagers mit einem Teilkreisdurchmesser größer als 500 mm und mit zwischen Außenring und Innenring gelagerten Kegelrollen, sowie mit zwei Seitenscheiben, die durch Taschen bildende Stege miteinander verbunden sind. Zudem ist vorgesehen, dass der Käfig aus globulitischem Grauguss besteht, wobei die jeweils eine Tasche begrenzenden Stege mit den Seitenscheiben einstückig verbunden sind.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass der Käfig keine Lagerbolzen mehr aufweist und entweder als ein Bauteil oder aus Segmenten hergestellt sein kann. So können durch die Käfiggestaltung nicht durchbohrte Rollen aus Standardwälzlagerstahl verwendet werden. Das besondere Merkmal des erfindungsgemäßen Käfigs ist sein Werkstoff. Hier ist als Käfig-Werkstoff Eisenguss gewählt, und zwar kein gewöhnlicher Grauguss, der aufgrund seiner Eigenschaften nicht eingesetzt werden kann, sondern globulitischer Grauguss, welcher auch unter den Bezeichnungen Grauguss mit Kugelgraphit oder Sphäroguss bekannt ist.
Dieser bei Wälzlagern eher selten verwendete Werkstoff ist besonders für statische wie dynamische Beanspruchung geeignet. Mit diesem Werkstoff werden die notwenigen Festigkeitskennwerte des Bolzenkäfigwerkstoffs erreicht. Je nach Ausführung des Käfigs, welcher einstückig oder segmentiert aufgebaut sein kann, kommen zwei verschiedene Gießverfahren in Betracht. Für die einstückigen Käfige kann nur das Standard-Gussverfahren, also das Sandguss-Verfahren eingesetzt werden, da hier aufgrund der Käfiggröße Feinguss nicht in Frage kommt. Wird allerdings der Käfig aus Segmenten aufgebaut, so kann hier auch ein Feinguss zum Einsatz kommen, der im Vergleich zum Standardguss die Vorteile einer sehr guten Oberfläche wie auch nur geringer oder gar keiner Nacharbeit bietet.
Zwar ist es aus der DD 32 246 A bereits bekannt, einen Massiv-Fensterkäfig aus Sphäroguss herzustellen, jedoch wird dieser bekannte Käfig für schnell drehende Lager von Brennkraftmaschinen verwendet und im Schleuderguss-Verfahren hergestellt, so dass sich ein derartiger bekannter Käfig nicht für Großwälzlager verwenden lässt.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Käfig einstückig ausgebildet und im Sandguss-Verfahren hergestellt ist, wobei die Stege jeweils einstückig mit den Seitenscheiben verbunden sind.
In einer anderen praktischen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass in die Stege Rastnasen eingearbeitet sind.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Käfig radial mehrfach geteilt ist und aus einer Mehrzahl von jeweils einstückigen Käfigsegmenten besteht.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Käfigsegmente jeweils zwei seitlich verlaufende Seitenringsegmente aufweisen, welche über Stege einstückig miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Stegen und den Seitenringsegmenten Taschen für Wälzkörper ausgebildet sind.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an Stirnseiten der Käfigsegmente jeweils sich radial erstreckende Zapfen mit halbkreisförmigem Querschnittsprofil angeformt sind, wobei jeder Zapfen endständig eine Nut aufweist.
Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass die Zapfen zweier aneinander anliegender Käfigsegmente durch einen Ring aus Kunststoff, Gummi, oder Stahl miteinander gekuppelt sind, wobei der Ring in die Nuten der aneinander anliegenden Zapfen eingelegt ist.
Besonders vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Stege im Bereich der Taschen mit Anlaufflächen versehen sind.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass wenigstens ein Käfigsegment im Sandguss-Verfahren hergestellt ist. Vorteilhaft ist schließlich eine Variante, die sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens ein Käfigsegment im Feinguss-Verfahren hergestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Käfigs gemäß der Erfindung,
2 eine ausschnittweise Vergrößerung des Käfigs der 1,
3 ein Käfigsegment eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Käfigs gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht von oben, und
4 das Käfigsegment aus 3 von unten.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Demnach zeigen die 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Käfigs 1 eines nicht dargestellten Wälzlagers in Form eines Kegelrollenlagers, welches als Großwälzlager mit einem Teilkreisdurchmesser von größer als 500 mm ausgebildet ist und beispielsweise zur Lagerung von Rotoren in Windkraftanlagen eingesetzt wird. In 1 ist der Käfig 1 in einer perspektivischen Gesamtansicht und in 2 ausschnittweise in gegenüber 1 vergrößerter Ansicht dargestellt. Das nicht dargestellte Kegelrollenlager besteht in an sich bekannter Weise aus einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, welche als Kegelrollen ausgebildet sind.
Der Käfig 1, besteht aus zwei axial äußeren Seitenscheiben 2, 3, welche durch eine Vielzahl von Stegen 4 einstückig miteinander verbunden sind. Jeweils zwischen benachbarten Stegen 4 und den Seitenscheiben 2, 3 verbleiben Freiräume, welche als Taschen 5 für jeweils eine Kegelrolle dienen. Axial innere Seitenflächen 6, 7 der Seitenscheiben 2, 3 dienen der axialen Führung von axial äußeren Stirnflächen der Kegelrollen.
Der Käfig 1 besteht aus globulitischem Grauguss, welcher auch als Sphäroguss oder als Grauguss mit Kugelgraphit bekannt ist. Hergestellt wird der einstückige Käfig 1 im Sandguss-Verfahren. Nach Herstellung des Rohlings des Käfigs 1 wird dieser durch übliche spanabhebende Verfahren nachbearbeitet, und es werden Rastnasen 8 in die Stege 4 eingearbeitet, welche der Halterung der Kegelrollen im eingebauten Zustand dienen.
In den 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines nur teilweise dargestellten erfindungsgemäßen Käfigs 1' gezeigt. Dieser Käfig 1' ist radial mehrfach geteilt und besteht aus einer Mehrzahl von jeweils einstückigen Käfigsegmenten 9, von denen in den 3 und 4 jeweils nur ein Käfigsegment 9 perspektivisch von oben bzw. von unten gezeigt ist.
Auch der aus Käfigsegmenten 9 bestehende Käfig 1' ist ein Käfig 1' eines Wälzlagers, welches als Großwälzlager mit einem Teilkreisdurchmesser größer als 500 mm ausgebildet ist und beispielsweise zur Lagerung von Rotoren in Windkraftanlagen eingesetzt wird.
Jeweils gleichartige Käfigsegmente 9 werden zum Zusammenbau des Käfigs 1' in Umlaufrichtung stirnseitig angrenzend bzw. aneinander stoßend angeordnet und miteinander verbunden, um einen ringförmig umlaufenden Käfig 1' zur Führung von Kegelrollen zu bilden.
Jedes Käfigsegment 9 weist zwei seitlich verlaufende Seitenringsegmente 10, 11 auf, welche über Stege 12 einstückig miteinander verbunden sind, so dass zwischen den Stegen 12 Taschen 13 für die Wälzkörper ausgebildet sind. In der gezeigten Ausführungsform weist jedes Käfigsegment 9 zwei Taschen 13 und drei Stege 12 auf.
An umfangsbezogenen Endbereichen der Käfigsegmente 9 sind durch die Stege 12 Stirnseiten 14, 15 der Käfigsegmente 9 gebildet, wobei diese Stirnseiten 14, 15 von benachbarten, nicht dargestellten und gleich ausgebildeten Käfigsegmenten aneinander anstoßend und/oder angrenzend angeordnet sind.
Eine Verbindung aneinander anliegender Käfigsegmente 9 wird durch eine Verbindungseinrichtung erzeugt, welche aus jeweils an den Stirnseiten 14, 15 angeordneten und sich radial erstreckenden Zapfen 16, 17 mit halbkreisförmigen Querschnittsprofil gebildet ist. Jeder Zapfen 16, 17 weist an seinem freien axialen Ende eine halbkreisförmige Nut 18, 19 auf. Werden die Zapfen zweier benachbarter Käfigsegmente 9 aneinander gelegt, entsteht ein insgesamt runder Zapfen mit einer kreisförmigen Ringnut.
Zur dauerhaften Verbindung benachbarter Zapfen werden die paarigen Zapfen gekuppelt. Die Kupplung der Zapfen 16, 17 geschieht dann mittels nicht dargestellter Ringe, welche aus Kunststoff, Gummi, oder Stahl bestehen. Abweichend sind auch andere Gestaltungen der Zapfen 16, 17 möglich, beispielsweise mit eckigem Querschnitt oder mit einer Schwalbenschwanzform, welche eine formschlüssige Kupplung zulässt, ohne die genannten Ringe zu benutzen. Weiterhin ist es möglich, die Käfigsegmente lose, d. h. ohne Verbindung, einzubauen, wie es bereits bei Großlagern mit Kunststoffsegmentkäfigen im Windkraftbereich gehandhabt wird.
Im Bereich der Taschen 13 sind die Stege 12 mit Anlaufflächen 20 versehen, welche der besseren umfangsbezogene Führung der Kegelrollen dienen.
Wie der Käfig 1 bestehen die Käfigsegmente 9 des Käfigs 1' aus globulitischem Grauguss, welcher auch als Sphäroguss oder als Grauguss mit Kugelgraphit bekannt ist. Hergestellt werden die Käfigsegmente 9 im Sandguss-Verfahren. Nach Herstellung der Käfigsegmente 9 des Käfigs 1' werden diese durch übliche spanabhebende Verfahren nachbearbeitet. Es ist jedoch auch möglich, die Käfigsegmente 9 im Feinguss-Verfahren herzustellen, was insofern von Vorteil ist, als dass hierdurch auf ein Nacharbeiten zumindest weitgehend verzichtet werden kann.
Beide Käfige 1, 1' zeichnen sich durch den gemeinsamen Werkstoff globulitischer Grauguss aus. Dieser Werkstoff weist besonders vorteilhafte Eigenschaften auf. Er ist leicht, bietet aber eine ausreichende Festigkeit.
Bezugszeichenliste

1: Käfig
2: Seitenscheibe
3: Seitenscheibe
4: Steg
5: Tasche
6: Seitenfläche
7: Seitenfläche
8: Rastnase
9: Käfigsegment
10: Seitenringsegment
11: Seitenringsegment
12: Steg
13: Tasche
14: Stirnseite
15: Stirnseite
16: Zapfen
17: Zapfen
18: Nut
19: Nut
20: Anlauffläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 923761 C [0004, 0004]
DD 32246 A [0010]

Claims

Käfig (1; 1') eines Großwälzlagers mit einem Teilkreisdurchmesser größer als 500 mm und mit zwischen Außenring und Innenring gelagerten Kegelrollen, sowie mit zwei Seitenscheiben (2, 3; 10, 11), die durch Taschen (5; 13) bildende Stege (4; 12) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1; 1') aus globulitischem Grauguss besteht, wobei die jeweils eine Tasche (5; 13) begrenzenden Stege (4; 12) mit den Seitenscheiben (2, 3; 10, 11) einstückig verbunden sind.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) einstückig ausgebildet und im Sandguss-Verfahren hergestellt ist, wobei die Stege (4) jeweils einstückig mit den Seitenscheiben (2, 3) verbunden sind.
Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stege (4) Rastnasen (8) eingearbeitet sind.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1') radial mehrfach geteilt ist und aus einer Mehrzahl von jeweils einstückigen Käfigsegmenten (9) besteht.
Käfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigsegmente (9) jeweils zwei seitlich verlaufende Seitenringsegmente (10, 11) aufweisen, welche über Stege (12) einstückig miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Stegen (12) und den Seitenringsegmenten (10, 11) Taschen (13) für Wälzkörper ausgebildet sind.
Käfig nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an Stirnseiten (14, 15) der Käfigsegmente (9) jeweils sich radial erstreckenden Zapfen (16, 17) mit halbkreisförmigen Querschnittsprofil angeformt sind, wobei jeder Zapfen (16, 17) endständig eine Nut (18, 19) aufweist.
Käfig nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (16, 17) zweier aneinander anliegender Käfigsegmente (9) durch einen Ring aus Kunststoff, Gummi, oder Stahl miteinander gekuppelt sind, wobei der Ring in die Nuten (18, 19) der aneinander anliegenden Zapfen (16, 17) eingelegt ist.
Käfig nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (12) im Bereich der Taschen (13) mit Anlaufflächen (20) versehen sind.
Käfig nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Käfigsegment (9) im Sandguss-Verfahren hergestellt ist.
Käfig nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Käfigsegment (9) im Feinguss-Verfahren hergestellt ist.