DE102010035797A1

DE102010035797A1 - Wälzkörperkäfig für zylindrische Wälzkörper eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE102010035797A1
Application number: DE201010035797
Authority: DE
Inventors: Alexander Pabst; Andreas Ziegler; Jesko Jaekel; Hermann Golbach
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-01
Also published as: WO2012028349A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzkörperkäfig für zylindrische Wälzkörper eines Wälzlagers, umfassend zwei den Käfig axial begrenzende Ringborde (40, 42) und mehrere zwischen den Ringborden angeordneten denen jeweils ein mittlerer Abschnitt (24) radial nach innen abgekröpft und mit ersten Halteflächen (26, 28) für die Halterung der Wälzkörper radial nach innen versehen ist, und wobei an den beiden nicht abgekröpften Abschnitten (30) zweite Halteflächen (32, 34) für die Halterung der Wälzkörper radial nach außen ausgebildet sind. Um Wechselbeanspruchungen der Stege im Betrieb zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die ersten Halteflächen (26, 28) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wälzkörper damit im eingebauten Zustand des Wälzlagers nicht in Kontakt kommen, so dass momenterzeugende Kräfte nur über die zweiten Halteflächen (32, 34) auf den Steg übertragen werden. Die zweiten Halteflächen (32, 34) sind außerdem jeweils durch in einem ringbordnahen Teilbereich der nicht abgekröpften Abschnitte (30) ausgebildet, so dass die durch auf diese Halteflächen (32, 34) wirkende Kräfte verursachten Momente im Bereich des Übergangs der Stege auf die Ringborde minimiert werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzkörperkäfig für zylindrische Wälzkörper eines Wälzlagers, umfassend zwei den Käfig axial begrenzende Ringborde und mehrere zwischen den Ringborden angeordnete, die Wälzkörpertaschen begrenzende Stege, von denen jeweils ein mittlerer Abschnitt radial nach innen abgekröpft und mit ersten Halteflächen für die Halterung der Wälzkörper radial nach innen versehen ist, und wobei an den nicht abgekröpften Abschnitten zweite Halteflächen für die Halterung der Wälzkörper radial nach außen ausgebildet sind.
Hintergrund der Erfindung
Derartige auch als M-Profil-Käfige bezeichnete Wälzkörperkäfige werden im allgemeinen aus einem fortlaufenden Bandmaterial durch mehrere aufeinander folgende Bearbeitungsschritte des Stanzens, Prägens, Beschneidens sowie Rundbiegens und Verschweißens hergestellt, wie es beispielsweise aus der DE 33 44 780 C2 bekannt ist. Sie werden vorzugsweise bei stark belasteten Lagern eingesetzt, beispielsweise für die Lagerung von Planetenrädern in Planetengetrieben. Durch die dort auftretenden hohen Anforderungen aus Drehzahlen des Planetenträgers und dem Achsabstand zum Planetenrad sowie die Eigenrotation des Planetenrades selbst kommt es bei den bekannten Ausführungen gelegentlich zu Schäden an den Käfigen, die zum Komplettausfall des Planetengetriebes und damit des dieses Planetengetriebe enthaltenden Aggregates führen. Die hohe Fliehkraftbelastung drückt die Wälzkörper im Wälzkörperkäfig gegen die auch als Innenhalterung bzw. Außenhalterung bezeichneten Halteflächen, welche die Wälzkörper führen sowie radial nach innen bzw. radial nach außen halten. Durch die von den Wälzkörpern im Wechsel auf die Innenhalterung und die Außenhalterung aufgebrachten Kräfte in Verbindung mit im allgemeinen ungünstigen Hebelverhältnissen kommt es bei den Stegen zu hohen Wechselspannungen insbesondere in den ringbordnahen Bereichen der Stege und damit zu Kerbspannungen in den Wälzkörpertaschenecken. Dies führt nach längerer Betriebsdauer häufig zum Ausfall der Wälzlager durch Bruch der Käfige.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzkörperkäfig der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem gegenüber bekannten Konstruktionen die Wechselbeanspruchungen geringer sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die oben genannte Aufgabe insbesondere dadurch lösen lassen sollte, dass die Wechselbeanspruchungsamplitude zumindest reduziert wird.
Die Erfindung geht daher aus von einem Wälzkörperkäfig für zylindrische Wälzkörper eines Wälzlagers, umfassen zwei den Käfig axial begrenzende Ringborde und mehrere zwischen den Ringborden angeordnete, die Wälzkörpertaschen begrenzende Stege, von denen jeweils ein mittlerer Abschnitt radial nach innen abgekröpft und mit ersten Halteflächen für die Halterung der Wälzkörper radial nach innen versehen ist, und wobei an den nicht abgekröpften Abschnitten zweite Halteflächen für die Halterung der Wälzkörper radial nach außen ausgebildet sind. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die ersten Halteflächen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wälzkörper damit im eingebauten Zustand des Wälzlagers nicht in Kontakt kommen.
Auf diese Weise werden die Stege im Betrieb nur axial außen, also nahe der Ringborde tangential belastet, womit die Wechselbeanspruchungsamplitude zumindest erheblich reduziert wird. Damit wird eine längere Gebrauchsdauer gewährleistet bzw. es sind höhere Belastungen möglich.
Da eine Innenhalterung nur noch für das noch nicht eingebaute Lager relevant ist, indem sie die Wälzkörper gegen ein Herausfallen nach innen sichert, können die ersten Halteflächen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung jeweils durch ein oder mehrere aus einer dem Wälzkörper zugeordneten Stegfläche vorspringende Pads gebildet sein, die vorzugsweise eine an die Mantelfläche der zugeordneten Wälzkörper angepasste, zum Beispiel konkave Form haben.
Eine weitere konstruktive Ausgestaltung der durch die Pads gebildeten Halteflächen sieht vor, dass diese jeweils eine sich radial nach innen verjüngende Trapezform haben.
Um die Belastung der Stege durch die über die Außenhalterung eingeleiteten Kräfte weiter zu verringern, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zweiten Halteflächen jeweils durch in einem ringbordnahen Teilbereich der nicht abgekröpften Abschnitte der Stege ausgebildet sind. Dadurch wird der Hebelarm für die auf die Außenhalterung wirkenden Kräfte und damit das Biegemoment in dem Bereich, in welchem die Stege mit den Ringborden verbunden sind, minimiert.
Wie weiter vorne bereits erwähnt wurde, werden die Wälzkörpertaschen bei den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Wälzkörperkäfigen durch Stanzen hergestellt, wobei im weiteren Bereich des Übergangs vom Steg zum Ringbord ein Stanzradius entsteht, in welchem bei Belastung Kerbspannungen auftreten. Außerdem werden die Stege durch Prägen abgekröpft, wodurch ein Abkröpfradius entsteht, in dessen Bereich ebenfalls erhöhte Spannungen auftreten. Um zu verhindern, dass sich diese Spannungen überlagern, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die abgekröpften mittleren Abschnitte mit den nicht abgekröpften Abschnitten der Stege verbindenden Abkröpfradien gegenüber den Stanzradien axial nach innen versetzt angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzkörperkäfigs wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 in einer perspektivischen Draufsicht einen herkömmlichen M-Profil-Käfig,
2 in einer Draufsicht einen einzelnen Steg des Profilkäfigs gemäß der 1,
3 in einer Seitenansicht einen Steg gemäß der 2,
4 in einer Draufsicht einen einzelnen Steg gemäß der Erfindung,
5 einen Steg gemäß der 4 in einer Seitenansicht, und
6 in einer perspektivischen Ansicht eine Einzelheit eines Steges gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Der in 1 dargestellte Wälzkörperkäfig 2 herkömmlicher Bauart umfasst zwei den Wälzkörperkäfig axial begrenzende Ringborde 4 und 6 sowie eine der Anzahl der vorgesehenen Wälzkörper entsprechende Anzahl von zwischen den Ringborden 4, 6 angeordneten, die Wälzkörpertaschen 8 begrenzenden Stegen 10.
Wie insbesondere auch die 2 und 3 erkennen lassen, ist jeweils ein mittlerer Abschnitt 12 eines jeden Steges 10 radial nach innen abgekröpft, wobei an dem abgekröpften Abschnitt 12 erste Halteflächen 14 für die Halterung der Wälzkörper radial nach innen ausgebildet sind. An den beiden nicht abgekröpften Abschnitten 16 des Steges 10 sind jeweils zweite Halteflächen 18 bzw. 20 für die Halterung der Wälzkörper nach radial außen ausgebildet. Wegen der im Wechsel auf die Innenhalterung und die Außenhalterung wirkenden Kräfte und infolge der verhältnismäßig langen Hebelarme von den Halteflächen bis zum Übergang der Stege in die Ringborde, entstehen hohe, wechselnde Biegemomente mit großen Wechselbeanspruchungsamplituden in diesen Übergangsbereichen.
Die 4 und 5 zeigen eine neue, erfindungsgemäße Ausgestaltung der Stege 22 eines Wälzkörperkäfigs. An dem abgekröpften mittleren Abschnitt 24 sind erste Halteflächen 26 und 28 für die Halterung der Wälzkörper radial nach innen angeordnet, während an den nicht abgekröpften Abschnitten 30 zweite Halteflächen 32 und 34 für die Halterung der Wälzkörper radial nach außen ausgebildet sind.
Wie die 4 und 5 erkennen lassen, sind die ersten Halteflächen 26, 28 jeweils durch aus einer dem Wälzkörper zugewandten Stegfläche 36 bzw. 38 vorspringende Pads oder Haltenasen gebildet. Die ersten Halteflächen 26, 28 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass die Wälzkörper damit im eingebauten Zustand des Wälzlagers, bei welchem die Wälzkörper an ihren Laufflächen anliegen, damit nicht in Kontakt kommen. Die durch die Pads gebildeten Halteflächen 26, 28 haben jeweils eine an die Mantelfläche der zugeordneten Wälzkörper angepasste Oberflächenform und verjüngen sich in diesem Beispiel trapezartig radial nach innen.
Wie die 4 und 5 weiter zeigen, sind die zweiten Halteflächen 32 und 34 jeweils durch in einem ringbordnahen Teilbereich der nicht abgekröpften Abschnitte 30 ausgebildet, womit erreicht wird, dass das durch die auf die Halteflächen 32, 34 wirkende Kraft verursachte Moment im Übergang zu den Ringborden 40 bzw. 42 so klein wie möglich gehalten wird.
Da die Wälzkörper im Betrieb des Lagers nicht an die Innenhalterung, d. h. die ersten Halteflächen 26, 28 sondern nur an die zweiten Halteflächen 32, 34 anlaufen, wird eine Wechselbeanspruchung weitestgehend reduziert.
6 zeigt eine weitere Maßnahme, um die Dauerfestigkeit des Wälzkörperkäfigs zu verbessern. Zu diesem Zweck wurde der den mittleren, abgekröpften Abschnitt 24 mit dem jeweiligen nicht abgekröpften Abschnitt 30 verbindende Abkröpfradius 44 gegenüber dem beim Ausstanzen der Wälzkörpertaschen entstehenden Übergangsradius 46 axial nach innen versetzt angeordnet, so dass sich diese Radien nicht überlappen und zu keiner verstärkten Kerbwirkung führen.
Bezugszeichenliste

2: Wälzkörperkäfig
4: Ringbord
6: Ringbord
8: Wälzkörpertaschen
10: Stege
12: Mittlerer Abschnitt
14: Erste Haltefläche
16: Nicht abgekröpfte Abschnitte
18: Zweite Haltefläche
20: Zweite Haltefläche
22: Stege
24: Mittlerer Abschnitt
26: Erste Haltefläche
28: Erste Haltefläche
30: Nicht abgekröpfte Abschnitte
32: Zweite Haltefläche
34: Zweite Haltefläche
36: Stegfläche
38: Stegfläche
40: Ringbord
42: Ringbord
44: Abkröpfradius
46: Übergangsradius

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

DE 3344780 C2 [0002]

Claims

Wälzkörperkäfig für zylindrische Wälzkörper eines Wälzlagers, umfassend zwei den Käfig axial begrenzende Ringborde (40, 42) und mehrere zwischen den Ringborden angeordnete, die Wälzkörpertaschen begrenzende Stege (22), von denen jeweils ein mittlerer Abschnitt (24) radial nach innen abgekröpft und mit ersten Halteflächen (26, 28) für die Halterung der Wälzkörper radial nach innen versehen ist, und wobei an den nicht abgekröpften Abschnitten (30) zweite Halteflächen (32, 34) für die Halterung der Wälzkörper radial nach außen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Halteflächen (26, 28) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wälzkörper damit im eingebauten Zustand des Wälzlagers nicht in Kontakt kommen.
Wälzkörperkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Halteflächen (26, 28) jeweils durch ein oder mehrere aus einer dem Wälzkörper zugewandten Stegfläche (36, 38) vorspringende Pads gebildet sind.
Wälzkörperkäfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Pads gebildeten Halteflächen (26, 28) eine an die Mantelfläche der zugeordneten Wälzkörper angepasste Form haben.
Wälzkörperkäfig nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Pads gebildeten Halteflächen (26, 28) jeweils eine sich radial nach innen verjüngende Trapezform haben.
Wälzkörperkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Halteflächen (32, 34) jeweils durch in einem ringbordnahen Teilbereich der nicht abgekröpften Abschnitte (30) ausgebildet sind.
Wälzkörperkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an den Ecken der Wälzkörpertaschen jeweils die Stege (22) mit den Ringborden (40, 42) verbindende Stanzradien (46) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die die mittleren Abschnitte (24) mit den nicht abgekröpften Abschnitten (30) der Stege (22) verbindenden Abkröpfradien (44) gegenüber den Stanzradien (46) axial nach innen versetzt angeordnet sind.