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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend einen Satz Wälzkörper, der von einem Käfig gehalten wird, wobei der Käfig aus zwei Käfigscheiben besteht, die durch eine Anzahl Bolzen miteinander verbunden sind, wobei zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern zwei Bolzen angeordnet sind, wobei einer der Bolzen radial oberhalb des Wälzkörperteilkreises und einer der Bolzen radial unterhalb des Wälzkörperteilkreises angeordnet ist und wobei beide Bolzen auf einem Radialstrahl liegen.
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Der Käfig eines Wälzlagers beeinflusst wesentlich die Eignung des Wälzlagers für einen bestimmten Anwendungsbereich. Die Hauptaufgaben des Käfigs sind, die Wälzkörper auf Abstand zu halten, um eine unmittelbare Berührung benachbarter Wälzkörper zu verhindern, sowie die Wälzkörper über den gesamten Umfang gleichmäßig zu verteilen, um so eine gleichmäßige Lastverteilung und einen ruhigen Lagerlauf zu gewährleisten. Zudem führt der Käfig die Wälzkörper in der entlasteten Zone und verbessert dadurch die Abrollbedingungen im Wälzlager und verhindert ein Herausfallen der Wälzkörper, wenn beim Ein- bzw. Ausbau nicht selbsthaltender Lager der freie Lagerring von dem Lagerring mit Wälzkörpersatz abgezogen wird.
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Gattungsgemäße Bolzenkäfige finden ihre Anwendung hauptsächlich im Bereich großer Wälzlager, die starken Beschleunigungen, Verzögerungen und Vibrationen ausgesetzt sind. Ein Beispiel hierfür ist die metallverarbeitende Industrie, hier seien beispielhaft Wälzlager von Reversiergerüsten genannt.
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Unter diesen Bedingungen sind eine hohe Käfigfestigkeit sowie eine möglichst hohe Anzahl an Wälzkörpern für eine hohe Tragfähigkeit notwendig.
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Bolzenkäfige der eingangs genannten Art sind bekannt und werden für verschiedenartige Wälzlager (Zylinder-, Kegel-, sowie Pendelrollenlager) eingesetzt, wobei die Wälzkörper eine zentrische, axial verlaufende Bohrung aufweisen, die vom Bolzen durchsetzt wird. Die Bolzen werden von zwei seitlich angeordneten Käfigscheiben gehalten. Der Käfig übernimmt die Führung sowie die gleichmäßige Verteilung der Wälzkörper im Lager.
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Ein Nachteil des Bolzenkäfigs ist vor allem die Notwendigkeit von durchbohrten Wälzkörpern, die aufgrund der vorhandenen Bohrung aus einem speziellen Material hergestellt werden und eine bestimmte Wärmebehandlung benötigen, um eine ausreichende Zähigkeit zu gewährleisten und somit ein Brechen unter Belastung zu verhindern. Das Verwenden von durchbohrten Wälzkörpern im Vergleich zu nicht durchbohrten Wälzkörpern hat eine Schwächung der Rollenfestigkeit und somit eine Reduzierung der Lagertragfähigkeit zur Folge. Zudem ist es notwendig, möglichst große Wälzkörper zu verwenden, um die verbleibende Wandstärke der durchbohrten Wälzkörper möglichst groß auszuführen. Größere Wälzkörper bedeuten zwar eine hohe Tragfähigkeit, jedoch werden die dynamischen Eigenschaften der Wälzkörper negativ beeinflusst, was besonders bei Anwendungen mit starken Beschleunigungen und Verzögerungen, wie sie in der metallverarbeitenden Industrie häufig auftreten, zu Anschmierungen an Ring- und Wälzkörperlaufbahnen führen kann.
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Ein weiterer Nachteil bei vorbekannten Wälzlagern mit Bolzenkäfig ist die Tatsache, dass erst ab einem gewissen Wälzkörperdurchmesser ein Bolzenkäfig zum Einsatz kommen kann, da die Bohrung für die Bolzenführung nicht beliebig groß gewählt werden kann, um eine gewisse Restwandstärke der Wälzkörper nicht zu unterschreiten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Demgemäß soll insbesondere eine hohe Festigkeit des Käfigs erreicht werden, wobei die Wälzkörper frei von Ausnehmungen gehalten werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen innerhalb der axialen Erstreckung der Wälzkörper einen Mittenbereich sowie zwei an diesen angrenzende axiale Endbereiche aufweist, wobei in den axialen Endbereichen je eine Hülse angeordnet ist, deren Außenumfang zum Anlauf an den Wälzkörpern ausgebildet ist und wobei die Hülse einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Bolzen in seinem Mittenbereich.
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Die Wälzkörper sind dabei vorzugsweise frei von sie durchsetzenden Ausnehmungen.
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Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die zum Einsatz kommenden Bolzen, zumindest teilweise, rein zylindrisch, d. h. mit konstantem Durchmesser entlang ihrer axialen Erstreckung, ausgebildet sind.
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Der Bolzen kann weiterhin innerhalb der axialen Erstreckung der Käfigscheiben Endabschnitte aufweisen, die einen im Vergleich zum restlichen Bolzen reduzierten Durchmesser aufweisen.
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Ferner kann vorgesehen werden, dass die Hülse auf dem Bolzen drehbar gelagert ist, insbesondere mittels eines oder nach Art eines Gleitlagers. Schließlich kann die Hülse einen Außenumfang aufweisen, der eine Profilierung aufweist, insbesondere eine konische Ausformung.
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Die vorliegende Erfindung schlägt also ein neues Konzept für einen Bolzenkäfig vor, das in Wälzlagern zum Einsatz kommt. Dieses neue Konzept bietet die Festigkeit des bisher bekannten Bolzenkäfigdesigns, kann aber mit nicht durchbohrten Wälzkörpern (also mit Vollrollen) verwendet werden, wodurch viele der oben genannten Nachteile des bisher bekannten Bolzenkäfigs vermieden werden können.
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Das neue Bolzenkäfigkonzept sieht zwei seitliche Käfigscheiben vor, in welche die Bolzen montiert sind. Ein Unterschied zum bekannten Bolzenkäfigdesign, bei dem pro verbautem Wälzkörper ein einziger Bolzen zum Einsatz kommt, besteht darin, dass bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag zwei Bolzen pro Wälzkörper zum Einsatz kommen, von denen jeweils einer über- und einer unterhalb des Wälzkörperteilkreisdurchmessers angeordnet ist.
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Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Konzepts besteht darin, dass der Abstand zwischen den benachbarten Wälzkörpern auf ein Minimum reduziert werden kann und so die maximale Anzahl an Wälzkörpern im Lager ermöglicht und die höchste Tragfähigkeit erreicht wird.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlags ist die Möglichkeit, nicht durchbohrte Wälzkörper (also Vollrollen) einzusetzen und gleichzeitig eine verbesserte Festigkeit des Käfigs zu erreichen. Die Verwendung nicht durchbohrter Wälzkörper anstatt durchbohrter Wälzkörper bringt einen erheblichen Festigkeitsvorteil mit sich.
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Zusätzlich bietet dieses neue Bolzenkäfigdesign die Möglichkeit, im Durchmesser kleinere Wälzkörper zu verwenden; dies ist bei vorbekannten Bolzenkäfigen aufgrund zu kleiner Wälzkörperquerschnitte nicht möglich. Somit sind verbesserte dynamische Eigenschaften die Folge. Hierdurch können bei Anwendungen mit starken Beschleunigungen und Verzögerungen sowie Vibrationen, wie sie in der metallverarbeitenden Industrie häufig auftreten, Anschmierungen an Ring- und Wälzkörperlaufbahnen vermieden werden.
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Der Nachteil der geringeren Tragfähigkeit, der sich durch die Verwendung kleinerer Wälzkörper ergibt, kann durch eine erhöhte Wälzkörperanzahl, die mit diesem neuen Käfigdesign aufgrund von minimierten Abständen zwischen benachbarten Wälzkörpern im Vergleich zum bisherigen Design möglich ist, kompensiert werden.
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Grundsätzlich können bei allen Varianten die Bolzen vollständig bzw. partiell gehärtet sein, um eine Verschleißminderung sowie Festigkeitserhöhung zu erzielen. Eine vollständige bzw. partielle Oberflächenbeschichtung der Bolzen ist ebenfalls möglich, um die entstehende Reibung zwischen den Kontaktpartnern zu reduzieren.
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Um die Montierbarkeit dieses neuen Käfigdesigns zu erleichtern, kann an einem Ende des Bolzens ein Gewinde angebracht werden während die zylindrische Fläche am zweiten Ende mit der Käfigscheibe verschweißt wird. Somit ist sichergestellt, dass der Bolzen durch die Bohrung in der einen Käfigscheibe geführt und in der zweiten Käfigscheibe verschraubt werden kann.
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Zur zusätzlichen Sicherung der Bolzen können auch beide Enden mit den Käfigscheiben verschweißt werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 einen Achsschnitt durch einen Teil eines Zylinderrollenlagers, wobei eine Anzahl Zylinderrollen samt einem Abschnitt des Bolzenkäfigs dargestellt ist, der die Zylinderrollen hält,
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2 einen Radialschnitt durch einen Zylinderrollenlager nach 1, wobei eine nicht unter die vorliegende Erfindung fallende Ausführungsform dargestellt ist,
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3 einen Radialschnitt durch einen Zylinderrollenlager nach 1, wobei eine zweite nicht unter die vorliegende Erfindung fallende Ausführungsform dargestellt ist,
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4 einen Radialschnitt durch einen Zylinderrollenlager nach 1, wobei eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, und
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5 einen Radialschnitt analog zu 2 durch einen Kegelrollenlager, in dem ein Bolzenkäfig zum Einsatz kommt.
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In 1 ist ein axialer Schnitt durch ein Zylinderrollenlager mit dem erfindungsgemäßen Bolzenkäfig zu sehen. Die Wälzkörper 1 in Form der Zylinderrollen sind von dem Käfig 2 gehalten. Der Käfig 2 weist zwei Käfigscheiben 3 und 4 auf (s. hierzu auch die nachfolgenden Figuren), wobei die Käfigscheiben 3, 4 von zwei Bolzen 5 und 6 miteinander verbunden sind. Von den Bolzen 5 und 6 ist eine der Anzahl der Wälzkörper 1 entsprechende Anzahl vorhanden.
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Wie zu erkennen ist, ist ein radial außenliegender Bolzen 5 radial oberhalb des Wälzkörperteilkreises 7 angeordnet, während ein radial innenliegender Bolzen 6 radial unterhalb des Wälzkörperteilkreises 7 positioniert ist. Demgemäß liegen die Bolzen 5 auf einem Teilkreis 15, der einen größeren Radius aufweist als der Wälzkörperteilkreis 7; indes liegen die Bolzen 6 auf einem Teilkreis 16, der einen kleineren Radius aufweist als der Wälzkörperteilkreis 7. Weiter ist zu erkennen, dass die beiden Bolzen 5, 6 auf einem Radialstrahl 8 liegen, der durch den Mittelpunkt des Lagers läuft.
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Diese Anordnung der Bolzen 5, 6 sowie der Durchmesser der Bolzen sind so gewählt, dass ein Herausfallen der Wälzkörper 1 beim Ein- bzw. Ausbau nicht selbsthaltender Lager verhindert wird.
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In 2 ist ein Radialschnitt durch das Zylinderrollenlager gemäß 1 zu sehen, aus dem einige Details für die Ausgestaltung des Bolzenkäfigs 2 hervor gehen, wie sie nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sind. Der Schnitt gemäß 2 verläuft entlang des Radialstrahls 8 nach 1.
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Jeder Bolzen 5, 6 weist einen Mittenbereich 9 auf, der sich bis zu 90%, vorzugsweise sogar bis zu 95%, der axialen Erstreckung des Wälzkörpers 1 erstreckt. An den Mittenbereich 9 grenzen beidseitig gleich große axiale Endbereiche 10 und 11 an, die ebenfalls innerhalb der axialen Erstreckung der Wälzkörper 1 liegen.
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Der Durchmesser des Bolzens im Mittenbereich 9 ist mit d angegeben, der Durchmesser des Bolzens im axialen Endbereich 10, 11 ist mit D bezeichnet. Wie zu sehen ist, ist der Durchmesser d im Mittenbereich 9 kleiner als im axialen Endbereich, der Durchmesser d beträgt dabei 60% bis 98% des Durchmessers D. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Berührung zwischen Wälzkörper 1 und Bolzen 5, 6 lediglich im axialen Endbereich 10, 11 stattfindet und der Bolzen 5, 6 sonst keinen Kontakt mit dem Wälzkörper 1 hat.
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Erwähnt sei noch, dass der Durchmesser des radial außenliegenden Bolzens 5 (sowohl betreffend den Durchmesser d als auch den Durchmesser D) größer aber auch kleiner sein kann als der Durchmesser des radial innenliegenden Bolzens 6; die Durchmesserdifferenz kann dabei beispielsweise zwischen 10% und 30% betragen.
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Im axialen Endbereich 10, 11 weist der Bolzen 5, 6 an seiner äußeren Umfangsfläche eine Profilierung 17 auf, die zum optimalen Anlauf am Wälzkörper 1 ausgebildet ist. Hiernach ist beispielsweise vorgesehen, dass der Bolzen 5, 6 im axialen Endbereich 10, 11 leicht konisch ausgebildet ist. Möglich ist es auch, dass die profilierte Fläche 17 an die Profilierung des Wälzkörpers 1 angepasst ist, so dass optimale Wälzkörper-Bolzen-Kontaktverhältnisse (Linienberührung) vorliegt.
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In 3 ist für eine weitere mögliche Ausführungsform ein weiterer Aspekt des vorgeschlagenen Bolzenkäfigs 2 zu sehen.
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Hiernach ist vorgesehen, den Bolzen 5, 6 in seinen axialen Endabschnitten 12 und 13 im Durchmesser geringer auszuführen (eingetragen ist der Durchmesser d0 des Bolzens 5, 6 in besagten Endabschnitten 12, 13), da der Einsatz eines Bolzen 5, 6, wie in 2 gezeigt, sehr geringe Wandstärken der Käfigscheiben zur Folge hätte. Dennoch können die Bolzen 5, 6 im axialen Endbereich 10, 11 äußere zylindrische Bereiche aufweisen, die im Durchmesser größer ausgeführt sind (Durchmesser D, s. 2) als der zylindrische Mittenbereich 9, damit der definierte Kontakt zwischen Bolzen 5, 6 und Wälzkörpern 1 hergestellt werden kann.
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In 4 ist eine weitere Variation der erfindungsgemäßen Lösung zu sehen. Hiernach ist vorgesehen, dass in den axialen Endbereichen 10, 11 der äußere zylindrische Bolzenbereich im Durchmesser kleiner ausgeführt ist, als im Mittenbereich 9. In den durchmesserreduzierten axialen Endbereichen 10, 11 ist eine Hülse 14 aufgesetzt, die für den Kontakt mit dem Wälzkörper 1 vorgesehen ist. Die Hülse 14 hat einen Außendurchmesser DH, der größer ist als der Durchmesser d des Bolzens im Mittenbereich 9.
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Die Hülse 14 kann betreffend ihren Außenumfang zylindrisch ausgebildet sein; möglich ist aber auch wiederum eine konische oder eine korrespondierend zur Form der Wälzkörper 1 profilierte Außenumfangsfläche.
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Die Hülse 14 läuft auf dem durchmesserreduzierten axialen Endbereichen 10, 11 nach Art eines Gleitlagers an, was es ermöglicht, eine Abrollbewegung zwischen dem Wälzkörper 1 und der Hülse 14 herzustellen, wodurch eventuelle Verschleißerscheinungen miniert werden können.
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Es sei betont, dass die verschiedenen vorgeschlagenen Ausführungsformen durchaus auch miteinander kombiniert werden können.
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Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht auch vor, dass – zumindest teilweise – rein zylindrisch ausgebildete Bolzen 5, 6 mit konstantem Durchmesser zum Einsatz kommen. Die Festlegung der Bolzen in den Käfigscheiben 3, 4 kann dann per Presspassung und/oder per stoffschlüssiger Verbindung erfolgen.
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Dabei kann auch eine Kombination der genannten Ausgestaltungen vorgesehen werden. Besonders bevorzugt können die radial äußeren Bolzen 5 in den axialen Endabschnitten 12, 13 durchmesserreduziert sein (wie in 3 bei den Bolzen 5 vorgesehen), wobei sie dann aber über die gesamte restliche Erstreckung (also auch in den axialen Endbereichen 10 und 11 sowie im Mittenbereich 9) einen konstanten Durchmesser aufweisen. Die radial inneren Bolzen 6 können vollständig zylindrisch, also mit konstantem Durchmesser, ausgeführt sein.
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Während in den 1 bis 4 stets ein Zylinderrollenlager dargestellt ist, kann der erfindungsgemäße Vorschlag auch für andere Arten von Lager eingesetzt werden. So zeigt 5 ein Kegelrollenlager, bei dem das oben erläuterte Konzept eines Bolzenkäfigs eingesetzt wird. Ebenfalls kann besagtes Konzept bei einem Pendelrollenlager eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzkörper
- 2
- Käfig
- 3
- Käfigscheibe
- 4
- Käfigscheibe
- 5
- Bolzen
- 6
- Bolzen
- 7
- Wälzkörperteilkreis
- 8
- Radialstrahl
- 9
- Mittenbereich
- 10
- axialer Endbereich
- 11
- axialer Endbereich
- 12
- Endabschnitt
- 13
- Endabschnitt
- 14
- Hülse
- 15
- Teilkreis des äußeren Bolzens 5
- 16
- Teilkreis des inneren Bolzens 6
- 17
- profilierte Fläche
- d
- Durchmesser des Bolzens im Mittenbereich
- D
- Durchmesser des Bolzens im Endbereich
- d0
- Durchmesser des Bolzens des Endabschnitts
- DH
- Außendurchmesser der Hülse
