DE102013210217A1 - Umgossener Käfig - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzkörperführung für eine Lagereinheit mit einem Außenring, einem Innenring, einem Käfig und einer Mehrzahl von durch den Käfig gehaltenen und zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Wälzkörpern, wobei der Käfig eine erste und eine zweite Käfighälfte aufweist und jede Käfighälfte mit mindestens einem metallischen Käfigskelett versehen ist, welches mit einer äußeren axialen und einer inneren axialen Fläche, mindestens zwei gewölbten Segmenten und mindestens zwei flachen Anschlussflächen versehen ist, wobei die gewölbten Segmente der ersten Käfighälfte auf die gewölbten Segmente der zweiten Käfighälfte ausgerichtet sind und Wälzkörpertaschen bilden. Diese Lagereinheit zeichnet sich dadurch aus, dass das Käfigskelett mit einem Kunststoff umgossen ist und mindestens an einer der inneren und äußeren axialen Flächen haftet, eine Reihe von Befestigungslöchern sich durch eine axiale Länge der ersten Käfighälfte und durch die flachen Anschlussflächen der ersten Käfighälfte erstreckt und auf Befestigungslöcher ausgerichtet ist, welche sich durch eine axiale Länge der zweiten Käfighälfte und durch die flachen Anschlussflächen der zweiten Käfighälfte erstrecken, und dass eine Mehrzahl von Befestigungselementen in jedes der Befestigungslöcher eingesetzt ist, so dass die Anschlussflächen der ersten und der zweiten Käfighälfte aufeinander ausgerichtet sind und die zwei Käfighälften fest miteinander verbunden sind.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf Lagereinheiten, insbesondere auf Führungselemente oder Käfige für Wälzkörper von Wälzlagern.
• Hintergrund der Erfindung
• Lagereinheiten haben üblicherweise eine runde Form und weisen meistens Wälzkörper auf, die zwischen in den Lagerringen vorgesehenen Laufbahnen angeordnet sind. Wälzkörper können eine Vielfalt von Formen annehmen, wie beispielsweise sphärische Kugeln, Rollen oder viele andere Ausbildungen, wie zum Beispiel kegelförmige Rollen oder tonnenförmige sphärische Rollen. Führungselemente für Wälzkörper von Wälzlagern bzw. Käfige halten die Wälzkörper innerhalb einer Wälzlagereinheit und ermöglichen typischerweise eine freie Drehung der Wälzkörper innerhalb der Käfige wie auch eine Drehung der Käfige innerhalb der Wälzlagereinheit. Käfige können zum Trennen der Wälzkörper voneinander zumeist in gleichmäßigen Abständen verwendet werden und halten die Wälzkörper in der richtigen Orientierung bezüglich der Lagerringe. Je nach dem strukturellen Aufbau des Lagers oder der Gestaltung des Lagers können die Käfige linear oder kreisförmig ausgebildet sein und aus einer Vielfalt von Werkstoffen einschließlich aber nicht nur aus Messing, Stahl und verschiedenen Arten von Kunststoffen gefertigt werden.
• Im Allgemeinen gibt es zwei Hauptarten von Lagerkäfigen: „kranzförmige Käfige„ oder „Schnappkäfige”; und „Wellenkäfige” oder „genietete Käfige”. Der „Schnappkäfig” weist ein ringförmiges Seitenteil und axiale, vom Seitenteil abstehende Trennelemente auf. Diese Trennelemente verlaufen typischerweise parallel zueinander und bilden offene Wälzkörpertaschen, welche ein Einsetzen oder „Einschnappen” der Wälzkörper in die in diesen offenen Taschen vorgesehene Position ermöglichen. Die „genieteten” Käfige weisen zwei Teile oder Hälften auf, wobei jede Hälfte eine offene Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers aufweist. Die beiden Hälften sind an gegenüberliegenden Seiten des Wälzkörpers angeordnet, so dass die Taschen die Wälzkörper umgeben, wobei die Käfighälften an beabstandeten, flachen Anschlussflächen zwischen den Wälzkörpern in Kontakt miteinander kommen und an diesen Anschlussflächen durch ver-schiedene Befestigungselemente, wie Nieten, miteinander verbunden werden.
• Die meisten Käfige werden durch eine der vorhandenen Flächen zwischen dem Innen- und dem Außenring geführt. Käfige können durch den Lagerinnenring geführt werden, wobei der Innendurchmesser des Käfigs am Außendurchmesser des Innenrings gleitet oder durch den Außendurchmesser des Innenrings geführt wird. Die Käfige können auch durch den Lageraußenring geführt werden, wobei dann der Außendurchmesser des Käfigs am Innendurchmesser des Außenrings gleitet oder durch den Innendurchmesser des Außenrings geführt wird. Schließlich können die Käfige auch keinen der Ringe berühren und durch die Wälzkörper selbst geführt werden.
• Einige Beispiele von Lagerkäfigen sind in den Druckschriften US 6,247,847 , US 5,154,401 und US 4,004,840 gezeigt.
• Unterschiedliche Arten und Größen von Lagern benötigen spezifisch ausgelegte Lagerkäfige unter Berücksichtigung u. a. der Größe der Lagereinheit, der Betriebsbedingungen und der Größe der Wälzkörper. Es versteht sich, dass in einer bestimmten Gestaltung des Lagers ein bestimmter Käfig integriert werden kann, der aber zur Aufnahme des jeweiligen Lagers einige Modifikationen, zum Beispiel in der Wahl des Wälzkörpers oder des Werkstoffs benötigt. Hochgeschwindigkeitslager, z. B insbesondere solche, die unter hohen Betriebstemperaturen oder anspruchsvollen Betriebsumgebungen arbeiten, weisen zumeist Käfige aus Stahl auf. Gegenseitige Einwirkungen der Stahlkugeln, die in direkten Kontakt mit Stahlkäfigen stehen, können einen negativen Einfluss auf Abnutzung und Temperatur haben. Gegossene Käfige aus Kunststoff bieten Vorteile hinsichtlich des Gewichts, der Begrenzung von Partikelgenerierung und der Biegsamkeit gegenüber Stahlkäfigen.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung offenbart eine neue Gestaltung eines Lagerkäfigs. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Käfig ein Skelett aus Stahl oder aus einem anderen Metall auf, das mit einem Kunststoff umgossen ist.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die obengenannten und weitere Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungen sowie die Art und Weise wie sie erreicht werden, wird offensichtlich und besser zu verstehen sein durch Bezugnahme auf die nun folgende Beschreibung mindestens eines Ausführungsbeispiels in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen. Diese Zeichnungen zeigen in:
• 1 eine perspektivische Ansicht einer Käfigeinheit gemäß einem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel.
• 2 eine perspektivische Ansicht einer Hälfte der Käfigeinheit nach 1.
• Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• In den verschiedenen Figuren gezeigten Elemente mit gleichen Bezugszahlen sind identische Elemente, könnten aber in der Beschreibung der Figuren auch ohne Bezugszahlen erwähnt worden sein. Die beispielhafte Erläuterung der Erfindung bezieht sich auf mindestens eine Ausführung, in mindestens einer Form, und diese beispielhafte Erläuterung darf nicht im Sinne einer etwaigen Beschränkung des Schutzbegehrens der Ansprüche auf irgendeine Weise ausgelegt werden. Unter radial nach innen gerichteten Richtungen ist zu verstehen, von einer äußeren radialen Fläche des Käfigs in Richtung der Mittelachse oder der radialen Mitte des Käfigs verlaufende Richtungen. Umgekehrt bedeutet eine radial nach außen führende Richtung eine von der Mittelachse oder der radialen Mitte des Käfigs zur äußeren Fläche hin verlaufende Richtung. Der Begriff „axial” bezieht sich auf Richtungen, welche entlang einer diametrischen Mittelachse verlaufen. Die Begriffe „Käfig” und „Wälzkörperführungen” werden als austauschbare Begriffe verwendet.
• 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Käfigeinheit 1 gemäß einem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Käfigeinheit 1 weist eine erste Hälfte 10 und eine zweite Hälfte 20 auf, welche Käfighälften mittels sich durch vorgefertigte Löcher 4 erstreckender Befestigungselemente 3 wie Nieten miteinander verbunden sind, wobei diese Löcher 4 durch eine axiale Länge der Käfighälften 10 bzw. 20 hindurch verlaufen. In dieser Ausführung weist jede Käfighälfte 10, 20 ein gepresstes oder geformtes Käfigskelett 6 bzw. 7 aus Metall. Die Käfigskelette 6, 7 sind mit einer Mehrzahl von dem Zusammenbau dienenden flachen Anschlussflächen 24, 25 sowie mit einer Mehrzahl von gewölbten Strukturen 26, 27 versehen, so dass, wenn die flachen Anschlussflächen 24, 25 aufeinander ausgerichtet sind, die gewölbten Strukturen 26, 27 Wälzkörpertaschen 30 bilden. In der hierin gezeigten Ausführung haben die Wälzkörpertaschen 30 eine runde Form wie zur Aufnahme einer Kugel.
• Jedes Käfigskelett 6, 7 ist seinerseits derart mit Kunststoff 15 umgossen, dass mindestens die axialen Flächen 16, 17 (s. 2) mit Kunststoff 15 überzogen sind, so dass der Kunststoff 15 eine Bindung bildet bzw. an den Flächen 16, 17 der Käfigskelette 6, 7 haftet.
• 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Käfighälfte 20 der Käfigeinheit 1 nach 1. Die Käfighälfte 10 ist ein Spiegelbild der Käfighälfte 20 und weist die gleichen Merkmale auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Käfigskelett 7 aus Metall geformt oder gepresst und weist flache Anschlussflächen 25 und gewölbte Strukturen 27 auf. Das Käfigskelett 7 ist seinerseits mit Kunststoff 15 wie z. B. PEEK übergossen, mit den axialen Flächen 16 und 17 des Käfigskeletts 7 gebunden bzw. daran haftet. Die Löcher 4 verlaufen von einer äußeren axialen Fläche durch die gesamte axiale Dicke der Käfighälfte 20, durch den übergossenen Kunststoff 15 und durch das Käfigskelett 7 hindurch. Die flachen Anschlussflächen 24 der komplementären Käfighälfte 10 sind auf die flachen Anschlussflächen 25 ausgerichtet und mit diesen gepaart, wobei die beiden Käfighälften 10 und 20 durch Befestigungselemente 3 fest miteinander zusammengebaut sind (s. 1).
• In der vorangehenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert. Die Anmeldung und die Zeichnungen müssen dementsprechend lediglich als erläuternd und nicht als einschränkend betrachtet werden. Es wird jedoch klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen der Ausführungsbeispiele möglich sind, ohne sich von dem breiteren Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
• Weiterhin ist zu verstehen, dass die beigefügten Figuren, welche die Funktionstüchtigkeit und die Vorteile der Ausführungsbeispiele hervorheben, lediglich dem Zweck eines Beispiels dienen sollen. Die Architektur bzw. der Aufbau der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele ist ausreichend flexibel und abänderbar, um auf andere Art und Weise als die in den Figuren Gezeigte verwendet (angepasst) werden zu können.
• Obwohl hierin Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, werden dem Fachmann zahlreiche zusätzliche Modifikationen und Varianten sofort klar. Es ist deshalb zu verstehen, dass die Erfindung auf andere Art und Weise als hier konkret beschrieben umgesetzt werden kann. Dementsprechend sind die vorliegenden Ausführungsbeispiele in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen.
• Bezugszeichenliste

1

Käfigeinheit

3

Befestigungselemente

4

Löcher

6

Käfigskelett

7

Käfigskelett

10

Käfighälfte

20

Käfighälfte

15

Kunststoff

16

axiale Fläche von 6

17

axiale Fläche von 7

24

flache Anschlussfläche

25

flache Anschlussfläche

26

gewölbte Struktur

27

gewölbte Struktur

• 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 6247847 [0005]
• US 5154401 [0005]
• US 4004840 [0005]

Claims (10)

1. Lagereinheit mit einem Außenring, einem Innenring, einem Käfig und einer Mehrzahl von durch den Käfig gehaltenen und zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Wälzkörpern, wobei der Käfig eine erste und eine zweite Käfighälfte aufweist und jede Käfighälfte mit mindestens einem metallischen Käfigskelett versehen ist, welches mit einer äußeren axialen und einer inneren axialen Fläche, mindestens zwei gewölbten Segmenten und mindestens zwei flachen Anschlussflächen versehen ist, wobei die gewölbten Segmente der ersten Käfighälfte auf die gewölbten Segmente der zweiten Käfighälfte ausgerichtet sind und Wälzkörpertaschen bilden, wobei das Käfigskelett mit einem Kunststoff umgossen ist, der mindestens an einer der inneren und äußeren axialen Flächen haftet, eine Reihe von Befestigungslöchern sich durch eine axiale Länge der ersten Käfighälfte und durch die flachen Anschlussflächen der ersten Käfighälfte erstreckt und auf Befestigungslöcher ausgerichtet ist, welche sich durch eine axiale Länge der zweiten Käfighälfte und durch die flachen Anschlussflächen der zweiten Käfighälfte erstrecken, und dass eine Mehrzahl von Befestigungselemente in jedes der Befestigungslöcher eingesetzt ist, so dass die Anschlussflächen der ersten und der zweiten Käfighälfte aufeinander ausgerichtet sind und die zwei Käfighälften fest miteinander verbunden sind.
2. Lagereinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Käfigskelett aus gestanztem Stahl gebildet ist.
3. Lagereinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Kunststoff ein Hochtemperatur-Spritzgusskunststoff wie zum Beispiel PEEK ist.
4. Lagereinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Befestigungselemente Nieten sind.
5. Lagereinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Haften des Kunststoffs an dem Käfigskelett durch eine chemische Bindung realisiert ist.
6. Wälzkörperführung für eine Lagereinheit, wobei die Wälzkörperführung eine erste und eine zweite Käfighälfte aufweist und jede Käfighälfte mit mindestens einem metallischen Käfigskelett versehen ist, welches mit einer äußeren axialen und einer inneren axialen Fläche, mindestens zwei gewölbten Segmenten und mindestens zwei flachen Anschlussflächen versehen ist, wobei die gewölbten Segmente der ersten Käfighälfte auf die gewölbten Segmente der zweiten Käfighälfte ausgerichtet sind und Wälzkörpertaschen bilden, wobei das Käfigskelett mit einem Kunststoff umgossen ist und mindestens an einer der inneren und äußeren axialen Flächen haftet, eine Reihe von Befestigungslöchern sich durch eine axiale Länge der ersten Käfighälfte und durch die flachen Anschlussflächen der ersten Käfighälfte erstreckt und auf Befestigungslöcher ausgerichtet ist, welche sich durch eine axiale Länge der zweiten Käfighälfte und durch die flachen Anschlussflächen der zweiten Käfighälfte erstrecken, und dass eine Mehrzahl von Befestigungselementen in jedes der Befestigungslöcher eingesetzt ist, so dass die Anschlussflächen der ersten und der zweiten Käfighälfte aufeinander aus-gerichtet sind und die zwei Käfighälften fest miteinander verbunden sind.
7. Wälzkörperführung gemäß Anspruch 6, wobei das Käfigskelett aus gestanztem Stahl gebildet ist.
8. Wälzkörperführung gemäß Anspruch 6, wobei der Kunststoff ein Hochtemperatur-Spritzgusskunststoff wie zum Beispiel PEEK ist.
9. Wälzkörperführung gemäß Anspruch 6, wobei die Befestigungselemente Nieten sind.
10. Wälzkörperführung gemäß Anspruch 6, wobei das Haften des Kunststoffs an dem Käfigskelett durch eine chemische Bindung realisiert ist.

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