DE102013212986B4

DE102013212986B4 - Wälzlagerkäfig

Info

Publication number: DE102013212986B4
Application number: DE102013212986.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Assmann; Thomas Krause
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: US9695874B2; WO2015000998A1; CN105378310A; US20160281780A1; DE102013212986A1

Abstract

Wälzlagerkäfig (1), umfassend ein ringförmiges Element mit einer radial außenliegenden Oberfläche (2) und einer radial innenliegenden Oberfläche (3), wobei im ringförmigen Element Aufnahmetaschen (4) für Wälzkörper ausgebildet sind, wobei auf der radial innenliegenden Oberfläche (3) mindestens ein sich radial nach innen erstreckender Fortsatz (5) angeordnet ist, der sich in den Raum hinein erstreckt, der von der innenliegenden Oberfläche (3) begrenzt wird, und der in diesem Raum eine freie Oberfläche (6) bildet, wobei der mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Fortsatz (5) im axialen Bereich (a) außerhalb der axialen Erstreckung der Aufnahmetasche (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig (1) durch einen Spritzgießvorgang hergestellt ist, wobei das den Wälzlagerkäfig bildende ringförmige Element samt Fortsatz bzw. Fortsätzen (5) einstückig ausgebildet ist und wobei das ringförmige Element aus einem ersten Material besteht und der Fortsatz bzw. die Fortsätze (5) aus einem zweiten Material besteht bzw. bestehen, wobei der Fortsatz bzw. die Fortsätze (5) durch den Spritzgießvorgang auf das ringförmige Element aufgespritzt ist bzw. sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig, umfassend ein ringförmiges Element mit einer radial außenliegenden Oberfläche und einer radial innenliegenden Oberfläche, wobei im ringförmigen Element Aufnahmetaschen für Wälzkörper ausgebildet sind, wobei auf der radial innenliegenden Oberfläche mindestens ein sich radial nach innen erstreckender Fortsatz angeordnet ist, der sich in den Raum hinein erstreckt, der von der innenliegenden Oberfläche begrenzt wird, und der in diesem Raum eine freie Oberfläche bildet, wobei der mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Fortsatz im axialen Bereich außerhalb der axialen Erstreckung der Aufnahmetasche angeordnet ist.
Ein gattungsgemäßer Wälzlagerkäfig ist aus der DE100 65 169 A1 bekannt. Weitere ähnliche Lösungen zeigen die JP 2008 151 171 A , die WO2013/018793 A1 , die JP 2008 215 390 A , die EP 1 862 683 A1 , die DE 10 2011 004 210 A1 , die JP 2010 071 321 A , die JP 2001 227 547 A , die JP 2005 180 671 A , die US 2012/0321237 A1 , die US 2006/0120646 A1 und die JP 2009 287 785 A .
Gattungsgemäße Wälzlagerkäfige bestehen aus zwei Seitenringen, die über eine Anzahl Stege miteinander verbunden sind. Zwischen den Stegen werden die Aufnahmetaschen für die Wälzkörper ausgebildet. Zur Schmierung wird in den Raum zwischen Lagerinnen- und Außenring Schmierfett eingegeben.
Insbesondere bei sich schnell drehenden Wälzlagern besteht das Problem, dass die Fettverteilung innerhalb des Wälzlagers vor, während und nach dem Einlaufprozess örtlich starken Schwankungen unterliegt. Bei hohen Drehzahlen kann im Wälzlager vor allem im Gleitkontakt und somit im Bereich der Käfigtaschengeometrie Mangelschmierung auftreten. Das Fett wird bei entsprechend hoher Drehzahl durch die hohen Fliehkräfte in Richtung Außenringlaufbahn gefördert, ferner auch aus der Lagerinnengeometrie heraus. Damit steht es nicht mehr zur Schmierung im Bereich der Käfigtaschen (im Bereich der Stege und der Seitenringe) zur Verfügung.
Bislang wurde diesem Problem dadurch begegnet, dass eine erhöhte Menge an Schmierfett eingegeben wird oder dass das Lager in relativ kurzen Intervallen nachgeschmiert wird. Beide Maßnahmen haben eine Umweltbelastung bzw. höhere Kosten zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wälzlagerkäfig so fortzubilden, dass im Betrieb eine verbesserte Schmierung erreicht werden kann. Dabei soll auf erhöhte Mengen an Schmierfett genauso verzichtet werden können wie auf häufige Nachschmierungen des Lagers.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig durch einen Spritzgießvorgang hergestellt ist, wobei das den Wälzlagerkäfig bildende ringförmiges Element samt Fortsatz bzw. Fortsätzen einstückig ausgebildet ist und wobei das ringförmige Element aus einem ersten Material besteht und der Fortsatz bzw. die Fortsätze aus einem zweiten Material besteht bzw. bestehen, wobei der Fortsatz bzw. die Fortsätze durch den Spritzgießvorgang auf das ringförmige Element aufgespritzt ist bzw. sind.
Der Fortsatz kann als rippenförmige Struktur ausgebildet sein, die sich zumindest abschnittsweise in axiale Richtung erstreckt. Er kann auch als rippenförmige Struktur ausgebildet sein, die sich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung erstreckt. Eine weitere Möglichkeit sieht vor, dass der Fortsatz in radialer Richtung gesehen eine in sich geschlossene Struktur bildet; hierbei ist vor allem an eine geschlossene Struktur in Form eines Polygons gedacht, wobei sich insbesondere eine Wabenform bewährt hat.
Auch Kombinationen der genannten Ausgestaltungen sind möglich.
Der Fortsatz kann in einem Axialschnitt oder in einem Radialschnitt eine Rechteckform aufweisen. Alternativ kann er eine konische Form aufweisen, wobei sich der Fortsatz mit zunehmendem Abstand von der innenliegenden Oberfläche vorzugsweise verjüngt. Der Fortsatz kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung in einem Axialschnitt oder in einem Radialschnitt eine Form aufweisen, die sich in seinem von der innenliegenden Oberfläche entfernt liegendem Endbereich verbreitert, wobei der Fortsatz hierbei insbesondere eine T-Form oder L-Form aufweist.
Demgemäß stellt die Erfindung auf Fortsätze (Rippenstrukturen) in verschiedenen Ausführungen und Anordnungen ab, die zusätzlich auf der Innenfläche des Wälzlagerkäfigs im Steg- und/oder Bordbereich angebracht sind.
Die Fortsätze (Rippen) stellen zusätzliche Verankerungsflächen und Barrieren für das Lagerfett zur Verfügung und reduzieren somit insbesondere bei hohen Fliehkräften die Wanderungsbewegung des Fettes in Richtung Käfigaußenseite bzw. Außenringlaufbahn. Hierdurch wird die Gefahr einer Mangelschmierung im Bereich der Lagerinnengeometrie reduziert. Die Schmierfettverteilung wird so optimiert.
Besonders haben sich die vorgeschlagenen Käfige in Eisenbahn-Wälzlagern bewährt.
Sie kommen besonders bevorzugt in Kegelrollenlagern und in Zylinderrollenlagern zum Einsatz, wobei hier vor allem Hochgeschwindigkeitsanwendungen in Frage kommen.
In einer der möglichen Ausführungsformen werden nur Rippen in axialer Richtung auf die Käfiginnenseite aufgebracht. Dies hat fertigungstechnisch den Vorteil, dass der Käfig als Spritzgießformteil in axialer Richtung ohne zusätzliche Werkzeug-Schieber einfach aus dem Spritzgießwerkzeug entformt werden kann. Bei dieser Variante können vorteilhaft die einzelnen Rippen auch durch zusätzliche Querrippen verstärkt werden, um die Verankerungsfläche und Barrierewirkung für das Fett weiter zu erhöhen.
In einer anderen Ausführungsvariante können die Stege in Umfangsrichtung verlaufend auf die Käfiginnenseite aufgebracht werden. Hierbei ist der Einsatz zusätzlicher Schieber im Kernstück des Spritzgießwerkzeuges notwendig.
In einer weiteren Ausführungsvariante können die Stege sowohl in axialer als auch Umfangsrichtung aufgebracht werden. Die geometrische Anordnung der axialen und in Umfangsrichtung verlaufenden Stege zueinander muss dabei nicht zwangsläufig im rechten Winkel erfolgen. Es sind auch Rippenstrukturen als Rautenmuster mit Rippeninnenwinkeln von weniger als 90° oder gebogene Rippenstrukturen in Form von Hohlzylindern möglich. Auch Wabenmuster haben sich bewährt.
Die Fortsatzhöhe (Rippenhöhe) in radialer Richtung kann in gewissen Grenzen variiert werden und ist nur durch einen minimal notwendigen Abstand zum Innenringbord limitiert.
Die Wandstärke der Fortsätze (Rippenwandstärke) kann frei variiert werden. Auch kann der Rippenfuß eine größere Wandstärke aufweisen als die Rippenspitze, wodurch sich eine fertigungstechnisch günstige Entformungsschräge ergibt.
Die Fortsätze (Rippen) können in einem Schritt zusammen mit einem Kunststoffkäfig aus dem gleichen Kunststoffmaterial im Spritzgießverfahren hergestellt werden.
Es ist jedoch auch ein nachträgliches Aufspritzen der Rippenstruktur im Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren mit einem zweiten Kunststoff auf der Käfiginnenfläche eines bereits hergestellten Käfigs aus Kunststoff oder Metall (z. B. aus Stahlblech oder aus Messing) möglich.
Auch können die genannten Fortsätze (Rippenstrukturen) nachträglich mechanisch mit dem Käfiggrundkörper verbunden werden, beispielsweise dadurch, dass sie in der Käfiginnenseite eines Kunststoff- oder Metallkäfigs per Schnappverbindung eingeschnappt werden.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung eines Wälzlagerkäfigs ist vorteilhaft eine Erhöhung der Lagerdrehzahl bei sonst unveränderten Bedingungen möglich. Von Vorteil ist weiterhin, dass sich eine Homogenisierung der Lagertemperatur ergibt.
Die Wartungsintervallen können verlängert werden, was die Instandhaltungskosten entsprechend senkt. Weiterhin ergibt sich eine Steigerung der Lagerlebensdauer.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Fettverlust bei der Inbetriebnahme aufgrund ungleichmäßige Fettverteilung bedingt durch den Transport der Lager vermindert werden kann.
Die Risiken bezüglich eines Warmalarms während der Inbetriebnahme können reduziert werden.
Schließlich kann generell mit einer reduzierten Fettmenge gearbeitet werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die Seitenansicht eines Käfigs eines Zylinderrollenlagers,
2 einen Teil des Käfigs, gesehen radial nach außen, in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 einen Teil des Käfigs, gesehen radial nach außen, in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
4a, 4b, 4c und 4d die Schnitte A-A, B-B, C-C und D-D gemäß 2 bzw. 3 für verschiedene Ausführungsformen von Fortsätzen, die auf der innenliegenden Oberfläche des Käfigs angeordnet sind.
In 1 ist ein Wälzlagerkäfig 1 in der Seitenansicht zu sehen, der bei einem Zylinderrollenlager eingesetzt wird. Der Käfig 1 hat zwei Seitenringe 7 und 8, die über eine Anzahl Stege 9 miteinander verbunden sind. Die Stege 9 verlaufen in axiale Richtung a. Zwischen den Stegen 9 und den Seitenringen 7, 8 werden Aufnahmetaschen 4 für die Wälzkörper, vorliegend also für Zylinderrollen, gebildet. Der Käfig 1 ist einteilig als Spritzgießformteil ausgebildet.
Der Käfig 1 hat demgemäß eine Ringstruktur, die durch eine radial außenliegende Oberfläche 2 und eine radial innenliegende Oberfläche 3 gekennzeichnet ist (die radial innenliegende Oberfläche 3 ist in 1 durch den dargestellten Teilschnitt zu erkennen).
Betrachtet man einen Ausschnitt des Käfigs 1 von innen, d. h. in radiale Richtung R, sieht man die Ausschnitte, wie sie in den 2 und 3 für zwei alternative Lösungen dargestellt sind.
Wie zu erkennen ist, sind auf der radial innenliegenden Oberfläche 3 Fortsätze 5 angeformt, die sich in den Raum hinein erstrecken, der von der innenliegenden Oberfläche 3 begrenzt wird. In diesen Raum hineinragend bilden die Fortsätze 5 eine freie Oberfläche 6. Die freie Oberfläche 6 stellt im Vergleich mit einem herkömmlichen Käfig eine Fläche dar, an der Schmierfett anhaften kann. Hierdurch wird das Fett verbessert in dem Bereich der Wälzkörper und des Käfigs gehalten.
Wie sich aus 2 ergibt, können die Fortsätze 5 als rippenförmige Strukturen in axiale Richtung a verlaufen. Die Fortsätze müssen dabei nicht zwangsläufig durchgängig ausgebildet sein; es sind auch Unterbrechungen möglich.
In 3 ist eine Lösung skizziert, bei der die Fortsätze 5 in Umfangsrichtung U verlaufen. Im Bereich der Seitenringe 7, 9 sind dabei Unterbrechungen vorgesehen, d. h. die Fortsätze 5 erstrecken sich jeweils nur über einen kleinen Teil des Umfangs.
Für die Ausformung bzw. Gestaltung der Fortsätze 5 sind verschiedene Möglichkeiten angedacht. Verschiedene Varianten, die durchaus auch in Kombination eingesetzt werden können, gehen aus den 4a bis 4d hervor.
Im einfachsten Falle weisen die Fortsätze 5 im Schnitt (s. hierzu die Schnitte A-A, B-B, C-C, D-D gemäß den 2 und 3) eine rechteckige Kontur auf, wie es 4a zeigt.
Es kann aber auch eine konische Ausformung vorgesehen sein, was insbesondere unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft sein kann (leichtere Entformung aus dem Spritzgießwerkzeug). Eine solche Lösung zeigt 4b.
Die in 4c skizzierte Ausgestaltung ist jedenfalls dann, wenn eine einteilige Spritzgießlösung ins Auge gefasst wird, zwar fertigungstechnisch anspruchsvoller. Allerdings wird hier durch die skizzierte T-förmige Ausformung eine verbesserte Anhaftung von Schmierfett gewährleistet. Alternativ sind auch L-förmige Strukturen möglich.
Denkbar sind auch Ausgestaltungen der Fortsätze, wie sie sich aus 4d ergeben. Eine einstückige Lösung wird hier im Allgemeinen zwar fertigungstechnisch nur schwerlich möglich sein, allerdings ergeben sich hier kammerartige Bereiche, die das Fett optimal in dem Bereich halten, in dem es benötigt wird.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlagerkäfig
2: radial außenliegende Oberfläche
3: radial innenliegende Oberfläche
4: Aufnahmetasche
5: Fortsatz
6: Oberfläche
7: Seitenring
8: Seitenring
9: Steg
a: axiale Richtung
U: Umfangsrichtung
R: radiale Richtung

Claims

Wälzlagerkäfig (1), umfassend ein ringförmiges Element mit einer radial außenliegenden Oberfläche (2) und einer radial innenliegenden Oberfläche (3), wobei im ringförmigen Element Aufnahmetaschen (4) für Wälzkörper ausgebildet sind, wobei auf der radial innenliegenden Oberfläche (3) mindestens ein sich radial nach innen erstreckender Fortsatz (5) angeordnet ist, der sich in den Raum hinein erstreckt, der von der innenliegenden Oberfläche (3) begrenzt wird, und der in diesem Raum eine freie Oberfläche (6) bildet, wobei der mindestens eine sich radial nach innen erstreckende Fortsatz (5) im axialen Bereich (a) außerhalb der axialen Erstreckung der Aufnahmetasche (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig (1) durch einen Spritzgießvorgang hergestellt ist, wobei das den Wälzlagerkäfig bildende ringförmige Element samt Fortsatz bzw. Fortsätzen (5) einstückig ausgebildet ist und wobei das ringförmige Element aus einem ersten Material besteht und der Fortsatz bzw. die Fortsätze (5) aus einem zweiten Material besteht bzw. bestehen, wobei der Fortsatz bzw. die Fortsätze (5) durch den Spritzgießvorgang auf das ringförmige Element aufgespritzt ist bzw. sind.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (5) als rippenförmige Struktur ausgebildet ist, die sich zumindest abschnittsweise in axiale Richtung (a) erstreckt.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (5) als rippenförmige Struktur ausgebildet ist, die sich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung (U) erstreckt.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (5) in radialer Richtung (R) gesehen eine in sich geschlossene Struktur bildet.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Struktur ein Polygon bildet, insbesondere eine Wabenform.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (5) in einem Axialschnitt oder in einem Radialschnitt eine Rechteckform aufweist.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (5) in einem Axialschnitt oder in einem Radialschnitt eine konische Form aufweist, wobei sich der Fortsatz (5) mit zunehmendem Abstand von der innenliegenden Oberfläche (3) vorzugsweise verjüngt.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (5) in einem Axialschnitt oder in einem Radialschnitt eine Form aufweist, die sich in seinem von der innenliegenden Oberfläche (3) entfernt liegendem Endbereich verbreitert, wobei der Fortsatz (5) insbesondere eine T-Form oder L-Form aufweist.