DE102013215204A1

DE102013215204A1 - Geteilter Wälzkörperkäfig aus Kunststoff

Info

Publication number: DE102013215204A1
Application number: DE102013215204.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Huschka; Peter Solfrank; Tobias Mederer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2015-02-05
Also published as: WO2015014355A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen geteilten Wälzkörperkäfig aus Kunststoff, bestehend aus zwei Seitenborden, die unter Bildung einzelner jeweils einen Wälzkörper aufnehmender Taschen über Stege verbunden sind, wobei der Käfig an wenigstens einer Umfangsstelle unter Ausbildung einer Trennfuge axial geschlitzt ist, wobei an einem an der Trennfuge anschließenden Käfigende wenigstens eine Ausnehmung und am anderen Käfigende wenigstens ein korrespondierender Eingriffsvorsprung ausgebildet ist, der in der Montagestellung in die Ausnehmung eingreift. Erfindungsgemäß sind an den Führungsborden (2) zumindest im Bereich der jeweils dem Eingriffsvorsprung (9) bzw. der Ausnehmung (8) benachbarten Tasche (4) an der Außenseite oder der Innenseite radiale, sich in Umfangsrichtung erstreckende Vorsprünge (10a, 10b) vorgesehen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen geteilten Wälzkörperkäfig aus Kunststoff, bestehend aus zwei Seitenborden, die unter Bildung einzelner, jeweils einen Wälzkörper aufnehmenden Taschen über Stege verbunden sind, wobei der Käfig an wenigstens einer Umfangsstelle unter Ausbildung einer Trennfuge axial geschlitzt ist, wobei an einem an der Trennfuge anschließenden Käfigende wenigstens eine Ausnehmung und am anderen Käfigende wenigstens ein korrespondierender Eingriffsvorsprung ausgebildet ist, der in der Montagestellung in die Ausnehmung eingreift.
Hintergrund der Erfindung
Ein Wälzkörperkäfig dient der Aufnahme respektive Halterung der Wälzkörper, beispielsweise Nadeln, wozu am Käfig entsprechende Taschen ausgebildet sind, in die die Wälzkörper eingesetzt sind. Bekannte Wälzkörperkäfige können auch geteilt ausgeführt werden, also mit einem axial verlaufenden Schlitz versehen sein, so dass sich eine Trennfuge ausbildet. Das heißt, dass der Wälzkörperkäfig letztlich in Umfangsrichtung beweglich ist. Um ihn in der Montagestellung jedoch in einer definierten Form zu fixieren ist es bekannt, an den den Trennfugen nahen Käfigenden entsprechende Verbindungsmittel vorzusehen, die häufig auch Käfigschloss genannt werden. Hierzu ist an einem Käfigende eine Ausnehmung und am anderen Ende ein korrespondierender Eingriffsvorsprung ausgebildet, die in der Montagestellung ineinander eingreifen. Die Geometrie des Eingriffsvorsprungs wie auch der Ausnehmung ist so gewählt, dass sich eine stabile Verbindung ergibt, beispielsweise nach Art eines Schwalbenschwanzprofils. Die Verbindung ermöglicht gegebenenfalls auch eine gewisse axiale Beweglichkeit wie auch eine gewisse Beweglichkeit in Umfangsrichtung. Da der Wälzkörperkäfig aus Kunststoff ist, ist er folglich hinreichend elastisch, was ein einfaches Schließen der Trennstelle, also ein Verbinden der Käfigenden durch Zusammenstecken ermöglicht.
Zwar ermöglichen es die Verbindungselemente, die Käfigenden zu fixieren, jedoch können Probleme entstehen, wenn während des Betriebs Belastungen oder Beschleunigungen auf den Kunststoffkäfig wirken, wenn also die über den bestückten Wälzkörperkäfig drehbeweglich relativ zueinander gelagerten Bauteile rotieren. Ein unbeabsichtigtes Öffnen kann auch während des Transports oder während der Montage des bereits bestückten Wälzkörperkäfigs, also des Wälzlagers an sich, das heißt, dass dieses bereits einen Innenring oder einen Außenring aufweist, kommen, wenn der Wälzkörperkäfig hierbei entsprechenden Beschleunigungen oder Kräften ausgesetzt ist. Denn aufgrund der inhärenten Elastizität im Bereich der Verbindungselemente respektive des Käfigschlosses kann es zu einer Torsionsbelastung kommen, das heißt, dass sich die Käfigenden relativ zueinander verdrehen oder verdrillen, was wiederum zu einem ungewollten Öffnen des Wälzkörperkäfigs, also des Nadelkranzes kommen kann. Dies führt, egal zu welchem Zeitpunkt dies passiert, zwangsläufig zu Problemen. Denn öffnet sich ein bestückter, verbauter Wälzkörperkäfig im Betrieb, so kann dies zu erheblichen Schäden an den gelagerten Bauteilen respektive der Komponente, die diese Bauteile enthält, kommen, also beispielsweise einem Motor, wenn der Wälzkörperkäfig respektive der bestückte Wälzkörperkranz beispielsweise der Lagerung einer Ausgleichswelle oder Ähnlichem dient. Wird ein geöffneter oder nicht richtig geschlossener Käfig verbaut, kann es im Betrieb zum Schaden kommen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen geteilten Wälzkörperkäfig zu konzipieren, der demgegenüber verbessert ist und bei dem ein ungewolltes Öffnen im verbauten Zustand respektive im Betrieb ausgeschlossen ist.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bei einem geteilten Wälzkörperkäfig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an den Führungsborden zumindest im Bereich der jeweils dem Eingriffsvorsprung bzw. der Ausnehmung benachbarten Tasche an der Außenseite oder der Innenseite radiale, sich in Umfangsrichtung erstreckende Vorsprünge vorgesehen sind.
Beim erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfig sind zumindest an einer Seite der Führungsborde, im Bereich der ersten der jeweiligen Schlossseite folgenden Tasche entsprechende Vorsprünge vorgesehen, die in radialer Richtung von dem jeweiligen Führungsbord abstehen. Diese Vorsprünge wirken einerseits aussteifend, insbesondere, wenn sie sich ein Stück weit um den Bordumfang erstrecken, also länglich ausgeführt sind. Sie wirken aber insbesondere wegbegrenzend, das heißt, dass eine etwaige Torsionsbewegung dadurch begrenzt ist, dass der oder die Vorsprünge an benachbarten Bauteilen anstoßen, also beispielsweise einem Außenring, der den Wälzkörperkäfig respektive das Wälzlager umgreift, und auf dem die in den Taschen befindlichen Wälzkörper abwälzen, wenn die Vorsprünge an der Außenseite angeordnet sind. Bei innenseitiger Anordnung würden die Vorsprünge beispielsweise auf der Mantelfläche der Welle, auf der die Wälzkörper abwälzen, die Torsion begrenzend anstoßen.
Da über diese Vorsprünge folglich die Torsions- oder Verdrillbewegung begrenzt ist respektive, je nachdem, wie hoch die entsprechenden Vorsprünge gewählt werden, weitestgehend unterbunden wird, ist folglich auch ein ungewolltes Öffnen des Käfigschlosses, resultierend aus einer solchen Bewegung, ausgeschlossen. Der ordnungsgemäß zusammengesteckte Wälzkörperkäfig verbleibt folglich selbst bei Belastung im Betrieb in seiner Schließstellung.
Bevorzugt sind die Vorsprünge sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite vorgesehen. Dies ist zweckmäßig, um folglich in jeder Richtung eine Wegbegrenzung sicherzustellen, nachdem üblicherweise die Führungsborde, radial gesehen, im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Wälzkreisen der bestückten Wälzkörper liegen.
Die Vorsprünge erstrecken sich zweckmäßigerweise zumindest ein Stück weit in Umfangsrichtung, sind also länglich ausgeführt. Bevorzugt erstrecken sie sich zumindest über die Länge der jeweiligen ersten Tasche in Umfangsrichtung, so dass eine hinreichend lange Abstützstrecke gegeben ist. Bei ausreichender Festigkeit können die Vorsprünge auch kürzer ausgeführt werden.
Die Außenseite der Vorsprünge sollte gebogen sein, entsprechend der Form der Fläche, an der sie anschlagen soll, um eine möglichst große Auflagefläche zu realisieren.
Die radiale Höhe der Vorsprünge, gleich ob diese nun an der Außenseite, der Innenseite oder beidseits vorgesehen sind, ist bevorzugt jeweils derart bemessen, dass ihr minimaler Abstand zum äußeren oder inneren Wälzkreis der aufgenommenen Wälzkörper 0,01 mm beträgt. Das heißt, dass sie sich quasi möglichst nah in Richtung des Bauteils, an dem sie im Falle einer Torsionsbelastung anschlagen sollen, geführt sind, mithin also nur ein sehr schmaler Spalt zwischen den Anschlagflächen der Vorsprünge und diesem Bauteil, sei es Außenring, sei es Welle etc. verbleibt. Je schmaler der Spalt, desto geringer die überhaupt mögliche Torsionsbewegung. Natürlich hängt die letztendlich realisierte Spaltgröße respektive der Abstand auch von der Größe des Wälzkörperkäfigs ab. Bei Käfigen mit kleinen Durchmessern im Bereich einiger weniger Zentimeter sind derart kleine Spalte bevorzugt, bei demgegenüber deutlich größeren Wälzkörperkäfigen kann der Spalt auch etwas größer sein, beispielsweise im Bereich von 0,1 mm oder 1 mm oder Ähnlichem liegen.
Die einzelnen Vorsprünge selbst können schmäler als die Führungsborde sein, sie können aber auch die gleiche Breite aufweisen. Die konkrete Vorsprungbreite sollte im Hinblick auf eine hinreichende Stabilität entsprechend gewählt werden.
Da der Wälzkörperkäfig aus Kunststoff ist, ist die einstückige Ausbildung der Vorsprünge, die an den Führungsborden angeformt sind, besonders einfach. Der Wälzkörperkäfig wird durch Spritzgießen hergestellt, so dass die Vorsprünge spritzgusstechnisch entsprechend ausgeformt werden können, auch mit der hinreichenden Form- und Größengenauigkeit.
Der Vorsprung und die Ausnehmung selbst bilden im geschlossenen Zustand bevorzugt eine Schwalbenschwanzverbindung. Sie können beispielsweise zwei einander gegenüberliegende axiale Stirnflächen aufweisen, die, gesehen in Umfangsrichtung, schräg und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, derart, dass die Käfigenden in der Montagestellung begrenzt axial und in Umfangsrichtung bewegbar sind. Selbst eine solche inhärente Beweglichkeit des Käfigschlosses führt nicht zu einem ungewollten Öffnen, da die Torsionsbewegung wie beschrieben über die Vorsprünge weitgehend oder nahezu vollständig unterbunden ist.
Neben dem Wälzkörperkäfig betrifft die Erfindung ferner ein Wälzlager, umfassend einen Wälzkörperkäfig der beschriebenen Ausgestaltung, sowie in seinen Taschen aufgenommene Wälzkörper. Bei diesen Wälzkörpern kann es sich um Nadeln oder Zylinderrollen oder Ähnliches handeln. Je nach Anwendungsfall kann das Wälzlager auch einen Außenring und/oder einen Innenring aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfig,
2 eine Seitenansicht des Käfigs aus 1, und
3 eine Prinzipdarstellung eines montierten Wälzlagers mit einem erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfig.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfig 1 aus Kunststoff, beispielsweise PA4.6 oder PA6.6, wobei selbstverständlich auch andere Kunststoffmaterialien zur Käfigherstellung verwendet werden können.
Der Wälzkörperkäfig 1 umfasst zwei Führungsborde 2, die über mehrere einzelne Stege 3 miteinander verbunden sind, wobei zwischen jeweils zwei Stegen 3 eine Tasche 4 ausgebildet ist. Diese dient, worauf nachfolgend in Verbindung mit 3 noch eingegangen wird, der Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers, beispielsweise einer Nadel oder einer Rolle.
Der Wälzkörperkäfig 1 weist eine Trennfuge 5 auf, die in axialer Richtung verläuft, und entlang welcher der Wälzkörperkäfig 1 geöffnet werden kann. Im Bereich der sich damit ergebenden Käfigenden 6, 7 sind Verbindungsmittel, die ein Käfigschloss bilden, vorgesehen. Am Käfigende 6 ist im gezeigten Beispiel eine Aufnahme 8 vorgesehen, während am Käfigende 7 ein Eingriffsvorsprung 9 vorgesehen ist, der in der Montagestellung, wie 2 zeigt, in die Aufnahme 8 eingreift. Exemplarisch ist hier eine Rastverbindung gezeigt, selbstverständlich sind auch andere Formen der Ausnehmung 8 und des Eingriffsvorsprungs 9 denkbar, solange eine hinreichende Verbindung der beiden Käfigenden 6, 7 möglich ist. Bevorzugt bilden die Ausnehmungen und der Eingriffsvorsprung eine Schwalbenschwanzverbindung.
Wie die 1 und 2 zeigen, sind an beiden Führungsborden 2 sowohl innenseitig als auch außenseitig sich radial erstreckende Vorsprünge vorgesehen, im Falle der Anordnung an der Außenseite die Vorsprünge 10a, im Falle der Innenseite die Vorsprünge 10b. An der jeweiligen Außenseite respektive Innenseite des jeweiligen Führungsbordes sind, in Umfangsrichtung beabstandet, jeweils zwei solcher Vorsprünge 10a bzw. 10b vorgesehen, wie die 1 und 2 zeigen. Die jeweiligen Vorsprünge 10a, 10b sind dabei im Bereich des jeweiligen Käfigendes 6, 7, also schlossnah angeordnet und liegen benachbart zur jeweils ersten, dem Käfigende 6, 7 folgenden Tasche 4. Sie sind länglich, wie die Figuren zeigen, und erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen entlang der jeweiligen Taschenlänge, wie sich aus 2 ergibt.
Die Breite des jeweiligen Vorsprungs 10a, 10b entspricht im Wesentlichen der Breite des jeweiligen Führungsbordes 2. Sie weisen ebenfalls eine der Ringform des jeweiligen Führungsbordes 2 entsprechende, gebogen geformte Ringfläche auf, liegen also jeweils auf einem entsprechenden Radius um das Ringzentrum.
Da der Wälzkörperkäfig 1 aus Kunststoff ist, ist es ohne weiteres möglich, die Vorsprünge 10a, 10b in der gewünschten Form an den Führungsborden 2 anzuformen. Sie dienen der Aussteifung und insbesondere Abstützung der Käfigenden gegenüber benachbarten Drittgegenständen in der Montagestellung. Ein solches Montagebeispiel ist exemplarisch in 3 gezeigt.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 11 umfassend einen Wälzkörperkäfig 1 der zuvor beschriebenen Art, dessen Taschen 4 jeweils mit einem Wälzkörper 12 hier in Form einer Rolle oder Nadel bestückt ist. Das Wälzlager 11 ist im gezeigten Beispiel auf einer Welle 13, im gezeigten Beispiel eine Ausgleichswelle für einen Verbrennungsmotor, angeordnet, wobei die Wälzkörper 12 auf der Mantelfläche 14 der Welle 13 wälzen.
Das Wälzlager 11 umfasst ferner einen Außenring 15, auf dem die Wälzkörper 12 außenseitig abwälzen. Über diesen Außenring 15 ist das Wälzlager 11 an einem entsprechenden Gehäusebauteil oder Ähnlichem aufgenommen.
Am Wälzkörperkäfig 1 sind die entsprechenden Vorsprünge 10a, 10b vorgesehen. Ihre radiale Höhe ist dabei so bemessen, dass sie bzw. ihre gebogenen Außen- bzw. Stirnflächen mit sehr geringem Spiel zur Mantelfläche 14 im Falle der Vorsprünge 10b respektive zur Mantelfläche 16 des Außenrings 15 im Falle der Vorsprünge 10a liegen. Das Spiel respektive der Abstand sollte möglichst klein sein, minimal sollte er 0,01 mm betragen. Je nach Größe des Wälzlagers kann der Abstand aber auch durchaus etwas größer sein, solange hierdurch die Abstützfunktion zur Verhinderung einer Torsionsbewegung noch sichergestellt ist.
Infolge des geringen Spiels zwischen den Vorsprüngen 10a, 10b und den entsprechenden Mantelflächen 14, 16 stoßen die Vorsprünge 10a, 10b im Falle einer Torsionsbelastung, wenn sich also die beiden Käfigenden 6 und 7 relativ zueinander verdrehen würden, sofort gegen die entsprechenden Mantelflächen 14 bzw. 16, worüber eine etwaigen Torsion begrenzt wird respektive im Hinblick auf das geringe Spiel nahezu vollständig unterdrückt wird. Da die beiden Käfigenden 6, 7 nicht relativ zueinander verdrehen können, kann es folglich auch nicht im Betrieb zu einem ungewollten, hieraus resultierenden Öffnen des Wälzkörperkäfigs kommen. Da sich die Vorsprünge 10a, 10b über eine gewisse Länge in Umfangsrichtung erstrecken, bevorzugt zumindest über die Länge der jeweils benachbarten Tasche, und auch eine Formkompatibilität zu den Mantelflächen 14, 16 gegeben ist, ist auch eine hinreichend große Abstützlänge gegeben, so dass auch etwas höhere Kräfte sicher abgestützt werden können und sich der Käfig nicht öffnet.
Wenngleich im gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite entsprechende Vorsprünge 10a, 10b vorgesehen sind, wäre es denkbar, grundsätzlich auch nur an der Innenseite oder an der Außenseite entsprechende Vorsprünge vorzusehen. Denn bereits durch die einseitige Anordnung solcher Vorsprünge wird die Torsion der Käfigenden 6, 7 zumindest ein Stück weit begrenzt, so dass sich die Käfigenden 6, 7 nicht allzu weit verdrehen können und diese mögliche Resttorsion nicht ausreicht, das Käfigschloss zu öffnen.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörperkäfig
2: Führungsbord
3: Steg
4: Tasche
5: Trennfuge
6: Käfigende
7: Käfigende
8: Aufnahme
9: Eingriffsvorsprung
10a: Vorsprung
10b: Vorsprung
11: Wälzlager
12: Wälzkörper
13: Welle
14: Mantelfläche
15: Außenring
16: Mantelfläche

Claims

Geteilter Wälzkörperkäfig aus Kunststoff, bestehend aus zwei Seitenborden, die unter Bildung einzelner jeweils einen Wälzkörper aufnehmender Taschen über Stege verbunden sind, wobei der Käfig an wenigstens einer Umfangsstelle unter Ausbildung einer Trennfuge axial geschlitzt ist, wobei an einem an der Trennfuge anschließenden Käfigende wenigstens eine Ausnehmung und am anderen Käfigende wenigstens ein korrespondierender Eingriffsvorsprung ausgebildet ist, der in der Montagestellung in die Ausnehmung eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass an den Führungsborden (2) zumindest im Bereich der jeweils dem Eingriffsvorsprung (9) bzw. der Ausnehmung (8) benachbarten Tasche (4) an der Außenseite oder der Innenseite radiale, sich in Umfangsrichtung erstreckende Vorsprünge (10a, 10b) vorgesehen sind.
Wälzkörperkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (10a, 10b) sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite vorgesehen sind.
Wälzkörperkäfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorsprünge (10a, 10b) zumindest über die Länge der Tasche (4) in Umfangsrichtung erstrecken.
Wälzkörperkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen der Vorsprünge (10a, 10b) eine gebogene Form aufweisen.
Wälzkörperkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (10a, 10b) in ihrer radialen Höhe derart bemessen sind, dass ihr minimaler Abstand zum äußeren oder inneren Wälzkreis der aufgenommenen Wälzkörper 0,01 mm beträgt.
Wälzkörperkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (10a, 10b) schmäler als die Führungsborde (2) sind, oder dass die Vorsprünge (10a, 10b) die gleiche Breite wie die Führungsborde (2) aufweisen.
Wälzkörperkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (9) und die Ausnehmung (8) im geschlossenen Zustand eine Schwalbenschwanzverbindung eingehen.
Wälzlager, umfassend einen Wälzkörperkäfig (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, sowie in seinen Taschen (4) aufgenommene Wälzkörper (12).