DE102013218286A1

DE102013218286A1 - Käfig für ein Wälzlager und zugehöriges Wälzlager

Info

Publication number: DE102013218286A1
Application number: DE102013218286.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Neukirchner; Christoph Meder
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-03-12
Also published as: WO2015035987A1

Abstract

Käfig (1, 5, 12, 17) für ein Wälzlager (20), der einen Grundkörper (2, 13, 21) aus einem ersten Werkstoff und aus einem zweiten Werkstoff hergestellte Kontaktelemente (3, 10, 14, 22) aufweist, die an reibungs- oder stoßbelasteten Stellen des Grundkörpers (2, 13, 21) angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager.
Hintergrund der Erfindung
Käfige für Wälzlager müssen im Betrieb hohe lokale Kontaktpressungen und Druckspannungen ertragen. Während des Betriebs kann daher Kontaktverschleiß in Form von abrasivem Verschleiß auftreten. Ebenso können bei Überlastungen plastische Verformungen des Käfigs auftreten.
Käfige für Wälzlager werden häufig aus einem kostengünstigen Werkstoff wie ein Kunststoffmaterial hergestellt. Derartige Werkstoffe genügen zwar normalen Anforderungen, an hoch belasteten Stellen, an denen hohe lokale Kontaktspannungen auftreten, besteht jedoch die Gefahr des Auftretens von übermäßigem Verschleiß und plastischen Verformungen, wodurch in der Folge Fehlfunktionen und Ausfälle hervorgerufen werden können.
Aus der DE 102 46 825 A1 ist ein Käfig für ein Wälzlager bekannt, der aus mehreren in Umfangsrichtung aneinander gereihten Segmenten besteht. Derartige Segmente können eine beträchtliche Größe aufweisen, beispielsweise wenn das Wälzlager Bestandteil einer Rotorlagerung einer Windkraftanlage ist. Es besteht dann die Gefahr, dass Verschleiß an Kontaktstellen zwischen benachbarten Segmenten, gegebenenfalls auch zwischen einem Wälzkörper und einem Segment, auftritt, insbesondere wenn der Käfig aus einem herkömmlichen Kunststoffmaterial besteht.
Aus der US 3 390 928 A ist ein Wälzlager mit einem Käfig bekannt, der Taschen aufweist, die mit einem Festschmierstoff gefüllt sind. Dieser Festschmierstoff dient zur Schmierung der Wälzkörper.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfig für ein Wälzlager anzugeben, der eine hohe Flächenpressung ertragen kann und kostengünstig herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Käfig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er einen Grundkörper aus einem ersten Werkstoff und aus einem zwischen Werkstoff hergestellte Kontaktelemente aufweist, die an reibungs- oder stoßbelasteten Stellen des Grundkörpers angeordnet sind.
Die Erfindung beruht auf der Idee, einen aus zwei Werkstoffen bestehenden Käfig zu verwenden. Ein Grundkörper besteht dabei aus einem ersten, kostengünstigen Werkstoff. An kritischen Stellen, insbesondere an Kontaktstellen, an denen Reibung auftritt oder an denen Stoße und Kontaktkräfte wirken, ist der Grundkörper mit Kontaktelementen versehen, die aus einem zweiten Werkstoff bestehen. Dieser zweite Werkstoff ist dazu ausgebildet, hohe Flächenpressungen sowie Kontaktkräfte und Stöße zu ertragen. Dementsprechend besteht der zweite Werkstoff aus einem mechanisch hochwertigen Material, wohingegen für den ersten Werkstoff, der zur Herstellung des Grundkörpers verwendet wird, ein kostengünstiges Material eingesetzt werden kann. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Käfigs können somit Kosten eingespart werden, indem ein hochwertiger Werkstoff lediglich dort eingesetzt wird, wo er zwingend benötigt wird.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass der zweite Werkstoff ein Metall oder eine Metalllegierung ist, insbesondere eine Stahllegierung oder Keramik oder ein Fasermaterial oder ein Faserverbundwerkstoff. Diese Werkstoffe sind mechanisch hochwertig und in der Lage, die auftretenden hohen Flächenpressungen sowie hohe Kontaktkräfte und Stöße zu übertragen Vorzugsweise ist der erste Werkstoff, aus dem der Grundkörper des erfindungsgemäßen Käfigs besteht, ein Kunststoffmaterial. Beispielsweise kann ein Polyamid (PA) als Kunststoffmaterial eingesetzt werden, z. B. PA 66. Alternativ kann Polyamidimid (PAl) als Käfigwerkstoff eingesetzt werden.
Im Hinblick auf die Fertigung des erfindungsgemäßen Käfigs kann es vorgesehen sein, dass der aus dem ersten Werkstoff bestehende Grundkörper mit den aus dem zweiten Werkstoff hergestellten Kontaktelementen umspritzt ist oder dass die Kontaktelemente eingepresst oder geklebt oder geklipst oder verschraubt sind. Vorzugsweise ist der Grundkörper des Käfigs durch Spritzgießen hergestellt, dieser Grundkörper wird anschließend mit den aus dem zweite Werkstoff hergestellten Kontaktelementen versehen. Als Fügeverfahren wird es bevorzugt, dass die separat hergestellten Kontaktelemente umspritzt werden, wodurch der mit den Kontaktelementen versehene Grundkörper gebildet wird. Alternativ kommen auch die bereits erwähnten Fertigungsverfahren wie Einpressen, Kleben, Klipsen oder Verschrauben in Frage.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Kontakteelemente punktuell auf dem Grundkörper angebracht sind und von einer Oberfläche des Grundkörpers abstehen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass lediglich die Kontaktelemente des Käfigs einen Wälzkörper oder einen anderen Gegenstand, beispielsweise ein weiteres Käfigsegment oder einen Innenring oder einen Außenring des Wälzlagers, berühren, wohingegen bei dem Grundkörper kein Berührkontakt vorliegt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Grundkörper praktisch verschleißfrei eingesetzt werden kann, darüber hinaus sind auch die Kontaktelemente weitestgehend verschleißresistent, da sie aus dem zweiten Werkstoff hergestellt sind, der in der Lage ist, Oberflächenpressungen zu ertragen.
Eine Variante der Erfindung kann vorsehen, dass ein Kontaktelement ringförmig ausgebildet ist und eine Ausnehmung oder Tasche für einen Wälzkörper umgibt. Bei dieser Ausgestaltung wird durch das ringförmige Kontaktelement Verschleiß durch Kontakt zwischen dem Käfig und einem Wälzkörper vermieden.
Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Käfigs kann ein Kontaktelement als ringförmiger Anlaufring ausgebildet und an einer oder beiden Axialseiten des Käfigs angeordnet sein. An den Axialseiten des Käfigs kann dieser gegebenenfalls einen Außenring oder einen Innenring des Wälzlagers berühren. Um an diesen Stellen Verschleiß oder eine plastische Verformung zu vermeiden, kann an einer Seite oder an beiden gegenüberliegenden Seiten des Käfigs ein ringförmiger Anlaufring als Kontaktelement angeordnet sein, der in der Lage ist, Stoße und Kontaktkräfte von einem Bord eines Außen- oder Innenrings aufzunehmen.
Der erfindungsgemäße Käfig eignet sich ganz besonders gut für einen Grundkörper, der mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Käfigsegmente aufweist, wobei eine Kontaktfläche zwischen benachbarten Käfigsegmenten wenigstens ein Kontaktelement aufweist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Abnutzung der Segmente minimiert und dadurch Führungseigenschaften der Segmente aufrechterhalten werden. Insgesamt kann dadurch die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Käfigs verlängert werden.
Daneben betrifft die Erfindung ein Wälzlager, umfassend einen Innenring, einen Außenring und dazwischen in Taschen oder Ausnehmungen eines Käfigs angeordnete Wälzkörper.
Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich dadurch aus, dass es einen Käfig der beschriebenen Art aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Detail eines erfindungsgemäßen Käfigs, der einen Wälzkörper berührt, in einer geschnittenen Ansicht;
2 ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Käfigs;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Käfigs für ein Wälzlager; und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Käfigs für ein Wälzlager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Detail eines Käfigs 1 für ein Wälzlager in einer geschnittenen Ansicht. Der Käfig weist einen Grundkörper 2 auf, der aus einem ersten Werkstoff hergestellt ist sowie aus einem zweiten Werkstoff hergestellte Kontaktelemente 3, die an reibungs- oder stoßbelasteten Stellen des Grundkörpers 2 angeordnet sind. In 1 erkennt man, dass das Kontaktelement 3 an einer Kontaktstelle zwischen dem Käfig 1 und einem Wälzkörper 4 angeordnet ist. An dieser Stelle können beträchtliche Flächenpressungen auftreten, die normalerweise zu einer Verringerung der Lebensdauer des Käfigs führen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 2 aus einem Kunststoffmaterial, nämlich PA 66. Die Kontaktelemente 3 bestehen aus Stahl, dementsprechend sind die Kontaktelemente 3 in der Lage, die Kontaktkräfte sowie die Flächenpressung zwischen Wälzkörper 4 und Kontaktelement 3 aufzunehmen, ohne dass erkennbarer Verschleiß auftritt.
Der Grundkörper 2 ist im Spritzgussverfahren hergestellt, indem die aus Stahl bestehenden Kontaktelemente 3 umspritzt worden sind. Da der Einsatz der vergleichsweise teuren Kontaktelemente 3 auf die hoch belasteten Bereiche des Käfigs 1 beschränkt ist, kann der Käfig 1 vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Käfigs 5 für ein Wälzlager. Der Käfig 5 umfasst mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Käfigsegmente 6, 7, zwischen denen Taschen 8 gebildet sind, in denen Wälzkörper 9 aufgenommen sind. Beim Betrieb des Wälzlagers berühren die Käfigsegmente, 6, 7 sowohl die Wälzkörper 9 als auch benachbarte Käfigsegmente 6, 7. Um Verschleiß und gegebenenfalls auftretenden plastischen Verformungen entgegenzuwirken, weisen die Käfigsegmente 6, 7 Kontaktelemente 10 auf, die sowohl im Bereich der Taschen 8 als auch an Berührstellen 11 zwischen benachbarten Käfigsegmenten 6, 7 angeordnet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktelemente 10 so ausgebildet, dass sie von der Oberfläche des Grundkörpers der Käfigsegmente 6, 7 abstehen. Die Kontaktelemente 10 können auf die Käfigsegmente 6, 7 geklebt oder geklipst oder damit verschraubt sein, wobei die genaue Befestigungsart in 2 nicht detailliert gezeigt ist. Die Käfigsegmente 6, 7, die zusammen den Käfig 5 bilden, sind aus einem Kunststoffmaterial als erstem Werkstoff hergestellt. Die Kontaktelemente 10 bestehen aus einem Keramikmaterial als zweitem Werkstoff.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Käfigs 12, bei dem es sich um einen ganzteiligen Kugelkäfig handelt. Der Käfig 12 wird für ein Dentallager eingesetzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Käfig 12 neben einem Grundkörper 13 im Wesentlichen ringförmige Kontaktelemente 14, wobei ein Kontaktelement 14 eine Ausnehmung 15 umgibt, in der ein kugelförmiger Wälzkörper 16 aufgenommen ist. Die Kontaktelemente 14 bewirken, dass die Wälzkörper 16 stets die Kontaktelemente 14 berühren, nicht jedoch den aus einem Kunststoffmaterial hergestellten Grundkörper 13. Dadurch ist sichergestellt, dass die Form des Käfigs 12 aufrechterhalten bleibt, wodurch plastische Verformungen, die zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Dentallagers führen könnten, vermieden werden. In Übereinstimmung mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen kann der Käfig 12 vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden, indem ein aus einem Kunststoffmaterial hergestellter Grundkörper 13 mit einem hochwertigen zweiten Werkstoff wie Stahl oder Keramik kombiniert ist, wobei der hochwertige Werkstoff lediglich punktuell und belastungsgerecht an denjenigen Stellen verwendet wird, an denen er auch tatsächlich benötigt wird.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Käfigs 17 für ein Wälzlager 20, das in einer Seitenansicht gezeigt ist. In 4 ist ein Innenring 18 des Wälzlagers 20 dargestellt, der eine Laufbahn für Wälzkörper 19 aufweist. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist der Außenring des Wälzlagers 20 nicht dargestellt.
Zur Führung der Wälzkörper 19 dient der Käfig 17, bestehend aus einem Grundkörper 21 aus einem ersten Werkstoff und aus als Anlaufringen ausgebildeten Kontaktelementen 22, die aus einem zweiten Werkstoff hergestellt sind. Die beiden Kontaktelemente 22 sind als Anlaufringe mit unterschiedlichem Durchmesser ausgebildet und fest mit dem Grundkörper 21 verbunden. Der Käfig 17 ist symmetrisch ausgebildet und weist an seiner entgegengesetzten Seite einen identischen Aufbau mit zwei Kontaktelementen auf. Der Käfig 17 umfasst den aus Kunststoff hergestellten Grundkörper 21 und die aus Stahl hergestellten Kontaktelemente 22, wodurch eine weitgehend verschleißfreie Funktion gewährleistet ist.
Bezugszeichenliste

1: Käfig
2: Grundkörper
3: Kontaktelement
4: Wälzkörper
5: Käfig
6: Käfigsegment
7: Käfigsegment
8: Tasche
9: Wälzkörper
10: Kontaktelement
11: Berührstelle
12: Käfig
13: Grundkörper
14: Kontaktelement
15: Ausnehmung
16: Wälzkörper
17: Wälzlager
18: Innenring
19: Wälzkörper
20: Käfig
21: Grundkörper
22: Kontaktelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10246825 A1 [0004]
US 3390928 A [0005]

Claims

Käfig (1, 5, 12, 17) für ein Wälzlager (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1, 5, 12, 17) einen Grundkörper (2, 13, 21) aus einem ersten Werkstoff und aus einem zweiten Werkstoff hergestellte Kontaktelemente (3, 10, 14, 22) aufweist, die an reibungs- oder stoßbelasteten Stellen des Grundkörpers (2, 13, 21) angeordnet sind.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff dazu ausgebildet ist, hohe Flächenpressungen zu ertragen.
Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff ein Metall oder eine Metalllegierung ist, insbesondere eine Stahllegierung oder Keramik oder ein Fasermaterial oder ein Faserverbundwerkstoff.
Käfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff, aus dem der Grundkörper (2, 13, 21) besteht, ein Kunststoffmaterial ist.
Käfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem ersten Werkstoff bestehende Grundkörper (2, 13, 21) mit den aus dem zweiten Werkstoff hergestellten Kontaktelementen (3, 10, 14, 22) umspritzt ist oder dass die Kontaktelemente (3, 10, 14, 22) eingepresst oder eingepresst oder geklebt oder geklipst oder verschraubt sind.
Käfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (10) punktuell auf dem Grundkörper angebracht sind und von einer Oberfläche des Grundkörpers abstehen.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktelement (14) ringförmig ausgebildet ist und eine Ausnehmung (15) oder Tasche für einen Wälzkörper (16) umgibt.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktelement (22) als ringförmiger Anlaufring ausgebildet und an einer oder beiden Axialseiten des Käfigs (17) angeordnet ist.
Käfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2, 13, 21) mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Käfigsegmente aufweist, wobei eine Kontaktfläche zwischen benachbarten Käfigsegmenten wenigstens ein Kontaktelement (3, 10, 14, 22) aufweist.
Wälzlager, umfassend einen Innenring, einen Außenring und dazwischen in Taschen oder Ausnehmungen eines Käfigs angeordnete Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Käfig (1, 5, 12, 17) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.