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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen wälzkörpergeführten Wälzlagerkäfig, umfassend einen ringförmigen einteiligen Grundkörper mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen, und sie ist insbesondere vorteilhaft bei Spindellagern anwendbar.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein solcher Wälzlagerkäfig dient dazu, die Wälzkörper, beispielsweise Kugeln oder Rollen, voneinander definiert zu beabstanden und zu führen. Hierzu weist ein Wälzlagerkäfig üblicherweise eine Mehrzahl an Taschen auf, in die die jeweiligen Wälzkörper eingesetzt sind. Es sind Wälzlagerkäfige bekannt, die ringgeführt sind, mithin also am Innen- oder Außenring des Wälzlagers anliegen und dort gleitend geführt sind. Alternativ sind, wie der hier beschriebene Wälzlagerkäfig, wälzkörpergeführte Käfige bekannt, die an den Wälzkörpern anliegen respektive abgestützt sind.
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Ein solcher wälzkörpergeführter Wälzlagerkäfig der hier betroffenen Art, der insbesondere für schnelldrehende Lager vorgesehen ist, ist üblicherweise aus einem Stück gefertigt. Es handelt sich also um ein ringförmiges, einteiliges Bauteil entweder aus Metall oder Kunststoff, in dem die entsprechenden Taschen in Form einfacher Ausnehmungen vorgesehen sind. Wie beschrieben besteht bei einem wälzkörpergeführten Käfig ein unmittelbarer Kontakt zwischen Käfig und Wälzkörper, da der Käfig auf den Wälzkörpern zumindest im lasttragenden Bereich abgestützt ist. Bei bisher bekannten wälzkörpergeführten Käfigen für schnelldrehende Lager ist daher stets ein Kompromiss hinsichtlich des verwendeten Käfigwerkstoffs einzugehen. Denn einerseits muss der Käfig natürlich eine hinreichende Steifigkeit respektive Festigkeit aufweisen. Andererseits sind im Kontakt zwischen Wälzkörper und Käfig tribologische Aspekte zu berücksichtigen, damit im Kontaktbereich die Reibung noch akzeptabel ist und der Verschleiß im Kontaktbereich in Grenzen gehalten ist. Gleichwohl stellen bisher bekannte Lösungen stets einen Kompromiss dar, der entweder in der einen oder anderen Richtung nicht optimal ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen wälzkörpergeführten Wälzlagerkäfig anzugeben, der gegenüber bekannten Wälzlagerkäfigen verbessert ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem wälzkörpergeführten Wälzlagerkäfig erfindungsgemäß vorgesehen, dass er einen ringförmigen einteiligen Grundkörper mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen umfasst, wobei in jede Ausnehmung ein eine Tasche bildender Einsatz eingesetzt ist, der aus einem Material besteht, das einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als das Material des Grundkörpers aufweist.
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Erfindungsgemäß wird ein quasi hybrider wälzkörpergeführter Wälzlagerkäfig vorgeschlagen. Dieser besteht einerseits aus einem einteiligen ringförmigen Grundkörper und andererseits aus einer Vielzahl von Einsätzen, die in grundkörperseitige Ausnehmungen eingesetzt sind und die jeweils die Taschen definieren, in denen ein Wälzkörper aufgenommen ist. Da folglich verschiedene Bauteile, nämlich Grundkörper und Einsätze, verwendet werden, besteht die Möglichkeit, diese hinsichtlich der verwendeten Materialien auf den jeweiligen Funktionszweck des Bauteils optimiert auszuwählen. So kann der Grundkörper aus einem Material gewählt werden, das hinreichend steif respektive fest ist, so dass insbesondere die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers in dieser Richtung optimiert werden können. Denkbar ist hierbei die Verwendung eines Metalls oder eines Kunststoffs, gegebenenfalls auch faserverstärkt oder ähnliches. Demgegenüber kann das Material der Einsätze hinsichtlich seiner tribologischen Eignung optimiert ausgewählt werden, mithin also derart, dass sich eine möglichst geringe Reibung zwischen Einsatz und Wälzkörper ergibt. Das heißt, dass das Material, aus dem der Einsatz ist, einen weit niedrigeren Reibungskoeffizienten aufweist als das Material des Grundkörpers. Bevorzugt wird hier die Verwendung von Einsätzen aus Kunststoff, wobei das verwendete Kunststoffmaterial gegebenenfalls auch in Abhängigkeit des verwendeten Materials der Wälzkörper gewählt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig lässt folglich eine Optimierung der mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit zu, gleichzeitig aber auch eine Optimierung hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften im Kontaktbereich zwischen Wälzkörper und Käfig respektive Wälzkörper und Einsatz.
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Wie beschrieben werden die Einsätze bevorzugt aus Kunststoff gefertigt. Es bietet sich hierbei an, die Einsätze in einem Spritzgussverfahren herzustellen, da pro Käfig eine Mehrzahl solcher Einsätze, die identisch sind, benötigt werden, wie natürlich solche Wälzlagerkäfige auch in hoher Stückzahl hergestellt werden. Außerdem ist es auf diese Weise möglich, auch komplizierte Taschengeometrien zur Verbesserung der Käfigleistungsfähigkeit kostengünstig herzustellen.
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Um eine gute Führung des Käfigs an den Wälzkörpern zu ermöglichen ist bevorzugt an jedem Einsatz wenigstens ein, vorzugsweise zwei radial in die Tasche ragende Führungsvorsprünge, die an dem aufgenommenen Wälzkörper anliegen, vorgesehen. Diese Führungsvorsprünge können, wie die Geometrie des Einsatzes insgesamt, ebenfalls optimiert hinsichtlich der konkreten Gestaltung des Wälzlagers respektive der Wälzkörper ausgeführt sein. Durch die mehrteilige Ausführung des Käfigs aus Grundkörper und Einsätzen können einsatzseitige Führungsgeometrien realisiert werden, die bei einem einstückigen Käfig eine Bestückung mit Wälzkörpern nicht mehr ermöglichen würden.
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Neben der Möglichkeit, jeden Einsatz am Grundkörper in der Ausnehmung über eine Presspassung zu fixieren, ihn also einzupressen, besteht die Möglichkeit, den Einsatz auch am Grundkörper über eine Rast- oder Schnappverbindung zu fixieren. Die Einsätze werden also auf einfache Weise in die jeweilige grundkörperseitige Ausnehmung eingeklipst, beispielsweise im Falle eines Radiallagers, in dem die Taschen von außen angesetzt und eingedrückt werden. Die Rast- oder Schnappverbindung ist dabei so auszuführen, dass sich die Einsätze unter Fliehkraftwirkung nicht vom Grundkörper lösen.
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Für eine einfache Rast- oder Schnappverbindung ist es zweckmäßig, wenn an einer Seite jedes Einsatzes federnde Rastvorsprünge ausgebildet sind, die den Grundkörper hintergreifen, wenn der jeweilige Einsatz an der anderen Seite des Grundkörpers mit einer Anlagefläche an der Fläche des Grundkörpers anliegt. Die Einsätze werden also mit der Seite, an der die Rastvorsprünge ausgebildet sind, in die Ausnehmung eingedrückt. Hierbei verformen sich die Rastvorsprünge, sie werden etwas nach innen gedrückt und schnappen, wenn die Einsetzendstellung erreicht ist, wieder nach außen, den Grundkörper hintergreifend. An der anderen Seite sind sie über eine Anlagefläche, die an der Fläche des Grundkörpers anliegt, abgestützt.
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Wenn die Einsätze aus Kunststoff, insbesondere in einem Spritzgussverfahren, hergestellt sind, können derartige Rastvorsprünge respektive Schnappgeometrien auch ohne weiteres ausgebildet werden. Der Grundkörper selbst kann von der Geometrie her äußerst einfach gehalten werden, nachdem ihm keine Führungseigenschaften zukommen. Er kann also hinsichtlich der Ausnehmungen respektive der Geometrie äußerst einfach gestaltet sein. Im Falle eines metallenen Grundkörpers kann es sich beispielsweise um einfache Ausstanzungen handeln, im Falle eines aus Kunststoff gefertigten Grundkörpers, üblicherweise ein Spritzgussbauteil, können ebenfalls entsprechend einfache Durchbrechungen realisiert werden.
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Die Ausnehmungen selbst sowie die Einsätze können eine runde Geometrie aufweisen, sie können aber auch eckig ausgeführt sein, was insbesondere hinsichtlich einer Verdrehsicherung zweckmäßig ist. Egal welche konkrete Geometrie die Einsätze aufweisen sind sie, insbesondere im Spritzgussverfahren, einfach herstellbar.
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Zweckmäßig ist es des Weiteren, wenn jeder Einsatz umfangsmäßig geschlossen ist und wenigstens eine umflaufende Anlagefläche aufweist, mit der er an der Fläche des Grundkörpers anliegt, wobei die Anlagefläche eine Krümmung aufweist, die der Krümmung der Fläche des Grundkörpers entspricht. Bei Radiallagern ist der Grundkörper zwangsläufig gekrümmt. Wird diese Krümmung auch an der Anlagefläche nachvollzogen, so liegt der Einsatz, unabhängig davon, ob er nun eingepresst wird oder eingerastet wird, bündig und über eine große Fläche abgestützt sicher an dem Grundkörper an. Im Falle einer runden Ausnehmung respektive einer runden Einsatzform wird hierüber auch gleichzeitig eine Verdrehsicherung realisiert.
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Neben dem Wälzlagerkäfig selbst betrifft die Erfindung ferner ein Wälzlager, umfassend zwei Ringe und zwischen diesen wälzende Wälzkörper, die in Taschen eines Wälzlagerkäfigs der beschriebenen Art aufgenommen sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:
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1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs,
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2 eine Perspektivansicht eines Grundkörpers des Wälzlagerkäfigs aus 1,
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3 eine Perspektivansicht eines Einsatzes des Wälzlagerkäfigs aus 1,
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4 eine Schnittansicht durch ein Wälzlager in Teilansicht mit einem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig 1, der für ein Radiallager vorgesehen ist. Er umfasst einen Grundkörper 2 mit einer Vielzahl von radial offenen Ausnehmungen 3, wie in 2 dargestellt ist. Der Grundkörper 2 ist beispielsweise ein Metallbauteil, beispielsweise aus einem Metallblech. Die Ausnehmungen 3 sind beispielsweise durch einfaches Ausstanzen gebildet. Sie weisen eine runde Geometrie auf.
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Der metallene Grundkörper 2 ist hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften derart ausgelegt, dass er die mechanischen Anforderungen, die an den Käfig im verbauten Wälzlager gestellt werden, optimal erfüllt. Das heißt, der Käfig wird hinsichtlich seines Materials so gewählt, dass er die gewünschte Steifigkeit und Formstabilität besitzt, eine geringe Wärmedehnung aufweist und hinreichend verwindungssteif ist. Denkbar ist auch die Ausgestaltung des Grundkörpers 2 aus einem hinreichend steifen respektive harten Kunststoffmaterial, dann beispielsweise im Rahmen eines Spritzvorgangs. In diesem Fall wird bei dem Material beispielsweise zusätzlich berücksichtigt, dass das Material eine geringe Feuchtequellung besitzt und ähnliches.
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Der Wälzlagerkäfig 1 ist ein wälzkörpergeführter Käfig. Das heißt, dass er sich auf den im Wälzlager vorgesehenen Wälzkörpern abstützt, zumindest im lastragenden Bereich. Es besteht also ein unmittelbarer Kontakt zwischen Wälzlagerkäfig 1 und Wälzkörpern. Um diesen Kontakt möglichst reibungsarm, also tribologisch optimiert, auszulegen sind erfindungsgemäß in den Ausnehmungen 3 Einsätze 4 eingesetzt, zu denen der Wälzkörper in Kontakt steht. Ein solcher eine Tasche definierender Einsatz 4 ist in vergrößerter Darstellung in 3 gezeigt.
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Der Einsatz 4 weist entsprechend der Geometrie der Ausnehmung 3 eine runde Form auf. Er ist beispielsweise aus Kunststoff in einem Spritzgussverfahren gefertigt. Da dem Einsatz keine Stabilisierungs- oder Festigkeitsfunktion zukommt, sondern lediglich die der Käfigführung, wird er hinsichtlich der Materialwahl so ausgelegt, dass er optimale tribologische Eigenschaften in Bezug auf die aufgenommenen Wälzkörper respektive das Wälzkörpermaterial aufweist. Das heißt, dass ein möglichst reibungsarmer Kontakt zwischen dem Einsatz 4 und dem Wälzkörper gegeben ist.
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Der Einsatz 4 weist einen zylindrischen Abschnitt 5 auf, an dessen unterem Ende mehrere federnde Rastvorsprünge 6 vorgesehen sind, die über entsprechende axiale Einschnitte 7 definiert sind. Die unteren Enden der Rastvorsprünge 6 weisen radiale Raststege 8 auf, die in der Montagestellung den Grundkörper 2 unter- oder hintergreifen, wie in 4 dargestellt.
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An der gegenüberliegenden Seite weist jeder Einsatz 4 eine flanschartige radiale Verbreiterung 9 auf, deren Unterseite 10 eine Anlagefläche bildet, mit der der Einsatz 4 in der Einsetzstellung auf der Oberfläche respektive der Außenseite des Grundkörpers 2 aufliegt. Diese Auflagefläche 10 kann eben sein, sie kann aber auch eine leichte Krümmung aufweisen, die der Oberflächenkrümmung der Fläche 11, also der Außenfläche des Grundkörpers 2 entspricht. Hierüber kann eine Verdrehsicherung des Einsatzes 4 erreicht werden, der wie beschrieben eine zylindrische Grundform aufweist.
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An der Oberseite der Verbreiterung 9 sind zwei nach innen ragende Führungsvorsprünge 12 ausgebildet, die an ihrer Innenseite 13 leicht gekrümmt sein können, um sich der Geometrie der aufzunehmenden Wälzkörper, hier Kugeln, anzupassen. Diese Führungsvorsprünge 12 ruhen in der Montagestellung mit ihren Innenseiten 13 auf den Wälzkörpern respektive Kugeln, worüber der Wälzlagerkäfig 1 geführt respektive abgestützt ist.
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Die Einsätze 4 werden im Rahmen der Montage in die Ausnehmungen 3 mit den Rastvorsprüngen 6 vorlaufend eingesteckt und niedergedrückt, bis die Rastnasen 8 die untere umlaufende Kante des Grundkörpers 2 umgreifen, also in die Schnappstellung ausfedern. In diese Einsetzendstellung liegen auch die jeweiligen Anlageflächen 10 an der Fläche 11 des Grundkörpers 2 an, so dass jeder Einsatz 4 fest und verdrehsicher und auch den gegebenen Fliehkräften standhaltend am Grundkörper 2 fixiert ist.
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4 zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 14 mit dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig 1, in dem Wälzkörper 15, hier in Form von Kugeln, aufgenommen sind, die auf einen Innenring 16 abwälzen. Der gegenüberliegende Außenring ist nicht näher gezeigt. Ersichtlich stützt sich der Wälzlagerkäfig 1 mit den Führungsvorsprüngen 12 an den Wälzkörpern 15 ab, es besteht also ein Dauerkontakt. Dieser ist jedoch äußerst reibungsarm, nachdem die Einsätze 4 respektive die Führungsvorsprünge 12 aus einem Material sind, das tribologisch optimiert gewählt ist und einen möglichst niedrigen Reibkoeffizienten aufweist, der in jedem Fall niedriger ist als der Reibkoeffizient des Materials des Grundkörpers 2.
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Insgesamt wird erfindungsgemäß ein Wälzlagerkäfig 1 angegeben, der sowohl hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften als auch der tribologischen Eigenschaften im Kontakt zwischen Wälzlagerkäfig und Wälzkörper optimiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlagerkäfig
- 2
- Grundkörper
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Einsatz
- 5
- Abschnitt
- 6
- Rastvorsprung
- 7
- Einschnitt
- 8
- Raststeg
- 9
- Verbreiterung
- 10
- Unterseite
- 11
- Fläche
- 12
- Führungsvorsprung
- 13
- Innenseite
- 14
- Wälzlager
- 15
- Wälzkörper
- 16
- Innenring
