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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Wälzkörpertaschen unterschiedlichen Typs aufweisenden Wälzlagerkäfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ebenso betrifft die Erfindung ein Kugellager, in welchem die Wälzkörper, das heißt Kugeln, durch einen Wälzlagerkäfig geführt sind, welcher verschiedenartige Wälzkörpertaschen aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein gattungsgemäßer Wälzlagerkäfig ist beispielsweise aus der
EP 2 787 229 A1 bekannt. Verschiedenartige Wälzkörpertaschen sind hierbei in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs unterschiedlich weit ausgedehnt, was sich hinsichtlich der akustischen Eigenschaften vorteilhaft auswirken soll.
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Ein für ein Schrägkugellager geeigneter wälzkörpergeführter Kugelschnappkäfig ist beispielsweise in der
DE 10 2009 048 875 A1 offenbart. Einzelne Aussparungen, das heißt Wälzkörpertaschen, bilden hierbei jeweils an die Kugeloberfläche der Wälzkörper angepasste sphärisch gekrümmte umlaufende Haltekanten, an welchen die Wälzkörper einschnappbar sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlagerung gegenüber dem genannten Stand der Technik hinsichtlich einer besonderen Eignung für hohe Drehzahlkennwerte, auch bei Fettschmierung, weiterzuentwickeln.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kugellager nach Anspruch 8.
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Der Wälzlagerkäfig weist in an sich bekannter Grundform zwei durch Stege einstückig miteinander verbundene Seitenringe auf, wobei durch die Stege und Seitenringe Wälzkörpertaschen unterschiedlichen Typs gebildet sind. Der Begriff „Steg“ wird hierbei für jegliche Verbindung zwischen den Seitenringen verwendet. Erfindungsgemäß weist ein erster Typ an Wälzkörpertaschen Halterungen auf, welche in die jeweilige Wälzkörpertasche ragen und einen Wälzkörper kontaktieren. Die Halterungen können hierbei von den Stegen und/oder Seitenringen ausgehen. Dagegen sind an einem zweiten Typ an Wälzkörpertaschen keine solchen Halterungen vorhanden.
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Die Halterungen, welche an einem Teil der Wälzkörpertaschen vorhanden sind, bewirken, dass der Wälzlagerkäfig als wälzkörpergeführter Käfig in einem Wälzlager verwendbar ist. Bei dem Wälzlager handelt es sich beispielsweise um ein Spindellager, insbesondere in einer Werkzeugmaschine. Herkömmliche Spindellager werden von der Anmelderin beispielsweise unter den Bezeichnungen B71914-C-T-P4S-UL und B7014-C-T-P4S-UL angeboten. Das anmeldungsgemäße, einen Wälzkörperkäfig mit teilweise mit Halterungen versehenen Wälzkörpertaschen aufweisende Kugellager ist in geeigneter Dimensionierung gegen ein solches herkömmliches Spindellager austauschbar.
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Der Wälzlagerkäfig kann entweder als innengeführter Käfig oder als außengeführter Käfig ausgebildet sein. Im erstgenannten Fall befinden sich die Halterungen an der Innenseite, das heißt der der Rotationsachse des Lagers zugewandten Seite des Wälzlagerkäfigs, wobei sie die Seitenringe vorzugsweise radial nach innen überragen. Im Fall einer Außenführung des Wälzlagerkäfigs handelt es sich bei den Halterungen des Wälzlagerkäfigs dagegen um Außenhalterungen.
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Sowohl im Fall einer Innenhalterung als auch im Fall einer Außenhalterung ist der Wälzlagerkäfig durch die Halterungen in einer definierten Radialrichtung, bezogen auf die Rotationsachse des Wälzlagerkäfigs und damit des gesamten Lagers, abgestützt. Diese Abstützung des Käfigs in radialer Richtung erfolgt in jeder Ausgestaltung nur durch einen Teil der Wälzkörpertaschen. Beispielsweise weisen weniger als 80 % der Wälzkörpertaschen Halterungen auf. Insbesondere sind Ausführungsformen realisierbar, bei welchen in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs alternierend eine Wälzkörpertasche mit Halterungen und eine Wälzkörpertasche ohne Halterungen angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung können sämtliche Stege des Wälzlagerkäfigs prinzipiell gleich geformt sein, wobei in tangentialer Richtung des Wälzlagerkäfigs betrachtet abwechselnd eine Halterung in Umfangsrichtung und eine Halterung gegen die Umfangsrichtung ausgerichtet ist.
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Durch das Weglassen von Halterungen an einem Teil der Wälzkörpertaschen ist der Wälzlagerkäfig im Vergleich zu herkömmlichen Käfigen, welche an jeder Wälzkörpertasche Innen- oder Außenhalterungen aufweisen, reibungsoptimiert ausgeführt. Dies trägt signifikant zu einer Reduzierung des beim Betrieb des Wälzlagers durch Reibung bedingten Wärmeeintrags bei. Bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen ist damit die Betriebstemperatur des Wälzlagerkäfigs im Vergleich zu herkömmlichen Käfigen deutlich reduziert.
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Weiterhin spielt die Tatsache eine Rolle, dass Halterungen an Käfigen tendenziell die Schmierung an den Wälzkörpern negativ beeinflussen, da jede Halterung als Abstreifer wirkt. Allein die im Vergleich zu herkömmlichen Käfigen reduzierte Anzahl an Halterungen des Wälzlagerkäfigs trägt damit zu einer verbesserten Schmierung bei. Dieser positive Effekt führt zusammen mit der gesenkten Betriebstemperatur nicht nur zu einer geringeren Belastung des Wälzlagerkäfigs, sondern auch des in dem Lager verwendeten Schmiermittels, insbesondere Fettes. Damit ist die Gebrauchsdauer des Schmiermittels ebenso wie die Lebensdauer des Lagers durch die Verwendung des nur partiell mit Halterungen versehenen Wälzlagerkäfigs deutlich verlängert. In zahlreichen Anwendungsfällen, in denen üblicherweise mit äußerer Kühlung und/oder mit Öl-Luft-Schmierung gearbeitet wird, kann der Wälzlagerkäfig innerhalb eines fettgeschmierten Lagers, insbesondere Kugellagers, verwendet werden.
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Der Wälzlagerkäfig ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Beispielsweise handelt es sich hierbei um einen faserverstärkten Kunststoff. Die im Vergleich zu herkömmlichen Käfigen reduzierte Anzahl an Halterungen zur Abstützung des Wälzlagerkäfigs an den Wälzkörpern in radialer Richtung geht einher mit einer Reduzierung von auf den Wälzlagerkäfig wirkenden Zwangskräften sowie mit einer besseren Aufnahme solcher Kräfte durch Verformungen des Wälzlagerkäfigs. Dieser Effekt kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn zumindest direkt in Umfangsrichtung benachbarte Wälzkörpertaschen nicht beide über Halterungen verfügen. Während eine von zwei benachbarten Taschen dabei derart gestaltet ist, dass eine Verlagerung des Wälzlagerkäfigs entweder in Richtung des Lagerinnenrings oder in Richtung zum Lageraußenring unterbunden ist, dient die benachbarte, keine Halterungen aufweisende Wälzkörpertasche ausschließlich dazu, den Wälzkörper im Wälzlagerkäfig zu führen.
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Der erste Typ an Wälzkörpertaschen hat somit eine Doppelfunktion, nämlich die Führung eines Wälzkörpers im Wälzlagerkäfig sowie die Führung des gesamten Wälzlagerkäfigs am Wälzkörper, während der zweite Typ an Wälzkörpertaschen ausschließlich die Funktion der Wälzkörperführung hat. Die Anzahl der Wälzkörpertaschen des zweiten Typs kann größer als die Anzahl der Wälzkörpertaschen ersten Typs sein. Beispielsweise weist der Wälzlagerkäfig lediglich drei, vorzugsweise gleichmäßig am Umfang verteilte Wälzkörpertaschen ersten Typs auf, zwischen welchen ausschließlich Wälzkörpertaschen zweiten Typs angeordnet sind. Die weit am Umfang des Käfigs auseinanderliegenden, jeweils Halterungen aufweisenden Wälzkörpertaschen ersten Typs sorgen dafür, dass der Wälzlagerkäfig bei ungünstigen Lastbedingungen in begrenztem Maße ausweichen kann. Der Wälzlagerkäfig kann eine gerade oder ungerade Anzahl an Wälzkörpertaschen aufweisen. Vorzugsweise ist in jeder Wälzkörpertasche, egal welchen Typs, genau ein Wälzkörper, insbesondere eine Kugel, geführt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 ausschnittsweise ein Kugellager, nämlich Spindellager, mit einem Wälzlagerkäfig mit unterschiedlichen Wälzkörpertaschen,
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2 den Wälzlagerkäfig des Kugellagers nach 1,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kugellagers mit einem Wälzlagerkäfig mit unterschiedlichen Typen von Wälzkörpertaschen.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Bei einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Wälzlager, nämlich Kugellager, handelt es sich um ein Spindellager, wie es beispielsweise in einer Werkzeugmaschine zum Einsatz kommen kann. Das Wälzlager 1 ist als Schrägkugellager ausgebildet und weist zwei Lagerringe 2, 3, nämlich einen Innenring 2 und einen Außenring 3, auf, zwischen welchen Kugeln als Wälzkörper 4 abrollen, die in einem Käfig 5 geführt sind. Zugleich stützt sich der Käfig 5, welcher als Fensterkäfig aus Kunststoff gestaltet ist, an einem Teil der Wälzkörper 4 in Radialrichtung, bezogen auf die Rotationsachse des Wälzlagers 1, ab. Der Wälzlagerkäfig 4 kontaktiert weder den Innenring noch den Außenring 3.
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Im Wälzlagerkäfig 1 sind verschiedene Wälzkörpertaschen 6, 7, nämlich Wälzkörpertaschen 6 ersten Typs und Wälzkörpertaschen 7 zweiten Typs, zwischen mit 10 bezeichneten Randleisten gebildet. Bei den Wälzkörpertaschen 6 ersten Typs handelt es sich hierbei um Taschen, in welchen jeweils ein Wälzkörper 4 angeordnet ist, welcher den Wälzlagerkäfig 1 in Radialrichtung führt. Ein in einer Wälzkörpertasche 7 zweiten Typs angeordneter Wälzkörper 4 übt dagegen auf den Wälzlagerkäfig 1 keine Führungsfunktion in dessen radialer Richtung aus. Die Summe aus der Anzahl der Wälzkörpertaschen 6 ersten Typs und der Anzahl der Wälzkörpertaschen 7 zweiten Typs entspricht der Anzahl der Wälzkörper 4, das heißt Kugeln, innerhalb des Wälzlagers 1.
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Der Wälzlagerkäfig 5 weist zwei zueinander parallele, ringförmig umlaufende Seitenringe 11 auf, welche durch Stege 8 einstückig miteinander verbunden sind. An jeden Steg 8 ist eine Halterung 9 angeformt, wobei – in tangentialer Richtung der Seitenringe 11 betrachtet – die Halterungen 9 alternierend in einer bestimmten Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs 5 und in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sind. Auf diese Weise sind alternierend Wälzkörpertaschen 6 ersten Typs und Wälzkörpertaschen 7 zweiten Typs am Umfang des Wälzlagerkäfigs 5 gebildet.
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Während der Innenring 2 des Wälzlagers 1 symmetrisch gestaltet ist, weist der Außenring 3 lediglich eine einzige Schulter 12 auf, an welcher sich die Wälzkörper 4 abstützen. Das Wälzlager 1 ist damit zur Übertragung von Radialkräften sowie zur Übertragung von Axialkräften in einer Richtung geeignet.
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Das Wälzlager 1 weist einen Innendurchmesser d, einen Außendurchmesser D, sowie eine Breite B auf. Die mit DL bezeichnete Drucklinie schließt mit einer zur Rotationsachse des Wälzlagers 1 normalen Ebene einen Druckwinkel α von weniger als 45° ein. Das Wälzlager 1 ist damit hauptsächlich zur Aufnahme von Radialkräften ausgelegt.
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In der Ausgestaltung nach den 1 und 2 handelt es sich bei dem Wälzlagerkäfig 5 um einen innengeführten Käfig. Die Halterungen 9 befinden sich hierbei auf der Innenseite des Wälzlagerkäfigs 5, wobei sie die Seitenringe 11 in Radialrichtung nach innen überragen. Im Unterschied hierzu handelt es sich beim Wälzlagerkäfig 5 nach 3 um einen außengeführten Käfig. In diesem Fall sind Halterungen 9, welche sich an jeder zweiten Käfigtasche, nämlich an den Käfigtaschen 6 ersten Typs befinden, am Außenumfang des Wälzlagerkäfigs 5 und damit außerhalb des Teilkreises des Wälzlagers 1 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager, Kugellager
- 2
- Lagerring, Innenring
- 3
- Lagerring, Außenring
- 4
- Wälzkörper, Kugel
- 5
- Wälzlagerkäfig
- 6
- Wälzkörpertasche ersten Typs
- 7
- Wälzkörpertasche zweiten Typs
- 8
- Steg
- 9
- Halterung
- 10
- Randleiste
- 11
- Seitenring
- 12
- Schulter
- α
- Druckwinkel
- B
- Breite
- d
- Innendurchmesser
- D
- Außendurchmesser
- DL
- Drucklinie
- R
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2787229 A1 [0002]
- DE 102009048875 A1 [0003]
