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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen als Blechkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein derartiger Wälzlagerkäfig ist beispielsweise aus der
DE 88 16 173 U1 bekannt. Dieser Wälzlagerkäfig ist aus zwei Ringhälften, das heißt Käfighälften, aufgebaut, wobei durch Taschenhälften der Ringhälften Wälzkörpertaschen gebildet sind. In Umfangsrichtung des Käfigs jeweils zwischen zwei Wälzkörpertaschen befinden sich Verbindungsstege, die durch Nieten miteinander verbunden sind. Beim Käfig nach der
DE 88 16 173 U1 sind im Bereich der Verbindungsstege axial versetzte und ineinander greifende Abschnitte vorgesehen.
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Weitere, ebenfalls für Kugellager vorgesehene Wälzlagerkäfige, welche in den Dokumenten
DE 39 39 438 C2 und
DE 39 01 250 C2 offenbart sind, unterscheiden sich von dem Blechkäfig nach der
DE 88 16 173 U1 hinsichtlich der Gestaltung der Wälzkörpertaschen. Die besondere Gestaltung der Wälzkörpertaschen dient im Fall der
DE 39 39 438 C2 der Geräuschreduzierung sowie der Erzielung einer hohen Laufqualität des Lagers. Im Fall der
DE 39 01 250 C2 liegt der Entwicklungsschwerpunkt auf einer kleinen und gleichmäßigen Reibung der Kugeln im KäFigur
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Auf geometrische Merkmale von Wälzkörpertaschen wird auch in den Dokumenten
DE 10 2006 024 375 A1 und
WO 2007/134591 A1 eingegangen. In diesen Fällen sind spezielle Maßnahmen zur Senkung des Betriebsgeräusches getroffen.
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Ein weiterer Käfig für ein Kugellager ist in der
DE 10 2013 223 749 A1 beschrieben. In diesem Fall sind zwei Käfighälften aus Kunststoff gefertigt. Zur Verbindung der Käfighälften sind Rastmittel vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wälzlagerungen, insbesondere Kugellagerungen, mit käfiggeführten Wälzkörpern Fortschritte gegenüber dem genannten Stand der Technik unter schwingungstechnischen Aspekten zu erzielen, wobei zugleich rationelle Fertigungsmöglichkeiten gegeben sein sollen.
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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. Der Wälzlagerkäfig ist zur Verwendung in einem Kugellager nach Anspruch 5 geeignet.
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Der Wälzlagerkäfig umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption zwei miteinander verbundene, als Blechteile ausgebildete Käfighälften, zwischen welchen Wälzkörpertaschen gebildet sind. Erfindungsgemäß beschreibt jede Wälzkörpertasche einen radial äußeren, zylindrischen Abschnitt und einen hieran radial nach innen anschließenden, sphärischen Abschnitt, wobei die Mittelachse des zylindrischen Abschnitts die Mittelachse der Käfighälften, das heißt die Rotationsachse des Wälzlagers, rechtwinklig schneidet.
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Die einzelnen Wälzkörpertaschen weisen somit eine sich nach innen, das heißt zur Rotationsachse des Lagers hin, verjüngende Form auf. Bildlich gesprochen hat jede Wälzkörpertasche die Grundform eines Eierbechers, dessen Unterseite offen und auf die Mittelachse des Wälzlagerkäfigs zu gerichtet ist. Somit ist eine reine Innenführung des Käfigs an den Wälzkörpern gegeben. Radial nach außen können dagegen die Wälzkörper, das heißt Kugeln, aus dem Käfig entnommen werden.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die reine Innenführung des als Blechkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfigs schwingungstechnisch Vorteile gegenüber einer herkömmlichen, als Innen- und Außenführung gestalteten Führung eines Blechkäfigs an den Wälzkörpern bietet. Dies ist damit zu erklären, dass bei einer gleichzeitigen Innenhalterung und Außenhalterung, wie sie bei herkömmlichen Blechkäfigen in Kugellagern gegeben ist, eine wechselnde Führung des Käfigs beim Betrieb des Wälzlagers auftritt, was die Ursache eines unruhigen Laufes und unerwünschter Geräusche unter manchen Betriebsbedingungen sein kann.
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Zusätzlich zu Vorteilen hinsichtlich Geräuschen und Vibrationen zeichnet sich der Wälzlagerkäfig auch durch eine verringerte Reibung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen aus. Zwischen dem zylindrischen Abschnitt jeder Wälzkörpertasche und dem Wälzkörper ist ein sich nach innen verengender Spalt gebildet, welcher die Verteilung von Schmierstoff und die Zuführung von Schmierstoff zu den Wälzkontakten fördert. Das den Wälzlagerkäfig aufweisende Kugellager ist für Fettschmierung ebenso wie für Ölschmierung geeignet.
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Der Wälzlagerkäfig ist im Vergleich zu herkömmlichen Blechkäfigen ohne größeren Zusatzaufwand herstellbar. Die beiden Käfighälften des Wälzlagerkäfigs können in an sich bekannter Weise beispielsweise durch Nietverbindungen miteinander verbunden sein. Als Material zur Herstellung der Käfighälften kommt insbesondere Stahlblech in Betracht. Auch die Verwendung beschichteten Bleches oder eine Fertigung aus anderen Werkstoffen, beispielsweise Buntmetall, ist prinzipiell möglich.
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Durch den zylindrischen Abschnitt der Wälzkörpertaschen sind diese am Außendurchmesser freigestellt, was mit der fehlenden Außenhalterung gleichbedeutend ist. Der Radius des zylindrischen Abschnitts ist vorzugsweise mit dem Radius des sphärischen Abschnitts identisch.
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Vorzugsweise erstreckt sich der sphärische Abschnitt der Wälzkörpertasche über einen Winkel von mindestens 12°, insbesondere über einen Winkel von mindestens 17°. Der Radius des zylindrischen Abschnitts ist ebenso wie der hiermit übereinstimmende Radius des sphärischen Abschnitts in bevorzugter Ausgestaltung des Kugellagers um mindestens 1 % und höchstens 7,5 % größer als der Wälzkörperradius.
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Der Wälzlagerkäfig ist insbesondere für die Verwendung in einem einreihigen Rillenkugellager geeignet. Ebenso sind Verwendungen des Wälzlagerkäfigs in zweireihigen Rillenkugellagern, in ein- und zweireihigen Schrägkugellagern, sowie in Vierpunktlagern und Spannlagern möglich.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ausschnittsweise ein Wälzlagerkäfig in perspektivischer Ansicht,
- 2 ein Detail des Wälzlagerkäfigs in einer Schnittdarstellung,
- 3 den Wälzlagerkäfig mit eingesetztem Wälzkörper in einer Ansicht analog 2,
- 4 die Anordnung nach 3 in perspektivischer Ansicht.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Ein in den 3 und 4 ausschnittsweise dargestelltes Wälzlager 1, nämlich Kugellager, umfasst zwei nicht dargestellte Lagerringe, zwischen welchen Kugeln 8 als Wälzkörper abrollen. Das Kugellager 1 ist als Rillenkugellager gestaltet.
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Die Wälzkörper 8 sind in einem Wälzlagerkäfig 2 geführt, welcher aus zwei miteinander vernieteten Käfighälften 3 aufgebaut ist. Durch die Käfighälften 3 sind Wälzkörpertaschen 4 für jeweils einen Wälzkörper 8 gebildet. In Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpertaschen 4 befinden sich Stege 5 der Käfighälften 3. Die nicht dargestellten Nietverbindungen sind im Bereich der Stege 5 angeordnet.
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Die mit LA bezeichnete Lagerachse des Wälzlagers 1 entspricht der Mittelachse der Käfighälften 3. Der Teilkreisradius des Wälzlagers 1 ist mit TR bezeichnet. Der Teilkreis entspricht demjenigen Kreis, auf dem die Mittelpunkte der Wälzkörper 8 liegen. Die einzelnen Wälzkörpertaschen 4 erstrecken sich vom Teilkreis aus radial sowohl nach innen als auch nach außen. Hierbei ist der radial nach innen ragende Abschnitt als sphärischer Abschnitt 7 ausgebildet und damit grundsätzlich wie bei herkömmlichen Blechkäfigen von Rillenkugellagern geformt. Der Radius des sphärischen Abschnitts 7 der Wälzkörpertasche 4 ist mit SR bezeichnet. Ausgehend von einer Ebene, welche mit dem Abstand TR parallel von der Lagerachse LA beabstandet ist, erstreckt sich der sphärische Abschnitt 7 über einen Winkel α1 von mindestens 17°. Zum Innenumfang des Wälzlagerkäfigs 2 hin können geringfügige Abweichungen von der sphärischen Form des Abschnitts 7, insbesondere in Form von Kantenverrundungen, gegeben sein.
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Ausgehend von der genannten, zur Lagerachse LA parallelen Ebene nach außen ist die Wälzkörpertasche 4 als zylindrischer Abschnitt 6 geformt. Die Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 6 stellt die mit WM bezeichnete Mittelachse der gesamten Wälzkörpertasche 4 dar. Die Wälzkörpertaschenmittelachse WM schneidet die Lagerachse LA im rechten Winkel. Um die Mittelachse WM der Wälzkörpertasche 4 erstreckt sich der zylindrische Abschnitt 6, wie aus 2 hervorgeht, über einen Winkel α2 von mindestens 120°. In den Übergangsbereichen zu den Stegen 5 können Abweichungen von der zylindrischen Form mit kreisrundem Querschnitt gegeben sein. Der Radius des zylindrischen Abschnitts 6 ist mit ZR bezeichnet und stimmt mit dem Radius SR des sphärischen Abschnitts 7 überein. Die Hälfte des mit TD bezeichneten Taschendurchmessers der Wälzkörpertasche 4 ist mit den Radien SR, ZR identisch.
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Die Käfighälften 3 sind aus - im Vergleich zu den Abmessungen der Wälzkörper 8 sowie der Wälzkörpertaschen 4 - dünnwandigem Blech durch spanlose Umformung hergestellt. Die im Wesentlichen einheitliche, im Bereich des Steges 5 zu messende Wandstärke der Käfighälfte 3 ist mit W bezeichnet.
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Die Freistellung des Wälzlagerkäfigs 2 am Außendurchmesser geht insbesondere aus 4 hervor. Ein Spalt SP zwischen dem zylindrischen Abschnitt 6 und dem Wälzkörper 8 weitet sich von Innen nach Außen auf. Somit ist außerhalb des Teilkreises keinerlei radiale Führung zwischen den Wälzkörpern 8 und dem Wälzlagerkäfig 2 gegeben. Der Wälzlagerkäfig 2 ist ausschließlich in seinem inneren Bereich, an den sphärischen Abschnitten 7, an den Wälzkörpern 8 in Radialrichtung abgestützt. Die Fertigung der Käfighälften 3 und die Montage des Wälzlagerkäfigs 2 erfolgt mittels an sich bekannter Verfahren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager, Kugellager
- 2
- Wälzlagerkäfig
- 3
- Käfighälfte
- 4
- Wälzkörpertasche
- 5
- Steg
- 6
- zylindrischer Abschnitt
- 7
- sphärischer Abschnitt
- 8
- Wälzkörper, Kugel
- α1
- Winkel
- α2
- Winkel
- LA
- Lagerachse
- SP
- Spalt
- SR
- Radius des sphärischen Abschnitts
- TD
- Taschendurchmesser
- TR
- Teilkreisradius
- W
- Wandstärke
- WM
- Mittelachse der Wälzkörpertasche
- ZR
- Radius des zylindrischen Abschnitts
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 8816173 U1 [0002, 0003]
- DE 3939438 C2 [0003]
- DE 3901250 C2 [0003]
- DE 102006024375 A1 [0004]
- WO 2007/134591 A1 [0004]
- DE 102013223749 A1 [0005]
