DE102019110796A1

DE102019110796A1 - Wälzlagerkäfig und Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs

Info

Publication number: DE102019110796A1
Application number: DE102019110796.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fickert-Guenther; Robert Fackelmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig (1), umfassend zwei Käfighälften (7, 8), durch welche Taschen (11) zur Führung von Wälzkörpern (4), insbesondere Kugeln, gebildet sind.Als Mittel zur Verteilung von Schmierstoff ist mindestens ein Flügel (16, 17) an einer Tasche (11) vorgesehen, wobei der Flügel (16, 17) an eine Öffnung (14, 15) in einer durch die Käfighälfte (7, 8) gebildeten Wandung (12) der Tasche (11) grenzt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig, insbesondere Kugellagerkäfig, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs.
Hintergrund der Erfindung
Ein gattungsgemäßer Wälzlagerkäfig ist beispielsweise aus der DE 10 2014 223 498 A1 bekannt. Dieser Wälzlagerkäfig ist als Blechkäfig aus zwei Ringhälften und einem zusätzlichen, schwenkbaren Fettabstreifer aufgebaut. Der Fettabstreifer stellt ein Mittel zur Verteilung von Schmierstoff dar und ist um eine zur Lagerachse parallele Achse schwenkbar. Bei niedrigen Drehzahlen liegt der Fettabstreifer am Lageraußenring an. Bei hohen Drehzahlen hebt der Fettabstreifer vom Lagerring ab und nimmt eine zum Lagerkäfig parallele Neutralstellung ein.
Ein weiterer Wälzlagerkäfig, welcher die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, ist in der DE 10 2014 223 499 A1 offenbart. In diesem Fall ist ein schwenkbarer Fettabstreifer vorgesehen, welcher als durch ein Bimetall thermisch induzierbares Bauteil ausgebildet ist.
In der DE 10 2016 222 029 A1 ist ein Wälzlagerkäfig beschrieben, welcher Kanäle zur Schmiermittelleitung aufweist. Der Grundkörper dieses Wälzlagerkäfigs ist generativ gefertigt. Als Ausgangsmaterial für die generative Fertigung kann Kunststoff oder Metall oder eine Materialmischung verwendet werden.
Ein in der DE 10 2012 222 800 A1 beschriebener Wälzlagerkäfig weist zusätzlich zu Wälzkörpertaschen Freiräume auf, welche in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Wälzkörpertaschen angeordnet sind und zur Aufnahme von Schmiermittel vorgesehen sind.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzlagerkäfig, insbesondere Kugellagerkäfig, gegenüber dem genannten Stand der Technik unter schmierungstechnischen Gesichtspunkten weiterzuentwickeln.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Wälzlagerkäfig ist insbesondere zur Verwendung in einem Kugellager nach Anspruch 9 geeignet. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtungen, das heißt das Kugellager sowie den Wälzlagerkäfig, und umgekehrt.
Der Wälzlagerkäfig umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption zwei Käfighälften, durch welche Taschen zur Führung von Wälzkörpern gebildet sind, wobei mit den Käfighälften Mittel zur Verteilung von Schmierstoff im Wälzlager verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist als Mittel zur Verteilung von Schmierstoff mindestens ein Flügel an einer Tasche des Wälzlagerkäfigs vorgesehen ist, wobei der Flügel an eine Öffnung in einer durch die Käfighälfte gebildeten Wandung der Tasche grenzt. Der Flügel stellt damit eine Leitstruktur in Form einer Rampengeometrie bereit, welche beim Betrieb des Wälzlagers Schmiermittel in die Wälzkörpertasche und damit auch zu den Wälzkontakten fördert.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wälzlagerkäfig um einen Blechnietkäfig, welcher in folgenden Schritten herstellbar ist:

- Zwei Blechrohlinge, vorzugsweise aus Stahlblech, werden bereitgestellt,
- aus jedem Blechrohling wird eine Käfighälfte geformt, wobei durch Herausbiegen von Blech aus einer Wandung des Blechrohlings, welche eine Taschenwandung einer Wälzkörpertasche darstellt, ein aus der Wälzkörpertasche herausragender Flügel unter Herstellung einer Öffnung in der Taschenwandung erzeugt wird,
- die Käfighälften im Zuge der Montage des Wälzlagers werden durch Nietverbindungen miteinander verbunden.

Im Unterschied zu herkömmlichen Blechnietkäfigen ohne Förderstrukturen für Schmiermittel, welche im eingebauten Zustand typischerweise lediglich geringe Spaltbreiten zwischen Käfig und Lagerringen und damit entsprechend geringe Strömungsquerschnitte für die Verteilung von Schmiermittel bereitstellen, wird bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geformten Wälzlagerkäfig gezielt Schmiermittel durch die Wälzkörpertaschen, selbst wenn die Wälzkörper mit nur geringem Spiel in den Wälzkörpertaschen geführt sind, geleitet.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Wälzlagerkäfig um einen Kugellagerkäfig, insbesondere für ein Rillenkugellager. Die Nietverbindungen werden in an sich bekannter Weise erst nach dem Befüllen mit Wälzkörpern hergestellt.
Flügel als Schmierstoffleitstrukturen können sich entweder an einer Käfighälfte oder an beiden Käfighälften befinden. Die durch eine Käfighälfte gebildete Wandung einer Wälzkörpertasche, kurz auch als Tasche bezeichnet, kann entweder eine einzige Öffnung oder zwei Öffnungen aufweisen. In jedem Fall ist jeder Öffnung ein Flügel zugeordnet. Sofern sich an einer durch eine Käfighälfte gebildeten Taschenwandung zwei Flügel befinden, weisen diese Flügel vorzugsweise in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen des Wälzlagerkäfigs. Die mit dem Käfig erzielte Förderwirkung, was die Verteilung von Schmierstoff, insbesondere Fett, im Wälzlager betrifft, ist damit nicht von der Rotationsrichtung abhängig. Ein den Wälzlagerkäfig aufweisendes Lager kann mit rotierendem Innenring oder mit rotierendem Außenring betrieben werden.
Wird die Käfighälfte aus Blech geformt, so bedeutet das Herausbiegen der Flügel unter gleichzeitiger Herstellung der Öffnungen, dass ohne jeglichen Materialaufwand sowie ohne Entstehung von Abfällen die gewünschten Schmierstoffförderstrukturen herstellbar sind. Die Dimensionierung der Flügel sowie der zugehörigen Öffnungen in den Taschenwandungen der Käfighälften wird derart gewählt, dass sich hieraus keine nachteiligen Auswirkungen hinsichtlich der mechanischen Stabilität des Wälzlagerkäfigs ergeben. Was die Masse sowie das Trägheitsmoment des Wälzlagerkäfigs betrifft, sind ohnehin keine Unterschiede im Vergleich zu einem entsprechend dimensionierten herkömmlichen Blechkäfig ohne Strukturen zur Schmierstoffleitung gegeben.
In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei dem Wälzlagerkäfig um einen Radiallagerkäfig, insbesondere einen Käfig für ein Rillenkugellager oder ein Vierpunktlager, wobei die in Axialrichtung des Lagers gemessene Breite des Wälzlagerkäfigs durch den maximalen Abstand zwischen den Flügeln der beiden Käfighälften, das heißt durch den Abstand zwischen den Flügelenden, gegeben ist. Jeder Flügel ist dabei vorzugsweise soweit aus der Tasche herausgebogen, dass eine vom Flügelende zur Flügelwurzel verlaufende gerade Linie in einem spitzen Winkel, insbesondere einem Winkel von mehr als 3° und weniger als 30°, auf die zwischen den Käfighälften liegende Mittelebene zu gerichtet ist.
Bei dem Wälzlager, welches den erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig aufweist, kann es sich um ein beidseitig abgedichtetes, um ein einseitig abgedichtetes, oder um ein nicht abgedichtetes Wälzlager handeln. Der Wälzlagerkäfig ist für einreihige ebenso wie für mehrreihige Lageranordnungen geeignet.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ausschnittsweise einen Wälzlagerkäfig in perspektivischer Ansicht,
2 ein Detail einer Käfighälfte des Wälzlagerkäfigs nach 1,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Käfighälfte eines Wälzlagerkäfigs in Ansicht analog 2,
4 in geschnittener Darstellung ein den Wälzlagerkäfig nach 3 umfassendes Wälzlager, nämlich Rillenkugellager,
5 in geschnittener Darstellung ein den Wälzlagerkäfig nach 2 umfassendes Wälzlager, nämlich Rillenkugellager.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnetes Wälzlager, nämlich Kugellager, umfasst einen Innenring 2 und einen Außenring 3 als Lagerringe. Zwischen den Lagerringen 2, 3 rollen Kugeln als Wälzkörper 4 ab, wobei durch die Lagerringe 2, 3 in an sich bekannter Weise rillenförmige Laufbahnen 5, 6 gebildet sind.
Die Wälzkörper 4 sind in einem Wälzlagerkäfig 1 geführt, welcher als Blechnietkäfig aus zwei Käfighälften 7, 8 aufgebaut ist. Die Käfighälften 7, 8 sind in prinzipiell bekannter Weise durch Niete 9 miteinander verbunden.
Durch die Käfighälften 7, 8 sind Taschen 11, das heißt Wälzkörpertaschen, zur Führung jeweils einer Kugel 4 gebildet. Die durch die Käfighälfte 7, 8 gebildete Wandung einer Tasche 11 ist als Taschenwandung 12 bezeichnet. Von den Taschenwandungen 12 zu unterscheiden sind Stege 13, welche sich in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 jeweils zwischen zwei Taschen 11 befinden und durch die Niete 9 miteinander verbunden sind.
Die entsprechend der Form der Wälzkörper 4 sphärisch gewölbte Taschenwandung 12 ist unterbrochen durch mindestens eine Öffnung 14, 15, wobei jede Öffnung 14, 15 durch Herausbiegen eines Flügels 16, 17 aus der Taschenwandung 12 erzeugt ist. Im Ausführungsbeispiel nach 1 weist jede Taschenwandung 12, die eine Tasche 11 auf der Seite einer Käfighälfte 7, 8 begrenzt, zwei Flügel 16, 17, sowie zugehörige Öffnungen 14, 15 auf. Die am weitesten von der Taschenwandung 12 abstehenden Enden der Flügel 16, 17 sind dabei als Flügelenden 18, 19 bezeichnet. Die mit 20, 21 bezeichneten Flügelwurzeln stellen jeweils den Übergang zwischen einem Flügel 16, 17 und der Taschenwandung 12 dar. Eine gerade, vom Flügelende 18, 19 zur Flügelwurzel 20, 21 verlaufende Linie schneidet die Mittelebene des Wälzlagers 10, welche zwischen beide Käfighälften 7, 8 gelegt ist, in einem spitzen Winkel. Dementsprechend ist zwischen den beiden gedachten Linien, die jeweils die Ausrichtung eines Flügels 16, 17 angeben, ein stumpfer Winkel eingeschlossen.
Die Breite des Wälzlagerkäfigs 1, zu messen in Axialrichtung des Kugellagers 10, ist gegeben durch den Abstand zwischen den Flügelenden 18, 19 der ersten Käfighälfte 7 und den Flügelenden 18, 19 der zweiten Käfighälfte 8.
Das Ausführungsbeispiel nach 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass aus der Taschenwandung 12, welche eine Wälzkörpertasche 11 auf der Seite einer Käfighälfte 7, 8 begrenzt, lediglich ein einziger Flügel 16 herausragt. Dementsprechend befindet sich auch nur eine einzige Öffnung 14 in der Taschenwandung 12. Was die Winkelstellung des Flügels 16 betrifft, sind keine Unterschiede zum Ausführungsbeispiel nach 1 gegeben. In beiden Ausführungsbeispielen handelt es sich bei den Käfighälften 7, 8 um Stahlblechteile. Die Montage des Wälzlagers 10 erfolgt in an sich bekannter Weise im Exzentermontageverfahren.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlagerkäfig
2: Lagerring, Innenring
3: Lagerring, Außenring
4: Wälzkörper, Kugel
5: Laufbahn
6: Laufbahn
7: Käfighälfte
8: Käfighälfte
9: Niet
10: Wälzlager, Kugellager
11: Tasche
12: Taschenwandung
13: Steg
14: Öffnung
15: Öffnung
16: Flügel
17: Flügel
18: Flügelende
19: Flügelende
20: Flügelwurzel
21: Flügelwurzel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014223498 A1 [0002]
DE 102014223499 A1 [0003]
DE 102016222029 A1 [0004]
DE 102012222800 A1 [0005]

Claims

Wälzlagerkäfig (1), mit zwei Käfighälften (7, 8), durch welche Taschen (11) zur Führung von Wälzkörpern (4) gebildet sind, wobei mit den Käfighälften (7, 8) Mittel zur Verteilung von Schmierstoff verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Verteilung von Schmierstoff mindestens ein Flügel (16, 17) an einer Tasche (11) vorgesehen ist, wobei der Flügel (16, 17) an eine Öffnung (14, 15) in einer durch die Käfighälfte (7, 8) gebildeten Wandung (12) der Tasche (11) grenzt.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der durch die Käfighälfte (7, 8) gebildeten Wandung (12) der Tasche (11) eine einzige Öffnung (14) existiert, und durch die Wandung (12) ein einziger Flügel (16) gebildet ist.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der durch die Käfighälfte (7, 8) gebildeten Wandung (12) der Tasche (11) zwei Öffnungen (14, 15) existieren, wobei jeder Öffnung (14, 15) ein Flügel (16, 17) zugeordnet ist.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flügel (16, 17) in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen der Käfighälfte (7, 8) weisen.
Wälzlagerkäfig (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Blechnietkäfig ausgebildet ist und der mindestens eine Flügel (16, 17) aus der Wandung (12) der Tasche (11) herausgebogen ist.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Käfighälfte (7, 8) mindestens einen Flügel (16, 17) an jeder Tasche (11) aufweist.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Radiallagerkäfig ausgebildet ist und dessen in Axialrichtung gemessene Breite durch den maximalen Abstand zwischen den Flügeln (16, 17) der beiden Käfighälften (7, 8) gegeben ist.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (16, 17) soweit aus der Tasche (11) herausgebogen ist, dass eine vom Flügelende (18, 19) zur Flügelwurzel (20, 21) verlaufende gerade Linie in einem spitzen Winkel auf die zwischen den Käfighälften (7, 8) liegende Mittelebene zu gerichtet ist.
Kugellager, umfassend zwei Lagerringe (2, 3), eine Anzahl Wälzkörper (4), nämlich Kugeln, sowie einen die Kugeln (4) führenden Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 1.
Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs (1), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Zwei Blechrohlinge werden bereitgestellt, - aus jedem Blechrohling wird eine Käfighälfte (7, 8) geformt, wobei durch Herausbiegen von Blech aus einer Wandung (12) des Blechrohlings, welche eine Taschenwandung einer Wälzkörpertasche (11) darstellt, ein Flügel (16, 17) unter Herstellung einer Öffnung (14, 15) in der Taschenwandung (12) erzeugt wird, - die Käfighälften (7, 8) werden durch Nietverbindungen miteinander verbunden.