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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig, umfassend mehrere um den Umfang verteilte Taschen zur Aufnahme je eines Wälzkörpers in Form einer Rolle oder Walze, welche Taschen axial von zwei umlaufenden Ringstegen und in Umfangsrichtung von sich axial zwischen den Ringstegen erstreckenden Stegen begrenzt sind.
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Wälzlager mit Wälzkörpern in Form von Rollen oder Walzen, üblicherweise auch Rollen- oder Walzenlager genannt, sind bekannt und kommen in unterschiedlichen Bauformen und Baugrößen zum Einsatz. Die Wälzkörper sind zumeist käfiggeführt, das heißt, dass die Rollen oder Walzen in einem Käfig aufgenommen sind und über diesen geführt und in Position gehalten werden. Hierzu sind am Wälzlagerkäfig eine Mehrzahl an um den Umfang verteilte Taschen vorgesehen, die jeweils eine Rolle oder Walze aufnehmen. Je Tasche ist sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung geschlossen. Die axiale Begrenzung ist über zwei axial endständige, umlaufende Ringstege gegeben, die Begrenzung in Umfangsrichtung ist über sich axial zwischen den Ringstegen erstreckende Stege realisiert.
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Im Betrieb, wenn also das Wälzlager rotiert, bewegt sich der Außenring relativ zum Innenring, resultierend in einer entsprechenden Bewegung auch der Wälzkörper und mit ihnen auch des Käfigs. Die Wälzkörper laufen hierbei gegen die sich axial erstreckenden Stege, kommen mit diesen also in Kontakt. Aufgrund dieses Anlaufs werden Vibrationen erzeugt, da es sich bei dem Kontakt zwischen Wälzkörpern und Stegen um einen dynamischen Kontakt handelt, bei dem eine Kontaktkraft vom Wälzkörper auf den Steg und umgekehrt ausgeübt wird, die die Vibrationen bedingt. Der Steg ist daher, da er diese dynamische Kontaktkraft tragen respektive aufnehmen muss, entsprechend stabil auszulegen. Diese Vibrationen führen zu Geräuschen, wirken sich nachteilig aus.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wälzkörperkäfig anzugeben, der eine Reduzierung dieser Vibrationen, aber auch den damit verbundenen Kräften ermöglicht.
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Beschreibung der Erfindung
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Wälzlagerkäfig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Stege hohl ist und eine in das Innere führende Öffnung aufweist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig ist zumindest ein Teil der Stege, vorzugsweise jeder Steg, als Hohlkörper ausgeführt, mithin also allseitig geschlossen, abgesehen von einer in das Innere des Steges führenden Öffnung, über die folglich der Hohlraum mit der Umgebung kommuniziert. Die Ausführung als Hohlkörper verleiht dem Steg eine entsprechende Elastizität, da die den Hohlkörper begrenzenden Wände oder Wandabschnitte geringfügig einfedern können, wenn eine Kraft von einem benachbarten, anliegenden Wälzkörper auf den Steg ausgeübt wird. Gleichzeitig ist der Steg noch hinreichend kompakt und stabil auslegbar, so dass die wirkenden Kontaktkräfte aufgenommen werden können.
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Wie beschrieben führt eine Öffnung in den Hohlraum, der letztlich eine Doppelfunktion zukommt. Zum einen dient diese Öffnung der Ausbildung des Hohlraums, je nachdem, ob es sich bei dem Wälzlagerkäfig um einen solchen aus Kunststoff oder Metall handelt. Denn durch diese Öffnung ist beispielsweise ein Formstempel, der im Rahmen der Herstellung des Kunststoff-Käfigs der Hohlraumausbildung dient, herausziehbar, oder die Öffnung dient dazu, bei einem beispielsweise durch 3D-Druck hergestellten Metallkäfig das im Hohlraum befindliche Metallpulver zu entfernen.
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Der zweite, für die geräuschreduzierende Funktion des Steges wesentliche Effekt ist, dass diese eine Öffnung eine Dämpfungsfunktion verleiht. Ihr Querschnitt ist zweckmäßigerweise kleiner als der Querschnitt des Hohlraums. Wird nun eine Kraft auf den Steg ausgeübt, so wird die belastete Stegwand geringfügig deformiert und nach innen gedrückt, so dass sich das Volumen des Hohlraums geringfügig reduziert. Luft oder ein anderes im Hohlraum befindliches Fluid wird dabei durch die Öffnung nach außen gedrückt. Da die Öffnung jedoch einen relativ kleinen Querschnitt hat, kommt es hierbei zu einer gewissen Dämpfung, da die Luft oder das Fluid nicht ausreichend schnell aus der Öffnung herausgedrückt wird. Der Hohlraum respektive das in ihm befindliche Luft- oder Fluidvolumen wirkt daher als eine Art Speicher. Diese Dämpfungsfunktion wirkt zusätzlich zur Elastizität der Hohlstege einer Vibrationserzeugung entgegen. Das heißt, dass bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig die Stege eine Doppelfunktion haben, nämlich einerseits elastisch sind, andererseits dämpfend wirken.
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Dabei kann nur eine Öffnung vorgesehen sein, die beispielsweise axial ausgerichtet ist und in einem axial begrenzenden Ringsteg ausgebildet ist. Alternativ kann auch in beiden Ringstegen jeweils eine Öffnung vorgesehen sein, deren Querschnitt entsprechend klein ist, so dass sich an der Öffnung quasi eine Art Düseneffekt ergibt, der sowohl beim Belasten des Stegs, wenn die Luft oder das Fluid aus dem Hohlraum herausgedrückt wird, als auch beim Entlasten des Steges, wenn die Luft oder das Fluid wieder in den Hohlraum eintritt, gegeben ist.
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Jeder Steg weist in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt einen gleichschenkligen trapezförmigen Querschnitt auf. Die Stege weisen also radial gesehen eine innere und eine äußere Wand auf, sowie in Umfangsrichtung gesehen zwei Seitenwände, die zum Käfigzentrum hin aufeinander zulaufen. Diese vier Wände bilden an ihren Außenseiten eine gleichschenklige Trapezform, so dass zwei gleichartige Seitenwände gegeben sind, gegen die die benachbarten Wälzkörper anlaufen. Dabei muss die äußere Querschnittsform nicht exakt einer Trapezform entsprechen. Vielmehr sind hierunter auch Querschnittsformen erfasst, die einer Trapezform angenähert sind und beispielsweise leichte Rundungen an den oberen und unteren Wänden aufweisen, die dem Radius des Käfigs entsprechen, und die zum Beispiel leicht zum Tascheninneren gerundete Wände aufweisen, die eine gewisse Anschmiegung an den Wälzkörper darstellen. Das heist, dass keine ebenen Wände, sondern auch leicht gerundete Wände vorgesehen sein können, sich aber insgesamt eine einem Trapez angenäherte Querschnittsform ergibt.
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Bevorzugt weist auch der im Steginneren ausgebildete Hohlraum eine der gleichschenkligen trapezförmigen Querschnittsform im Bereich der äußeren Wandflächen entsprechende Querschnittsform auf, worüber eine hinreichend großes Hohlraumvolumen ausgebildet werden kann, insbesondere dann, wenn die den Hohlraum begrenzenden Wände alle die gleiche Dicke aufweisen, wie erfindungsgemäß vorgesehen sein kann. Auch hier können folglich leichte Rundungen an den Innenwandflächen vorgesehen sein, ebenso wie an den Wandaußenseiten.
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Für die Kompensations- respektive Dämpfungsfunktion der Stege ist es wichtig, dass die Kraft gerichtet an speziell vorgesehenen Punkten an der belasteten Wand aufgenommen wird. Zu hohe Kräften an den Ecken aufgrund von Schränken der Wälzkörper muss vermieden werden. Hierzu ist zweckmäßigerweise an dem zu den Wälzkörpern benachbarten Wänden der Stege wenigstens ein Vorsprung, vorzugsweise zwischen Stegmitte und der axialen Begrenzung, an dem der jeweilige Wälzkörper anliegt, vorgesehen. Der benachbarte Wälzkörper läuft also gegen diesen Vorsprung, wird also lokal, nicht aber über seine gesamte Länge von der Wand aufgelagert, so dass es zu einem definierten lokalen Krafteintrag kommt, was wiederum dazu führt, dass die Wand in diesem Bereich nach innen einfedert. Die Last wird also punktuell im Bereich der Vorsprünge eingeleitet, da der Wälzkörper eben nur gegen den oder die Vorsprünge anläuft, anders als bei einer Wandgestaltung ohne solcher Vorsprünge, bei der der Wälzkörper dann quasi in einem Linienkontakt über seine gesamte Länge an der Wand anliegt.
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Der jeweilige Vorsprung verläuft zweckmäßigerweise radial und erstreckt sich über wenigstens einen Teil der Wandhöhe, bevorzugt über die gesamte Wandhöhe, so dass selbst bei einem geringen Radialversatz des Käfigs im Betrieb stets ein entsprechender Kontaktbereich zwischen Wälzkörper und Vorsprung gegeben ist.
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Wie beschrieben ist wenigstens eine in den Hohlraum führende Öffnung vorgesehen. Diese kann wie ausgeführt axial verlaufen und in einem Ringsteg ausgebildet sein. Denkbar ist aber auch, sie in Umfangsrichtung vorzusehen, also beispielsweise benachbart zu einem vorstehend beschriebenen Vorsprung oder zwischen zwei Vorsprüngen. Gleichermaßen kann sie auch radial gerichtet sein, also an der inneren oder äußeren Stegwand ausgebildet sein, wobei wie beschrieben auch die Ausbildung zweier Öffnungen mit hinreichend kleinem Querschnitt denkbar ist.
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Um einen hinreichenden Dämpfungseffekt zu erzielen, sollte der Öffnungsquerschnitt deutlich kleiner als der Querschnitt des sich anschließenden Hohlraums sein. Das heißt, dass die Öffnung als relativ kleine, schmale Bohrung im Vergleich zu dem im Querschnitt relativ großen, beispielsweise trapezförmigen Hohlraum ist. Einerseits erlaubt eine solche kleine Öffnung trotz geringem Querschnitt die entsprechende Ausbildung des Hohlraums, andererseits bietet sie eine ausreichende Dämpfungsfunktion.
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Der Wälzlagerkäfig selbst ist aus Kunststoff oder Metall herstellbar. Bei einer Kunststoffausführung ist er in einer entsprechenden Form gespritzt, während die Metallausbildung beispielsweise durch 3D-Druck erfolgen kann.
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Neben dem Wälzlagerkäfig selbst betrifft die Erfindung ferner ein Wälzlager, umfassend einen Außenring, einen Innenring sowie mehrere Wälzkörper in Form von Rollen oder Walzen, die in einem Wälzlagerkäfig der vorstehend beschriebenen Art geführt sind.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs,
- 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II - II aus 1,
- 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III - III aus 1,
- 4 eine Prinzipdarstellung des Steges mit anliegendem Wälzkörper ohne Belastung des Stegs,
- 5 die Anordnung aus 4 mit belastetem Steg, und
- 6 ein Ersatzschaltbild zur Darstellung der Stegfunktion.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs 1 in Form einer Prinzipdarstellung. Der Wälzlagerkäfig 1 umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten, äquidistant angeordneten Taschen 2, die zur Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers 3 (siehe 4 und 5) in Form einer Rolle oder Walze dienen. Jede Tasche 2 ist über jeweils einen Ringsteg 4, 5 zu beiden Seien axial begrenzt. In Umfangsrichtung sind die Taschen 2 über sich zwischen den Ringstegen 4, 5 axial erstreckende Stege 6 begrenzt, so dass sich umfangsmäßig gesehen geschlossene Taschengeometrien ausbilden. Ein solcher Wälzlagerkäfig ist entweder als Kunststoffformteil in einem Spritzverfahren unter Verwendung einer Kunststoffspritzform hergestellt oder als Metallkäfig bevorzugt über ein 3D-Druckverfahren.
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Erfindungsgemäß ist jeder Steg 6 als hohler Steg ausgeführt, wie sich aus der Schnittansicht gemäß 2 ergibt. Jeder Steg 6 weist einen gleichschenkligen trapezförmigen Querschnitt auf, mit einer kürzeren, radial inneren Wand 7, einer längeren radial äußeren Wand 8 sowie zwei Seitenwände 9, 10, an denen im Betrieb, siehe die 4 und 5, jeweils in den Taschen befindliche Wälzkörper anlaufen.
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Bevorzugt weisen alle Wände 7, 8, 9, 10 eine gleiche Wandstärke auf. Unabhängig davon weist auch bevorzugt der im Inneren des jeweiligen Steges 6 ausgebildete Hohlraum 15 einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf, wie 2 zeigt.
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An jeder Seitenwand 9, 10 ist wenigstens ein Vorsprung 11, 12 ausgebildet, der zum Tascheninneren vorspringt und sich im gezeigten Ausführungsbeispiel quasi radial entlang der gesamten Wandhöhe erstreckt. Dieser Vorsprung dient als Anlauf- oder Auflagervorsprung, gegen den der Wälzkörper 3 im Betrieb läuft respektive gegen den er drückt und über den demzufolge die Kraft in die jeweilige Seitenwand 9, 10 eingeleitet wird.
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Der um 90° gedrehten Schnittansicht gemäß 3 sind in diesem Beispiel zwei sehr kleine Öffnungen 13, 14 zu entnehmen, die im gezeigten Beispiel in den Ringstegen 4, 5 ausgebildet sind und die in dem Hohlraum 15 münden. Das heißt, dass der Hohlraum 15 über diese Öffnungen 13, 14, hier in Form kleiner Bohrungen, mit der Umgebung kommuniziert. Ersichtlich ist der Öffnungsquerschnitt, siehe die 4 und 5, deutlich kleiner als der Hohlraumquerschnitt, so dass diese Öffnungen 13, 14 quasi als Düsen in Bezug auf einen Luft- oder Fluidaus- und -eintritt aus dem und in den Hohlraum 15 wirken können, wenn es zu einer Variation des Hohlraumvolumens kommt, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Darüber hinaus dienen diese Öffnungen auch im Rahmen der Herstellung beispielsweise als Entnahmeöffnungen für ein Formwerkzeug oder zum Entnehmen von Metallpulver im Falle einer Herstellung des Wälzlagerkäfigs 1 durch 3D-Druck.
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Aufgrund der Ausbildung der Stege 6 als hohle Stege mit entsprechend dünnen Wänden, insbesondere zu den Seitenwänden 9, 10, verglichen zu einem Vollmaterialsteg weist jeder Steg von Haus aus eine entsprechende Weichheit respektive Elastizität auf, das heißt, dass er bei einer über einen anlaufenden Wälzkörper ausgeübten Kraft auf eine der Seitenwände 9, 10 respektive einen der Vorsprünge 11, 12 in Folge eines leichten Einfederns der jeweiligen Seitenwand 9, 10 nachgiebig respektive elastisch ist, was der Vibrationsreduzierung dient. Darüber hinaus wirkt wie beschrieben die Öffnung 13, 14 (es ist bereits nur eine Öffnung ausreichend) quasi als Dämpfungsmittel, da ihr wie beschreiben eine Art Düsenfunktion zukommt. Denn wenn durch Aufbringen einer Kontaktkraft durch einen benachbarten Wälzkörper 3 eine Seitenwand 9, 10 einfedert, kommt es zu einer Verkleinerung des Volumens des Hohlraums. Die darin befindliche Luft oder Flüssigkeit gerät unter Druck. Sie kann zwar aus der Öffnung 13 beziehungsweise 14 entweichen, jedoch nur in reduziertem Maße aufgrund des sehr kleinen Öffnungsquerschnitts. Der Hohlraum respektive die darin befindliche Luft beziehungsweise das Fluid dient demzufolge als Kraftspeicher, über den die eingetragene Kraft aufgenommen und abgebaut wird, resultierend aus der Elastizität und der Dämpfungsfunktion jedes Steges 6.
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Dieser Vorgang ist in den 4 und 5 näher gezeigt. 4 zeigt die Situation, wenn der Wälzkörper 3 zwar an der Seitenwand 10 respektive dem Vorsprung 12 anliegt, jedoch noch keine sie deformierende Kraft ausübt. Das Volumen des Hohlraums 15 ist maximal.
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Wird nun, wie durch den Pfeil K dargestellt, eine Kraft über den Wälzkörper 3 auf die Seitenwand 10 ausgeübt, so federt diese etwas ein, das heißt, dass der Steg 6 deformiert wird, wie in 5 aus Darstellungsgründen übertrieben dargestellt ist. Das Volumen des Hohlraums 15 verringert sich, die darin befindliche Luft wird komprimiert respektive das darin befindliche Fluid unter Druck gesetzt.
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Es kann jedoch über die Öffnung 13 und, sofern vorgesehen, über die Öffnung 14 in geringem Maße entweichen, so dass ein verzögerter Druckabbau erfolgt. Das heißt, dass einerseits eine entsprechende Elastizität gegeben ist, andererseits aber auch eine Dämpfung realisiert ist. Im Falle einer Entlastung federt die Seitenwand 10 wieder aus, der Hohlraum 15 vergrößert sich wieder, Luft oder Fluid wird über die Öffnung 13 wieder in den Hohlraum 15 zurückgeführt.
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6 zeigt schließlich in Form eines Schaubildes die kombinierte Funktion eines Steges 6, der einerseits, wie durch das Federsymbol 16 dargestellt ist, elastisch wirkt, andererseits, wie durch das Kolbensymbol 17 gezeigt, auch dämpfend wirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlagerkäfig
- 2
- Tasche
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Ringsteg
- 5
- Ringsteg
- 6
- Steg
- 7
- innere Wand
- 8
- äußere Wand
- 9
- Seitenwand
- 10
- Seitenwand
- 11
- Vorsprung
- 12
- Vorsprung
- 13
- Öffnung
- 14
- Öffnung
- 15
- Hohlraum
- 16
- Federsymbol
- 17
- Kolbensymbol
- K
- Pfeil
