-
Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Käfig als Schnappkäfig zur Aufnahme von als Lagerkugeln ausgeformten Wälzkörpern ausgebildet ist, indem der Schnappkäfig einen Schnappkäfigring aufweist, in dem offene Schnappkäfigtaschen zur Aufnahme der Lagerkugeln angeordnet sind, wobei der Schnappkäfigring einen radial inneren Durchmesser und einen radial äußeren Durchmesser aufweist und sich die Schnappkäfigtaschen in axialer Richtung in den Schnappkäfigring hineinerstrecken.
-
Allgemein sind Schnappkäfige für Wälzlager, insbesondere für Kugellager, in verschiedenen Ausführungen bekannt. Die häufigsten Formen weisen auf einer Seite einen durchgehenden vollwandigen Schnappkäfigring auf, während auf der anderen Seite schalenartige geschlitzte oder mit Aussparungen versehene Schnappkäfigtaschen angeordnet sind, so dass die Schnappkäfigtaschen elastisch nachgiebig sind und die Wälzkörper in die Schnappkäfigtaschen einschnappen können. Beispielsweise ist in der
DE 10 2015 214 850 A1 ein solcher massiver Kunststoffkäfig offenbart.
-
Derartige aus Kunststoff gefertigte Schnappkäfige werden aufgrund der Zentrifugalkräfte bei hohen Geschwindigkeiten beansprucht. Die hohen Spannungen in der Mitte der Käfigtaschen werden durch die Öffnung der die Käfigtaschen bildenden Klauen verursacht. Mit Ausnahme der tangentialen Öffnung der Klauen biegen die Klauen die Käfigtasche in radialer Richtung, was in der 3 exemplarisch gezeigt ist. In derartigen Betriebssituationen zeigen derartige Schnappkäfige Spannungs-Hot-Spots, was zu reduzierten Standzeiten und einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit dieser Schnappkäfige führen kann.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden und Spannungen in den Käfigtaschen, die sich an Stellen befinden, an denen ein Versagen des Schnappkäfigs normalerweise auftreten kann, zu reduzieren.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Käfig als Schnappkäfig zur Aufnahme von als Lagerkugeln ausgeformten Wälzkörpern ausgebildet ist, indem der Schnappkäfig einen Schnappkäfigring aufweist, in dem offene Schnappkäfigtaschen zur Aufnahme der Lagerkugeln angeordnet sind, wobei der Schnappkäfigring einen radial inneren Durchmesser und einen radial äußeren Durchmesser aufweist und sich die Schnappkäfigtaschen in axialer Richtung in den Schnappkäfigring hineinerstrecken, wobei der radial innere Durchmesser des Schnappkäfigrings jeweils im Bereich der Schnappkäfigtaschen ein von der Kreisform des Schnappkäfigrings abweichenden, sich in radialer Richtung nach Innen erstreckenden Verstärkungsabschnitt aufweist.
-
Durch die Erhöhung der radialen Dicke direkt unter einem Spannungs-Hot-Spot, kann eine vorteilhafte Umverteilung der hohen Spannungen im Bereich des Spannungs-Hot-Spots realisiert werden, um den Hot-Spot auf zwei geringere Spannungskonzentrationen für jede Käfigtasche umzuverteilen. Das Absenkung des Spannungsniveaus in diesem Hot-Spot-Bereich unterhalb einer Schnappkäfigtasche haben einen vorteilhaften Einfluss auf die resultierende Lebensdauer des Schnappkäfigs.
-
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
-
Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu ermöglichen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung und/oder Lagerung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen.
-
Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers abrollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering. Ein Wälzlager kann ein- oder mehrreihig ausgebildet sein.
-
Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wo-bei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
-
Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
-
Die Wälzkörper haben erfindungsgemäß die Form einer Kugel. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet. Die Wälzkörper sind in einem Käfig geführt und voneinander beabstandet.
-
Das Wälzlager weist erfindungsgemäß einen Käfig auf, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig ist so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
-
Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
-
Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Verstärkungsabschnitt eine tangential verlaufende Anbindungskontur an den radial inneren Durchmesser des Schnappkäfigrings aufweist.
-
Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Verstärkungsabschnitt spiegelsymmetrisch zur radialen Taschenmitte verläuft.
-
In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Verstärkungsabschnitt eine Kontur mit einem Scheitelpunkt aufweist.
-
Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der Verstärkungsabschnitt eine radial nach Innen verlaufende Erstreckung aufweist, die zwischen 5 - 20% der radialen Erstreckung zwischen dem radial inneren Durchmesser und dem radial äu-ßeren Durchmesser des Schnappkäfigrings entspricht.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass der Schnappkäfig aus Kunststoff gefertigt ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden. Es zeigen:
- 1 ein Wälzlager in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 2 einen Schnappkäfig in einer Detailansicht in einer perspektivischen Darstellung,
- 3 Detailansicht des Schnappkäfigs,
- 4 perspektivische Detailansicht einer Schnappkäfigtasche, und
- 5 Vergleich der Spannungsverläufe an zwei Ausführungsformen eines Schnappkäfigrings.
-
1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und einem Käfig 6, wobei der Innenring 3 eine Innenringlaufbahn 7 und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8 aufweist, und die Wälzkörper 5 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet sind.
-
Der Käfig 6 ist als aus einem Kunststoff geformten Schnappkäfig 9 zur Aufnahme von als Lagerkugeln 10 ausgeformten Wälzkörpern 5 ausgebildet, was auch gut aus der 2 ersichtlich ist. Der Schnappkäfig 9 weist einen Schnappkäfigring 12 auf, in dem offene Schnappkäfigtaschen 13 zur Aufnahme der Lagerkugeln 10 angeordnet sind. Der Schnappkäfigring 12 besitzt einen radial inneren Durchmesser 17 und einen radial äußeren Durchmesser 18 , wobei sich die Schnappkäfigtaschen 13 in axialer Richtung in den Schnappkäfigring 12 hineinerstrecken.
-
Bei dem in der 2 gezeigten Schnappkäfig 9 werden bei hohen Zentrifugalkräften hohen Spannungen in der Mitte der Schnappkäfigtaschen 13 durch die Öffnung der die Schnappkäfigtaschen 13 bildenden Klauen verursacht.
-
Wie aus 4 ersichtlich ist, weist der radial innere Durchmesser 17 des Schnappkäfigrings 12 jeweils im Bereich der Schnappkäfigtaschen 13 ein von der Kreisform des Schnappkäfigrings 12 abweichenden, sich in radialer Richtung nach Innen erstreckenden Verstärkungsabschnitt 21 auf. Der Verstärkungsabschnitt 21 ist über eine tangential verlaufende Anbindungskontur an den radial inneren Durchmesser 17 des Schnappkäfigrings 12 angebunden. Der Verstärkungsabschnitt 21 verläuft spiegelsymmetrisch zur radialen Taschenmitte 22 und weist eine Kontur mit einem Scheitelpunkt 23 auf.
-
Aus der 3 wird ferner deutlich, dass der Verstärkungsabschnitt 21 eine radial nach Innen verlaufende Erstreckung aufweist, die zwischen 5-20% der radialen Erstreckung zwischen dem radial inneren Durchmesser 17 und dem radial äußeren Durchmesser 18 des Schnappkäfigrings 12 entspricht.
-
Durch diese konstruktiven Maßnahmen der Erhöhung der radialen Dicke direkt unter einem Spannungs-Hot-Spot eines Schnappkäfigrings 12 kann eine vorteilhafte Umverteilung der hohen Spannungen im Bereich des Spannungs-Hot-Spots realisiert werden, um den Hot-Spot auf zwei geringere Spannungskonzentrationen für jede Schnappkäfigtasche 13 umzuverteilen. Dies ist gut aus der Gegenüberstellung der Spannungsverläufe zwischen einem konventionellen Schnappkäfigring 12 (oben) und einem erfindungsgemäßen Schnappkäfigring 12 (unten).
-
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- Schnappkäfig
- 10
- Lagerkugeln
- 12
- Schnappkäfigring
- 13
- Schnappkäfigtaschen
- 17
- radial innerer Durchmesser
- 18
- radial äußerer Durchmesser
- 21
- Verstärkungsabschnitt
- 22
- radialen Taschenmitte
- 23
- Scheitelpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015214850 A1 [0002]
