DE102022102657A1

DE102022102657A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102022102657A1
Application number: DE102022102657.4A
Authority: DE
Inventors: Bastian Dietrich; Robert Dreßel; Claus Guckenberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-02-04
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2042-02-05
Also published as: DE102022102657B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager (1) für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, das zwischen einem Außenring (4) und einem Innenring (3) einen Käfig (5) aufweist, der ausgehend von einem Käfigring (6) in Axialrichtung einseitig sich radial verschlankende Haltekrallen (9, 10) aufweist, welche Wälzkörpertaschen (8) zur Aufnahme von Kugelwälzkörpern (7) bilden und durch Zwischenabschnitte (12) miteinander verbunden sind, wobei der Käfigring (6) eine radiale Aussparung (a1) in Umlaufrichtung sowie Abschnitte mit einem Abstützelement (14) im Bereich der Wälzkörpertaschen (8) aufweist und die Wälzkörpertaschen (8) einen in Umlaufrichtung parallel zum Rücken des Käfigrings (6) verlaufenden Flächenabschnitt (13) aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und einem Käfig, umfassend einen Käfigring, von welchem axial einseitig sich radial verschlankende Haltekrallen zur Aufnahme von Kugelwälzkörpern in Wälzkörpertaschen, welche durch Zwischenabschnitte miteinander verbunden sind, ausgehen, wobei der Käfig im Bereich der Wälzkörpertaschen Abstützelemente und der Käfigring im Bereich der Zwischenabschnitte eine Aussparung in Umlaufrichtung aufweist und die Wälzkörpertaschen einen in Umlaufrichtung parallel zum Käfigring verlaufenden Flächenabschnitt aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager mit Kugelwälzkörpern sind beispielsweise aus DE 10 2007 061 589 B4 bekannt, solche mit Käfig beispielsweise aus DE 11 2015 003 253 T5 .
In WO 2021/ 177380 A1 wird ein Kugellager mit einem Kugelschnappkäfig beschrieben, welcher radial verschlankte Zwischenabschnitte und Haltekrallen aufweist, wobei die Haltekrallen radial in Richtung des Lagerinnenrings versetzt sind. Die Wälzkörpertaschen weisen ein Plateau in Richtung des Lageraußenrings auf. Dabei ist die axiale Dicke des Käfigs im Bereich der Wälzkörpertaschen größer ist als die axiale Dicke eines Wandabschnitts, der sich zwischen der axial äußeren Seitenfläche einer Haltekralle und der inneren Wandfläche eines Zwischenabschnittes befindet.
In DE 10 2020 129 165 A1 wird ein Wälzlager mit einem Schnappkäfig und sich radial verschlankenden Haltekrallen offenbart. Der Käfig weist Versteifungsrippen an den Zwischenabschnitten auf.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes, für höhere Drehzahlen geeignetes, Wälzlager anzugeben.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager umfassend

- einen um eine Rotationsachse angeordneten Innenring und einen dazu konzentrisch angeordneten Außenring sowie einen Käfig mit Käfigring, welcher Kugelwälzkörper drehbar gelagert in Wälzkörpertaschen führt,
- wobei die Wälzkörpertaschen durch einseitig axial vom Käfigring ausgehende Haltekrallen gebildet werden, mit einem Taschengrund versehen sind und durch in Axialrichtung an den Käfigring anschließende, gleichmäßig zwischen den Wälzkörpertaschen in Umlaufrichtung verteilte, Zwischenabschnitte miteinander verbunden sind,
- wobei sich die Haltekrallen radial, bezogen auf die Rotationsachse, verschlanken, wobei die Wälzkörpertaschen einen in Umlaufrichtung parallel zum Rücken des Käfigrings verlaufenden Flächenabschnitt aufweisen und der Käfigring an den Wälzkörpertaschen einen Teilbereich aufweist, welcher in Umlaufrichtung mit einem Abstützelement versehen ist, welches radial, bezogen auf die Rotationsachse, an die Wälzkörpertaschen angrenzt und der Käfigring im Bereich der Zwischenabschnitte radial, bezogen auf die Rotationsachse, eine Aussparung in Umlaufrichtung aufweist.

Das Wälzlager umfasst einen Innenring und einen Außenring, welche konzentrisch und parallel um eine Rotationsachse angeordnet sind. Zwischen den beiden Ringen befindet sich ein Käfig aus einem Käfigring und davon in axialer Richtung ausgehenden Haltekrallen. Diese bilden axial einseitig offene Wälzkörpertaschen mit Taschengrund, in welchen kugelförmige Wälzkörper, auch Kugelwälzkörper genannt, drehbar gelagert und durch den Käfig geführt sind. Der beschriebene Käfig kann auch als Kugelschnappkäfig bezeichnet werden. Zwischen jeweils zwei in Umlaufrichtung, also in Richtung des Umfangs des Wälzlagers, benachbarten Wälzkörpertaschen sind die Haltekrallen durch in Axialrichtung an den Käfigring anschließende Zwischenabschnitte miteinander verbunden, welche gleichmäßig in Umlaufrichtung verteilt sind. Dabei sind die Haltekrallen paarweise zueinander hin gekrümmt. Die Haltekrallen sind geschwächt, ihr Umfang nimmt ausgehend vom Käfigring in axiale Richtung ab, wobei sie sich in radiale Richtung, bezogen auf die Rotationsachse, verschlanken.
Wälzlager im Hochdrehzahlbetrieb sind enormen Belastungen ausgesetzt. Zum einen handelt es sich dabei, wie bei herkömmlichen Lagern, um Spannungen, welche durch Lagerdynamik im Betrieb verursacht werden. Durch auftretenden Vorlauf und Nachlauf der Wälzkörper wird der Käfig stark gedehnt, eine übermäßig starke Belastung des Käfigs im Taschengrund stellt sich ein und führt dort zu Spannungserhöhungen. Dazu kommen Spannungen aus dem Lastwechsel von Zug auf Schub und aus Vibrationen. Mit zunehmender Drehzahl des Lagers skalieren solche Effekte und können zu Käfigbruch und Lagerausfall führen. Zum anderen verursacht, bedingt durch die Geschwindigkeit im Hochdrehzahlbetrieb, die Fliehkraft große Spannungen im Lager. Die Eigenmasse der Haltekrallen führt im Betrieb dazu, dass diese aufweiten und so der Käfig deformiert. Dies resultiert in Spannungen, welche sich im Bereich der Wälzkörpertaschen konzentrieren. Der deformierte Käfig gräbt sich an der Außenkante des Käfigrings in den Außenring ein, sodass erhöhte Reibung und Temperaturentwicklung im Lager zu Verschleiß führen. Ebenso nimmt die Lagerperformance durch die Aufweitung der Haltekrallen und der damit verbundenen reduzierten Stabilität bei der Führung der Kugelwälzkörper ab.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zur Erhöhung der Drehzahl in einem Wälzlager für Hochdrehzahlanwendungen unter Gewährleistung der Dauerfestigkeit sowohl lagerdynamisch bedingten als auch fliehkraftbedingten Spannungen Rechnung getragen werden muss. Der Erfindung liegt zudem die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Kombination aus Bündelung, Verteilung und Abführung auftretender fliehkraftbedingter und lagerdynamisch bedingter Spannungen Spannungsüberhöhungen nachhaltig vermeiden kann. Spannungen werden dabei aus hochbelasteten Bereichen gezielt in weniger stark belastete geleitet und dort für den Käfig schadensfrei abgebaut. Um auftretende Spannungen im Käfig abführen zu können, ist eine einstellbare elastische Verformung des Käfigs erforderlich, also ein vorgegebenes dynamisches Käfigverhalten. Dazu muss der Käfig im Vorfeld so ausgelegt werden, dass elastische Verformungen an den dafür vorgesehen Stellen auftreten. Gelingt es, Spannungen aus dem sonst so hoch belasteten Taschengrund abzuführen, an dafür vorgesehenen Stellen zu konzentrieren und durch elastische Deformation abzubauen, verbleibt lediglich ein Teil der Ausgangsspannung im Taschengrund. Gelingt es zudem, diese verbleibende Spannung aus dem Taschengrund in umliegende Bereiche der Wälzkörpertasche zu verteilen, liegt ein Käfig vor, welcher sowohl unter lagerdynamisch als auch fliehkraftbedingten Spannungen dauerfest und performant ist.
Um lagerdynamisch bedingte Spannungen aus dem Taschenbereich zu leiten und lokal zu bündeln, wird der Käfigring an den Zwischenabschnitten radial in Umlaufrichtung geschwächt. Spannungen werden direkt in die geschwächten Bereiche des Käfigs abgeführt, welche wie Gelenke im Käfig agieren. Dadurch können auftretende Spannungen in elastische Deformationen überführt und damit Spannungsüberhöhungen schadensfrei abgebaut werden. Diese Gelenke sind auch in der Lage, Drehbewegungen des Käfigs aufzunehmen und können auf diese Weise Spannungen in den Haltekrallen reduzieren. Gleichzeitig wird jeweils ein Abschnitt an den Haltekrallen durch Abstützelemente verstärkt. Essentiell ist dabei, dass die Abstützelemente lediglich über einen Teilbereich der Wälzkörpertasche in Umlaufrichtung eingebracht werden, in welchem sich hohe Belastungen einstellen. Dies hat zum einen den Zweck, den Taschengrund zu stabilisieren und das Aufweiten der Haltekrallen zu unterbinden, zum anderen erlaubt es den Haltekrallenpaaren als Ganzes einzufedern. Hierdurch wird ein zusätzliches Knickgelenk an den in Umlaufrichtung befindlichen Außenseiten eines jeden Haltekrallenpaares erzeugt, welches sowohl lagerdynamisch als auch fliehkraftbedingte Spannungen abbauen kann. Nach wie vor verbleibt jedoch ein Anteil an fliehkraftbedingten Spannungen im Taschengrund. Herkömmliche Taschengeometrien weisen entlang der Innenseite der Wälzkörpertaschen sphärisch gekrümmte Flächen auf. Im Hochdrehzahlbetrieb werden die Wälzkörper gegen diese Flächen gedrückt, wodurch Spannungen entstehen, welche sich auf im Taschengrund vorhandene Spannungen aufsummieren. Die Kanten der Wälzkörpertaschen in Radialrichtung bringen zudem Kerben in den Wälzkörper ein und schädigen ihn damit irreversibel. Auch wird durch die Spannungssitutation ein Herauswandern des Käfigs aus dem Lagerring begünstigt. Diesen, durch die zylinderförmig gekrümmte Taschengeometrie bedingten, Effekten muss vorgebeugt werden. Gleichzeitig müssen die überwiegend Fliehkraft bedingten Restspannungen aus ihrem Zentrum im Taschengrund in umliegende Bereiche verlagert werden, um den Taschengrund spannungsarm zu halten. Dies gelingt, indem in die Wälzkörpertaschen je mindestens ein Plateau eingebracht wird, also ein ebener Flächenabschnitt, welcher parallel zum Rücken des Käfigrings verläuft. Durch eine Aufweitung des radialen Spiels des Wälzkörpers verlagert sich dessen Druckpunkt in Richtung des Plateaus und der Spannungspeak wird aus dem Taschengrund hinaus in den angrenzenden Bereich der Wälzkörpertasche geleitet. Bei mehreren Plateaus verteilen sich die Spannungen entsprechend, wodurch die Entstehung von Spannungsspitzen verhindert, verbleibende Spannungen homogenisiert und im Käfig verteilt werden. Demnach führen die radialen Aussparungen an den Zwischenabschnitten des Käfigs überwiegend zu einem Abbau lagerdynamisch bedingter Spannungen, das elastische Einknicken der Haltekrallenpaare als Ganzes baut sowohl lagerdynamisch als auch fliehkraftbedingte Spannungen ab, während die verbleibenden fliehkraftbedingten Spannungen in der Wälzkörpertasche aus dem Taschengrund in umliegende Bereiche verschoben werden. Damit liegt ein spannungsreduzierter Käfig vor, welcher die Dauerfestigkeit und Performance des Lagers im Hochdrehzahlbetrieb sichergestellt. Die Erfindung trägt folglich zu gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Lagereigenschaften bei.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Wälzlagers ist die Breite des Käfigs in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse, im Bereich einer Wälzkörpertasche größer als die Breite des Käfigs in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse, im Bereich eines Zwischenabschnitts. Bevorzugtermaßen beträgt dabei das Verhältnis der Breite des Käfigs in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse, im Bereich eines Zwischenabschnitts zur Breite des Käfigs in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse, im Bereich einer Wälzkörpertasche zwischen 30% und 75%. In einer weiteren vorteilhaften Variante weist der Käfigring radial, in Umlaufrichtung eine wellenförmige Kontur auf. Bevorzugtermaßen ist der Käfig in radialer Richtung an den Wälzkörpertaschen breiter als an den Zwischenabschnitten. Diese Differenz in der Käfigbreite kann durch eine Aussparung am Käfigring, welche an der dem Au-ßenring oder der dem Innenring zugewandten Kante oder an beiden, den Lagerringen zugewandten, Kanten des Käfigrings in Umlaufrichtung hervorgerufen werden. Als vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn das Verhältnis der Käfigbreite in radialer Richtung an einem Zwischenabschnitt zur Käfigbreite an einer Wälzkörpertasche zwischen 30% und 75% liegt, also wenn ein Zwischenabschnitt radial ein Drittel bis drei Viertel so breit ist wie eine Wälzkörpertasche. Bei radialen Restwandstärken kleiner 30% sammelt sich ein Großteil der auftretenden Spannung in den Zwischenabschnitten, sodass die Homogenität der Spannungsverteilung im Käfig beeinträchtigt werden kann. Bei radialen Restwandstärken größer 75% weisen die Zwischenabschnitte eine hohe Steifigkeit im Verhältnis zu den Wälzkörpertaschen auf und das Einfederverhalten des Käfigs kann beeinträchtigt werden. In einer weiteren vorteilhaften Variante, in welcher die Käfigbreite an den Zwischenabschnitten kleiner ist als an den Wälzkörpertaschen, weist der Käfigring umlaufend in radialer Richtung eine Wellenform auf. Dabei kann diese einseitig, in Richtung des Innenrings oder des Außenrings ausgeprägt sein. Insbesondere ist eine beidseitige Ausprägung zielführend, also an der dem Außenring zugewandten Kontur des Käfigrings als auch der dem Innenring zugewandten Kontur des Käfigrings. Dabei muss die Ausprägung und die Ausgestaltung der Wellenform an der radial innen liegenden Seite des Käfigrings nicht der an der radial außen liegenden Seite des Käfigrings entsprechen. In einer möglichen Ausführungsform nimmt die radiale Breite des Käfigrings ab bis zu einem Minimum und steigt dann kontinuierlich wieder an. Abgerundete Konturen verbessern dabei den Kraftfluss.
Bevorzugtermaßen weist der Querschnitt entlang einer Axial-Radialebene, in welcher die Rotationsachse verläuft, in der Mitte eines Zwischenabschnitts eine geringere Fläche auf als der Querschnitt entlang einer Axial-Radialebene, in welcher die Rotationsachse verläuft, in der Mitte einer Wälzkörpertasche. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Fläche eines Querschnitts, welcher in der Mitte eines Zwischenabschnitts liegt, kleiner als die Fläche eines Querschnitts durch die Mitte einer Wälzkörpertasche. Dabei liegen die jeweiligen Querschnitte in Ebenen, welche von der Rotationsachse und von jeweils einer Geraden, welche auf kürzestem Weg durch die Außenkante des Käfigrings zur Innenkante des Käfigrings verläuft, aufgespannt werden. Das Flächenverhältnis der Querschnitte trägt dazu bei, Spannungen aus dem stark belasteten Bereich der Wälzkörpertaschen in schwächere Bereiche an den Zwischenabschnitten umzuleiten und so Spannungsüberhöhungen zu vermeiden.
Vorzugsweise weisen die Wälzkörpertaschen auf der den Kugelwälzkörpern abgewandten Seite eine Aussparung in Axialrichtung auf derart, dass ein Steg am Taschengrund auf der einem Kugelwälzkörper abgewandten Seite verbleibt. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Wälzkörpertaschen an der Seite des Käfigrückens Aussparungen auf, welche axial verlaufen, also vom Käfigringrücken ausgehend in Richtung der Haltekrallen. Diese Aussparungen ermöglichen, das Gewicht im Bereich der Wälzkörpertaschen zu reduzieren. Um den Käfig dennoch stabil zu halten, verbleibt ein Steg an der Unterseite des Taschengrundes, welcher mit dem Käfigring verbunden ist. Dabei verhindern die Abstützelemente, welche abschnittsweise im Bereich der Wälzkörpertaschen vorhanden sind, dass durch den Steg zusätzliche Gelenke im Käfig erzeugt werden, welche Einfederungen in der Wälzkörpertasche hervorrufen könnten. Die Haltekrallen federn somit nach wie vor als Ganzes paarweise ein.
Bevorzugtermaßen weist eine Anzahl an Zwischenabschnitten in axialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse, entlang der Umfangsrichtung eine Aussparung auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil der Zwischenabschnitte mit einer axialen Aussparung in Umlaufrichtung versehen. Diese führt von der Käfigrückseite in Richtung der Haltekrallen, wobei die Aussparung so geartet ist, dass ein Teil des Käfigrings verbleibt. Es entsteht dabei umlaufend eine Wellenform an der den Haltekrallen abgewandten Käfigseite. Diese Aussparung begünstigt die Flexibilität des Käfigs im Bereich der Zwischenabschnitte und damit den Spannungsabbau in Form elastischer Deformation.
In einer vorteilhaften Ausführung des Wälzlagers weist der Außenring und/ oder der Innenring eine radiale, bezogen auf die Rotationsachse, umlaufende Aussparung auf, welche einen Teil des Käfigrings aufnimmt. Bevorzugtermaßen kann ein Teil des Käfigrings in den Außenring oder in den Innenring oder in den Innenring und den Außenring eintauchen. Dies gibt dem Käfig und den Wälzkörpern zusätzlichen Raum, um im Betrieb reversibel bei Zug oder Druck ausweichen zu können, wodurch ein Einbringen zusätzlicher Spannungen in das Wälzlager vermieden wird.
Figurenliste
Das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelwälzlager wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine axiale Draufsicht auf das Wälzlager mit einer Ausführungsform des Wälzlagers gemäß der Erfindung;
2 eine perspektivische Draufsicht auf eine Ausführungsform des Käfigs;
3 eine axiale Draufsicht auf einen Abschnitt des Käfigs mit einer Wälzkörpertasche;
4 eine radiale Draufsicht auf einen Abschnitt des Käfigs mit einem Querschnitt durch eine Wälzkörpertasche;
5 eine radiale Draufsicht auf einen Abschnitt des Käfigs mit einem Zwischenabschnitt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine axiale Draufsicht auf ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager 1, das sich aus einem um eine Rotationsachse 2 angeordneten Innenring 3 und einem dazu konzentrisch angeordneten Außenring 4 größeren Durchmessers zusammensetzt. Zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 befindet sich ein Käfig 5, welcher Haltekrallen 9, 10 aufweist, welche sich axial an einen Käfigring 6 anschließen und in Axialrichtung einseitig offen sind. Je ein Kugelwälzkörper 7 ist durch je ein Paar zueinander hin gekrümmte, in Umfangsrichtung benachbarte, Haltekrallen 9, 10 aufgenommen. Die Paare an Haltekrallen 9, 10 sind in Umlaufrichtung gleichmäßig verteilt und sind durch sich axial in Umlaufrichtung anschließende Zwischenabschnitte 12 miteinander verbunden. Der Käfig 5 trennt benachbarte Kugelwälzkörper 7 durch die Zwischenabschnitte 12 räumlich voneinander und führt sie gleichmäßig zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4. Der Käfigring 6 ist im Bereich der Zwischenabschnitte 12 sowohl in Richtung des Innenrings 3 als auch in Richtung des Außenrings 4 durch je eine radiale Aussparung a₁ in Umlaufrichtung gekennzeichnet. Der Außenring 4 weist zur Aufnahme eines Anteils des Käfigs 5 im Betrieb eine radial umlaufende Aussparung a₄ auf. Im laufenden Betrieb führt der Käfig 5 die Kugelwälzkörper 7 in Wälzkörpertaschen 8 zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4. Die durch Dynamik im Betrieb auftrennenden Spannungen überlagern sich mit Spannungen, welche auf Grund der hohen Drehzahl des Wälzlagers 1 entstehen. Die Aussparung a₁ ermöglicht dem Käfig 5, einen Teil der auftretenden Spannungen in Form von elastischer Deformation abzubauen. Durch die Aussparung a₁ werden die Bereiche an den Zwischenabschnitten 12 gezielt geschwächt und damit Spannungen aus hochbelasteten Bereichen wie den Wälzkörpertaschen 8 anteilig hierher überführt. Der Käfig 5 federt bei hoher Belastung ein, Spannungen werden schadensfrei abgeführt. Die Aussparung a₄ schafft Raum und kann dadurch verhindern, dass sich bei sehr hohen Drehzahlen ein Teil des Käfigs 5 in den Außenring 4 graben kann oder der Innenring 3 und/ oder der Außenring 4 anderweitig durch eine Deformation des Käfigs 5 Schaden nimmt.
Gemäß 1 zeigt 2 eine perspektivische Draufsicht auf einen zum Wälzlager 1 zugehörigen Käfig 5. Der Käfig 5 weist einen kreisförmigen, um eine Rotationsachse 2 angeordneten Käfigring 6 auf, von welchem in Axialrichtung Paare an zu einander gekrümmten Haltekrallen 9, 10 ausgehen. Die Haltekrallen 9, 10 sind gleichmäßig in Umlaufrichtung verteilt und bilden Wälzkörpertaschen 8 mit einem Taschengrund 11. Die Wälzkörpertaschen 8 sind in Umlaufrichtung durch Zwischenabschnitte 12 miteinander verbunden. Die Wälzkörpertaschen 8 weisen radial innen und außen je einen Flächenabschnitt 13 auf, welcher eben ist und parallel zum Rücken des Käfigrings 6 verläuft. Radial schließt sich zu beiden Seiten der Wälzkörpertaschen 8 je ein Abstützelement 14 an, welches den Flächenabschnitt 13 fortsetzt. Dieses Abstützelement 14 verläuft in Umlaufrichtung entlang der Wälzkörpertasche 8, schließt jedoch ein Paar an Haltekrallen 9, 10 in seiner Abmessung in Umfangsrichtung nicht vollständig ein, sondern überlappt lediglich anteilig. Der Käfigring 6 weist im Bereich der Zwischenabschnitte 12 eine radiale Aussparung a₁ in Umlaufrichtung auf, welche sich sowohl an der dem Außenring 4 als auch an der dem Innenring 3 zugewandten Seite des Käfigrings 6 befindet. Durch diese Aussparung a₁ entsteht eine wellenförmige Kontur 15 am Käfigring 6. Die Aussparung a₁ weicht in ihrer Ausgestaltung an der dem Innenring 3 zugewandten Seite des Käfigrings 6 von der Ausgestaltung an der dem Außenring 4 zugewandten Seite des Käfigrings 6 ab. Im laufenden Betrieb gilt es, sowohl den Spannungen im Wälzlager 1 Rechnung zu tragen, welche aus der Dynamik im Betrieb hervorgehen, als auch den Spannungen, welche durch die hohen Drehgeschwindigkeiten des Wälzlagers 1 und der damit verbundenen hohen Fliehkraft entstehen. Durch die Aussparung a₁ wird ein Teil der im Betrieb auftretenden, überwiegend durch die Lagerdynamik hervorgerufenen Spannungen aus den stark belasteten Wälzkörpertaschen 8 in die Zwischenabschnitte 12 geleitet. Dort wird ein Teil der Spannungen durch elastische, nicht jedoch plastische Deformation des Käfigs 5 abgebaut. Eine Aufweitung der Haltekrallen 9, 10 durch die Fliehkraft wird durch die Abstützelemente 14 verhindert, auftretende Spannungen werden teilweise in die Zwischenabschnitte 12 überführt und die Paare an Haltekrallen 9, 10 können als Ganzes einfedern. Durch die ebenen Flächenabschnitte 13 wird verhindert, dass die Kugelwälzkörper 7 im Hochdrehzahlbetrieb radial gegen die Wälzkörpertaschen 8 drücken, wodurch Spannungen in den Taschengrund 11 eingebracht und sich mit dort vorhandenen Spannungen aufsummieren würden. Die radiale Aussparung a₁ am Käfigring 6, die Abstützelemente 14 und die ebenen Flächenabschnitte 13 in den Wälzkörpertaschen 8 gewährleisten eine Homogenisierung der auftretenden Spannungen bei gleichzeitiger Stabilisierung des Käfigs 5. Der Käfig 5 ist damit so ausgelegt, dass die Käfigparameter im Hochdrehzahlbetrieb eine hohe Dauerfestigkeit und Lagerperformance gewährleisten.
3 stellt eine axiale Draufsicht auf einen Abschnitt des Käfigs 5 mit einer Wälzkörpertasche 8 dar. Ausgehend von der Stirnseite des Käfigrings 6 ragt ein Paar zueinander gekrümmter Haltekrallen 9, 10 empor und bildet eine Wälzkörpertasche 8 mit Taschengrund 11. Die Wälzkörpertasche 8 weist radial beidseitig ein Abstützelement 14 und einen Flächenabschnitt 13 auf, welcher eben ist und parallel zum Rücken des Käfigrings 6 verläuft. An die Wälzkörpertasche 8 schließt sich in Umlaufrichtung beidseitig ein Zwischenabschnitt 12 an. Der Käfigring 6 ist im Bereich der Zwischenabschnitte 12 durch eine Aussparung a₁ in seiner radialen Breite reduziert. Durch den ebenen Flächenabschnitt 13 wird einerseits ein scharfkantiger Endabschnitt in den Wälzkörpertaschen 8 vermieden, welcher sich im Hochdrehzahlbetrieb in Wechselwirkung mit dem Kugelwälzkörper 7 durch erhöhte Reibung, Wärmeentwicklung und Verschleiß auswirken kann. Andererseits ersetzt dieser Flächenabschnitt 13 die sphärischen Flächen, welche herkömmliche Wälzkörpertaschen 8 radial innen und außen aufweisen würden. Dies hätte den Effekt, dass von den Kugelwälzkörpern 7 im Betrieb Kräfte auf die gekrümmten Flächen ausgeübt würden, wodurch Spannungen erzeugt werden und sich der Käfig 5 axial aus dem Wälzlager 1 schieben kann.
4 zeigt eine radiale Ansicht eines Abschnitts des Käfigs 5 mit einem Querschnitt in Umlaufrichtung durch eine Wälzkörpertasche 8. Beidseitig in Umlaufrichtung ist die einen Taschengrund 11 aufweisende Wälzkörpertasche 8 von einem Paar an Haltekrallen 9, 10 umgegeben, welches vom Käfigring 6 axial absteht. Der Bereich, welcher radial zwischen der Wälzkörpertasche 8 und dem Rücken des Käfigrings 6 liegt, weist eine radiale Aussparung a₂ auf, welche vom Rücken des Käfigrings 6 in Richtung der hervorragenden Enden der Haltekrallen 9, 10 verläuft. Die Aussparung a₂ befindet sich radial unterhalb der Wälzkörpertasche 8 und ist dergestalt, dass radial unterhalb des Taschengrunds 11 ein Steg 16 als Verbindung zum Käfigring 6 verbleibt. Die Aussparung a₂ verläuft nicht über die gesamte Länge eines Paares an Haltekrallen 9, 10, sondern lediglich über einen Teilabschnitt. Die Aussparung a₂ realisiert eine Reduktion der Masse im Bereich der hochbelasteten und der Fliehkraft unterworfenen Wälzkörpertasche 8 mit dem Ziel einer Reduktion auftretender Spannungen. Um dabei die Stabilität des Käfigs 5 nicht zu gefährden, bleibt die Wälzkörpertasche 8 am Käfigring 6 in Form des Stegs 16 als Basis verhaftet.
5 stellt eine radiale Draufsicht auf einen Abschnitt des Käfigs 5 mit einem Zwischenabschnitt 12 dar. Ausgehend von der Stirnseite des Käfigrings 6 ragt axial zu beiden Seiten des Zwischenabschnitts 12 eine sich vom Zwischenabschnitt 12 weg krümmende Haltekralle 9, 10 in axialer Richtung empor. Der Zwischenabschnitt 12 weist eine axiale Aussparung a₃ auf, welche vom Rücken des Käfigrings 6 ausgehend, in Richtung der abstehenden Enden der Haltkrallen 9, 10 ausgerichtet ist. Die Aussparung a₃ nimmt in Umlaufrichtung ausgehend von der einen Haltekralle 10 in axialer Richtung kontinuierlich zu, bleibt dann über einen Abschnitt konstant und nimmt anschließend in Richtung der zweiten Haltekralle 9 wieder kontinuierlich ab. Die axiale Aussparung a₃ schwächt den Zwischenabschnitt 12 zusätzlich und steigert damit seine Flexibilität. Der Zwischenabschnitt 12 kann sich nun weiter verdrehen und damit die Haltekrallen 9, 10 stärker entlasten.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Rotationsachse
3: Innenring
4: Außenring
5: Käfig
6: Käfigring
7: Kugelwälzkörper
8: Wälzkörpertasche
9: erste Haltekralle
10: zweite Haltekralle
11: Taschengrund
12: Zwischenabschnitt
13: Ebener Flächenabschnitt
14: Abstützelement
15: Wellenförmige Kontur am Käfigring
16: Steg am Taschengrund
a1: radiale Aussparung am Käfigring
a2: axiale Aussparung an der Wälzkörpertasche
a3: axiale Aussparung am Zwischenabschnitt
a4: radiale Aussparung am Außenring und/ oder Innenring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007061589 B4 [0002]
DE 112015003253 T5 [0002]
WO 2021/177380 A1 [0003]
DE 102020129165 A1 [0004]

Claims

Wälzlager (1) umfassend - einen um eine Rotationsachse (2) angeordneten Innenring (3) und einen dazu konzentrisch angeordneten Außenring (4) sowie einen Käfig (5) mit Käfigring (6), welcher Kugelwälzkörper (7) drehbar gelagert in Wälzkörpertaschen (8) führt, - wobei die Wälzkörpertaschen (8) durch einseitig axial vom Käfigring (6) ausgehende Haltekrallen (9, 10) gebildet werden, mit einem Taschengrund (11) versehen sind und durch in Axialrichtung an den Käfigring (6) anschließende, gleichmäßig zwischen den Wälzkörpertaschen (8) in Umlaufrichtung verteilte, Zwischenabschnitte (12) miteinander verbunden sind, - wobei sich die Haltekrallen (9, 10) radial, bezogen auf die Rotationsachse (2), verschlanken, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörpertaschen (8) einen in Umlaufrichtung parallel zum Rücken des Käfigrings (6) verlaufenden Flächenabschnitt (13) aufweisen und der Käfigring (6) an den Wälzkörpertaschen (8) einen Teilbereich aufweist, welcher in Umlaufrichtung mit einem Abstützelement (14) versehen ist, welches radial, bezogen auf die Rotationsachse (2), an die Wälzkörpertaschen (8) angrenzt und der Käfigring (6) im Bereich der Zwischenabschnitte (12) radial, bezogen auf die Rotationsachse (2), eine Aussparung (a₁) in Umlaufrichtung aufweist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Käfigs (5) in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse (2), im Bereich einer Wälzkörpertasche (8), größer ist als die Breite des Käfigs (5) in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse (2), im Bereich eines Zwischenabschnitts (12).
Wälzlager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Breite des Käfigs (5) in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse (2), im Bereich eines Zwischenabschnitts (12) zur Breite des Käfigs (5) in radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse (2), im Bereich einer Wälzkörpertasche (8) zwischen 30% und 75% beträgt.
Wälzlager (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (6) radial, in Umlaufrichtung eine wellenförmige Kontur (15) aufweist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt entlang einer Axial-Radialebene, in welcher die Rotationsachse (2) verläuft, in der Mitte eines Zwischenabschnitts (12) eine geringere Fläche aufweist als der Querschnitt entlang einer Axial-Radialebene, in welcher die Rotationsachse (2) verläuft, in der Mitte einer Wälzkörpertasche (8).
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörpertaschen (8) auf der den Kugelwälzkörpern (7) abgewandten Seite eine Aussparung (a₂) in Axialrichtung aufweisen derart, dass ein Steg (16) am Taschengrund (11) auf der einem Kugelwälzkörper (7) abgewandten Seite verbleibt.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl an Zwischenabschnitten (12) in axialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse (2), entlang der Umfangsrichtung eine Aussparung (a₃) aufweist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (4) und/ oder der Innenring (3) eine radiale, bezogen auf die Rotationsachse (2), umlaufende Aussparung (a₄) aufweist, welche einen Teil des Käfigrings (6) aufnimmt.