DE112005002188B4 - Kugellagereinheit mit einem verbesserten Wälzkörperkäfig - Google Patents

Kugellagereinheit mit einem verbesserten Wälzkörperkäfig Download PDF

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Abstract

Eine Kugellagereinheit, umfassend:- einen Außenring (30),- wenigstens einen Innenring (31, 32),- wenigstens eine Reihe von zwischen dem Innenring (31, 32) und dem Außenring (30) angeordneten Kugeln (14), wobei die Kugeln (14) einen Durchmesser (D14) und entlang einer Teillinie (P14) mit einem Durchmesser (d14) angeordnete Mittelpunkte (C14) besitzen, und- wenigstens einen Käfig (10), um die Kugeln (14) gleich beabstandet entlang der Teillinie (P14) zu halten, wobei der Käfig (10) einen Sockelring (11) umfasst, von dessen einer axialen Seite aus eine Vielzahl von entlang eines Umfangs gleich beabstandeten C-förmigen Haken (12) abstehen, welche jeweils von zwei sich von dem Sockelring (11) bezüglich einer radialen Richtung entgegengesetzt erstreckenden gekrümmten Armen (19, 20) definiert werden, wobei der Sockelring (11) und die Haken (12) eine Vielzahl von Aufnahmen (13) zur Aufnahme der Kugeln (14) bilden, wobei jede Aufnahme (13) einen Teil einer sphärischen, hohlen Oberfläche (S) bildet, die einen Mittelpunkt (C13) und einen Durchmesser (D13) besitzt, welcher geringfügig größer als der Durchmesser (D14) der Kugeln (14) ist, und wobei die Mittelpunkte (C13) der sphärischen Oberflächen (S) entlang eines Umfangs (P13) mit einem Durchmesser (d13) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,dass der Durchmesser (d13) des durch die Mittelpunkte (C13) der sphärischen Oberflächen (S) verlaufenden Umfangs (P13) kleiner als der Durchmesser (d14) der Teillinie (P14) ist, welche durch die Mittelpunkte (C14) der Kugeln (14) verläuft.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugellagereinheit bzw. eine Lageranordnung mit einem verbesserten Kugelhaltekäfig.
  • Um den Stand der Technik und die dazugehörigen Probleme besser zu verstehen, wird zuerst ein Wälzkörperkäfig (Kugelhaltekäfig) eines aus der EP 0 592 839 A1 bekannten Typs beschrieben. Mit Bezug auf die 5 bis 8 beinhaltet ein Käfig 10 einen kreisförmigen Sockelring 11 von dessen einer Seite aus eine Mehrzahl von entlang seines Umfangs gleichmäßig beabstandeten C-förmigen Haken 12 abstehen. Der Sockelring 11 und die Haken 12 besitzen teilweise sphärische, konkave Oberflächen 15, 16, 17, welche zusammen eine Mehrzahl von teilweise sphärischen Aufnahmen oder Vertiefungen 13 bilden, um entlang des Umfangs gleichmäßig beabstandete Kugeln 14 zwischen den Laufflächen eines Lagers aufnehmen.
  • Bislang wurden Käfige dieses Typs mit Abmaßen entworfen, durch welche die Kugeln konzentrisch in ihren Aufnahmen sitzen, wie schematisch in den 6 bis 8 gezeigt ist. Folgende geometrische Zustände sind somit verwirklicht:
    1. a) Die Mittelpunkte C13 der Aufnahme liegen entlang eines Umfangs P13, welcher mit dem Umfang P14 (bekannt als „Wälzbahn“ oder „Teillinie“ bzw. „pitch line“) übereinstimmt, welcher durch die Mittelpunkte der Kugeln hindurch verläuft und durch die Laufflächen des Lagers vorgegeben ist;
    2. b) die von den Aufnahmen vorgegebenen sphärischen Oberflächen haben einen geringfügig größeren Durchmesser als der Durchmesser der Kugeln.
  • Dementsprechend besteht zwischen jeder Kugel und der dazugehörigen Aufnahme ein leichtes Spiel, jeweils in Umfangsrichtung und in Achsrichtung. In Folge des Spiels in Umfangsrichtung wird der Käfig in Betrieb kontinuierlich von den Kugeln getroffen, so dass der Käfig nicht mit einer konstanten, verzögerungsfreien Momentangeschwindigkeit um die Rotationsachse des Lagers rotiert, sondern um diese Achse herum gerüttelt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Speziellen, aber nicht ausschließlich für Lageranordnungen vorgesehen, die Sensorelemente zur Erfassung der Rotation des Lagers beinhalten, wie z. B. in der GB 2 382 142 A beschrieben ist. Bei diesen Anwendungen ist ein Codierer bzw. Codierungselement auf den Käfig montiert, welches mit einem an einem feststehenden Ring des Lagers befestigten Sensor zusammenwirkt.
  • Das Ziel der Erfindung ist es, eine Kugellagereinheit bzw. eine Lageranordnung bereitzustellen, in der das Spiel zwischen den Kugeln entlang des Umfangs des Käfigs beseitigt oder zumindest reduziert ist, so dass der Käfig dazu fähig ist, in eine gleichförmigeren Art und Weise um die Achse des Lagers zu rotieren, und dadurch ein präziseres und einfacheres Erfassen der Rotationsgeschwindigkeit des Käfigs möglich ist.
  • Diese Ziel ist gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung dadurch erreicht, dass eine Kugellagereinheit die in Anspruch 1 festgelegten kennzeichnenden Merkmale besitzt. Entsprechend eines anderen Aspektes der Erfindung ist diese Ziel durch eine Lageranordnung gemäß Anspruch 2 erreicht.
  • Eine vorteilhafte, jedoch nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung wird nun im Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
    • - 1 eine Schnittansicht in Axialrichtung eines mit zwei Wälzkörperkäfigen versehenen erfindungsgemäßen Kugellagers ist;
    • - 2 eine Perspektivansicht der Käfige gemäß 1 ist;
    • - 3 eine vergrößerte Teilansicht einer Schnittansicht eines Käfigs gemäß 2 ist;
    • - 4 eine vergrößerte schematischen Perspektivansicht ist, die gemäß 2 und 3 eine in einer Aufnahme des Käfigs angeordnete Kugel zeigt;
    • - 5 eine Perspektivansicht eines Käfigs des bekannten Typs ist;
    • - 6 die Ansicht eines Teilabschnittes des Käfigs in 5 ist;
    • - 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in 6 ist; und
    • - 8 eine schematische Perspektivansicht in einem größeren Maßstab ist, welche die konzentrische Anordnung von Kugeln in einem konventionellen Käfig des in 5 bis 7 gezeigten Typs zeigt.
  • Mit anfänglichem Bezug auf 1 beinhaltet ein Kugellager einen stationären Außenring 30, zwei drehbare Innenringe 31, 32, zwei Reihen von Kugeln 14 und zwei entsprechende Wälzkörperkäfige 10. Die charakteristischen Merkmale der Lagerlaufflächen sind per se nicht zum Zwecke des Verständnisses der Erfindung wichtig und werden deshalb nicht detailliert beschrieben. 33 zeigt auf einen Sensorträger mit in Axialrichtung zwei ringförmigen Codierern oder phonischen Rädern (phonic wheels) 35 zugekehrten Sensoren (von denen einer in 3 gezeigt ist), welche jeweils zur Erfassung der Rotation der Käfige 10 um die Rotationsachse X des Lagers auf einen der beiden Käfige 10 montiert sind und die Rotation der Käfige anzeigende elektrische Signale erzeugen.
  • Wie in 2 gezeigt ist, bildet der Käfig 10 einen Sockelring 11 von dessen einer Seite aus eine Vielzahl von entlang des Umfangs gleich beabstandeten C-förmigen Haken 12 abstehen. Der Sockelring 11 und die Haken 12 haben teilweise sphärische, konkave Oberflächen 15, 16, 17, welche gemeinsam eine Vielzahl von teilweise sphärischen Aufnahmen oder Vertiefungen 13 zum Halten der Kugeln 14 definieren, die entlang der durch die Mittelpunkte der Kugel verlaufende Teillinie P14 gleich beabstandet sind. Jeder der Haken 12 ist von zwei von dem Ring 11 ausgehenden gekrümmten Armen definiert: Ein langer Arm 19 und ein kurzer Arm 20 besitzen beide im Wesentlichen in Tangentialrichtung auseinander strebende, gegenüberliegende Enden 19a, 20a. Die konkaven Oberflächen 15, 16, 17 von jeder Aufnahme decken gemeinsam einen Bogen ab, welcher sich über mehr als 180 Grad um eine Kugel erstreckt.
  • Wie in 3 gezeigt ist, bildet jede Aufnahme 13 einen Teil einer sphärischen Oberfläche S mit einem Mittelpunkt C13 und einem Durchmesser D13, welcher geringfügig größer als der Durchmesser D14 der Kugeln 14 ist.
  • Erfindungsgemäß sitzt der durch den Mittelpunkt der Aufnahmen verlaufende Umfang P13 einen Durchmesser d13, welcher geringfügig kleiner als der Durchmesser d14, der durch die Mittelpunkte der Kugeln 14 verlaufenden Teillinie P14 ist. Vorzugsweise ist die Differenz zwischen den Durchmessern d14 und d13 kleiner als 0,4 mm. Dieser Anordnung zufolge befindet sich der Käfig 10 im Betrieb an einer Position, in welcher sein Umfang P13 um einen Abstand Δ von der Höhelinie P14 in Richtung der gegenüberliegenden Seite des Sockelrings 11 des Käfigs axial verschoben ist.
  • Wenn das Lager sich dreht nimmt der Käfig eine gleitende Gleichgewichtsposition ein, in der ein bestimmtes axiales Spiel Δ zwischen den Kugeln und den Aufnahmen (wie schematische auch in 4 gezeigt) besteht, jedoch gibt es kein umfangsseitiges Spiel zwischen dem Käfig und den Kugeln. Der Abstand zwischen zwei Mittelpunkten aufeinander folgender Aufnahmen 13 ist geringfügig kleiner als der Abstand zwischen den Mittelpunkten von 2 aufeinander folgenden Kugeln 14.
  • Der Fachmann wird erkennen, dass das Fehlen eines Umfangsseitigen Spiels, wie erwähnt, von einem axial gleitenden (und deshalb freien) Zustand des Käfigs begleitet ist, in welchem die Kugeln die freien Endabschnitte 19a des abstehenden Hakens leicht berühren. Allerdings gibt es keinen Kontakt zwischen den Kugeln 14 und dem Sockelring 11 (4).
  • Infolge des Fehlens eines nennenswert großen umfangsseitigen Spiels rotiert der Käfig in einer gleichförmigen Art und Weise um die Achse des Lagers. Als Ergebnis davon sind die Geschwindigkeitssignale, welche von einem dem Käfig gegenüberstehenden Sensor erfasst werden ebenfalls gleichförmiger und deswegen geeignet, um präzise die unmittelbare Rotationsgeschwindigkeit des Lagers anzuzeigen, ohne das spezielle Abstimmungen zur Eliminierung der Variation durch die Einschläge in Umfangsrichtung notwendig sind, wie im einleitenden Teil der Beschreibung mit Bezug auf den Stand der Technik beschreiben wurde.
  • Offensichtlich können die konstruktiven Details und die Ausführungsformen, ohne die Prinzipien der Erfindung zu verändern, weitreichend in Bezug auf das Beschriebene und Gezeigte variiert werden, ohne dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (2)

  1. Eine Kugellagereinheit, umfassend: - einen Außenring (30), - wenigstens einen Innenring (31, 32), - wenigstens eine Reihe von zwischen dem Innenring (31, 32) und dem Außenring (30) angeordneten Kugeln (14), wobei die Kugeln (14) einen Durchmesser (D14) und entlang einer Teillinie (P14) mit einem Durchmesser (d14) angeordnete Mittelpunkte (C14) besitzen, und - wenigstens einen Käfig (10), um die Kugeln (14) gleich beabstandet entlang der Teillinie (P14) zu halten, wobei der Käfig (10) einen Sockelring (11) umfasst, von dessen einer axialen Seite aus eine Vielzahl von entlang eines Umfangs gleich beabstandeten C-förmigen Haken (12) abstehen, welche jeweils von zwei sich von dem Sockelring (11) bezüglich einer radialen Richtung entgegengesetzt erstreckenden gekrümmten Armen (19, 20) definiert werden, wobei der Sockelring (11) und die Haken (12) eine Vielzahl von Aufnahmen (13) zur Aufnahme der Kugeln (14) bilden, wobei jede Aufnahme (13) einen Teil einer sphärischen, hohlen Oberfläche (S) bildet, die einen Mittelpunkt (C13) und einen Durchmesser (D13) besitzt, welcher geringfügig größer als der Durchmesser (D14) der Kugeln (14) ist, und wobei die Mittelpunkte (C13) der sphärischen Oberflächen (S) entlang eines Umfangs (P13) mit einem Durchmesser (d13) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d13) des durch die Mittelpunkte (C13) der sphärischen Oberflächen (S) verlaufenden Umfangs (P13) kleiner als der Durchmesser (d14) der Teillinie (P14) ist, welche durch die Mittelpunkte (C14) der Kugeln (14) verläuft.
  2. Eine Lageranordnung, umfassend: - wenigstens einen Außenring (30) und wenigstens einen Innenring (31, 32), wobei wenigstens einer (30) dieser Ringe feststehend ist und wenigstens ein anderer (31, 32) der Ringe drehbar ist; - wenigstens eine Reihe von zwischen den Ringen (30, 31, 32) angeordneten Kugeln (14), die einen Durchmesser (D14) besitzen und entlang einer Teillinie (P14) mit einem Durchmesser (d14) angeordnete Mittelpunkte (C14) aufweisen, - wenigstens einen Käfig (10), um die Kugeln (14) gleichmäßig beabstandet entlang der besagten Teillinie (P14) zu halten, wobei der Käfig (10) einen Sockelring (11) umfasst, von dessen einer axialen Seite aus eine Vielzahl von entlang eines Umfangs gleich beabstandeten C-förmigen Haken (12) abstehen, welche jeweils von zwei sich von dem Sockelring (11) bezüglich einer radialen Richtung entgegengesetzt erstreckenden gekrümmten Armen (19, 20) definiert werden, wobei der Sockelring (11) und die Haken (12) eine Vielzahl von Aufnahmen (13) bilden, welche die besagten Kugeln (14) aufnehmen, wobei jede der Aufnahmen (13) einen Teil einer sphärisch ausgehöhlten Oberfläche (S) mit einem Mittelpunkt (C13) bildet und einen geringfügig größeren Durchmesser (D13) als der Durchmesser (D14) der Kugeln (14) besitzt, und wobei die Mittelpunkte (C13) der sphärischen Oberflächen (S) entlang eines Umfangs (P13) mit einem Durchmesser (d13) angeordnet sind; und - wenigstens einen ringförmigen Codierer (35), der auf dem Käfig (10) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d13) des durch die Mittelpunkte (C13) der sphärischen Oberflächen (S) verlaufenden Umfangs (P13) kleiner als der Durchmesser (d14) der durch die Mittelpunkte (C14) der Kugeln (14) verlaufenden Teillinie (P14) ist.
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