DE112013002004T5

DE112013002004T5 - Flexibler Lagerkäfig

Info

Publication number: DE112013002004T5
Application number: DE201311002004
Authority: DE
Inventors: Mark Brown
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2015-04-16
Also published as: US8967873B2; CN104246252A; US20130266250A1; CN104246252B; WO2013154858A1

Abstract

Eine Wälzkörperführung für eine Lageranordnung, die mit freitragenden Armen ausgebildet ist, wobei die Arme zum Kontakt mit einer Führungsfläche eines Innen- oder Außenrings eines Lagers flexibel verstellbar sind. Es werden auch Schmierkanäle in einer Fläche des Käfigs offenbart.

Description

Technisches Gebiet
Hierin beschriebene beispielhafte Aspekte betreffen Lageranordnungen, insbesondere Lagerwälzkörperführungen oder -käfige.
Hintergrund
Lageranordnungen weisen in der Regel eine kreisförmige Gestalt auf und umfassen im Allgemeinen Wälzkörper, die zwischen Wälzbahnen in Lagerringen eingeklemmt sind. Wälzkörper nehmen viele Formen an, darunter sphärische Kugeln, Rollen oder verschiedene andere Konfigurationen, wie zum Beispiel Kegelrollen oder Pendelrollen. Lagerwälzkörperführungen oder -käfige halten Wälzkörper in einer Lageranordnung fest, während sie in der Regel eine freie Drehung der Wälzkörper in den Käfigen sowie eine Drehung der Käfige in der Lageranordnung gestatten. Käfige können zum Voneinandertrennen von Wälzkörpern, allgemein in gleichen Abständen, und Halten von Wälzkörpern in Ausrichtung bezüglich der Lagerringe verwendet werden. In Abhängigkeit von der Struktur des Lagers oder der Lagerausführung können Käfige linear oder kreisförmig sein und aus den verschiedensten Materialien hergestellt sein, darunter, aber nicht darauf beschränkt, Messing, Stahl und verschiedene Kunststoffarten.
Allgemein gibt es zwei Hauptarten von Lagerkäfigen: ”Kronen-” oder ”Schnapp-”Käfige und ”Band”- oder ”vernietete” Käfige. Die ”Schnapp-”Art weist ein ringförmiges Seitenglied und von dem Glied vorragende axiale Trennwände auf. Diese Trennwände erstrecken sich in der Regel parallel zueinander und weisen offene Wälzkörpertaschen auf, die es den Wälzkörpern gestatten, in diesen offenen Taschen in Position angeordnet zu werden oder ”einzuschnappen”. Die ”vernietete” Art besteht aus zwei Teilen oder Hälften, wobei jede Hälfte eine offene Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers hat. Die Hälften werden auf einander gegenüberliegenden Seiten des Wälzkörpers montiert, wobei die Taschen die Wälzkörper umgeben und sich an Stegflächen in Abständen zwischen Wälzkörpern berühren, dann unter Verwendung verschiedener Arten von Befestigungselementen, wie zum Beispiel Nieten, an der Passfläche zusammengefügt werden.
Käfige werden durch eine der zur Verfügung stehenden Flächen zwischen den Innen- und Außenringen geführt. Käfige können durch den inneren Steg oder die Innenfläche geführt werden, wobei die Bohrung des Käfigs gleitet oder durch die Außendurchmesserfläche des Innenrings geführt wird. Sie können auch durch den äußeren Steg geführt werden, wobei die Bohrung des Käfigs gleitet oder durch die Innendurchmesserfläche des Außenrings geführt wird. Schließlich berührt der Käfig gegebenenfalls keinen der Ringe und wird durch die Wälzkörper selbst geführt.
Einige beispielhafte Lagerkäfige werden in den US-Patenten Nr. 6 247 847 , 5 154 401 und 4 004 840 gezeigt.
Verschiedene Arten und Größen von Lagern erfordern speziell ausgeführte Lagerkäfige, wobei unter anderem die Lageranordnungsgröße, Betriebsbedingungen und die Wälzkörpergröße berücksichtigt werden. Es versteht sich, dass eine besondere Lagerausführung eine Art von Käfig enthalten kann, jedoch Variationen des Käfigs erfordern kann, um dem speziellen Lager, zum Beispiel Wahl des verwendeten Wälzkörpers oder Materials, Rechnung zu tragen. Zum Beispiel weisen Hochgeschwindigkeitslager, insbesondere mit den damit einhergehenden hohen Betriebstemperaturen oder Arbeitsumgebungen, im Allgemeinen Käfige aus Stahl auf. Der Stahlkäfig ist starr und passt sich somit nicht leicht dem Führungsringsteg bzw. der Führungsfläche an. Flächendrücke sind wiederum aufgrund des durch den Mangel an Flexibilität oder Nachgiebigkeit verursachten begrenzten Kontaktbereichs mit dem Steg oder der Führungsfläche hoch. Dies verursacht Potenzial für beschleunigten Verschleiß und anschließende Partikelerzeugung, wenn der Stahl des Käfigs am Stahl des Lagerrings reibt. Beschleunigter Verschleiß kann zu einer vorzeitigen Beeinträchtigung des Lagers insgesamt führen, und partikelförmige Stoffe können während des Lagerbetriebs Lärm verursachen. Es ist eine Lösung erforderlich, um dem Lagerkäfigverschleiß, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen, zu begegnen.
Kurzfassung der Erfindung
Es wird eine neue Ausführung für einen Lagerkäfig offenbart. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Käfig Schmierkanäle und nachgiebige oder flexible Merkmale in Abständen um den Umfang des Käfigs herum, wobei die flexiblen Merkmale einem Lagersteg bzw. einer Lagerführungsfläche angepasst sind.
Darüber hinaus wird eine Wälzkörperführung für eine Lageranordnung offenbart, umfassend: einen kreisförmigen Körper mit einer Innen- und Außenfläche; mehrere Wälzkörpertaschen im Körper; mindestens zwei Ausschnittskanäle, die sich durch eine Querschnittsdicke der Führung erstrecken; einen freitragenden Arm, der durch mindestens zwei der Ausschnitte gebildet ist; und mindestens einen Schmierkanal, der an einer Fläche der Führung ausgebildet.
Die Führung kann aus einem aus der aus Kunststoff, Stahl oder Bronze bestehenden Gruppe ausgewählten Material hergestellt sein.
Der Ausschnitt der Führung kann ein abgewinkelter linearer Kanal sein. Der Ausschnitt der Führung kann eine halbkreisförmige Gestalt aufweisen.
Der Schmierkanal der Führung kann eine gerändelte Fläche sein. Der Schmierkanal der Führung kann eine lineare Vertiefung im Körper des Käfigs sein.
Der freitragende Arm der Führung kann eine dreieckige Form aufweisen. Der freitragende Arm der Führung kann eine rechteckige Form aufweisen.
Darüber hinaus wird eine Wälzkörperführung für eine Lageranordnung offenbart, umfassend: einen kreisförmigen Körper mit einer Innen- und Außenfläche; mehrere Wälzkörpertaschen im Körper; mindestens zwei Ausschnittskanäle, die sich durch eine Querschnittsdicke der Führung erstrecken; und einen freitragenden Arm, der durch mindestens zwei der Ausschnitte gebildet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben angeführten und andere Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsformen und die Art und Weise, wie sie erhalten werden, werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung mindestens eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und besser verständlich. Es folgt nun eine kurze Beschreibung dieser Zeichnungen.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Käfigs gemäß einem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Käfigs gemäß einer hierin beschriebenen zweiten Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Käfigs gemäß einer hierin beschriebenen weiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In verschiedenen der Figuren auftauchende identisch bezeichnete Elemente beziehen sich auf die gleichen Elemente, jedoch wird möglicherweise nicht in der Beschreibung aller Figuren auf sie Bezug genommen. Die hierin angeführten Erläuterungen stellen mindestens eine Ausführungsform in mindestens einer Form dar, und eine solche Erläuterung soll nicht als den Schutzumfang der Ansprüche auf irgendeine Weise einschränkend ausgelegt werden. Radial nach innen verlaufende Richtungen verlaufen von einer äußeren radialen Fläche des Käfigs zur mittleren Achse oder radialen Mitte des Käfigs. Umgekehrt zeigt eine radial nach außen verlaufende Richtung die Richtung von der mittleren Achse oder radialen Mitte des Käfigs zur Außenfläche an. ”Käfig-” und ”Wälzkörperführungen” werden austauschbar verwendet.
1 ist eine perspektivische Ansicht des Käfigs 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein maschinell bearbeiteter Stahlkugelkäfig mit einer äußeren Käfigführung gezeigt, bei der Erfindung kommt jedoch jegliche Käfigausführung, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, verschiedener Wälzkörpertaschen, alternativer Führungsflächen oder anderer standardmäßiger Käfigausführungen, in Betracht. Bei dieser perspektivischen Ansicht umfasst der Käfig 1 Taschen 2, einen Käfigkörper 3, eine Außenfläche 4, eine Innenfläche 5, nachgiebige Arme 10, Ausschnitte 14 und Schmierkanäle 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die nachgiebigen Arme 10 aus dem Käfigkörper 3 maschinell herausgearbeitet oder darin eingeschnitten, wodurch sie dreieckige Vorsprünge bilden, die am Scheitel des Dreiecks am Käfigkörper 3 befestigt bleiben. Da es sich bei dem Ausführungsbeispiel um einen äußeren geführten Käfig handelt, der an einer Innenfläche eines Außenrings einer zugehörigen (nicht gezeigten) Lageranordnung geführt wird, enthält der Käfigkörper 3 eine erhabene Fläche 8, die von der Außenfläche 4 des Käfigs 1 radial nach außen ragt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die radial äußere Fläche der erhabenen Fläche 8 so maschinell herausgearbeitet oder ausgebildet, dass sie Schmierkanäle 12 enthält, die als Rändelung oder dreieckige Kanäle gezeigt werden, aber nicht drauf beschränkt sind. Die Schmierkanäle 12 schließen Schmierung in den Kanälen ein, und verhindern, dass die Schmierung während des Betriebs weggedrückt wird, und führen Schmierung zu den in den Taschen 2 festgehaltenen (nicht gezeigten) Wälzkörpern, wodurch die Betriebsleistung und die Wärmeabführung verbessert werden. Obgleich sich die Kanäle 12 in der Darstellung durch den gesamten Umfang des Käfigs 1 erstrecken, können sie stattdessen in Abständen ausgebildet sein.
Die nachgiebigen Arme 10 können durch eine beliebige Anzahl von zur Verfügung stehenden Mitteln integral ausgebildet, maschinell bearbeitet oder gefertigt sein. Als freitragende Arme weisen die Arme 10 eine erhöhte Flexibilität bezüglich eines einheitlichen Käfigkörpers auf, so dass sich die Arme 10 radial nach innen oder nach außen biegen können, um sich im Betrieb zum Kontakt mit einer Führungsfläche eines (nicht gezeigten) Lageraußenrings anzupassen. Wenn es sich bei dem Käfig um einen inneren geführten Käfig handelt, ragt ebenso die erhabene Fläche 8 von der Innenfläche 4 des Käfigkörpers 3 radial nach innen, wobei die entsprechenden Schmierkanäle 12 radial nach innen gerichtet sind.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Käfigs 1' gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Käfig 1' Taschen 2', einen Käfigkörper 3', eine Außenfläche 4', eine Innenfläche 5', nachgiebige Arme 10' und Schmierkanäle 12'. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die nachgiebige Arme 10' durch maschinelles Herausarbeiten oder Ausbilden von Ausschnitten 14', die sich von der Außenfläche 4' zur Innenfläche 5' erstrecken, ausgebildet. Die Ausschnitte 14' sind in der Darstellung abgerundet, wodurch Spannungen an der Basis der Arme 10 reduziert werden, jedoch auch die Biegung der Arme 10' reduziert wird. Die relative Breite W der nachgiebigen Arme 10' und die Breite V der Ausschnitte 14' hängen von der besonderen Käfiggröße, -dicke und -ausführung ab. Obgleich die Arme 10' und Ausschnitte 14' in gleichmäßigen Abständen um den gesamten Umfang des Käfigs 1' gezeigt werden, kommen bei dieser Erfindung auch weniger oder mehr unregelmäßig beabstandete Arme 10' in Betracht. Ähnlich der Ausführungsform von 1 handelt es sich bei den Armen 10' um freitragende Arme, die sich radial nach innen oder nach außen biegen, um sich im Betrieb zum Kontakt mit einer Führungsfläche eines (nicht gezeigten) Lageraußenrings anzupassen. Die Kanäle 12' ähneln den in 1 beschriebenen und können, wie in 1, auch gerade Kanäle anstatt Rändelungen sein. In einer Situation, in der es sich bei dem Käfig 1' um einen inneren geführten Käfig handelt, ragt die erhabene Fläche 8' von der Innenfläche 4' des Käfigkörpers 3' radial nach innen, wobei entsprechende Schmierkanäle 12' radial nach innen gerichtet sind.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Käfigs 1'' gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Käfig 1'' Taschen 2'', einen Käfigkörper 3'', eine Außenfläche 4'', eine Innenfläche 5'', nachgiebige Arme 10'', Ausschnitte 14'' und Schmierkanäle 12''. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei den Ausschnitten 14'' um gerade Kanäle, wodurch Spannung an den Basisecken der Arme 10'' vergrößert werden kann, aber auch Biegung der Arme verstärkt werden kann. Ansonsten ist die Funktion der Arme 10'', der Ausschnitte 14'' und der Kanäle 12'' die gleiche wie zuvor für die Arme 10, 10' und die Kanäle 12, 12' in den 1 bzw. 2 beschrieben.
In der vorhergehenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele beschrieben worden. Die Beschreibung und die Zeichnungen sollen demgemäß eher in einem veranschaulichenden als einschränkenden Sinne betrachtet werden. Es liegt jedoch auf der Hand, dass daran verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem allgemeineren Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Darüber hinaus versteht sich, dass die in den Anhängen dargestellten Figuren, die die Funktionalität und Vorteile der Ausführungsbeispiele hervorheben, rein beispielhaft dargelegt sind. Die Architektur oder Ausführung von hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ausreichend flexibel und konfigurierbar, so dass sie auf andere Weise als in den beigefügten Figuren gezeigt genutzt (und gelenkt) werden kann. Obgleich hierin Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, würden für einen Fachmann viele zusätzliche Modifikationen und Variationen auf der Hand liegen. Deshalb versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auf andere Weise als speziell beschrieben ausgeübt werden kann. Somit sollten vorliegende Ausführungsbeispiele in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet werden.
Bezugszeichenliste

1: Käfig
2: Taschen
3: Käfigkörper
4: Käfigaußenfläche
5: Käfiginnenfläche
10: Nachgiebige Arme
12: Schmierkanäle
14: Ausschnitte
1': Käfig
2': Taschen
3': Käfigkörper
4': Käfigaußenfläche
5': Käfiginnenfläche
10': Nachgiebige Arme
12': Schmierkanäle
14': Ausschnitte
1'': Käfig
2'': Taschen
3'': Käfigkörper
4'': Käfigaußenfläche
5'': Käfiginnenfläche
10'': Nachgiebige Arme
12'': Schmierkanäle
14'': Ausschnitte

Claims

Lageranordnung, umfassend: einen Außenring; einen Innenring; einen Käfig; mehrere Wälzkörper, die durch den Käfig festgehalten werden und die zwischen dem Außen- und dem Innenring angeordnet sind; wobei der Käfig Folgendes aufweist: einen kreisförmigen Körper mit einer Innen- und Außenfläche; mehrere Wälzkörpertaschen in dem Körper zum Festhalten der Wälzkörper; mindestens zwei Ausschnittskanäle, die sich durch eine Querschnittsdicke des Käfigs erstrecken; einen freitragenden Arm, der durch mindestens zwei der Ausschnitte gebildet ist; mindestens einen Schmierkanal, der auf einer Fläche des Käfigs ausgebildet ist; wobei der Kanal zu einer zugehörigen Führungsfläche am Innen- oder Außenring ausgerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Käfig aus einem aus der aus Kunststoff, Stahl oder Bronze bestehenden Gruppe ausgewählten Material hergestellt ist.
Anordnung noch Anspruch 1, wobei der Ausschnitt des Käfigs ein abgewinkelter linearer Kanal ist.
Anordnung noch Anspruch 1, wobei der Ausschnitt des Käfigs eine halbkreisförmige Gestalt aufweist.
Anordnung noch Anspruch 1, wobei der Schmierkanal des Käfigs eine gerändelte Fläche ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Schmierkanal des Käfigs eine lineare Vertiefung im Körper des Käfigs ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der freitragende Arm des Käfigs eine dreieckige Form aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der freitragende Arm des Käfigs eine rechteckige Form aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Schmierkanal des Käfigs an einer Fläche des Käfigs neben einer Führungsfläche des Innen- oder Außenrings ausgebildet ist.
Wälzkörperführung für eine Lageranordnung, umfassend: einen kreisförmigen Körper mit einer Innen- und Außenfläche; mehrere Wälzkörpertaschen im Körper; mindestens zwei Ausschnittskanäle, die sich durch eine Querschnittsdicke der Führung erstrecken; einen freitragenden Arm, der durch mindestens zwei der Ausschnitte gebildet ist; und mindestens einen Schmierkanal, der an einer Fläche der Führung ausgebildet.
Führung nach Anspruch 10, wobei die Führung aus einem aus der aus Kunststoff, Stahl oder Bronze bestehenden Gruppe ausgewählten Material hergestellt ist.
Führung nach Anspruch 10, wobei der Ausschnitt ein abgewinkelter linearer Kanal ist.
Führung nach Anspruch 10, wobei der Ausschnitt eine halbkreisförmige Gestalt aufweist.
Führung nach Anspruch 10, wobei der Schmierkanal eine gerändelte Fläche ist.
Führung nach Anspruch 10, wobei der Schmierkanal eine lineare Vertiefung im Körper des Käfigs ist.
Führung nach Anspruch 10, wobei der freitragende Arm eine dreieckige Form aufweist.
Führung nach Anspruch 10, wobei der freitragende Arm eine rechteckige Form aufweist.
Wälzkörperführung für eine Lageranordnung, umfassend: einen kreisförmigen Körper mit einer Innen- und Außenfläche; mehrere Wälzkörpertaschen im Körper; mindestens zwei Ausschnittskanäle, die sich durch eine Querschnittsdicke der Führung erstrecken; und einen freitragenden Arm, der durch mindestens zwei der Ausschnitte gebildet ist.