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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Käfig und ein Rillenkugellager, das diesen enthält.
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Stand der Technik
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Wie dies gut bekannt ist, beinhaltet ein Rillenkugellager (im Folgenden auch einfach als "Kugellager" bezeichnet), bei dem es sich um einen Typ eines Wälzlagers handelt, einen inneren Ring, einen äußeren Ring und einen Käfig. Der innere Ring und der äußere Ring drehen sich relativ zueinander unter Zwischenstellung einer Vielzahl von Kugeln. Der Käfig ist zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring angeordnet und ist dafür ausgelegt, die Kugeln in vorbestimmten Abständen in Umfangsrichtung zu halten. Als Käfig 100 für ein Kugellager wird in vielen Fällen zum Beispiel ein so genannter gewellter Käfig verwendet. Wie in 10 dargestellt, beinhaltet der gewellte Käfig ein Paar von ringförmigen Elementen 101 und 101, die jeweils halbkugelförmige gewölbte Abschnitte 102 aufweisen, die in vorbestimmten Abständen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Das Paar von ringförmigen Elementen 101 und 101 ist mithilfe von Befestigungseinrichtungen 104 wie z.B. Nieten aneinandergekoppelt, so dass die halbkugelförmigen gewölbten Abschnitte 102 und 102, die einander gegenüberliegen, Taschen 103 bilden, die dafür ausgelegt sind, Kugeln zu halten.
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Im Übrigen besteht insbesondere bei einem Kugellager, das in ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeug wie z.B. ein Getriebe eingebaut werden soll, ein starker Bedarf nach einer Senkung des Moments, um eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs zu fördern. In dem Kugellager können verschiedene Faktoren zur Entstehung eines Moments führen. Faktoren im Zusammenhang mit dem Käfig, die zur Entstehung eines Moments führen können, bestehen hauptsächlich in einem Scherwiderstand, der durch das Scheren eines Ölfilms erzeugt wird, der beim Rollen der Kugeln zwischen den Kugeln und den Taschen gebildet wird, und einem Widerstand, der erzeugt wird, wenn ein Schmiermittel wie z.B. ein Schmieröl durch kleine Spalte (Taschenspalte) zwischen den Kugeln und den Taschen hindurchtritt.
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Daher hat der Anmelder der vorliegenden Anmeldung in der Patentliteraturstelle 1 den folgenden Käfig vorgeschlagen, der unten beschrieben wird. D.h. bei dem vorgeschlagenen Käfig beinhalten Taschen jeweils eine der Kugel gegenüberliegende Oberfläche (Innenfläche eines halbkugelförmigen gewölbten Abschnitts), die einen nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitt aufweist, der in Richtung auf eine Seite zurückgesetzt ist, die der Kugelseite entgegengesetzt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist eine Kontaktfläche zwischen den Taschen und den Kugeln um einen Wert im Bereich von 15% bis 30% geringer als eine Kontaktfläche zwischen den Taschen und den Kugeln in einem Fall, in dem kein nicht mit der Kugel in Kontakt befindlicher Abschnitt in jeder Tasche gebildet ist. Wenn ein solcher nicht mit der Kugel in Kontakt befindlicher Abschnitt gebildet ist, ist eine Spaltbreite eines Taschenspalts teilweise erhöht. Dadurch kann der Widerstand gesenkt werden, der erzeugt wird, wenn das Schmiermittel durch die Taschenspalte hindurchtritt. Ferner kann der Scherwiderstand des Ölfilms, der zwischen den Taschen (den der Kugel gegenüberliegenden Oberflächen) und den Kugeln gebildet wird, gesenkt werden. Der Grund dafür ist der, dass der Scherwiderstand des Ölfilms in umgekehrtem Verhältnis zur Dicke des Ölfilms steigt. Insbesondere wird das Ausmaß der Reduktion der Kontaktfläche zwischen den Taschen und den Kugeln durch die Bildung der nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitte derart eingestellt, dass es in den oben erwähnten Bereich fällt, wodurch eine günstige Funktionsfähigkeit der Kugeln sowie des Kugellagers sichergestellt werden kann, während das Lagermoment durch die Senkung der oben erwähnten verschiedenen Widerstände wirksam gesenkt wird.
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Liste der zitierten Dokumente
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- Patentliteraturstelle: JP 2009-299813 A
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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In Studien, die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, hat sich herausgestellt, dass bei dem Käfig mit der Ausgestaltung gemäß der Patentliteraturstelle 1 jeder nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt in einem Bereich der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche gebildet ist, in dem es äußerst häufig zu einem Kontakt mit der Kugel kommt. Daher kann es während des Betriebs des Lagers zu Lärm kommen. Ferner hat sich auch herausgestellt, dass es Fälle gibt, in denen es zu keiner ordnungsgemäßen Momentübertragung zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring kommt. Ferner ist in den letzten Jahren der Wettbewerb hinsichtlich der Senkung des Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs härter geworden. Daher besteht ein Bedarf nach einer weiteren Senkung des Moments des Kugellagers.
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In Anbetracht der oben erwähnten Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Käfig zu schaffen, mit dem das Lagermoment weiter gesenkt werden kann und mit dem ein Kugellager erzielt werden kann, das ruhig ist und eine ausgezeichnete Momentübertragungsleistung zwischen einem inneren Ring und einem äußeren Ring aufweist.
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Lösung des Problems
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die entwickelt wurde, um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, ist ein Käfig vorgesehen, der ein Paar von ringförmigen Elementen umfasst, die jeweils halbkugelförmige gewölbte Abschnitte aufweisen, die in vorbestimmten Abständen entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei das Paar von ringförmigen Elementen derart aneinandergekoppelt ist, dass die halbkugelförmigen gewölbten Abschnitte, die einander gegenüberliegen, Taschen bilden, die dafür ausgelegt sind, Kugeln zu halten, wobei die Taschen jeweils eine der Kugel gegenüberliegende Oberfläche umfassen, die einen nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitt aufweist, der in Richtung auf eine Seite zurückgesetzt ist, die der Kugelseite entgegengesetzt ist, wobei der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt außerhalb eines vorbestimmten Bereichs der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche gebildet ist, der einen Kreuzungspunkt eines Wälzkreises der Kugeln und einer geraden Linie beinhaltet, die sich in einer radialen Richtung durch einen in Umfangsrichtung gesehen mittleren Abschnitt der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche erstreckt, und einen Endabschnitt auf einer radial äußeren Seite aufweist, der sich in einer radial äußeren Oberfläche des ringförmigen Elements öffnet. Die hier im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe "Umfangsrichtung" und "radiale Richtung" entsprechen einer Umfangsrichtung bzw. einer radialen Richtung des Kugellagers (Rillenkugellagers), in das der Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt außerhalb des vorbestimmten Bereichs der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche gebildet, der den Kreuzungspunkt des Wälzkreises der Kugeln und der geraden Linie beinhaltet, die sich in radialer Richtung durch den in Umfangsrichtung gesehen mittleren Abschnitt der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche erstreckt (kurz gesagt einen im Wesentlichen mittleren Abschnitt der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche), d.h. in einem Bereich, in dem der Kontakt mit der Kugel weniger häufig ist. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von Kollisionsgeräuschen (Lärm), die durch ein Taumeln der Kugel in den Taschen verursacht werden, und eine Verschlechterung der Momentübertragungsleistung zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring so weit wie möglich zu verhindern, während gleichzeitig auf effektive Weise durch die Bildung des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts eine momentreduzierende Wirkung erzielt wird. Ferner öffnet sich ein an der radial äußeren Seite befindlicher Endabschnitt des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts in der radial äußeren Oberfläche des ringförmigen Elements (des halbkugelförmigen gewölbten Abschnitts). Daher kann ein Schmiermittel, das sich zwischen den Taschen und den Kugeln befindet, reibungslos zur Außenseite des Käfigs ausgestoßen werden. Dadurch kann insbesondere der Scherwiderstand eines durch die Kugel verursachten Ölfilms weiter gesenkt werden, und das Lagermoment kann weiter gesenkt werden. Wie oben beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kugellager erzielt werden, dessen Moment weiter verringert ist, das ruhig ist und das eine ausgezeichnete Momentübertragungsleistung zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring aufweist.
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Bei der oben erwähnten Ausgestaltung ist Folgendes festzustellen: Wenn der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt einen keilförmigen Querschnitt aufweist, der mit dem Trennungsabstand in Bezug auf die Kugel von einer radial inneren Seite zur radial äußeren Seite allmählich zunimmt, kann das Schmiermittel durch die Zentrifugalkraft, die während des Betriebs des Lagers auf das zwischen den Taschen und den Kugeln befindliche Schmiermittel einwirkt, reibungsloser zur Außenseite des Käfigs ausgestoßen werden. Durch diese Ausgestaltung kann die Zunahme des Moments aufgrund des Vorhandenseins von überschüssigem Schmiermittel zwischen den Taschen und den Kugeln unterdrückt werden. Ferner ist die Umfangsgeschwindigkeit der Kugel an der radial äußeren Seite höher. Im Hinblick auf die Senkung des Scherwiderstands des durch die Kugel verursachten Ölfilms ist es daher vorteilhaft, wenn der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt wie oben beschrieben einen keilförmigen Querschnitt aufweist.
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Ein auf der radial inneren Seite befindlicher Endabschnitt des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts kann im Bereich der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche enden, oder er kann sich in einer radial inneren Oberfläche des ringförmigen Elements öffnen. Ferner kann der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt jeweils an zwei Stellen gebildet sein, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt kann zum Beispiel aus einem zurückgesetzten Abschnitt gebildet sein, welcher in der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche gebildet wird, indem in dem halbkugelförmigen gewölbten Abschnitt ein vorstehender Abschnitt gebildet wird, der in Richtung auf die Seite vorsteht, die der Kugelseite entgegengesetzt ist.
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Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung kann das Paar von ringförmigen Elementen ein beliebiges Produkt sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die zum Beispiel aus einem pressgeformten Produkt, das durch Pressbearbeiten einer Metallplatte gebildet wird, einem gegossenen Produkt, einem bearbeiteten Produkt, das durch Bearbeitung wie z.B. durch Schneiden von Metall oder Harz hergestellt wird, und einem spritzgegossenen Produkt aus Harz oder Metall besteht.
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Wenn der Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Rillenkugellager verwendet wird, das einen äußeren Ring und einen inneren Ring, die sich relativ zueinander unter Zwischenstellung einer Vielzahl von Kugeln drehen, und einen Käfig umfasst, der zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, die Vielzahl von Kugeln zu halten, kann durch die oben erwähnten Merkmale des Käfigs gemäß der vorliegenden Erfindung ein Rillenkugellager erzielt werden, dessen Moment weiter verringert ist. Wenn das Rillenlager verwendet wird, indem es zum Beispiel in ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingebaut wird, kann es somit zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeugs beitragen.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Wie oben beschrieben ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Käfig zu schaffen, mit dem das Lagermoment weiter verringert werden kann und mit dem ein Kugellager erzielt werden kann, das ruhig ist und eine ausgezeichnete Momentübertragungsleistung zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht eines Rillenkugellagers, das einen Käfig gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
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2 ist eine teilweise Draufsicht des in 1 dargestellten Käfigs von einer radial äußeren Seite aus gesehen.
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3A ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines ringförmigen Elements auf einer Seite, aus dem der in 1 dargestellte Käfig aufgebaut ist, wobei es sich um eine teilweise perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements von einer radial inneren Seite aus gesehen handelt.
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3B ist eine teilweise perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements auf der einen Seite, aus dem der in 1 dargestellte Käfig aufgebaut ist, wobei es sich um eine teilweise perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements von der radial äußeren Seite aus gesehen handelt.
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4 ist eine teilweise abgewickelte Draufsicht des ringförmigen Elements auf der einen Seite, aus dem der in 1 dargestellte Käfig aufgebaut ist, von der radial inneren Seite aus gesehen.
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5 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines Käfigs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Kugeln in Taschen eingefügt sind.
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6A ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines ringförmigen Elements auf einer Seite, aus dem der in 5 dargestellte Käfig aufgebaut ist, wobei es sich um eine teilweise perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements von der radial inneren Seite aus gesehen handelt.
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6B ist eine teilweise perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements auf der einen Seite, aus dem der in 5 dargestellte Käfig aufgebaut ist, wobei es sich um eine teilweise perspektivische Ansicht des ringförmigen Elements von der radial äußeren Seite aus gesehen handelt.
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7 ist eine teilweise abgewickelte Draufsicht des ringförmigen Elements auf der einen Seite, aus dem der in 5 dargestellte Käfig aufgebaut ist, von der radial inneren Seite aus gesehen.
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8A ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines ersten Schmierzustands, der bei der Durchführung eines Tests zur Messung des Moments des Kugellagers angewendet wird.
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8B ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines zweiten Schmierzustands, der bei der Durchführung eines Tests zur Messung des Moments des Kugellagers angewendet wird.
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9A ist ein Diagramm, welches das Ergebnis einer Messung des Moments zeigt, das in dem Fall erzielt wurde, in dem das Kugellager in dem in 8A dargestellten Schmierzustand betrieben wurde.
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9B ist ein Diagramm, welches das Ergebnis einer Messung des Moments zeigt, das in dem Fall erzielt wurde, in dem das Kugellager in dem in 8B dargestellten Schmierzustand betrieben wurde.
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10 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines Kugellagerkäfigs des Stands der Technik.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nun sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Rillenkugellagers (im Folgenden als "Kugellager" bezeichnet), das einen Käfig gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Das Kugellager 1 soll verwendet werden, indem es zum Beispiel in ein Getriebe eingebaut wird, aus dem ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs aufgebaut ist. Das Kugellager 1 umfasst einen äußeren Ring 2, einen inneren Ring 4, eine Vielzahl von Kugeln 6 und einen Käfig 7. Der äußere Ring 2 weist entlang seines inneren Umfangs eine bogenförmige äußere Lauffläche 3 auf. Der innere Ring 4 weist entlang seines äußeren Umfangs eine bogenförmige innere Lauffläche 5 auf. Die Vielzahl von Kugeln 6 sind derart zwischen der äußeren Lauffläche 3 und der inneren Lauffläche 5 angeordnet, dass sie rollen können. Der Käfig 7 ist dafür ausgelegt, die Kugeln 6 in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung zu halten. Die Schmierung des Inneren des Kugellagers 1 erfolgt zum Beispiel mittels eines Schmieröls, das von einem Ölzufuhrmechanismus (nicht dargestellt) oder durch den Betrieb des Kugellagers 1 in einem Zustand zugeführt wird, in dem das Kugellager 1 teilweise in das Schmieröl getaucht ist.
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Der Käfig 7 ist ein so genannter gewellter Käfig, der die folgende Ausgestaltung aufweist. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet der Käfig 7 ein Paar von ringförmigen Elementen 8 und 8, die jeweils auf einstückige Weise halbkugelförmige gewölbte Abschnitte 9 und Verbindungsabschnitte 10 beinhalten. Die halbkugelförmigen gewölbten Abschnitte 9 sind in vorbestimmten Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Die Verbindungsabschnitte 10 sind dafür ausgelegt, benachbarte halbkugelförmige gewölbte Abschnitte 9 miteinander zu verbinden. Das Paar von ringförmigen Elementen 8 und 8 ist mittels Befestigungseinrichtungen C wie z.B. Nieten aneinandergekoppelt. Die ringförmigen Elemente 8 und 8 sind durch die Befestigungseinrichtungen C in einem Zustand aneinandergekoppelt, in dem die Verbindungsabschnitte 10 eines ringförmigen Elements 8 in Anlage an die Verbindungsabschnitte 10 eines anderen ringförmigen Elements 8 gehalten werden. Daher liegen in dem Zustand, in dem die ringförmigen Elemente 8 und 8 aneinandergekoppelt sind, die kugelförmigen gewölbten Abschnitte 9 des einen ringförmigen Elements 8 und die kugelförmigen gewölbten Abschnitte 9 des anderen ringförmigen Elements 8 einander gegenüber, wodurch sie Taschen 11 bilden, die dafür ausgelegt sind, die Kugeln 6 zu halten.
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Eine Innenfläche jedes halbkugelförmigen gewölbten Abschnitts 9, d.h. eine der Kugel gegenüberliegende Oberfläche 12 jeder Tasche 11, weist einen zurückgesetzten, nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitt 14 auf, der in Richtung auf eine Seite zurückgesetzt ist, die der Kugelseite entgegengesetzt ist. Wie in 4 dargestellt, ist der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 außerhalb eines vorbestimmten Bereichs A der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 gebildet, der einen Kreuzungspunkt P eines Wälzkreises PCD der Kugeln 6 und einer geraden Linie L beinhaltet, die sich in radialer Richtung (Richtung von oben nach unten in dem Zeichnungsblatt von 4) durch einen in Umfangsrichtung gesehen mittleren Abschnitt der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 erstreckt. Ein Endabschnitt des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14 auf einer radial äußeren Seite öffnet sich in einer radial äußeren Oberfläche 8a des ringförmigen Elements 8, d.h. einer radial äußeren Oberfläche des halbkugelförmigen gewölbten Abschnitts 9. Ein Endabschnitt des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14 auf einer radial inneren Seite öffnet sich nicht in einer radial inneren Oberfläche 8b des ringförmigen Elements 8 und endet innerhalb eines Bereichs der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12. Der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 der ersten Ausführungsform ist an einem in Umfangsrichtung gesehen im Wesentlichen mittleren Abschnitt der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 angeordnet. Der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 weist im Wesentlichen eine U-Form auf, die einen ersten Abschnitt und ein Paar von zweiten Abschnitten beinhaltet. Der erste Abschnitt weist einen Endabschnitt an der radial inneren Seite auf, der relativ an der radial äußeren Seite endet. Das Paar von zweiten Abschnitten ist an beiden Seiten des ersten Abschnitts in Umfangsrichtung angeordnet und weist jeweils einen Endabschnitt an der radial inneren Seite auf, der relativ an der radial inneren Seite endet. Der gesamte nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 ist an der radial äußeren Seite in Bezug auf den Wälzkreis PCD angeordnet.
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Ferner weist, wie in 1 dargestellt, der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 der ersten Ausführungsform einen keilförmigen Querschnitt auf, der mit dem Trennungsabstand (Trennungsabstand in axialer Richtung) in Bezug auf die Kugel 6 von der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite allmählich zunimmt.
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Das ringförmige Element 8 mit der oben erwähnten Ausgestaltung ist ein pressgeformtes Produkt, das durch Pressbearbeiten einer Metallplatte gebildet wird. D.h. Abschnitte des ringförmigen Elements 8, wie z.B. die halbkugelförmigen gewölbten Abschnitte 9 und die nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitte 14, werden durch Pressbearbeiten einer Metallplatte gebildet. Wie in 3A und 3B dargestellt, wird der halbkugelförmige gewölbte Abschnitt 9, der einen vorstehenden Abschnitt 13 aufweist, der in Richtung auf die Seite vorsteht, die der Kugelseite entgegengesetzt ist, während des Pressbearbeitens gebildet. Somit ist der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 aus einem zurückgesetzten Abschnitt aufgebaut, der in der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 gebildet ist. Was die bei der Bildung des ringförmigen Elements 8 verwendete Metallplatte betrifft, so kann ein kaltgewalztes Stahlplattenelement wie z.B. SPCC oder SPCD verwendet werden. Wie oben beschrieben, ist bei dem Käfig 7 gemäß der vorliegenden Erfindung der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 außerhalb des vorbestimmten Bereichs A der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 gebildet, der den Kreuzungspunkt P des Wälzkreises PCD der Kugeln 6 und der geraden Linie L beinhaltet, die sich in radialer Richtung durch den in Umfangsrichtung gesehen mittleren Abschnitt der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 erstreckt, d.h. in einem Bereich, in dem der Kontakt mit der Kugel 6 weniger häufig ist (in einem Bereich, in dem der Kontakt im Wesentlichen null ist). Dadurch ist es möglich, das Auftreten von Lärm, der durch ein Taumeln der Kugel 6 in der Tasche 11 verursacht wird, und eine Verschlechterung der Momentübertragungsleistung zwischen dem äußeren Ring 2 und dem inneren Ring 4 so weit wie möglich zu verhindern, während gleichzeitig auf effektive Weise durch die Bildung des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14 eine momentreduzierende Wirkung erzielt wird.
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Ferner öffnet sich der an der radial äußeren Seite befindliche Endabschnitt des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14, der in dem halbkugelförmigen gewölbten Abschnitt 9 gebildet ist, in der radial äußeren Oberfläche 8a des ringförmigen Elements 8, wodurch das Schmieröl, das vom Ölzufuhrmechanismus (nicht dargestellt) zugeführt wird und sich zwischen der Tasche 11 und der Kugel 6 befindet, reibungslos zur Außenseite des Käfigs 7 ausgestoßen werden kann. Ferner weist bei der ersten Ausführungsform der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 einen keilförmigen Querschnitt auf, der mit dem Trennungsabstand in Bezug auf die Kugel 6 von der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite allmählich zunimmt. Dadurch kann das zwischen der Tasche 11 und der Kugel 6 befindliche Schmieröl durch die Zentrifugalkraft, die beim Betrieb des Kugellagers 1 auf die Abschnitte des Lagers einwirkt, reibungsloser zur Außenseite des Käfigs 7 ausgestoßen werden. Ferner weist bei der ersten Ausführungsform der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 wie oben beschrieben einen keilförmigen Querschnitt auf, und die Gesamtheit des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14 ist an der radial äußeren Seite in Bezug auf den Wälzkreis PCD der Kugeln 6 angeordnet. Daher kann der Scherwiderstand des Ölfilms an einer Position mit höherer Umfangsgeschwindigkeit gesenkt werden. Durch die Synergie dieser Wirkungen kann eine signifikante Verringerung des Moments des Kugellagers 1 erzielt werden.
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Wie oben beschrieben kann durch die Verwendung des Käfigs 7 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kugellager 1 erzielt werden, das ruhig ist, eine ausgezeichnete Momentübertragungsleistung zwischen den Ringen 2 und 4 aufweist und dessen Moment signifikant verringert ist. Wenn das Kugellager 1 für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, kann es somit zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeugs beitragen.
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5 ist eine teilweise perspektivische Ansicht des Kugellagerkäfigs 7 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6A und 6B sind teilweise perspektivische Ansichten des ringförmigen Elements 8 auf einer Seite, aus dem der Käfig 7 aufgebaut ist. 7 ist eine teilweise abgewickelte Draufsicht des ringförmigen Elements 8 von der radial inneren Seite aus gesehen.
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Der Käfig 7 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Käfig 7 gemäß der oben erwähnten ersten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14, welcher in der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 gebildet werden soll, jeweils an zwei Stellen gebildet ist, die in der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Genauer gesagt ist der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 in Umfangsrichtung an jeder der beiden Seiten des vorbestimmten Bereichs A der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 gebildet, der den Kreuzungspunkt P des Wälzkreises PCD der Kugeln 6 und der geraden Linie L beinhaltet, die sich in radialer Richtung durch den in Umfangsrichtung gesehen mittleren Abschnitt der der Kugel gegenüberliegenden Oberfläche 12 erstreckt. Ferner öffnen sich die an der radial äußeren Seite und der radial inneren Seite befindlichen Endabschnitte jedes nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14 in der radial äußeren Oberfläche 8a bzw. der radial inneren Oberfläche 8b des ringförmigen Elements 8. Bei dem dargestellten Beispiel weist jeder nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 eine Bogenform auf, die in Bezug auf die radiale Richtung gekrümmt ist.
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Auch in diesem Fall ist es durch die Bildung des nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14 auf die oben erwähnte Weise möglich, das Auftreten von Lärm, der durch ein Taumeln der Kugel 6 in der Tasche 11 verursacht wird, und eine Verschlechterung der Momentübertragungsleistung zwischen den Ringen 2 und 4 so weit wie möglich zu verhindern, während gleichzeitig auf effektive Weise eine momentreduzierende Wirkung erzielt wird. Ferner öffnen sich die an der radial äußeren Seite und der radial inneren Seite befindlichen Endabschnitte jedes nicht mit der Kugel in Kontakt befindlichen Abschnitts 14 in der radial äußeren Oberfläche 8a bzw. der radial inneren Oberfläche 8b des ringförmigen Elements 8. Dadurch wird die Fließfähigkeit des Schmieröls zwischen der Tasche 11 und der Kugel 6 verbessert, wodurch das Moment gesenkt werden kann.
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Obwohl auf eine genaue Beschreibung verzichtet wird, kann der nicht mit der Kugel in Kontakt befindliche Abschnitt 14 der zweiten Ausführungsform durch einen vertieften Abschnitt aufgebaut sein, dessen Tiefenabmessungen (Trennungsabstand in Bezug auf die Kugel 6) vollkommen gleichförmig sind, oder er kann wie bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform einen keilförmigen Querschnitt aufweisen, der mit dem Trennungsabstand in Bezug auf die Kugel 6 von der radial inneren Seite zur radial äußeren Seite allmählich zunimmt.
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Oben wurden der Käfig 7 und das den Käfig 7 umfassende Kugellager 1 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. An diesen Ausführungsformen können jedoch innerhalb eines Bereichs, der nicht vom Kerngedanken der vorliegenden Erfindung abweicht, verschiedene Abänderungen vorgenommen werden.
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Beispielsweise kann das Paar von ringförmigen Elementen 8 und 8, aus denen der Käfig 7 aufgebaut ist, jeweils ein aus einer Metallplatte hergestelltes pressgeformtes Produkt sein, oder es kann ein gegossenes Produkt, ein bearbeitetes Produkt, das durch Bearbeitung wie z.B. durch Schneiden von Metall oder Harz hergestellt wird, oder ein spritzgegossenes Produkt aus Harz oder Metall sein. Wenn das ringförmige Element 8 ein spritzgegossenes Produkt aus Harz ist, kann das ringförmige Element 8 zum Beispiel durch Spritzgießen gebildet werden, wobei ein Harzmaterial verwendet wird, das ein Basisharz aus einem Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyphenylensulfid (PPS), Polyamid (PA), Polyimid (PI), Polyamidimid (PAI) und Polyetheretherketon (PEEK) besteht. Das zu verwendende Basisharz kann auf geeignete Weise in Abhängigkeit von den erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden.
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Darüber hinaus wurde oben der Fall beschrieben, bei dem der Käfig 7 gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Kugellager 1 vom so genannten offenen Typ verwendet wird, das keinen Dichtabschnitt (Dichtfunktion) aufweist. Der Käfig 7 gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch für ein Kugellager vom so genannten abgedichteten Typ anwendbar. Obwohl auf eine Darstellung verzichtet wird, sind bei dem Kugellager vom abgedichteten Typ Dichtelemente, die vom Kontakttyp oder vom Nichtkontakttyp sein können, an beiden Seiten der Kugel 6 in axialer Richtung montiert und befestigt, wobei ein Schmiermittel wie z.B. ein Schmieröl oder ein Schmierfett in einen zwischen den Dichtelementen definierten ringförmigen Raum eingebracht und eingeschlossen wird. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten innerhalb eines Bereichs, der nicht vom Kerngedanken der vorliegenden Erfindung abweicht, ausgeführt werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen definiert und schließt die in den Ansprüchen beschriebenen Äquivalente sowie alle Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche ein.
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[Beispiel]
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Um die Verwendbarkeit der vorliegenden Erfindung zu verifizieren, wurde Folgendes hergestellt: ein Kugellager vom offenen Typ, in das ein Käfig eingebaut wurde, der die Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist (im Folgenden auch als "Beispiel" bezeichnet), und ein Kugellager vom offenen Typ, in das ein Käfig eingebaut wurde, der nicht die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung aufweist (im Folgenden auch als "Vergleichsbeispiel" bezeichnet), wobei diese Kugellager in eine Umgebung mit einer Temperatur von 30°C gebracht wurden. Anschließend wurde das Moment gemessen, das durch den Betrieb unter den unten beschriebenen Schmierzuständen (1) und (2) erzielt wurde. Als Beispiel wurde das Kugellager verwendet, in das der Käfig gemäß der ersten Ausführungsform eingebaut wurde, die in 1 bis 4 dargestellt ist. Als Vergleichsbeispiel wurde das Kugellager verwendet, in das der Käfig mit der Ausgestaltung eingebaut wurde, die in 4(a) der Patentliteraturstelle 1 offenbart wird. Für die Messung des Moments wurden die Kugellager gemäß dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel unter einer Zustand betrieben, in dem eine Radiallast von 500 N angelegt wurde.
- (1) Von dem in einer vertikalen Stellung befindlichen Kugellager, wobei eine axiale Linie entlang einer horizontalen Richtung angeordnet ist, wurde eine untere Hälfte des an der untersten Seite des Käfigs befindlichen Bereichs in das Schmieröl getaucht (siehe 8A).
- (2) Von dem in einer vertikalen Stellung befindlichen Kugellager, wobei die axiale Linie entlang der horizontalen Richtung angeordnet ist, wurde der an der untersten Seite des Käfigs befindliche Bereich vollständig in das Schmieröl getaucht (siehe 8B).
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In 9A ist das Ergebnis einer Messung des Moments dargestellt, das in dem Fall erzielt wurde, in dem die Rillenkugellager gemäß dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel unter dem oben erwähnten Schmierzustand (1) betrieben wurden. In 9B ist das Ergebnis einer Messung des Moments dargestellt, das in dem Fall erzielt wurde, bei dem die Rillenkugellager gemäß dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel unter dem oben erwähnten Schmierzustand (2) betrieben wurden. Wie in 9A dargestellt, wurde im Fall der Anwendung des oben erwähnten Schmierzustands (1) Folgendes festgestellt: Wenn die Drehzahl gleich oder niedriger als 2.000 UpM war, gab es keinen nennenswerten Momentunterschied zwischen dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel. Wenn die Drehzahl jedoch gleich oder höher als 2.000 UpM war, war das Moment beim Beispiel höher. Wie in 9B dargestellt, wurde ferner im Fall der Anwendung des oben erwähnten Schmierzustands (2) Folgendes festgestellt: Selbst bei einer Drehzahl von 1.000 UpM wies das Beispiel ein niedrigeres Moment auf als das Vergleichsbeispiel, wobei der Momentunterschied zwischen dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel mit zunehmender Drehzahl stieg. Aus diesen Momentmessungsergebnissen ist Folgendes ersichtlich: In dem Fall, in dem die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann das zwischen der Tasche 11 und der Kugel 6 befindliche Schmieröl während des Betriebs des Kugellagers reibungslos (effizient) zur Außenseite des Käfigs 7 ausgestoßen werden. Es zeigt sich daher, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die Erzielung eines Kugellagers mit niedrigem Moment günstig ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugellager (Rillenkugellager)
- 2
- äußerer Ring
- 4
- innerer Ring
- 6
- Kugel
- 7
- Käfig
- 8
- ringförmiges Element
- 9
- halbkugelförmiger gewölbter Abschnitt
- 11
- Tasche
- 12
- der Kugel gegenüberliegende Oberfläche
- 13
- vorstehender Abschnitt
- 14
- nicht mit der Kugel in Kontakt befindlicher Abschnitt
- A
- vorbestimmter Bereich
- L
- gerade Linie
- P
- Kreuzungspunkt
