DE112016003880T5

DE112016003880T5 - Haltering und Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE112016003880T5
Application number: DE112016003880.1T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kawai
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-05-24
Also published as: JP2017044281A; CN107923440B; WO2017033977A1; US20180245627A1; CN107923440A; US10330146B2

Abstract

Ein Säulenabschnitt (42) eines Halterings beinhaltet: Führungsflächen (42c), welche mit Kegelrollenlagern (30) in der Umfangsrichtung in Kontakt treten; und erste ausgesparte Flächen (42d) und zweite ausgesparte Flächen (42e) zum Verringern von Öl-Rührwiderstand und Scherfestigkeit, wobei die ausgesparten Flächen in einer gekerbten Form, in der Umfangsrichtung von den Führungsflächen (42c) ausgespart, gebildet sind. Des Weiteren wird die Kontaktlänge zwischen einem Rollflächen-Zentralabschnitt (31a) und der Führungsfläche (42c) verdrängt, indem die Führungsflächen (42) in einer leichten mittleren konvex-Form in der Rollrichtung der Kegelrollenlager (30) gebildet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Käfig, der mit Taschen zur Aufnahme von Kegelrollen ausgebildet ist, und ein Kegelrollenlager, das einen solchen Käfig beinhaltet.
STAND DER TECHNIK
Während des Betriebs eines Kegelrollenlagers wird Öl, das durch das Lager hindurchgeht, beispielsweise durch die wälzenden Kegelrollen gerührt, und der Rührwiderstand von Öl neigt dazu, das Drehmoment des Lagers zu erhöhen. Die Querstäbe des Käfigs weisen Führungsflächen auf, die in Umfangsrichtung in Kontakt mit den Kegelrollen in den Taschen gebracht werden. Dies erhöht das Scherdrehmoment (oder Scherwiderstand) von Öl zwischen den Kegelrollen und den Führungsflächen. Die Zunahme dieses Scherwiderstandes tendiert auch dazu, das Drehmoment des Lagers zu erhöhen. Versuche wurden bisher durchgeführt, um das Rotationsdrehmoment des Lagers durch Modifizieren der Form des Käfigs zu reduzieren.
Um zum Beispiel den Scherwiderstand von Öl zu reduzieren, indem die Menge an Öl reduziert wird, die in das Lager fließt, ist ein herkömmlicher Käfig derart geformt, dass ein kleinerer radialer Spalt zwischen der radial inneren Fläche des Käfigs und dem kleinen Flansch des inneren Laufrings definiert ist. Einige andere herkömmliche Käfig haben Aussparungen in der Form von Ausschnitten, die in dem ringförmigen Abschnitt des Käfigs auf seiner Seite mit kleinem Durchmesser ausgebildet sind, um zu ermöglichen, dass Öl, das durch einen Spalt zwischen dem Käfig und dem inneren Laufring in den Raum zwischen dem Käfig und dem inneren Laufring geflossen ist, schnell in den Raum zwischen dem Käfig und dem äußeren Laufring fließt, wodurch der Rührwiderstand des Öls verringert wird. Ein noch weiterer herkömmlicher Käfig weist ausgesparte Flächen in Form von Ausschnitten auf, die in den Querstäben zwischen den jeweiligen Führungsflächen und ersten axialen Enden der Querstäbe und zwischen den jeweiligen Führungsflächen und zweiten gegenüberliegenden axialen Enden der Querstäbe ausgebildet sind, um den Scherwiderstand von Öl zwischen den Kegelrollen und den Querstäben zu verringern (siehe das unten angegebene Patentdokument 1).
Noch ein anderer herkömmlicher Käfig weist Querstäbe auf, die mit Führungsflächen ausgebildet sind, von denen jede verjüngt ist und eine Länge von nicht weniger als 5% und nicht mehr als 20% des mittleren Durchmessers der entsprechenden Kegelrolle in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse der Kegelrolle aufweist, um den Ölfilmbildungsbereich und somit die Scherfestigkeit von Öl zwischen den Kegelrollen und den Querstäben zu reduzieren (siehe das unten angegebene Patentdokument 2).
Bei einer anderen herkömmlichen Anordnung haben die Rollflächen eine Balligkeit, um die Spannungskonzentration an den Enden der Rollflächen der Kegelrollen zu reduzieren, um weiteren schweren Belastungen standzuhalten. Insbesondere die Kombination von Kegelrollen mit einer logarithmischen großen Balligkeit und Laufbahnen mit einer geraden oder konvexen Balligkeit ist für die Lagerfunktion und die Bearbeitungskosten vorteilhaft. In einer Anordnung, in der eine logarithmische Balligkeit verwendet wird, kann jede Kegelrolle einen Rollflächen-Zentralabschnitt aufweisen, der an dem zentralen Abschnitt der gesamten Länge der Kegelrolle ausgebildet ist und eine gerade Mantellinie aufweist; und Balligkeitsabschnitte, die sich jeweils von einem Ende des Rollflächen-Zentralabschnitts erstrecken, sodass ihr Durchmesser in der Richtung weg von dem einen Ende des Rollflächen-Zentralabschnitts allmählich abnimmt. Da bei dieser Anordnung der Rollflächen-Zentralabschnitt mit einer geraden Mantellinie als Referenz beim Messen der logarithmischen Balligkeitsabschnitte verwendet wird, ist eine zuverlässige Qualitätskontrolle möglich (siehe das unten angegebene Patentdokument 3).
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Japanisches Patent 4949652
Patentdokument 2: Japanische Patentveröffentlichung 2007-24170A
Patentdokument 3: Japanisches Patent 5334665

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Falls ein Käfig, der die in Patentdokument 1 offenbarten ausgesparten Flächen oder die in Patentdokument 2 offenbarten Führungsflächen aufweist, mit in Patentdokument 3 offenbarten Kegelrollen kombiniert wird, werden die Führungsflächen, die in der Längsrichtung der Querstäbe gerade sind, die Rollflächen-Zentralabschnitte, die gerade Mantellinien haben und an den Zentralabschnitten der gesamten Länge der jeweiligen Kegelrollen ausgeformt sind, in Umfangsrichtung kontaktieren, so dass die Kontaktlängen zwischen den Führungsflächen und den Kegelrollen groß sind im Vergleich zu Lagern, die Kegelrollen beinhalten, die eine gewöhnliche Balligkeit mit kreisbogenförmigen Mantellinien aufweisen. Dies macht es schwierig, das Lagerdrehmoment wirksam zu reduzieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Käfig bereitzustellen, der das Lagerdrehmoment wirksam reduzieren kann, wenn dieser Käfig in Kombination mit Kegelrollen verwendet wird, die jeweils einen Rollflächen-Zentralabschnitt aufweisen, der eine gerade Mantellinie hat und an dem zentralen Abschnitt von der Gesamtlänge der Kegelrolle ausgeformt ist.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt einen Käfig bereit, der mit Taschen ausgebildet ist, die so konfiguriert sind, dass sie jeweils eine aus einer Mehrzahl von Kegelrollen aufnehmen, wobei der Käfig umfasst: eine Vielzahl von Querstäben, die in Umfangsrichtung benachbarte Paare der Taschen voneinander trennen; einen ersten ringförmigen Abschnitt, der kontinuierlich mit ersten axialen Enden der Querstäbe verbunden ist; und einen zweiten ringförmigen Abschnitt, der einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als ein Außendurchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts, und kontinuierlich mit zweiten axialen Enden der Querstäbe verbunden ist, welche entgegengesetzt zu den ersten axialen Enden der Querstäbe sind, wobei jeder Querstab beinhaltet: Führungsflächen, die so konfiguriert sind, dass sie entsprechende der Kegelrollen in Umfangsrichtung kontaktieren; erste ausgesparte Flächen in der Form von Ausschnitten, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Führungsflächen und dem ersten axialen Ende des Querstabs angeordnet sind, und von der entsprechenden der Führungsflächen in Umfangsrichtung ausgespart sind; und zweite ausgesparte Flächen in der Form von Ausschnitten, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Führungsflächen und dem zweiten axialen Ende des Querstabs angeordnet sind, und von der entsprechenden der Führungsflächen in Umfangsrichtung ausgespart sind, wobei die Führungsflächen in einer Längsrichtung der Kegelrollen leicht konvex sind, wobei jede der Kegelrollen einen Rollflächen-Zentralabschnitt beinhaltet, der an dem zentralen Abschnitt der gesamten Länge der Kegelrolle angeordnet ist, und eine gerade Mantellinie hat, und Balligkeitsabschnitte, die sich jeweils von einem Ende des Rollflächen-Zentralabschnitts so erstrecken, dass sein Durchmesser in der Richtung weg von dem einen Ende allmählich abnimmt, und wobei jede Führungsfläche einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der einen maximalen vorstehenden Betrag in Richtung des Rollflächen-Zentralabschnitts der entsprechenden Kegelrolle aufweist, wobei der vorstehende Abschnitt in der Längsrichtung der Kegelrolle kürzer ist als der Rollflächen-Zentralabschnitt der Kegelrolle.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt einen Käfig bereit, der mit Taschen ausgebildet ist die so konfiguriert sind, dass sie jeweils eine aus einer Vielzahl von Kegelrollen aufnehmen, wobei der Käfig umfasst: eine Vielzahl von Querstäben, die in Umfangsrichtung benachbarte Paare der Taschen voneinander trennen; einen ersten ringförmigen Abschnitt, der kontinuierlich mit ersten axialen Enden der Querstäbe verbunden ist; und einen zweiten ringförmigen Abschnitt, der einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts, und kontinuierlich mit zweiten axialen Enden der Querstäbe verbunden ist, welche entgegengesetzt zu den ersten axialen Enden der Querstäbe sind, wobei die Querstäbe Führungsflächen aufweisen, die konfiguriert sind, die entsprechenden Kegelrollen in Umfangsrichtung zu kontaktieren, worin die ersten ringförmigen Abschnitte Taschenendflächen beinhalten, die jeweils konfiguriert sind, die entsprechende Kegelrolle axial zu kontaktieren, und dritte ausgesparte Flächen in der Form von Ausschnitten, die jeweils von der entsprechenden Taschenendfläche axial ausgespart sind, wobei jede dritte ausgesparte Fläche an einem in Umfangsrichtung zentralen Abschnitt zwischen einem jeweiligen in Umfangsrichtung benachbarten Paar der Querstäbe angeordnet ist, worin die Führungsflächen leicht konvex in der Längsrichtung der Kegelrollen sind, worin jede Kegelrolle einen Rollflächen-Zentralabschnitt beinhaltet, der an dem zentralen Abschnitt der gesamten Länge der Kegelrolle angeordnet ist, und eine gerade Mantellinie aufweist, und Balligkeitsabschnitte, die sich jeweils von einem Ende des Rollflächen-Zentralabschnitts so erstrecken, dass sein Durchmesser in die Richtung weg von dem einen Ende allmählich abnimmt, und worin jede Führungsfläche einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der einen maximalen vorstehenden Betrag in Richtung des Rollflächen-Zentralabschnitts der entsprechenden Kegelrolle aufweist, wobei der vorstehende Abschnitt in der Längsrichtung der Kegelrolle kürzer ist als der Rollflächen-Zentralabschnitt der Kegelrolle.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem dritten Aspekt einen Käfig bereit, der mit Taschen ausgebildet ist die so konfiguriert sind, dass sie jeweils eine aus einer Vielzahl von Kegelrollen aufnehmen, wobei der Käfig umfasst: eine Vielzahl von Querstäben, die in Umfangsrichtung benachbarte Paare der Taschen voneinander trennen; einen ersten ringförmigen Abschnitt, der kontinuierlich mit ersten axialen Enden der Querstäbe verbunden ist; und einen zweiten ringförmigen Abschnitt, der einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts, und kontinuierlich mit zweiten axialen Enden der Querstäbe verbunden ist, welche entgegengesetzt zu den ersten axialen Enden der Querstäbe sind, wobei die Querstäbe Führungsflächen aufweisen, die konfiguriert sind, die entsprechenden Kegelrollen in Umfangsrichtung zu kontaktieren, worin jede Führungsfläche verjüngt ist und eine Länge aufweist, die nicht weniger als 5% und nicht mehr als 20% des mittleren Durchmessers der entsprechenden Kegelrolle beträgt, in einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse der Kegelrolle, und wobei die Führungsflächen leicht konvex in der Längsrichtung der Kegelrollen sind.
VORTEILE DER ERFINDUNG
In dem ersten Aspekt der Erfindung ermöglichen es die ersten ausgesparten Flächen der Querstäbe, dass Öl, das durch den Spalt zwischen dem Käfig und dem inneren Laufring in den Raum zwischen dem Käfig und dem inneren Laufring geströmt ist, schnell in den Raum zwischen dem Käfig und dem äußeren Laufring strömt, wodurch der Rührwiderstand von Öl verringert wird, während die Kombination der ersten ausgesparten Flächen und der zweiten ausgesparten Flächen der Querstäbe die Scherfestigkeit von Öl zwischen den Kegelrollen und den Führungsflächen verringert. Die Verwendung der konvexen Führungsflächen, in Kombination mit Kegelrollen, die jeweils einen Rollflächen-Zentralabschnitt beinhalten, der eine gerade Mantellinie aufweist und an dem zentralen Abschnitt von der gesamten Länge der Kegelrolle angeordnet ist, verringert die Kontaktlängen zwischen den Führungsflächen und den Kegelrollen, wodurch das Lagerdrehmoment verringert wird.
In dem zweiten Aspekt der Erfindung ermöglichen es die dritten ausgesparten Flächen des ersten ringförmigen Abschnitts, dass Öl, das zwischen dem Spalt zwischen dem Käfig und dem inneren Laufring in den Raum zwischen dem Käfig und dem inneren Laufring geströmt ist, schnell in den Raum zwischen dem Käfig und dem äußeren Laufring strömt, wodurch der Rührwiderstand von Öl verringert wird. Des Weiteren verringert die Verwendung der konvexen Führungsflächen, in Kombination mit Kegelrollen, die jeweils einen Rollflächen-Zentralabschnitt beinhalten, der eine gerade Mantellinie aufweist und an dem zentralen Abschnitt der gesamten Länge der Kegelrolle angeordnet ist, die Kontaktlängen zwischen den Führungsflächen und den Kegelrollen, wodurch das Lagerdrehmoment verringert wird.
Da in einem dritten Aspekt der Erfindung jede Führungsfläche verjüngt ist und eine Länge von nicht weniger als 5 % und nicht mehr als 20 % des mittleren Durchmessers der entsprechenden Kegelrolle aufweist, in einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse der Kegelrolle, ist die Ölfilm-Bildungsfläche gering, sodass die Scherfestigkeit von Öl zwischen den Kegelrollen und den Querstäben ebenfalls gering ist. Darüber hinaus verringert die Verwendung der konvexen Führungsflächen, in Kombination mit Kegelrollen, die jeweils einen Rollflächen-Zentralabschnitt beinhalten, der eine gerade Mantellinie aufweist und an dem zentralen Abschnitt der gesamten Länge der Kegelrolle angeordnet ist, die Kontaktlängen zwischen den Führungsflächen und den Kegelrollen, wodurch das Lagerdrehmoment verringert wird.
Figurenliste

1 ist eine vergrößerte Teil-Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie I-I von 2.
2 ist eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Ebene senkrecht zu den Mittelachsen von Kegelrollen.
3 ist eine vergrößerte Teil-Draufsicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Richtung des Pfeils A in 2 gesehen.
4 ist eine Teil-Schnittansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Axialebene, die die Lagermittelachse beinhaltet.
5 ist eine vergrößerte Vorderansicht einer Kegelrolle von 4.
6 ist eine vergrößerte Teil-Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie, die der Linie I-I von 2 entspricht.
7 ist eine vergrößerte Teil-Draufsicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Richtung gesehen, die der Richtung des Pfeils A in 2 entspricht.
8 ist eine vergrößerte Teil-Draufsicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Richtung gesehen, die der Richtung des Pfeils A in 2 entspricht.
9 ist eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie, die der Linie I-I von 2 entspricht.
10 ist eine vergrößerte Teil-Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, entlang der Linie, die der Linie I-I von 2 entspricht.
11 ist eine vergrößerte Teil-Draufsicht einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Richtung gesehen, die der Richtung des Pfeils A in 2 entspricht.
12 stellt schematisch dar, wie Taschen in einem Käfig durch Stanzen von radial nach innen von dem Käfig gebildet werden, wenn Führungsflächen gemäß einer beliebigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
13 stellt dar, wie Stempel aus dem Zustand von 12 bewegt werden, um die Taschen zu stanzen.
14 ist eine vergrößerte Ansicht von und um eine in 13 dargestellte gestanzte Fläche.
15 stellt schematisch dar, wie Oberflächenpressen von radial nach innen des Käfigs durchgeführt wird, nach einem Formen der Taschen in 13.
16 stellt dar, wie Stempel aus dem Zustand von 15 zum Oberflächenpressen bewegt werden.
17 ist eine vergrößerte Ansicht von und um eine in 16 dargestellte gestanzte Fläche.
18 stellt schematisch dar, wie Taschen in einen Käfig durch Stanzen von radial nach außen von dem Käfig gebildet werden, wenn Führungsflächen gemäß einer beliebigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
19 stellt dar, wie Stempel von dem Zustand von 18 bewegt werden, um Taschen durch Stanzen zu bilden.
20 ist eine vergrößerte Ansicht von und um eine in 19 dargestellte gestanzte Fläche.
21 ist eine Schnittansicht entlang einer Axialebene, die durch eine dritte ausgesparte Fläche verläuft.
22 zeigt Abschnitte von drei Querstäben entlang von Linien a-a, b-b und c-c von 7 für die rechten, mittleren, bzw. linken Querstäbe.

BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nun wird, Bezug nehmend auf 1-5, ein Kegelrollenlager gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, welches, wie in 4 dargestellt, einen inneren Laufring 10 beinhaltet, der einen mit einer Laufbahnoberfläche 11 ausgebildeten Außenumfang aufweist und einen kleinen Flansch 12 und einen großen Flansch 13 beinhaltet; einen äußeren Laufring 20, der einen mit einer Laufbahnoberfläche 21 ausgebildeten Innenumfang aufweist; und einen Kä40, der mit Taschen 41 ausgebildet ist, in welchen Kegelrollen 30 aufgenommen sind. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „ Umfangsrichtung”, „axial“ und „axial“ auf die Richtung der Mittelachse des Lagers; und die Begriffe „radiale Richtung“, „radial“ und „radial“ beziehen sich auf eine Richtung senkrecht zu der Mittelachse des Lagers. Die Mittelachsen des inneren Laufrings 10, des äußeren Laufrings 20 und des Käfigs 40 decken sich mit der Mittelachse des Lagers.
Wie in 5 dargestellt, weist jede Kegelrolle 30 eine Rollfläche 31 auf, eine kleine Endfläche 32, eine kleine Endfase 33, die zwischen der Rollfläche 31 und der kleinen Entfläche 32 ausgebildet ist, eine große Endfläche 34 und eine große Endphase 35, die zwischen der großen Endfläche 34 und der Rollfläche 31 ausgebildet ist. Die Rollfläche 31 wird mit den Laufbahnoberflächen 11 und 21 in Wälzkontakt gebracht. Der kleine Flansch 12, siehe 4, berührt die kleine Endfläche 32 und verhindert die Trennung der Kegelrolle 30 von dem inneren Laufring 10 über sein kleines Ende hinaus. Während des Betriebs des Lagers wird jede Kegelrolle 30 in Umfangsrichtung von dem großen Flansch 13 aufgrund eines Gleitkontakts zwischen dem großen Flansch 13 und der großen Endfläche 34 (in 5 dargestellt) geführt.
Die Rollfläche 31 beinhaltet einen Rollflächen-Zentralabschnitt 31a, der an dem zentralen Abschnitt der gesamten Länge Lr der Kegelrolle ausgebildet ist und eine gerade Mantellinie aufweist, und zwei Balligkeitsabschnitte 31b und 31c, die sich jeweils von einem Ende des Rollflächen-Zentralabschnitts 31a so erstrecken, dass sein Durchmesser in Richtung von dem einen Ende allmählich abnimmt. Die „Gesamtlänge Lr“ ist die Gesamtlänge der Kegelrolle 30, gemessen in Längsrichtung der Kegelrolle, während die „Längsrichtung“ die Richtung der Mantellinie der Rollfläche 31 ist.
Der Rollflächen-Zentralabschnitt 31a weist eine Länge von nicht weniger als der Hälfte der Gesamtlänge Lr der Kegelrolle 30 auf. Falls die Mantellinie des Rollflächen-Zentralabschnitts 31a, welche als eine Referenz beim Messen der Rückgänge der jeweiligen Balligkeitsabschnitte 31b und 31c verwendet wird, eine gerade Linie ist, ist eine zuverlässige Qualitätskontrolle möglich. Die Länge des Rollflächen-Zentralabschnitts 31a in der Längsrichtung kann innerhalb eines Bereichs bestimmt werden, in dem diese Aufgabe gelöst wird und kann gleich oder kleiner als die Hälfte der gesamten Länge Lr der Rolle sein.
Die Balligkeitsabschnitte 31b und 31c sind Rollflächenabschnitte, von welchen der Durchmesser allmählich abnimmt von den jeweiligen Enden des Rollflächen-Zentralabschnitts 31a in der Längsrichtung. Die Mantellinie jeder der Balligkeitsabschnitte 31b und 31c ist entsprechend geformt, um eine Spannungskonzentration an dem Ende der Rollfläche 31 zu minimieren. Jeder der Balligkeitsabschnitte 31b und 31c ist ein logarithmischer Balligkeitsabschnitt, der eine Mantellinie aufweist, die aus drei kreisförmigen Bögen R1, R2 und R3 besteht, die miteinander verbunden sind und ähnlich in Form einer logarithmischen Kurve sind. Die Mantellinien der entsprechenden Balligkeitsabschnitte 31b und 31c können auf die in Patentdokument 3 offenbarte Weise konstruiert werden. Die Mantellinie jedes der Balligkeitsabschnitte 31b und 31c kann ebenfalls aus einem einzigen kreisförmigen Bogen bestehen. Die Mantellinie des gesamten Rollflächenabschnitts muss nicht streng genau aus geometrischer Sicht geformt werden, falls er aus gestalterischer Sicht auf ausreichende Genauigkeit poliert und feinstbearbeitet wird.
Der in 4 dargestellte Kä40 ist ein gestanzter Käfig, der durch ein Pressen eines bahnförmigen Materials auf Eisenbasis gebildet wird. Da gestanzte Käfige mit hoher Effizienz und zu geringen Kosten hergestellt werden können, eignen sie sich für Kegelrollenlager zum Einsatz in Kraftfahrzeugen und Industriemaschinen.
2 ist ein Schnitt des Lagers entlang einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse der in 4 dargestellten Kegelrolle 30 und zeigt die Beziehung zwischen dem Kä40 und den Kegelrollen 30. 3 zeigt eine der Taschen 41 des Käfigs 40, wenn diese Tasche in der Richtung des Pfeils A in 2 betrachtet wird. Wie in 2-4 zu sehen, beinhaltet der Kä 40 eine Vielzahl von Querstäben 42, die jeder ein jeweiliges in Umfangsrichtung benachbartes Paar der Taschen 41 trennen; einen ersten ringförmigen Abschnitt 43, der kontinuierlich mit ersten axialen Enden 42a der Querstäbe 42 verbunden ist; und einen zweiten ringförmigen Abschnitt 44, der einen größeren Außendurchmesser als der erste ringförmige Abschnitt 43 aufweist und kontinuierlich mit zweiten axialen Enden 42b der Querstäbe 42 verbunden ist, die axial entgegengesetzt von den ersten axialen Enden 42a liegen. Der Pfeil A in 2 befindet sich in einer axialen Ebene, die durch die Umfangsmitte der einen der Taschen 41 verläuft und die Mittelachse des Lagers beinhaltet.
Die Taschen 41 lassen es zu, dass sich die jeweiligen Kegelrollen 30 frei relativ zu dem Kä40 bewegen und sind, wie in 3 dargestellt, im Wesentlichen trapezförmig.
Wie in 2 und 4 dargestellt, sind die Querstäbe 42 radial außerhalb des Teilkreises der Kegelrollen 30 angeordnet, welche zwischen den Laufbahnoberflächen 11 und 21 angeordnet sind. Die Laufbahnoberflächen 11 und der kleine Flansch 12 des inneren Laufrings 10, die Kegelrollen 30 und die Querstäbe 42 des Käfigs 40 bilden eine Innenring-Baugruppe.
Wie in 3 dargestellt, sind die ersten axialen Enden 42a und die zweiten axialen Enden 42b der Querstäbe 42 Enden (Übergabestellen) der abgerundeten Ecken der Querstäbe 42, kontinuierlich mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 43, beziehungsweise dem zweiten ringförmigen Abschnitt 44, verbunden.
Wie in 2-4 dargestellt beinhaltet jeder Querstab 42 in Umfangsrichtung gegenüberliegende Führungsflächen 42c, die konfiguriert sind, die entsprechenden Kegelrollen 30 in Umfangsrichtung zu kontaktieren; erste ausgesparte Flächen 42d, die jeweils zwischen einer jeweiligen Führungsfläche 42c und dem ersten axialen Ende 42a des Querstabs 42 angeordnet sind und in Umfangsrichtung von der Führungsfläche 42c in der Form eines Ausschnitts ausgespart sind; zweite ausgesparte Flächen 42e, die jeweils zwischen einer jeweiligen Führungsfläche 42c und dem zweiten axialen Ende 42b des Querstabs 42 angeordnet sind und in Umfangsrichtung von der Führungsfläche 42c in der Form eines Ausschnitts ausgespart sind. 1 stellt eine Schnittansicht entlang der Linien I-I von 2 dar. Die Linien I-I sind Linien normal zu den Tangenten zwischen den in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Führungsflächen 42c und den dazugehörigen Kegelrollen 30.
Die in 1 und 2 dargestellten Führungsflächen 42c sind leicht konvex in der Längsrichtung der Kegelrolle 30. Jede Führungsfläche 42c weist einen gegenüberliegenden Abschnitt auf, der dem Rollflächen-Zentralabschnitt 31a der dazugehörigen Kegelrolle 30 in Umfangsrichtung gegenüberliegt. Der vorstehende Abschnitt steht in Richtung des Rollflächen-Zentralabschnitts 31a der Kegelrolle 30 hervor und weist einen Apex-Abschnitt 42f auf, bei dem der vorstehende Abschnitt einen maximalen vorstehenden Betrag Dc in Richtung des Rollflächen-Zentralabschnitts 31a der Kegelrolle 30 aufweist. Der Apex-Abschnitt 42f ist deutlich kürzer in der Längsrichtung, verglichen mit dem Rollflächen-Zentralabschnitt 31. In einem Normalzustand kontaktiert jede Führungsfläche 42c die Kegelrolle 30 an dem Apex-Abschnitt 42f, bei dem der vorstehende Abschnitt den maximalen vorstehenden Betrag Dc aufweist. Das bedeutet, dass der Rollflächen-Zentralabschnitt 31a, dessen Mantellinie eine gerade Linie ist, die Führungsfläche 42c nur innerhalb solch eines kurzen Bereichs in Umfangsrichtung kontaktiert, dass sich der Kontakt dazwischen praktisch nicht von einem Punktkontakt unterscheidet, sodass es möglich ist, die Kontaktlängen zwischen den Führungsflächen 42c und den dazugehörigen Kegelrolle in 30 zu verringern. Dies führt zu einer verringerten Scherfestigkeit von Öl zwischen den Führungsflächen 42 und den Kegelrollen 30, und damit zu einem reduzierten Drehmoment des Lagers. Die Führungsflächen 42c müssen nicht in aus geometrischer Sicht streng genaue konvexe Formen geformt werden, falls sie ausreichend sanft gekrümmte Flächen sind, erreichbar durch Pressen.
Der maximale vorstehende Betrag Dc beträgt bevorzugt nicht weniger als 1 Mikrometer, nicht mehr als 50 Mikrometer. Falls er weniger als 1 Mikrometer beträgt, ist es schwer, die Abmessungen der Führungsflächen 42c zu bilden, wie auch zu steuern. Falls der maximale vorstehende Betrag Dc größer als 50 Mikrometer ist, könnten die Kontaktflächendrücke zwischen den Kegelrollen 30 und den Führungsflächen 42 so groß sein, dass sich kein ausreichender Ölfilm dazwischen bildet, was zu vorzeitigem Schaden der Kegelrollen 30 und/oder der Führungsflächen 42c führen könnte. Um die Kontaktflächendrücke zu verringern, beträgt der maximale vorstehende Betrag Dc besonders bevorzugt nicht mehr als 10 µm.
1 zeigt Führungsflächen 42c, die jede eine konvexe Form aufweisen, die einen einzigen Kurvenradius aufweist, sodass der Apex-Abschnitt 42f, der den maximalen vorstehenden Betrag Dc aufweist, an der Längsmitte des Querstabs 42 angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung verringert sich der vorstehende Betrag Dc in Richtung eines Endes 42g von jeder Führungsfläche 42c und beträgt an dem einen Ende 42g Null. Das eine Ende 42g jeder Führungsfläche 42c ist die Übergabestelle, an welcher die Führungsfläche 42c kontinuierlich mit der dazugehörigen ersten ausgesparten Fläche 42d verbunden ist. Die Übergabestelle zwischen der Führungsfläche 42c und der dazugehörigen zweiten ausgesparten Fläche 42c ist das andere Ende der Führungsfläche 42c.
Die Führungsflächen 42c sind so verjüngt, dass sich deren Umfangsabstände von den dazugehörigen Kegelrollen 30 in der Richtung radial nach innen des Käfigs 40 in der Ebene von 2, d.h., einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse der Kegelrollen 30 vergrößern, und so, dass die Länge Lc von jeder Führungsfläche 42c in der Ebene von 2 nicht weniger als 5 % und nicht mehr als 20 % des mittleren Durchmessers der dazugehörigen Kegelrolle 30 in der Ebene von 2 beträgt. Durch Begrenzen der Länge Lc der Führungsfläche 42c auf solch einen kleinen Wert, ist der Bereich, innerhalb dessen sich ein Ölfilm bildet, entsprechend klein zwischen den Querstäben 42 und den Kegelrollen 30, sodass die Scherfestigkeit von Öl zwischen den Kegelrollen 30 und den Querstäben 42 klein ist.
Während in Patentdokument 2 die Länge Lc ebenfalls auf 5 % oder mehr des mittleren Durchmessers der Kegelrolle 30 gesetzt ist, unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von Patentdokument 2 dahingehend, dass die Länge Lc auf 20 % oder weniger des mittleren Durchmessers der Kegelrolle 30 gesetzt ist, anstatt auf weniger als 11 %. Der Grund, aus dem die obere Grenze von der weniger als 11 % in Patentdokument 2 auf 20 % oder weniger in der vorliegenden Erfindung angehoben ist, liegt darin, dass, falls die obere Grenze weniger als 11 % beträgt, dies es schwer macht, die Abmessungen zu kontrollieren und deshalb zu erhöhten Herstellungskosten führen könnte.
Wie in 1, 3 und 4 dargestellt, da jede der ersten ausgesparten Flächen 42d und der zweiten ausgesparten Flächen 42e ein Ausschnitt ist, der in der Umfangsrichtung von der dazugehörigen Führungsfläche 42c, welche eine der schrägen Seiten der dazugehörigen (im Wesentlichen trapezförmigen) Tasche 41 definiert, ausgespart ist, kontaktiert er nie die Rollfläche 31 der dazugehörigen Kegelrolle 30. Mit anderen Worten fungieren die Spalte zwischen den ersten ausgesparten Flächen 42d und den dazugehörigen Rollfläche 31, genauso wie die Spalte zwischen den zweiten ausgesparten Flächen 42e und den dazugehörigen Rollflächen 31 als Ölflusspassagen.
Ein Kegelrollenlager erzeugt einen Pumpeffekt, der den Ölfluss von der Seite des kleinen Durchmessers des Lagers zu der Seite des großen Durchmessers verursacht. Öl, das in den Lagerraum zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 geströmt ist, erzeugt einen Rührwiderstand. Wenn Öl, das durch den Spalt zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 in den Lagerraum zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 (mit dicken Pfeilen in 4 dargestellt) geströmt ist, in Richtung der Seite des großen Durchmessers des Lagers aufgrund des Pumpeffekts strömt, strömt ein großer Betrag solchen Öls schnell durch die Spalte zwischen den ersten ausgesparten Flächen 42d und den Rollflächen 31 in den Lagerraum zwischen dem Kä40 und dem äußeren Laufring 20. Als Ergebnis strömt ein kleiner Betrag von Öl durch den Kä40 und den inneren Laufring 10 und erreicht oder nähert sich dem großen Flansch 13. Dies führt zu einem verringerten Rührwiderstand von Öl.
Da also die Querstäbe 42 die Kegelrollen 30 nicht an deren Abschnitten kontaktieren, an denen sich die ersten ausgesparten Flächen 42d und die zweiten ausgesparten Flächen 42 befinden, ist das Schermoment der Kegelrollen 30 und der Querstäbe 42 durch Öl gering, verglichen mit einer Ausgestaltung, in welcher die Querstäbe Führungsflächen haben, die sich über die gesamten Längen davon erstrecken, und damit weder die ersten ausgesparten Flächen 42d, noch die zweiten ausgesparten Flächen 42e aufweisen.
Der erste ringförmige Abschnitt 43 weist Taschenendflächen 43a auf, die die jeweiligen Kegelrollen 30 axial kontaktieren, und dritte ausgesparte Flächen 43b, die jede in der axialen Richtung von einer jeweiligen Taschenendfläche 43a in der Form eines Ausschnitts ausgespart sind.
Jede Taschenfläche 43a definiert die in Umfangsrichtung kürzere von den zwei parallelen Seiten der dazugehörigen (im Wesentlichen trapezförmigen) Tasche 41, und ist in Umfangsrichtung kontinuierlich mit den ersten axialen Enden 42a der dazugehörigen Querstäbe 42. Jede dritte ausgesparte Fläche 43b ist an einem in Umfangsrichtung mittleren Abschnitt zwischen dem dazugehörigen in Umfangsrichtung benachbarten Paar von Querstäben 42 angeordnet und ist ausgespart, um die dazugehörige Taschenendfläche 43a in zwei Abschnitte in Umfangsrichtung zu teilen. Damit kontaktieren die dritten ausgesparten Flächen 43b nie axial die dazugehörigen Kegelrollen 30, und die Spalte zwischen den dritten ausgesparten Flächen 43b und den Kegelrollen 30 fungieren als Ölflusspassagen. Wenn Öl, das durch den Spalt zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 in den Lagerraum zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 geströmt ist, in Richtung der Seite des großen Durchmessers des Lagers aufgrund des Pumpeffekts strömt, strömt ein großer Betrag solchen Öls schnell durch die Spalte zwischen den dritten ausgesparten Flächen 43b und den Kegelrollen 30 Rollflächen in den Lagerraum zwischen dem Kä40 und dem äußeren Laufring 20. Dies verringert den Rührwiderstand von Öl.
Wie in 4 dargestellt, weist der erste ringförmige Abschnitt 43 einen gegenüberliegenden Abschnitt auf, der der radial äußeren Fläche des kleinen Flanschs 12 radial gegenüberliegt, und den inneren Durchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts 43 (und damit den inneren Durchmesser des Käfigs 40) definiert. Der radiale Spalt g zwischen dem inneren Durchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts 43 und der radial äußeren Fläche des kleinen Flanschs 12 beträgt 2 % oder weniger des äußeren Durchmessers des kleinen Flanschs 12, um den Betrag von Öl zu verringern, der in das Lager durch den Spalt zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 strömt, und damit den Rührwiderstand von Öl zu verringern.
In der ersten Ausführungsform ermöglichen es die ersten ausgesparten Flächen 42d der Querstäbe 42 und die dritten ausgesparten Flächen 43b des ersten ringförmigen Abschnitts 43, dass Öl, das durch den Spalt zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 in den Lagerraum zwischen dem Kä40 und dem inneren Laufring 10 geströmt ist, schnell in den Lagerraum zwischen dem Kä40 und dem äußeren Laufring 20 strömt, wodurch der Rührwiderstand von Öl verringert wird. Die ersten ausgesparten Flächen 42d und die zweiten ausgesparten Flächen 42e der Querstäbe 42 verringern die Scherfestigkeit von Öl zwischen den Kegelrollen 30 und den Querstäben 42. Durch Festlegen der Längen Lc der verjüngten Führungsflächen 42c auf 5 % oder mehr und 20 % oder weniger des mittleren Durchmessers der dazugehörigen Kegelrollen 30, in der Ebene von 2 gemessen, welche senkrecht zu den Mittelachsen der Kegelrollen 30 ist, ist der Bereich, innerhalb dessen sich ein Ölfilm bildet, klein, sodass die Scherfestigkeit von Öl zwischen den Kegelrollen 30 und den Querstäben 42 dementsprechend klein ist.
Der Käfig der ersten Ausführungsform erreicht damit die Vorteile des Reduzierens des Rührwiderstands von Öl und des Scherwiderstands von Öl. Da die Führungsflächen 42c konvexe Formen aufweisen, sind die Kontaktlängen zwischen den Führungsflächen 42c und den dazugehörigen Kegelrolle 30 kurz, wenn dieser Kä40 in Kombination mit Kegelrollen 30 eingesetzt wird, die Rollflächen-Zentralabschnitte 31a aufweisen, die gerade Mantellinien haben. Zusätzlich zu den ersten ausgesparten Flächen 42d, den zweiten ausgesparten Flächen 42e und den dritten ausgesparten Flächen 43b und den kürzeren Längen Lc der Führungsflächen 42c verringert dies weiter den Rührwiderstand von Öl, die Scherfestigkeit von Öl und das Drehmoment des Lagers.
In der ersten Ausführungsform weist die konvexe Form von jeder Führungsfläche 42c einen einzigen Kurvenradius auf, aber jeder Führungsfläche 42c kann eine zusammengesetzte konvexe Form aufweisen, die aus einer Vielzahl von Kurven mit unterschiedlichen Kurvenradii, und/oder einer geraden Linie oder Linien besteht, die nahtlos miteinander verbunden sind. 6 zeigt, als ein Beispiel einer solchen zusammengesetzten konvexen Form, eine sechste Ausführungsform, von welcher nur das, was von der ersten Ausführungsform abweicht, nachfolgend beschrieben wird.
Die in 6 dargestellte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die Führungsflächen 51 der Querstäbe 50 jede eine zusammengesetzte konvexe Form, wie vorangehend beschrieben, aufweisen. Genauer gesagt beinhaltet jede Führungsfläche 51 einen mittleren Abschnitt 51a, der an dem in Längsrichtung mittleren Abschnitt des Querstabs 50 angeordnet ist und einen ersten Kurvenradius R1 aufweist, und die übrigen Abschnitte 51b, das heißt, die Abschnitte, die kontinuierlich mit den jeweiligen Enden des mittleren Abschnitts 51a verbunden sind und jede einen zweiten Kurvenradius R 2 aufweisen.
Der mittlere Abschnitt 51a weist eine konvexe Form auf, mit einem, verglichen mit den verbleibenden Abschnitten 51b, geringen vorstehenden Betrag. Als Beispiel ist der vorstehende Betrag Dc1 des mittleren Abschnitts 51a auf 1-5 Mikrometer gesetzt; die vorstehenden Beträge Dc2 der jeweiligen verbleibenden Abschnitte 51b sind auf 5-10 Mikrometer gesetzt; und der vorstehende Betrag der gesamten Führungsfläche 51 (Dc1 plus Dc2) ist auf 6-15 Mikrometer gesetzt.
Die Länge des mittleren Abschnitts 51a beträgt die halbe Gesamtlänge der Führungsfläche 51. Die Länge von jedem verbleibenden Abschnitt 51b beträgt die halbe Gesamtlänge der Führungsfläche 51, abzüglich der Länge des mittleren Abschnitts 51a.
Der mittlere Abschnitt 51a ist ausreichend kurz in der Längsrichtung der Kegelrollen, verglichen mit dem Rollflächen-Zentralabschnitt der dazugehörigen Kegelrolle und kann sich, obwohl nicht dargestellt, in einer geraden Linie in der Längsrichtung des Querstabs 50 erstrecken, anstatt den Kurvenradius R1 aufzuweisen. In diesem Fall weist die Führungsfläche als ein Ganzes eine konvexe Form auf, die einen vorstehenden Betrag gleich den vorstehenden Beträgen Dc2 der verbleibenden Abschnitte 51b aufweist, sodass die verbleibenden Abschnitte 51b, welche die Kegelrollen nicht kontaktieren, die Kontaktlänge zwischen der Führungsfläche und der Kegelrolle vermindern.
In jeder von den ersten und zweiten Ausführungsformen sind Führungsflächen zwischen den ersten und zweiten ausgesparten Flächen der Querstäbe ausgebildet. In einer Ausgestaltung, in welcher solche Führungsflächen vorgesehen sind, können die dritten ausgesparten Flächen vorgesehen werden oder nicht. Beispielsweise unterscheidet sich die in 7 dargestellte dritte Ausführungsform von den ersten und zweiten Ausführungsformen dahingehend, dass die dritten ausgesparten Flächen weggelassen sind und nur die ersten ausgesparten Flächen 42d und die zweiten ausgesparten Flächen 42e verwendet werden, welche Ausschnitte sind, die in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung von den Wandflächen ausgespart sind, die die Taschen 41 definieren. Jede der Taschenendflächen 43a' des ersten ringförmigen Abschnitts 43'erstreckt sich kontinuierlich zwischen dem dazugehörigen in Umfangsrichtung benachbarten Paar von Querstäben 42.
In der dritten Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform, verringern die ersten ausgesparten Flächen 42d und die zweiten ausgesparten Flächen 42e der Querstäbe 42 und die verjüngten Führungsflächen, die die vorbestimmte Länge Lc (siehe 2) aufweisen, den Rührwiderstand und die Scherfestigkeit von Öl, während die Kontaktlängen zwischen den konvexen Führungsflächen und den Rollflächen-Zentralabschnitten der Kegelrollen (nicht dargestellt) kurz sind, sodass das Drehmoment des Lagers gering ist. Die dritte Ausführungsform ist geeignet in Situationen, in welchen der erste ringförmige Abschnitt 43' so begrenzt in axialer Breite ist, dass es schwer ist, die dritten ausgesparten Flächen in der Form von Ausschnitten durch Stanzen des ersten ringförmigen Abschnitts 43' zu bilden.
In einer Anordnung, in welcher die konvexen Führungsflächen bereitgestellt sind, können die ersten und zweiten ausgesparten Flächen weggelassen werden. Zum Beispiel unterscheidet sich der Kä60 der in 8 und 9 dargestellten vierten Ausführungsform von den ersten und zweiten Ausführungsformen dahingehend, dass die ersten und zweiten ausgesparten Flächen nicht in den Querstäben 62 gebildet sind, welche die Umfangsenden der jeweiligen Taschen 61 definieren, und es sind nur dritte ausgesparte Flächen gebildet, welche Ausschnitte sind, die in axialer oder in Umfangsrichtung von den Wandflächen, die die Taschen 61 definieren, ausgespart sind. Jede konvexe Führungsfläche 62a der vierten Ausführungsform weist gerade Abschnitte auf, die mit den jeweiligen abgerundeten Ecken verbunden sind, die kontinuierlich mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 63 und dem zweiten ringförmigen Abschnitt 64 verbunden sind. Die dritten ausgesparten Flächen 63b, welche von den Taschenendflächen 63a des ersten ringförmigen Abschnitts 63 ausgespart sind, sind die einzigen ausgesparten Flächen, durch welche Öl schnell in den Raum zwischen dem äußeren Laufring und dem Käfig strömen kann. Die Führungsflächen 62a der Querstäbe 62 beginnen an den Übergabestellen zwischen den Führungsflächen 62a und den jeweiligen abgerundeten Ecken. Während die Führungsflächen 62a denselben maximalen vorstehenden Betrag Dc wie die Führungsflächen der ersten Ausführungsform aufweisen und jeweils, wie die Führungsflächen der ersten Ausführungsform, einen einzigen Kurvenradius R aufweisen, unterscheiden sich die Führungsflächen 62a von den Führungsflächen der ersten Ausführungsform dahingehend, dass sich erstere zu den abgerundeten Ecken erstrecken.
Wie in der ersten Ausführungsform, reduzieren in der vierten Ausführungsform die dritten ausgesparten Flächen 63b des ersten ringförmigen Abschnitts 63 und die verjüngten Führungsflächen 62a, die die vorbestimmte Länge Lc aufweisen (siehe 2), den Rührwiderstand und die Scherfestigkeit von Öl, während die Kontaktlängen zwischen Führungsflächen 62a, die von konvexer Form sind, und den Rollflächen-Zentralabschnitten der Kegelrollen (nicht dargestellt) kurz sind, sodass das Drehmoment des Lagers klein ist. Die vierte Ausführungsform ist in geeigneter Weise auf ein Lager anwendbar, das mit hoher Geschwindigkeit rotiert wird, da die Querstangen 62 frei von beispielsweise den ersten ausgesparten Flächen in Form von Ausschnitten sind und somit hohen Belastungen widerstehen können, wenn sich das Lager mit hoher Geschwindigkeit dreht.
In einer Anordnung, in welcher die Querstäbe frei von den ersten und zweiten ausgesparten Flächen sind, können alle konvexen Führungsflächen eine zusammengesetzte Form aufweisen, die aus einer Vielzahl von Kurven mit unterschiedlichen Kufenradii und oder einer geraden Linie oder miteinander glatt verbundenen Linien besteht. Die in 10 dargestellte fünfte Ausführungsform ist ein solches Beispiel.
In der fünften Ausführungsform von 10 sind die Querstäbe 70 frei von den ersten und zweiten ausgesparten Flächen, sodass sich jede konvexe Führungsfläche 71 über die gesamte Länge des Querstabs 70 zwischen den dazugehörigen zwei abgerundeten Ecken erstreckt, wobei jede Führungsfläche 71 eine zusammengesetzte Form aufweist, die aus Kurven mit unterschiedlichen Kurvenradii besteht. Genau gesagt beinhaltet jede Führungsfläche 71, wie bei der zweiten Ausführungsform, einen zentralen Abschnitt 71a, der einen ersten Kurvenradius R1 hat, wobei die verbleibenden Abschnitte 71b einen zweiten Kurvenradius R2 aufweisen.
In einer Anordnung, in welcher die konvexen Führungsflächen bereitgestellt sind, können eine beliebige oder alle der ersten bis dritten ausgesparten Flächen weggelassen werden. Zum Beispiel sind in der in 11 dargestellten sechsten Ausführungsform die dritten ausgesparten Flächen der vierten Ausführungsform zusätzlich weggelassen, sodass der Käfig der vierten Ausführungsform frei von jeglichen Ausschnitten ist, die axial oder in Umfangsrichtung von den Wandflächen, die die Taschen 61 definieren, ausgespart sind. Die Taschenendflächen 63a' erstrecken sich kontinuierlich zwischen den jeweiligen in Umfangsrichtung benachbarten Paaren von Querstäben 62. Wie in der ersten Ausführungsform, reduzieren in der sechsten Ausführungsform die verjüngten konvexen Führungsflächen, die die vorbestimmten Längen Lc aufweisen (siehe 2) die Scherfestigkeit von Öl, während die Kontaktlängen zwischen den Führungsflächen, die die konvexe Form aufweisen, und den Rollflächen-Zentralabschnitten der Kegelrollen (nicht dargestellt) kurz sind, sodass das Drehmoment des Lagers klein ist. Die sechste Ausführungsform ist in Situationen geeignet, in welchen der erste ringförmige Abschnitt 63' in axialer Breite so begrenzt ist, dass es schwer ist, die dritten ausgesparten Flächen in der Form von Ausschnitten durch Stanzen des ersten ringförmigen Abschnitts 63' zu bilden, und es notwendig ist, eine hohe Festigkeit des Käfigs zu gewährleisten.
Die konvexen Führungsflächen jeder der Ausführungsformen können zuerst durch Ausbilden von Taschen in einem Umfangswandabschnitt eines Werkstücks durch Stanzen und anschließendes Fertigbearbeiten der rauen ausgestanzten Oberflächen durch Oberflächenpressen gebildet werden. Der Umfangswandabschnitt des Werkstücks ist ein konisches Teil, das eine radial äußere Fläche, den radial äußeren Flächen der Querstäbe entsprechend, aufweist, und eine radial innere Fläche, den radial inneren Flächen der Querstäbe entsprechend. Taschen-bildende Stempel, die zum Ausbilden der Taschen durch Stanzen verwendet werden, umfassen jeweils eine Schneidkante mit der Form einer Tasche, wenn die Tasche in Richtung des Pfeils in 2 gesehen wird. Oberflächenpressstempel, die zum Oberflächenpressen verwendet werden, beinhalten jeweils eine Pressoberfläche zum Ausbilden einer konvexen Führungsfläche durch Übertragen der Form der Pressfläche.
Wie in 12 und 13 zum Beispiel gezeigt, mit der radial äußeren Fläche des Werkstücks-Umfangswandabschnitts W1 durch Formen D1 gestützt, werden Taschenausbildende Stempel D1, die radial innerhalb des Werkstück-Umfangswandabschnitts W1 angeordnet sind, in der radialen Richtung angetrieben, um den Werkstück-Umfangswandabschnitt W1 zu stanzen, wodurch grob geformte Querstabs-Abschnitte W2 gebildet werden, siehe 14, die im Wesentlichen der Form der Querstäbe entsprechen. Die gestanzten Flächen der grob geformten Querstabs-Abschnitte W2 beinhalten jeweils einen radial inneren Scherflächen-Abschnitt Ws1 und einen radial äußeren Bruchflächen-Abschnitt Ws2.
Wie in 15 und 16 gezeigt, mit den radial äußeren Flächen der grob geformten Querstabs-Abschnitte W2 durch die Formen D1 gestützt, werden die Oberflächenpressstempel P2, die radial innerhalb der jeweiligen grob geformten Querstabs-Abschnitte W2 angeordnet sind, in der radialen Richtung angetrieben, um die gestanzten Oberflächen der jeweiligen grob geformten Querstabs-Abschnitte W2 zu pressen. Dies verursacht, dass die grob geformten Querstabs-Abschnitte W2 so umgeformt werden, dass die Bruchflächen-Abschnitte Ws2 in der Umfangsrichtung, wie durch eine Zweipunkt-Strichlinie in 17 dargestellt, hervorstehen, und bildet eine konvexe Führungsfläche Ws3 auf jeder gestanzten Fläche.
Taschen-bildende Stempel können verwendet werden, um den Werkstücks-Umfangswandabschnitt von radial außerhalb davon zu stanzen. Wie beispielsweise in 18 und 19 dargestellt, mit der radial inneren Fläche des Werkstücks-Umfangswandabschnitts W1 durch Formen D2 gestützt, werden Taschen-bildende Stempel P3, die radial außerhalb des Werkstücks-Umfangswandabschnitts W1 angeordnet sind, in der radialen Richtung angetrieben, um den Werkstücks-Umfangswandabschnitt W1, wie in 19 dargestellt, zu stanzen, wodurch grob geformte Querstabs-Abschnitte W3, wie in 20 dargestellt, gebildet werden. Gestanzte Flächen solcher grob geformten Querstabs-Abschnitte W3 beinhalten jeweils einen radial äußeren Scherflächen-Abschnitt Ws4 und einen radial inneren Bruchflächen-Abschnitt Ws5. In dieser Anordnung ist der Abstand zwischen jeder Form D2 und dem dazugehörigen Taschen-bildenden Stempel P3 größer als der dazugehörige Abstand in der Anordnung von 17, sodass der Bruchflächen-Abschnitt Ws5 jeder gestanzten Fläche stärker abnimmt relativ zu dem Scherflächen-Abschnitt Ws3, verglichen mit der Anordnung von 17. Die gestanzten Flächen werden durch die Oberflächenpressstempel auf die gleiche Weise wie in 15 gepresst, außer dass die Scherflächen-Abschnitte Ws5 der grob geformten Querstabs-Abschnitte W3 von den Oberflächenpressstempeln gepresst werden.
Die ersten, zweiten und/oder dritten ausgesparten Flächen werden durch Stanzen überschüssiger Abschnitte des Werkstücks-Umfangswandabschnitts entsprechend der ausgesparten Flächen durch die Taschen-bildenden Stempel gebildet. Falls beispielsweise die ersten ausgesparten Flächen gebildet werden, wird die Form des Käfigs vorzugsweise so betrachtet, dass eine Verformung der Taschen minimiert wird, die durch die Taschen-bildenden Stempel gebildet werden.
Genau gesagt, falls der Käfig die dritten ausgesparten Flächen beinhaltet, ist es, wie in 3 und 21 gezeigt, bevorzugt, dass die Querstäbe 42 radial innere Flächen 42h aufweisen, die in einer gedachten konischen Fläche liegt; der erste ringförmige Abschnitt 43 eine abgerundete Eckfläche 43c aufweist, welche in der radialen Richtung von einem geraden Abschnitt mit den radial inneren Flächen 42h der Querstäbe 42 fluchtend gebogen ist (Punkt Po1 in 21 bezeichnet die Grenze zwischen dem geraden Abschnitt und der abgerundeten Eckfläche 43c); und die dritten ausgesparten Flächen 43d Tiefen G von 0,1 mm oder mehr aufweisen und innerhalb des geraden Abschnitts angeordnet sind. Die Tiefen G der dritten ausgesparten Flächen 43d sind die Werte gemessen von den jeweiligen Taschenendflächen 43a in der Richtung der radial inneren Flächen 42h der Querstäbe 42. Solch ein Käfig kann durch Ausformen von Taschen in einem becherförmigen Werkstück gebildet werden, das einen Umfangswandabschnitt beinhaltet, der die vorangehend beschriebenen radial inneren Flächen 42h aufweist und den vorangehend beschriebenen ersten ringförmigen Abschnitt 43, welcher mit dem vorangehend beschriebenen geraden Abschnitt und der abgerundeten Eckfläche 43c gebildet ist. Mit dieser Anordnung, während die Taschen durch Stanzen gebildet werden, zeigt der Werkstücks-Umfangswandabschnitt ausreichende Festigkeit. Da die dritten ausgesparten Flächen 43d durch Stanzen gebildet werden, innerhalb des Bereichs der radial inneren Flächen 42h und des geraden Abschnitts des ersten ringförmigen Abschnitts 43, welcher eine Erweiterung der radial inneren Flächen 42h ist, und nicht in dem gekurvten Abschnitt gebildet werden, der zu der abgerundeten Eckfläche 43c gehört, ist es möglich, eine Verformung der Taschen zu verhindern. Die Tiefen G der dritten ausgesparten Flächen 43d betragen 0,1 mm oder mehr, um minimale Spalte sicherzustellen, die ein Passieren von genug Öl für ein ausreichend geringes Drehmoment erlauben.
Falls der Käfig die ersten und zweiten ausgesparten Flächen beinhaltet, ist es, wie in 7 und 22 dargestellt, bevorzugt, dass die Tiefen H von beiden von den ersten ausgesparten Flächen 42d und den zweiten ausgesparten Flächen 42e so bestimmt werden, dass das Verhältnis der Breite w jedes Querstabs 42 zu dessen Wanddicke t gleich oder geringer ist als 1,05. Die Tiefen H der ersten ausgesparten Flächen 42d und der zweiten ausgesparten Flächen 42e sind die Werte, gemessen in der Umfangsrichtung von Übergabestellen (durch Po2 in 7 gekennzeichnet) zwischen den ersten und zweiten ausgesparten Flächen 42d und 42e, welche beide Ausschnitte sind, und den länglichen Zentralabschnitten der Querstäbe 42, in der Umfangsrichtung. Die Breite w jedes Querstabs 42 ist die lineare Distanz zwischen zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Punkten auf den in Umfangsrichtung gegenüberliegenden gestanzten Flächen des Querstabs 42. Die Wanddicke t jedes Querstabs 42 ist die lineare Distanz zwischen zwei radial gegenüberliegenden Punkten auf der radial inneren Fläche und der radial äußeren Fläche des Querstabs 42. Falls das Verhältnis von Breite w zu Wanddicke t geringer ist als 1,05, können die grob geformten Querstabs-Abschnitte nicht fest genug sein und könnten verbogen werden, was zu einer schlechten Qualität des fertigen Produkts führen kann. Falls das obige Verhältnis 1,05 oder höher ist, werden die Querstäbe 42 nie verbogen.
In 22 ist der Schnitt des äußersten rechten Querstabs 42 entlang der Linie a-a von 7 genommen, welche durch Punkt Po2 verläuft; der Schnitt des mittleren Querstabs 42 ist entlang der Linie b-b von 7 genommen; und der Schnitt des äußersten linken Querstabs 42 ist entlang der Linie c-c von 7 genommen. Auf dem c-c-Schnitt ist die Tiefe H der ersten ausgesparten Fläche 42d maximal und das Verhältnis von Breite w zu Wandstärke t beträgt 1,05. Dies maximiert den Spalt, der ein Passieren von genug Öl für ein geringeres Drehmoment ermöglicht. Die zweiten ausgesparten Flächen 42e sind ebenfalls ähnlich geformt. Grundsätzlich werden die Tiefen H der ersten ausgesparten Flächen 42d und der zweiten ausgesparten Flächen 42e so bestimmt, dass deren Boden nicht über die Apex-Abschnitte 42f der dazugehörigen Führungsflächen hervorsteht, wo die Querstäbe die Kegelrollen kontaktieren sollen. Dies verhindert, dass die Kegelrollen in Kontakt mit den Böden der ersten ausgesparten Flächen 42d und der zweiten ausgesparten Flächen 42e treten, wodurch der Gleitwiderstand zwischen den Querstäben 42 und den Kegelrollen reduziert wird, und damit das Drehmoment. Damit werden die Tiefen H der ersten und zweiten ausgesparten Flächen 42d und 42e mindestens so bestimmt, dass deren Böden gleichauf mit den Apex-Abschnitten 42f sind (siehe den Schnitt des äußersten rechten Querstabs 42 in 22, welcher entlang der Linie a-a von 7 genommen ist).
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur Beispiele sind und die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist daher zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Beschreibung der vorliegenden Erfindung sondern durch die Ansprüche definiert ist und jegliche Modifikationen abdeckt, die wörtlich oder äquivalent in den Ansprüchen aufgeführt sind.
Bezugszeichenliste

10.: Innerer Laufring
11.: Laufoberfläche
12.: Kleiner Flansch
13.: Großer Flansch
30.: Kegelrolle
31a.: Rollflächen-Zentralabschnitt
31b, 31c.: Balligkeitsabschnitt
40, 60.: Käfig
41, 61.: Tasche
42, 50, 62, 70.: Querstab
42a.: Erstes axiales Ende
42b.: Zweites axiales Ende
42c, 51, 62a, 71.: Führungsfläche
42d.: Erste ausgesparte Fläche
42e.: Zweite ausgesparte Fläche
42h.: Radial innere Fläche
43, 43', 63, 63'.: Erster ringförmiger Abschnitt
43a, 43a', 63a, 63a'.: Taschenendfläche
43b, 63b.: Dritte ausgesparte Fläche
44, 64.: Zweiter ringförmiger Abschnitt
Dc.: Vorstehender Betrag
g.: Radialer Spalt
Lc.: Länge
Lr.: Rollen-Gesamtlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4949652 [0005]
JP 5334665 [0005]

Claims

Ein Käfig, der mit Taschen (41) ausgebildet ist, die so konfiguriert sind, dass sie jeweils eine aus einer Vielzahl von Kegelrollen (30) aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig umfasst: eine Vielzahl von Querstäben (42, 50), die in Umfangsrichtung benachbarte Paare der Taschen (41) voneinander trennen; einen ersten ringförmigen Abschnitt (43, 43'), der kontinuierlich mit ersten axialen Enden (42a) der Querstäbe (42, 50) verbunden ist; und einen zweiten ringförmigen Abschnitt (44), der einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als ein Außendurchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts (43, 43'), und kontinuierlich mit zweiten axialen Enden (42b) der Querstäbe (42, 50) verbunden ist, welche entgegengesetzt zu den ersten axialen Enden (42a) der Querstäbe (42, 50) sind, wobei jeder der Querstäbe (42, 50) beinhaltet: Führungsflächen (42c, 51), die so konfiguriert sind, dass sie entsprechende der Kegelrollen (30) in Umfangsrichtung kontaktieren; erste ausgesparte Flächen (42d) in der Form von Ausschnitten, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Führungsflächen (42c, 51) und dem ersten axialen Ende (42a) des Querstabs (42, 50) angeordnet sind, und von der entsprechenden der Führungsflächen (42c, 51) in Umfangsrichtung ausgespart sind; und zweite ausgesparte Flächen (42e) in der Form von Ausschnitten, die jeweils zwischen einer entsprechenden der Führungsflächen (42c, 51) und dem zweiten axialen Ende (42b) des Querstabs (42, 50) angeordnet sind, und von der entsprechenden der Führungsflächen (42c, 51) in Umfangsrichtung ausgespart sind, wobei die Führungsflächen (42c, 51) in einer Längsrichtung der Kegelrollen (30) leicht konvex sind, wobei jede der Kegelrollen (30) einen Rollflächen-Zentralabschnitt (31a) beinhaltet, der an einem zentralen Abschnitt von einer gesamten Länge (Lr) der Kegelrolle (30) angeordnet ist, und eine gerade Mantellinie hat, und Balligkeitsabschnitte (31 b und 31c), die sich jeweils von einem Ende des Rollflächen-Zentralabschnitts (31a) so erstrecken, dass ein Durchmesser des Balligkeitsabschnitts (31b, 31c) in einer Richtung weg von dem einen Ende allmählich abnimmt, und wobei jede der Führungsflächen (42c, 51) einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der einen maximalen vorstehenden Betrag (Dc) in Richtung des Rollflächen-Zentralabschnitts (31a) einer entsprechenden der Kegelrollen (30) aufweist, wobei der vorstehende Abschnitt in der Längsrichtung der Kegelrolle (30) kürzer ist als der Rollflächen-Zentralabschnitt (31a) der Kegelrolle (30).
Der Käfig nach Anspruch 1, worin der erste ringförmige Abschnitt (43) Taschenendflächen (43a) beinhaltet, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie eine entsprechende der Kegelrollen (30) axial kontaktieren, und dritte ausgesparte Flächen (43b) in der Form von Ausschnitten, die jeweils von einer entsprechenden der Taschenendflächen (43a) axial ausgespart sind, und worin jede der dritten ausgesparten Flächen (43b) zwischen einem jeweiligen in Umfangsrichtung benachbarten Paar der Querstäbe (42, 50) an einem zentralen Abschnitt in Umfangsrichtung angeordnet ist.
Der Käfig nach Anspruch 1 oder 2, worin jede der Führungsflächen (42c, 51) verjüngt ist und eine Länge (Lc) aufweist, die nicht weniger als 5% und nicht mehr als 20% eines durchschnittlichen Durchmessers einer entsprechenden der Kegelrollen (30) beträgt, in einer Ebene senkrecht zu einer Mittelachse der Kegelrolle (30).
Der Käfig nach einem der Ansprüche 1-3, worin jede der ersten ausgesparten Flächen (42d) und der zweiten ausgesparten Flächen (42e) eine Tiefe (H) aufweist, die so bestimmt ist, dass ein Verhältnis von einer Breite (W) eines entsprechenden der Querstäbe (42, 50) zu einer Wanddicke (t) des entsprechenden der Querstäbe (42, 50) gleich oder höher ist als 1,05.
Ein Käfig, der mit Taschen (41, 61) ausgebildet ist, die so konfiguriert sind, dass sie jeweils eine aus einer Vielzahl von Kegelrollen (30) aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig umfasst: eine Vielzahl von Querstäben (42, 50, 62, 70), die in Umfangsrichtung benachbarte Paare der Taschen (41, 61) voneinander trennen; einen ersten ringförmigen Abschnitt (43, 63), der kontinuierlich mit ersten axialen Enden (42a) der Querstäbe (42, 50, 62, 70) verbunden ist; und einen zweiten ringförmigen Abschnitt (44, 64), der einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als ein Außendurchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts (43, 63), und kontinuierlich mit zweiten axialen Enden (42b) der Querstäbe (42, 50, 62, 70) verbunden ist, welche entgegengesetzt zu den ersten axialen Enden (42a) der Querstäbe (42, 50, 62, 70) sind, wobei die Querstäbe (42, 50, 62, 70) Führungsflächen (42c, 51, 62a, 71) aufweisen, die konfiguriert sind, entsprechende der Kegelrollen (30) in Umfangsrichtung zu kontaktieren, worin die ersten ringförmigen Abschnitte (43, 63) Taschenendflächen (43a, 63a) beinhalten, die jeweils konfiguriert sind, eine entsprechende der Kegelrollen (30) axial zu kontaktieren, und dritte ausgesparte Flächen (43b, 63b) in der Form von Ausschnitten, die jeweils von einer entsprechenden der Taschenendflächen (43a, 63a) axial ausgespart sind, worin jede der dritten ausgesparten Flächen (43b, 63b) an einem in Umfangsrichtung zentralen Abschnitt zwischen einem jeweiligen in Umfangsrichtung benachbarten Paar der Querstäbe (42, 50, 62, 70) angeordnet ist, worin die Führungsflächen (42c, 51, 62a, 71) leicht konvex in einer Längsrichtung der Kegelrollen (30) sind, worin jede der Kegelrollen (30) einen Rollflächen-Zentralabschnitt (31a) beinhaltet, der an einem zentralen Abschnitt von einer gesamten Länge (Lr) der Kegelrolle (30) angeordnet ist, und eine gerade Mantellinie aufweist, und Balligkeitsabschnitte (31b und 31c), die sich jeweils von einem Ende des Rollflächen-Zentralabschnitts (31a) so erstrecken, dass ein Durchmesser des Balligkeitsabschnitts (31b, 31c) in einer Richtung weg von dem einen Ende allmählich abnimmt, und worin jede der Führungsflächen (42c, 51, 62a, 71) einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der einen maximalen vorstehenden Betrag (Dc) in Richtung des Rollflächen-Zentralabschnitts (31a) einer entsprechenden der Kegelrollen (30) aufweist, wobei der vorstehende Abschnitt in der Längsrichtung der Kegelrolle (30) kürzer ist als der Rollflächen-Zentralabschnitt (31a) der Kegelrolle (30).
Der Käfig von Anspruch 2 oder 5, worin die Querstäbe (42, 50, 62, 70) radial innere Flächen (42h) aufweisen, die in einer gedachten konischen Fläche liegen, worin der erste ringförmige Abschnitt (43, 63) einen geraden Abschnitt aufweist, der bündig mit den radial inneren Flächen (42h) der Querstäbe (42, 50, 62, 70) ist, und eine abgerundete Eckfläche (43c), die in einer radialen Richtung von dem geraden Abschnitt gebogen ist, und worin die dritten ausgesparten Flächen (43b, 63b) Tiefen (G) von 0,1 mm oder mehr aufweisen und innerhalb des geraden Abschnitts angeordnet sind.
Ein Käfig, der mit Taschen (41, 61) ausgebildet ist, die so konfiguriert sind, dass sie jeweils eine aus einer Vielzahl von Kegelrollen (30) aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig umfasst: eine Vielzahl von Querstäben (42, 50, 62, 70), die in Umfangsrichtung benachbarte Paare der Taschen (41, 61) voneinander trennen; einen ersten ringförmigen Abschnitt (43, 43', 63, 63'), der kontinuierlich mit ersten axialen Enden (42a) der Querstäbe (42, 50, 62, 70) verbunden ist; und einen zweiten ringförmigen Abschnitt (44, 64), der einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als ein Außendurchmesser des ersten ringförmigen Abschnitts (43, 43', 63, 63'), und kontinuierlich mit zweiten axialen Enden (42b) der Querstäbe (42, 50, 62, 70) verbunden ist, welche entgegengesetzt zu den ersten axialen Enden (42a) der Querstäbe (42, 50, 62, 70) sind, wobei die Querstäbe (42, 50, 62, 70) Führungsflächen (42c, 51, 62a, 71) aufweisen, die konfiguriert sind, entsprechende der Kegelrollen (30) in Umfangsrichtung zu kontaktieren, worin jede der Führungsflächen (42c, 51, 62a, 71) verjüngt ist und eine Länge (Lc) aufweist, die nicht weniger als 5 % und nicht mehr als 20 % eines mittleren Durchmessers einer entsprechenden der Kegelrollen (30) beträgt, in einer Ebene senkrecht zu einer Mittelachse der Kegelrolle (30), und worin die Führungsflächen (42c, 51, 62a, 71) leicht konvex in einer Längsrichtung der Kegelrollen (30) sind.
Der Käfig nach einem der Ansprüche 1-6, worin der maximale vorstehende Betrag (Dc) nicht weniger als 1 Mikrometer und nicht mehr als 50 Mikrometer beträgt.
Ein Kegelrollenlager, umfassend: einen inneren Laufring (10), der eine Lauffläche (11), einen kleinen Flansch (12), und einen großen Flansch (13) aufweist; und den Käfig (40, 60) nach einem der Ansprüche 1-8, worin ein radialer Spalt (g) zwischen einer radial inneren Fläche des ersten ringförmigen Abschnitts (43, 43', 63, 63') und einer radial äußeren Fläche des kleinen Flanschs (12) definiert ist, wobei der radiale Spalt (g) 2% oder weniger eines Außendurchmessers des kleinen Flanschs (12) beträgt.