DE19845051B4

DE19845051B4 - Kunststoff-Käfig für Rollenlager

Info

Publication number: DE19845051B4
Application number: DE19845051A
Authority: DE
Inventors: Susumu Fujisawa Takano; Yukio Fujisawa Ohura
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2018-10-01
Also published as: GB9821080D0; JPH11166544A; DE19845051A1; US6315459B1; GB2329942A; JP3733747B2; GB2329942B

Abstract

Kunststoff-Käfig zur Verwendung in einem Rollenlager mit einem Laufring (11), mit einem kreisförmigen Ringabschnitt (5) mit einer inneren Seitenfläche, die an einem axialen Ende des Käfigs vorgesehen ist; und einem Stegabschnitt, der mit einer Vielzahl von Stegen (4) ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet angeordnet sind, an einem Ende zu der inneren Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts (5) verlängert sind und in Umfangsrichtung mit einem Zwischenraum gegenüberliegende Seitenflächen von benachbarten Stegen aufweisen, so dass eine Vielzahl von Taschen (7) gebildet ist, die jeweils auf drei Seiten durch die in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seitenflächen der benachbarten Stege (4) und die innere Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts (5) definiert sind, um darin Rollen (6) drehbar aufzunehmen, die einen bestimmten Außendurchmesser (D₆) aufweisen, wobei die Taschen (7) radial äußere und innere Öffnungen festlegen, und wobei zumindest einige der Stege (4) einen peripheren Oberflächenabschnitt aufweisen, der mit einem Berührungsvorsprung (16) zum Eingriff mit einem Stegabschnitt...

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoff-Käfig für ein Rollenlager, insbesondere Verbesserungen eines Kunststoffkäfigs, der in ein Rollenlager eingebaut ist, das einen Drehkörper, beispielsweise die Welle einer Werkzeugmaschine, abstützt, die mit hoher Drehzahl angetrieben ist, wobei sie mit kleinen Mengen von Schmierfett oder Schmieröl geschmiert ist.
Um die Genauigkeit der Bearbeitung zu verbessern, ist für die drehbare Lagerung der Welle von Werkzeugmaschinen ein Lager erwünscht, das in hohem Maße starr ist und eine hohe Umlaufgeschwindigkeit sowie eine geringe Wärmeerzeugung aufweist. Darüber hinaus ist in den letzten Jahren eine Hochgeschwindigkeits-Stabilität erwünscht, um die Bearbeitungseffizienz zu verbessern, so daß die Ausrüstung mit hohen Geschwindigkeiten während langer Zeitspannen verwendet werden kann.
In Hinblick auf diese Eigenschaften ist zur Verbesserung der Starrheit in Radialrichtung die Verwendung eines zylindrischen Rollenlagers als Lager üblich geworden. Auch ist zur Verbesserung der Umlaufgenauigkeit sowie weiter zur Verbesserung der Starrheit in Radialrichtung der Innenraum im Inneren des zylindrischen Rollenlagers negativ ausgebildet worden, so daß eine Vorlast bzw. Vorspannung auf das Lager zur Einwirkung gebracht ist.
Das zur Einwirkungbringen dieser Art einer Vorlast schafft jedoch äußerst ernsthafte Bedingungen für ein Lager, wie beispielsweise ein Rollenlager, was es leicht macht, daß ein Fehlverhalten, wie beispielsweise Verschleiß und Verklemmen innerer Teile, auftritt.
Daher sind Rollenlager für normale industrielle Maschinen üblicherweise derart hergestellt, daß es innerhalb des Lagers während des Betriebes einen positiven Raum gibt, der es möglich macht, die Lebensdauer des Lagers bis zum Abblättern zu verlängern, sowie einen Abfall der Lagerungsfunktionen infolge von Störungen zu überwinden.
Des weiteren ist es für Rollenlager von Werkzeugmaschinen üblich, daß sie unter Schmierbedingungen, wie beispielsweise dem Zuführen sehr kleiner Mengen von Schmierfett oder Schmieröl, betrieben werden, um die während des Betriebs erzeugte Wärme zu minimieren. Mit anderen Worten ist es möglich, den Hin- und Herbewegungswiderstand des Schmiermittels und die infolge des Hin- und Herbewegungswiderstandes erzeugte Wärme zu verringern, indem die Menge des Schmierfettes oder Schmiermittels auf der minimal erforderlichen Menge gehalten wird.
Es gibt viele Probleme, die gelöst werden müssen, um die Drehzahl eines Drehkörpers, beispielsweise einer Welle, die mittels eines Rollenlagers abgestützt ist, damit sie sich frei dreht, unter den obenbeschriebenen strengen Betriebsbedingungen weiter zu erhöhen. Ein solches Problem ist das des Verschleißes des Kupferlegierungs-Käfigs, der bei herkömmlichen Rollenlagern standardmäßig verwendet wird.
Das heißt, wenn ein Rollenlager unter den obenbeschriebenen extrem strengen Bedingungen verwendet wird, reiben die Fläche rund um sowohl den inneren als auch den äußeren Umfang des Käfigs oder die innere Fläche von Taschen stark gegen die Umfangsflächen der Laufbahnen oder gegen die Flächen der Rollen (Rollfläche und Stirnfläche).
Da der Kupferlegierungs-Käfig, der im Vergleich mit dem harten Stahl des Lagers, das die Laufbahn und den Käfig umfaßt, weich ist, verschleißt der Käfig, ist es ein Leichtes, daß Abriebpulver von dem Käfig infolge des Abriebs erzeugt wird. Insbesondere wenn ein Schmierfett zum Schmieren des Rollenlagers verwendet wird, wird dieses Abriebpulver mit dem Schmierfett vermischt (verschmutztes Schmierfett), wodurch die Schmierung mittels des Schmierfetts herabgesetzt wird. Wenn die Schmierung in hohem Maße herabgesetzt wird, besteht die Möglichkeit, daß das Rollenlager in einer kurzen Zeitspanne bis zum Festklemmen bzw. Fressen heiß werden kann oder daß ein anderer Schaden infolge des Verschleißes auftreten kann.
Unter Berücksichtigung dieser Probleme ist in den letzten Jahren die Verwendung von Kunststoff-Käfigen bei Rollenlagern zur freiumlaufenden Abstützung von Drehkörpern, die schwere Lasten aufnehmen, wie beispielsweise die Welle von Werkzeugmaschinen, immer üblicher geworden.
Normalerweise werden diese Kunststoff-Käfige durch Spritzformen von faserverstärktem Kunststoff hergestellt, in dem eine geeignete Menge eines Verstärkungsmaterials, beispielsweise Glasfaser, mit einem Kunststoff, beispielsweise ein Polyamidkunststoff, vermischt ist, der besonders gute Reibeigenschaften (Verschleißbeständigkeit) aufweist. Bei Rollenlagern mit einem Kunststoffkäfig dieser Art ist es schwieriger, daß Abriebpulver unter den obenbeschriebenen strengen Bedingungen erzeugt wird, und es ist somit schwieriger, daß eine Beschädigung, wie beispielsweise ein Klemmen oder ein ernsthafter Verschleiß, auftritt.
Jedoch kann es sein, daß ausschließlich durch Veränderung des Materials des Käfigs bei dem Rollenlager zur drehbaren Lagerung eines Drehkörpers, wie beispielsweise der Welle von Werkzeugmaschinen, der eine große Last aufnimmt, insbesondere durch Übergehen von einer Kupferlegierung zu einem Kunststoff nicht möglich ist, in geeigneter Weise die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Drehlagerung aufrechtzuerhalten. Der Grund hierfür ist folgender. Bei Kunststoffharzen wie beispielsweise einem glasfaserverstärktem Polyamidkunststoff, ist die Steifigkeit und die Bruchfestigkeit geringer als bei einer Kupferlegierung. Daher ist es, wenn die gleiche Gestalt wie bei einem herkömmlichen Kupferlegierungs-Käfig verwendet wird, schwierig, eine geeignete Steifigkeit und Festigkeit beizubehalten. Aus diesem Grund werden die Gestalt und Abmessungen des Kunststoff-Käfigs dicker und größer gemacht als bei dem herkömmlichen Kupferlegierungs-Käfig.
Im allgemeinen wird zur Herstellung des Kunststoff-Käfigs im Wege des Spritzgießens eine Form verwendet, und ist die Gestalt dieser Form in Abhängigkeit von der Gestalt des herzustellenden Käfigs entweder eine solche des Typs mit radialer Teilung oder eine solche des Typs mit einer axialen Teilung. Hierbei ist der Typ mit einer axialen Teilung aus zwei Formelementen hergestellt, die sich in Axialrichtung des Kunststoff-Käfigs gegeneinander verschieben. Daher ist die Gestalt des herzustellenden Käfigs eine solche, daß das Paar der Formelemente in axialer Richtung entfernt wird, oder mit anderen Worten muß der Käfig eine solche Gestalt besitzen, daß das Paar der Formelemente voneinander getrennt werden kann, damit der Kunststoff-Käfig nach dem Spritzformen nicht verkratzt wird. Andererseits umfaßt der Typ einer Form mit radialer Teilung ein Paar Formelemente, die sich in radialer Richtung des Kunststoff-Käfigs bewegen, und mehrere Formelemente (üblicherweise in einer der Anzahl der vorgesehenen Taschen entsprechenden Anzahl), die in radialer Richtung frei bewegt werden können. In diesem Fall ist es nicht notwendig, daß die Gestalt des herzustellenden Kunststoff-Käfigs eine solche ist, daß die Formelemente in axialer Richtung entfernt werden. In dem Fall einer Form des Typs mit radialer Teilung ist jedoch die Herstellung der Form kompliziert, so daß im Vergleich mit dem Kunststoff-Käfig, der unter Verwendung einer Form des Typs mit axialer Teilung hergestellt wird, hohe Herstellungskosten nicht vermieden werden können.
Kunststoff-Käfige, die in ein Rollenlager eingebaut sind, besitzen einen ersten und einen zweiten kreisförmigen Ringabschnitt, die derart angeordnet sind, daß sie konzentrisch und parallel zueinander verlaufen und einen zwischen ihnen liegenden Raum aufweisen. Darüber hinaus sind mehrere Stege zwischen dem ersten und dem zweiten kreisförmigen Ringabschnitt angeordnet und entlang des Umfangs gleichmäßig beabstandet, und ist ein Ende der Stege in der Fortsetzung der inneren Seitenfläche des ersten Ringabschnitts ausgebildet, und ist das andere Ende der Stege in der Fortsetzung der inneren Seitenfläche des zweiten Ringabschnitts ausgebildet. Des weiteren sind Rollen innerhalb von Taschen drehbar untergebracht, die in den Abschnitten ausgebildet sind, die von den einander in der Umfangsrichtung der benachbarten Stegabschnitte gegenüberliegenden Flächen, und den inneren Seitenflächen des ersten und des zweiten Ringabschnitts umgeben sind.
Bei der Herstellung eines Kunststoff-Käfigs dieser Art eines Rollenlagers unter Verwendung einer Form des Typs mit axialer Teilung ist es notwendig, den Innendurchmesser des ersten Ringabschnitts zu auszubilden, daß er größer als der Außendurchmesser des zweiten Ringabschnitts ist, um die zuvor genannten Einschränkungen bei der Herstellung zu erfüllen.
Wenn andererseits der Kunststoff-Käfig unter Verwendung einer Form des Typs mit radialer Teilung hergestellt wird, können der erste und der zweite Ringabschnitt mit den gleichen Abmessungen und der gleichen Gestalt hergestellt werden. Es wird herkömmlicherweise angenommen, daß dann, wenn die Abmessungen und die Gestalt des ersten und des zweiten Ringabschnitts in dieser Weise gleich ausgebildet werden und wenn der Kunststoff-Käfig in Bezug auf das Zentrum entlang der Axialrichtung symmetrisch ist, es dann möglich ist, das dynamische Gleichgewicht des Kunststoff-Käfigs aufrechtzuerhalten, wenn das Rollenlager mit hoher Drehzahl arbeitet und sich der Kunststoff-Käfig mit hoher Drehzahl dreht, um so seine Haltbarkeit aufrechtzuerhalten. Daher ist herkömmlicherweise die Form des Typs mit radialer Teilung für die Herstellung des Käfigs verwendet worden, der in dem Rollenlager zur drehbaren Lagerung eines Drehkörpers, der große Lasten aufnimmt, wie beispielsweise bei der Welle von Werkzeugmaschinen, eingebaut ist, und ist der Kunststoff-Käfig 1 mit einer symmetrischen Gestalt mit Bezug auf das Zentrum entlang der axialen Richtung gemäß Darstellung in 31 verwendet worden.
Wenn der Kunststoff-Käfig 1 mit einer symmetrischen Gestalt rund um das Zentrum entlang der axialen Richtung wie oben beschrieben in ein zylindrisches Rollenlager ist, das die Drehlagerung für einen Drehkörper, der große Lasten aufnimmt, wie beispielsweise die Welle von Werkzeugmaschinen, bildet, eingebaut ist, haben die Erfinder im Wege einer Untersuchung festgestellt, daß es nicht zwangsläufig möglich ist, die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Kunststoff-Käfigs 1 in adäquater Weise aufrechtzuerhalten. Der Grund hierfür ist folgender.
Das heißt, es besteht kein Problem, wenn das Rollenlager mit Kunststoff-Käfig 1 in ordnungsgemäßer Weise in dem Drehlagerungsabschnitt eingebaut ist, es ist jedoch nicht immer möglich, es ordnungsgemäß einzubauen. Wenn beispielsweise die Einstellung des Zusammenbauspiels ungeeignet ist, wie beispielsweise dann, wenn das Gehäuse und der Außenring oder die Welle und der Innenring zu fest angebracht sind, besteht die Möglichkeit, daß sich das Innenspiel in dem Rollenlager zur negativen Seite verschiebt. Sogar dann, wenn das Innenspiel des Lagers unmittelbar nach dem Zusammenbau ordnungsgemäß ist, und das Rollenlager übermäßige Wärme infolge des Hin- und Herbewegungswiderstandes des Schmiermittels während des Testbetriebes erzeugt, besteht darüber hinaus die Möglichkeit, daß sich das Innenspiel des Rollenlagers während des Betriebs stark zur negativen Seite verschiebt.
Wenn sich das Innenspiel des Rollenlagers stark zur negativen Seite verschiebt, besteht, wenn die zentrale Achse des Innenrings und die zentrale Achse des Außenrings infolge einer geringen Einbautoleranz unter einem Winkel zueinander stehen oder eine geringe Bearbeitungspräzision der Welle und des Gehäuses vorliegt, die Möglichkeit, daß der Kunststoff-Käfig 1 beschädigt werden kann. Das heißt, in diesem Fall wird der Umlauf der Rollen, die das Rollenlager bilden, unregelmäßig, was bewirkt, daß eine Unterschiedlichkeit der Umlaufgeschwindigkeit der Rollen in einer Reihe auftritt. Demzufolge werden die Rollflächen der Rollen mit unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten zwischen den anderen Rollen gegen die gegenüberliegenden Stege 4 gedrückt, und wirken anormale Kräfte in der Umfangsrichtung an diesen Stegen 4.
Wie oben angegeben, sind in dem Fall des Kunststoff-Käfigs 1, der unter Verwendung einer Form des Typs mit radialer Teilung hergestellt ist und der in Hinblick auf das Zentrum in der axialen Richtung symmetrisch gestaltet ist, die beiden Enden der Stege 4 durch den ersten kreisförmigen Ringabschnitt 2 und den zweiten kreisförmigen Ringabschnitt 3 fest verbunden und abgestützt. Ebenfalls wie oben beschrieben ist die Dicke des Kunststoff-Käfigs etwas vergrößert, und ist die elastische Deformation gering, sodass es nicht möglich ist, die an den Stegen 4 zur Einwirkung gebrachte Kraft abzuführen. Daher werden die Beanspruchungen, die in dem Kunststoff-Käfig 1 beispielsweise an den Bereichen, an denen die Enden der Stege 4 mit dem ersten kreisförmigen Ringabschnitt 2 und dem zweiten kreisförmigen Ringabschnitt 3 zusammentreffen, übermäßig groß, und besteht weiter die Möglichkeit, dass der Kunststoff-Käfig 1 beschädigt werden kann.

Ferner ist zum Beispiel aus der GB 1,145,680 ein Kunststoff-Käfig zur Verwendung in einem Rollenlager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Des weiteren offenbaren beispielsweise die DE 38 41 629 A1 und die DD 41 930 A weils einen Rollenlagerkäfig, bei dem die Wälzkörper sowohl radial innen als auch radial außen umfasst werden können.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, unter Berücksichtigung der oben erläuterten Probleme einen Kunststoff-Käfig mit verbesserter Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu schaffen, der in ein zylindrisches Rollenlager einzubauen ist, das zur Abstützung von Drehkörpern, wie beispielsweise der Welle von Maschineneinrichtungen, die große Lasten aufnehmen und die genau gelagert sein müssen, verwendet wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kunststoff-Käfig für ein zylindrisches Rollenlager zu schaffen, der in Hinblick auf die Regelung funktioneller Veränderungen, wie beispielsweise die Ruhe und Lebensdauer, effektiv ist, die von Veränderungen der Betriebsbedingungen und der Zusammenbaubedingungen des zylindrischen Rollenlagers abhängen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kunststoff-Käfig für ein zylindrisches Rollenlager zu schaffen, der einen kreisförmigen Ringabschnitt und einen Stegabschnitt mit einer Vielzahl von Stegen umfasst, die mit einem gleichmäßigen Abstand in Umfangsrichtung angeordnet und an einem Ende mit dem kreisförmigen Ringabschnitt verbunden und an dem anderen Ende frei gelassen sind, damit sie eine Rolle zwischen den benachbarten Enden umschließen, dies derart, dass die Verbindungsbereiche zwischen dem kreisförmigen Ringabschnitt und den Stegen sogar dann kaum beschädigt werden, wenn Umfangskräfte auf die Stege von der Rolle zwischen den Stegen zur Einwirkung gebracht werden.

Diese Aufgaben werden durch einen Kunststoff-Käfig zur Verwendung in einem Rollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Der Kunststoff-Käfig gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise in einem Rollenlager eingesetzt, das in einem Maschinenwerkzeug verwendet wird.

Nachfolgend wird die Erfindung ausschließlich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen: 1 eine stark voreinfachte Prinzipskizze einer Ansicht von der im kreisförmigen Ringabschnitt des Kunststoff-Käfigs gegenüberliegenden Seite aus, und zwar eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
2 eine vergrößerte Ansicht in der Richtung des Pfeils II von 1;
3 einen Querschnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers mit einer einzigen Reihe, bei dem der Käfig von 1 eingebaut ist; 4 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers mit einer einzigen Reihe, in dem ein Kunststoff-Käfig in der Form eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung eingebaut ist;
5 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers mit einer einzigen Reihe, in dem ein Kunststoff-Käfig in der Form eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung eingebaut ist;
6 einen Schnitt durch eine Hälfte einer zylindrischen Rollenlagers mit zwei Reihen, in dem der Käfig von 1 in einem Paar eingebaut ist;
7 eine stark voreinfachte Prinzipskizze einer Ansicht von der dem kreisförmigen Ringabschnitt des Kunststoff-Käfigs von 4 gegenüberliegenden Seite aus;
8 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Käfigs von
5;
9 einen Schnitt durch einen Teil eines Kunststoff-Käfigs einer vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 eine Ansicht aus der Richtung des Pfeils X von 9;
11 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers mit einer einzigen Reihe, in dem der Käfig von 9 eingebaut ist;
12 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers mit zwei Reihen, in dem der Käfig von 9 in einem Paar eingebaut ist; 13 eine Ansicht von der unteren Seite des linken Käfigs von 12 zur Darstellung einer erwünschten Gestalt des Berührungsvorsprungs;
14 eine Ansicht von der rechten Seite des linken Käfigs von 12 aus zur Darstellung einer gewünschten Gestalt des Berührungsvorsprungs; 15 eine Ansicht von der unteren Seite des linken Käfigs von 12 aus zur Darstellung einer anderen erwünschten Gestalt des Berührungsvorsprungs;
16 eine Ansicht von der rechten Seite des linken Käfigs von 12 aus zur Darstellung einer weiteren erwünschten Gestalt des Berührungsvorsprungs;
17 eine Ansicht von der unteren Seite des linken Käfigs von 12 aus, zur Darstellung einer weiteren wünschenswerten Gestalt des Berührungs- bzw. Erfassungsvorsprungs;
18 eine Ansicht von der rechten Seite des linken Käfigs von 12 aus zur Darstellung einer weiteren erwünschten Gestalt des Berührungsvorsprungs;
19 eine Ansicht gleich derjenigen von 10 zur Darstellung einer erwünschten Gestalt des radial äußeren Öffnungsbereichs einer Tasche; 20 einen Schnitt durch ein zylindrisches Rollenlager während eines Zusammenbauschritts unter Verwendung eines Kunststoff-Käfigs mit kürzeren Stegen;
21 eine Ansicht von der rechten Seite von 20 aus;
22 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers unter Verwendung eines Kunststoff-Käfigs mit kürzeren Stegen zur Darstellung des Zustandes der während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes elastisch deformierten Stege;
23 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers unter Verwendung eines Kunststoff-Käfigs mit Stegen einer erwünschten Länge;
24 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers unter Verwendung von zwei Kunststoff-Käfigen mit kürzeren Stegen;
25 einen Schnitt durch eine Versuchsvorrichtung, die zur Beurteilung eines guten oder eines schwachen Schmierzustandes verwendet worden ist;
26 ein Diagramm zur Darstellung des Versuchsergebnisses bei der Beurteilung des guten oder schlechtes Schmierzustandes;
27 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers unter Verwendung eines Kunststoff-Käfigs mit verschwenkten Stegen, die die elastische Deformation berücksichtigen;
28 entlang der Linie XXVIII-XXVIII von 7 zur Darstellung der Beziehung zwischen den Seitenflächen der Stege und der Rollfläche der Rolle;
29 einen Schnitt entlang der Linie XXIX-XXIX von 27;
30 einen Schnitt durch eine Hälfte eines zylindrischen Rollenlagers zur Darstellung einer erwünschten Gestalt der äußeren und der inneren Umfangsfläche der Stege eines Kunststoff-Käfigs;
31 einen Schnitt durch eine Hälfte eines herkömmlichen Kunststoff-Käfigs für ein zylindrisches Rollenlager.
Bei den Kunststoff-Käfigen für Rollenlager dieser Erfindung umfaßt der Kunststoff-Käfig für ein Rollenlager in einer Ausbildung einen kreisförmigen Ringabschnitt, der an einem Ende in der axialen Richtung angeordnet ist, und einen Stegabschnitt mit mehreren Stegen, die gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei deren eines Ende mit der inneren Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts derart verbunden ist, daß mehrere Taschen an drei Seiten durch einander in der Umfangsrichtung gegenüberliegende Seiten der benachbarten Stege und die innere Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts umgeben sind, so daß die Rollen dort drehbar gelagert sind. An dem anderen Ende mindestens einiger der Stege ist des weiteren ein Rückhaltestück ausgebildet, das verhindert, daß die innerhalb der durch die Stege gebildeten Taschen angeordneten Rollen aus den Taschen austreten.
Darüber hinaus umfaßt der Kunststoff-Käfig für ein Rollenlager einer anderen Ausbildung einen kreisförmigen Ringabschnitt, der an einem Ende in der axialen Richtung angeordnet ist, einen Stegabschnitt mit mehreren Stegen, die in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei ein Ende mit der Innenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts verbunden ist, dies derart, daß mehrere Taschen an drei Seiten durch die in der Umfangsrichtung einander gegenüberliegenden Seitenflächen der benachbarten Stege und die Innenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts umgeben sind, so daß Rollen drehbar im Inneren gelagert sind. Insbesondere ist bei dem Kunststoff-Käfig für ein Rollenlager dieser Ausbildung an der Umfangsfläche von mindestens einigen der Stegen ein Verankerungsabschnitt vorgesehen, der über eine Berührung bzw. Zusammenarbeit mit einem Teil der Rollenlager-Laufbahn verhindert, daß sich der Kunststoff-Käfig für das Rollenlager gegenüber einer Rollenlager-Laufbahn mindestens in Richtung zu einem Ende verschiebt.
In jedem Fall eines Rollenlagers, das mit einem Kunststoff-Käfig dieser Erfindung wie oben beschrieben zusammengebaut ist, treten keine übermäßige Kräfte innerhalb des Kunststoff-Käfigs auf, beispielsweise in der Verbindung zwischen dem Stegabschnitt und dem kreisförmigen Ringabschnitt, dies sogar dann, wenn die Rollen während des Betriebs stark gegen die Stege gedrückt werden. Mit anderen Worten deformiert sich bei jedem dieser Rollenlager sogar dann, wenn eine Rolle eine große Kraft in der Umfangsrichtung an einem gegenüberliegenden Steg zur Einwirkung bringt, das andere Ende des Stegs, das nicht durch den kreisförmigen Ringabschnitt abgestützt ist, elastisch in der Umfangsrichtung, während der kreisförmige Ring, der mit dem einen Ende des Stegs verbunden ist, plastisch deformiert wird, um diese Kraft aufzunehmen. Daher ist verhindert, daß übermäßige Beanspruchungen innerhalb des Kunststoff-Käfigs größer werden, was es möglich macht zu verhindern, daß die Beanspruchungen groß genug werden, um den Kunststoff-Käfig zu beschädigen. Da die Möglichkeit einer verhältnismäßig großen plastischen Deformation einschließlich derjenigen des kreisförmigen Ringabschnitts, der mit einem Ende der Stege verbunden ist, sogar bei einer kurzen Steglänge besteht, werden die auf die Stege in Umfangsrichtung zur Einwirkung gebrachten Beanspruchungen glatt absorbiert.
Demzufolge kann unter veränderlichen Arbeitsbedingungen des Rollenlagers und sogar dann, wenn der Zusammenbau etwas unsachgemäß ist, die maschinelle Ausrüstung mit einem Drehlagerungs-Abschnitt der Rollenlager bei hohen Geschwindigkeiten während langer Zeitspannen stabil betrieben werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Gesamtfestigkeit des Kunststoff-Käfigs mittels des kreisförmigen Ringabschnitts aufrechtzuerhalten. Obwohl die Stege in Umfangsrichtung leicht deformiert werden, bleibt die Gesamtfestigkeit des Kunststoff-Käfigs genügend aufrechterhalten.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung, die der ersten Ausbildung entspricht. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein thermoplastischer Kunststoff, beispielsweise Polyamid 66, Polyamid 46, Polyphenylensulfid oder Polyacetal, als das Basismaterial des Kunststoff-Käfigs 1a verwendet und werden 10 bis 30 Gew.-% Glasfasern zugegeben, um die Festigkeit zu verbessern, und wird der Käfig im Wege des Spritzgießens hergestellt. Jedoch ist es in Abhängigkeit der Verwendung, insbesondere dann, wenn eine große Elastizität für den Kunststoff-Käfig 1a gewünscht wird, möglich, keinen Zusatz, wie beispielsweise Glasfasern, zuzugeben.
Darüber hinaus ist in dem Fall eines Kunststoff-Käfigs für ein zylindrisches Rollenlager zur Lagerung der Welle normaler Werkzeugmaschinen unter dem Gesichtspunkt der Kosten, der Festigkeit und der chemischen Stabilität Polyamid 66 das beste Material, das als Basismaterial des thermoplastischen Kunststoff-Käfigs zu verwenden ist.
Andererseits ist n den Fällen extremer Temperaturbedingungen (hohe Temperatur) während des normalen Betriebs und beim Einfahren bzw. Einlaufenlassen oder dann, wenn eine besonders gute Ermüdungsfestigkeit und Steifigkeit notwendig sind, Polyamid 46 wünschenswert.
Und dann, wenn stabile Abmessungen für hohe Temperatur, chemische Widerstandsfestigkeit und Feuchtigkeit (Absorbieren von Feuchtigkeit) besonders benötigt werden, ist Polyphenylensulfid wünschenswert, und dann, wenn eine Verschleißfestigkeit besonders benötigt wird, ist Polyacetal am meisten wünschenswert.
In dem Fall des Kunststoff-Käfigs 1a dieser Ausführungsform sind die 27 Stege 4 gleichmäßig rund um den Käfig 1a in Umfangsrichtung verteilt und durch einen kreisförmigen Ringabschnitt 5 abgestützt, der an einem Ende in axialer Richtung (an dem in 2 linken Ende) unter Verwendung einer freikragenden Lagerungsweise angeordnet ist. Auch der Abschnitt, der an drei Seiten durch die einander in gegenüberliegenden Seitenflächen Umfangsrichtung der Stege 4 und die Innenfläche des kreisförmigen Rings 5 umgeben ist, bildet Taschen 7, und innerhalb derselben sind die Rollen 6 derart aufgenommen, daß sie sich frei drehen können.
Des weiteren sind die anderen Enden (das in 2 rechte Ende) von drei Paaren oder sechs Stegen 4, die in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind, miteinander über einen Verbindungsrahmen 8 verbunden, der verhindert, daß die Rollen herausfallen. Dieser Verbindungsrahmen 8 besitzt eine kleinere Querschnittsfläche als der kreisförmige Ring 5, und er ist in Umfangsrichtung abgebogen, und seine Steifigkeit ist in Umfangsrichtung herabgesetzt.
Des weiteren ist bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform der innere Umfangsrand dieses Verbindungsrahmens 8 weiter außerhalb in radialer Richtung angeordnet als der äußere Umfangsrand des kreisförmigen Rings 5, so daß der Kunststoff-Käfig 1a unter Verwendung einer Form des Typs mit axialer Teilung hergestellt werden kann.
Das Herabsetzen der Steifigkeit in Umfangsrichtung des Verbindungsrahmens 8 kann durchgeführt werden, indem anstelle des Abbiegens in Umfangsrichtung oder zusammen mit dem Abbiegen an dem Bereich des Verbindungsrahmens 8 die Menge des Verstärkungsmaterials, beispielsweise der Glasfasern, verringert wird, die mit dem Kunststoff, beispielsweise einem Polyamidkunststoff, kombiniert wird, um den Kunststoff-Käfig 1a herzustellen.
Der Kunststoff-Käfig 1a für ein Rollenlager dieser Ausführungsform der Erfindung wie oben beschrieben wird in einem zylindrischen Rollenlager 9, 9a, 9b gemäß Darstellung in 3 bis 5 mit einer einzigen Reihe oder in einem zylindrischen Rollenlager 10 gemäß Darstellung in 6 mit zwei Reihen eingebaut.
Bei dem Betrieb einer Werkzeugmaschine oder anderweitigen Maschineneinrichtung, die mit einem zylindrischen Rollenlager 9, 9a, 9b mit einer einzigen Reihe oder mit einem zylindrischen Rollenlager 10 mit zwei Reihen ausgestattet ist, in dem der Kunststoff-Käfig 1a bzw. die entsprechenden Käfige dieser Ausführungsform eingebaut sind, treten keine extrem großen Belastungen innerhalb des Kunststoff-Käfigs 1a beispielsweise in dem Verbindungsabschnitt zwischen den Stegen 4 und dem kreisförmigen Ring auf, dies sogar dann nicht, wenn die Rollen 6 stark gegen die Stege 4 drücken.
Mit anderen Worten werden aus dem obenangegebenen Grund infolge der Drehzahl einiger der Rollen 6, die sich von der Drehzahl der anderen Rollen 6 unterscheidet, die Stege 4, die an einem Ende in freikragender Weise durch den kreisförmigen Ringabschnitt 5 abgestützt sind, in Umfangsrichtung verschoben, dies sogar dann, wenn große Beanspruchungen in den Stegen 4 auftreten, die diesen wenigen Rollen 6 gegenüberliegen. Infolge dieser Verschiebung werden Beanspruchungen in dem Kunststoff-Käfig 1a davon abgehalten, übermäßig groß zu werden, und ist es möglich zu verhindern, daß diese Beanspruchungen groß genug werden, eine Beschädigung des Kunststoff-Käfigs 1a zu bewirken. Demzufolge kann sogar unter sich verändernden Betriebsbedingungen der zylindrischen Rollenlager 9, 9a, 9b mit einer einzigen Reihe oder des zylindrischen Rollenlagers 10 mit zwei Reihen oder sogar dann, wenn der Zusammenbau des Lagers irgendwie unsachgemäß ist, eine Maschineneinrichtung mit einer Drehlagerungssektion, die aus zylindrischen Rollenlagern 9, 9a, 9b mit einer einzigen Reihe oder einem zylindrischen Rollenlager 10 mit zwei Reihen besteht, beispielsweise wie die Welle einer Werkzeugmaschine, bei hohen Geschwindigkeiten während langer Zeitspanne stabil betrieben werden. Darüber hinaus werden sogar dann, wenn große Beanspruchungen in Umfangsrichtung an den nebeneinander liegenden Stegen 4 wirken, die an dem anderen Ende mittels des Verbindungsrahmens 8 miteinander verbunden sind, die genannten Beanspruchungen absorbiert, wenn der Verbindungsrahmen 8 elastisch deformiert wird, insbesondere im Wege eines Ausdehnens und Schrumpfens in Umfangsrichtung, was es möglich macht zu verhindern, daß die Beanspruchungen groß werden.
Darüber hinaus verhindert der Verbindungsrahmen 8, der an drei Stellen rundherum in Umfangsrichtung ausgebildet ist, daß sich der Kunststoff-Käfig 1a in axialer Richtung in Hinblick auf die Rolle 6 infolge seiner Berührung bzw. Zusammenarbeit mit der Stirnfläche der Rolle 6 verschiebt.
Auch sogar in dem Fall, bei dem der Kunststoff-Käfig 1a dieser Ausführungsform gemäß Darstellung in 5 in dem zylindrischen Rollenlager 9b mit einer einzigen Reihe eingebaut ist, das kein Element aufweist, das dem kreisförmigen Abschnitt 5 des Kunststoff-Käfigs 1a in axialer Richtung zugewandt ist, ist es möglich zu verhindern, daß der Kunststoff-Käfig 1a in axialer Richtung zwischen der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahn 11 und der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn 12 herausfällt.
Für den Kunststoff-Käfig 1a dieser Ausführungsform gemäß Darstellung in 3 und 4 sind für den Fall, bei dem der Käfig 1a in zylindrischen Rollenlagern 9, 9a, mit einer einzigen Reihe eingebaut ist, die einen Stegabschnitt 13 oder ein Abstandselement 14 aufweisen, der bzw. das den kreisförmigen Ringabschnitt 5 des Kunststoff-Käfigs 1a in axialer Richtung zugewandt ist, die Abmessungen jedes Teils solche wie nachfolgend angegeben.
Mit anderen Worten ist dann, wenn eine Stirnfläche der Rolle 6 (die in 3 und 4 linke Stirnfläche) mit einer Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts 5 (mit der in 3 und 4 rechten Seitenfläche) in Berührung steht, die Breite Δ₁ des Freiraums, der zwischen dem Verbindungsrahmen 8 und der anderen Stirnfläche der Rolle 6 besteht (der Raum zwischen dem kreisförmigen Ringabschnitt 5 und dem Vorsprung des Verbindungsrahmens 8, dies ist die Länge, wenn die Tasche 7 die Länge L₇ aufweist und die Länge der Rolle 6 die Länge L₆ aufweist, wonach dann gilt Δ₁ = L₇ – L₆) größer gemacht als die Breite Δ₂ des Freiraums zwischen der anderen Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts 5 (der in 3 und 4 linken Seitenfläche) und dem Stegabschnitt 13 (3) oder dem Abstandshalter 14 (4) (Δ₁ > Δ₂).
Durch Einstellen der Breiten Δ₁ und Δ₂ dieser Freiräume ist es möglich ein Reiben zwischen dem weichen Verbindungsrahmen 8 und dem anderen Ende der Rolle 6 zu verhindern, und ist es somit möglich, die Haltbarkeit des Verbindungsrahmens 8 aufrechtzuerhalten.
Es ist möglich, die Gesamtfestigkeit des Kunststoff-Käfigs 1a mittels des kreisför migen Ringabschnitts 5 aufrechtzuerhalten. Entsprechend ist vermieden, daß, wenn die Stege 4 in Umfangsrichtung leicht elastisch deformiert werden, die Gesamtfestigkeit des Kunststoff-Käfigs 1a ungenügend ist.
Andererseits ist es bei Betrachtung ausschließlich der Absorption der Kräfte beispielsweise in Umfangsrichtung möglich, die Kräfte in Umfangsrichtung sogar zu absorbieren, wenn beide Enden der mehreren Stege 4, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, in Umfangsrichtung alternativ angeschlossen sind. Bei dieser Art der Bauweise ist die Abstützsteifigkeit der Stege 4 in radialer Richtung des Kunststoff-Käfigs 1a herabgesetzt, und verschieben sich, wenn der Kunststoff-Käfig 1a mit hoher Drehzahl umläuft, die Stege 4 in axialer Richtung des Kunststoff-Käfigs 1a leicht relativ nach außen, und wird der Betrieb einer Dreheinrichtung mit zylindrischen Lagern 9, 9a, 9b mit einer einzigen Reihe oder mit einem zylindrischen Lager 10 mit zwei Reihen instabil. Bei der Bauweise dieser Ausführungsform steht ein Ende der Stege 4 mit dem kreisförmigen Ringabschnitt 5 in Verbindung, der sich in Umfangsrichtung fortsetzt, so daß dieses Problem nicht auftritt.
7 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls der ersten Ausbildung entspricht. In dem Fall des Kunststoff-Käfigs 1b dieser Ausführungsform sind 28 Stege 4 gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung angeordnet und unter Verwendung einer freikragenden Weise mittels eines kreisförmigen Ringabschnitts 5 abgestützt, der an einem Ende (dem in 7 fernen Ende) in axialer Richtung angeordnet ist. Auch sind vier Paare oder acht Stege 4 an dem anderen Ende (dem in 7 vorderen Ende) mittels eines Verbindungsrahmens 8 miteinander verbunden, der verhindert, daß die Rollen herausfallen.
Die Bauweise ist die gleiche wie diejenige der Ausführungsform 1 mit der Ausnahme, daß bei einer Anzahl von 28 Stegen, einem Vielfachen von vier die Verbindungsrahmen 8 an vier Stellen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Es ist erwünscht, daß die Verbindungsrahmen 8 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, um das Rotationsgleichgewicht des Kunststoff-Käfigs aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch die Umlaufgeschwindigkeit während des Betriebs niedrig ist und es nicht notwendig ist, einen solchen hohen Level des Umlaufgleichgewichtes aufrechtzuerhalten, oder wenn sich das Gewicht der Rahmen 8 zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts etwas verändert, ist es nicht notwendig, daß die Verbindungsrahmen 8 in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
8 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die auch der ersten Ausbildung entspricht. In dem Kunststoff-Käfig 1c dieser Ausführungsform sind mehrere Stege 4 unter Anwendung einer freikragenden Weise mittels des kreisförmigen Ringabschnitts 5 gelagert, der sich mit den Enden der Stege 4 fortsetzt, und ein vorstehendes Teil oder Rückhalteteil 15, das verhindert, daß die Rollen herausfallen, ist an dem anderen Ende mindestens einiger der Stege 4 ausgebildet. Dieses vorstehende Teil 15 ist der Stirnfläche der Rolle zugewandt, die in der Tasche 7 aufgenommen ist, und verhindert, daß sich der Kunststoff-Käfig 1c in axialer, Richtung in Hinblick auf die Rolle verschiebt. Auch sogar dann, wenn der Kunststoft-Käfig 1c dieser Ausführungsform in dem Rollenlager 9b mit einer einzigen Reihe gemäß Darstellung in 5 eingebaut ist, ist dieser Kunststoff-Käfig 1c an einem Herausfallen in axialer Richtung zwischen der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahn 11 und der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn 12 gehindert.
Die übrige Bauweise und Funktion dieser Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform.
9 und 10 zeigen eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die der zweiten Ausbildung entspricht. Der Kunststoff-Käfig 1d dieser Ausführungsform besitzt mehrere Stege 4, die gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandet und an einem Ende in axialer Richtung mittels eines kreisförmigen Ringabschnitts 5 in freikragender Weise angeschlossen und abgestützt sind. Auch bilden die Abschnitte, die an drei Seiten durch die einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten der benachbarten Stege 4 und eine Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts 5 umgeben sind, Taschen 7, in denen Rollen 6 (s. 11) drehbar aufgenommen sind.
Insbesondere in dem Fall des Kunststoff-Käfigs 1d für ein Rollenlager dieser Ausführungsform sind dreieckig gestaltete Berührungsvorsprünge 16 an der inneren Umfangsfläche mindestens einiger der Stege 4 vorgesehen. In dem Fall eines zylindrischen Rollenlagers mit einer einzigen Reihe gemäß Darstellung in 11 oder eines zylindrischen Rollenlagers mit zwei Reihen gemäß Darstellung in 12, in denen dieser Kunststoff-Käfig 1d eingebaut ist, kommen diese Berührungsvorsprünge 16 mit der inneren Seitenfläche der Stegabschnitt 17, 17a in Berührung, die an der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahnen 11a, 11b ausgebildet sind, um so zu verhindern, daß der Kunststoff-Käfig 1d zwischen der äu ßeren Umfangsfläche der inneren Laufbahnen 11a, 11b und der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahnen 12, 12a herausfällt. Daher ist, wenn sich der Kunststoff-Käfig 1d in freiem Zustand befindet, der Durchmesser des mittels dieser Berührungsbereiche 16 gebildeten eingeschriebenen Kreises etwas kleiner als der Außendurchmesser der Stegabschnitte 17, 17a.
Bei dieser Ausführungsform ist es wünschenswert, wenn diejenigen Fläche der Vorsprünge, die den Stegabschnitten 17, 17a, zugewandt sind, die entlang der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahnen 11a, 11b ausgebildet sind, derart gestaltet sind, daß sie das Schmierfett an den Seiten dieser Stegabschnitte 17, 17a nicht übermäßig abschaben. 13 bis 18 zeigen drei Beispiele von Gestalten, die verhindern, daß das Schmierfett übermäßig abgeschabt wird. In dem Fall des ersten Beispiels, der in 13 und 14 dargestellt ist, ist der Flächenbereich der Berührungsvorsprünge 16, der den Stegabschnitten 17, 17a zugewandt sind, an beiden Seiten in Umfangsrichtung abgeschrägt bzw. angefast. In dem Fall des zweiten Beispiels, das in 15 und 16 dargestellt ist, ist der Flächenbereich der Berührungsvorsprünge 16, der den Stegabschnitten 17, 17a zugewandt ist, im allgemeinen in einer teilzylindrischen konvexen Gestalt ausgebildet. Schließlich ist bei dem dritten Beispiel, das in 17 und 18 dargestellt ist, der Flächenbereich der Berührungsvorsprünge 16, der den Stegabschnitt 17, 17a, zugewandt ist, im allgemeinen in einer konvexen Gestalt ausgebildet, die im Zentrum winkelartig gestaltet ist.
Bei der in 9 und 10 dargestellten vierten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung der Stege 4 mit einem gebogenen Abschnitt 19 an der Außenseite in radialer Richtung des Kunststoff-Käfigs 1a und mit einem flachen Abschnitt 20 an der Innenseite in radialer Richtung derart ausgebildet, daß diese Abschnitte glatt ineinander übergehen. Hierbei ist der Radius der Krümmung des gekrümmten Abschnitts 19 etwas größer (etwa 0,5 bis 10 %) als der Radius der Krümmung der Rollfläche der in der Tasche 7 aufgenommenen Rolle 6. Weiter ist das Paar flacher Abschnitte 20 parallel zueinander, und bildet es die Bereiche an der Innendurchmesserseite vom Zentrum aus in radialer Richtung der Innenflächen, die in Umfangsrichtung in derselben Tasche 7 einander gegenüberliegen.
Des weiteren ist das Paar der gekrümmten Abschnitte, 19 die die Bereiche an der Außendurchmesserseite der inneren Seitenflächen bilden, die in Umfangsrichtung derselben Tasche 7 einander gegenüberliegen, derart, daß der Raum zwischen dem Paar gekrümmter Abschnitte 19 in Richtung auf die Öffnung an der Außendurchmesserseite der Tasche 7 enger wird.
Durch Ausbilden der Gestalt der einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seitenflächen der Stege 4 wie oben beschrieben besteht keine starke Reibung zwischen den Seitenflächen in Umfangsrichtung der Stege 4 und der Rollfläche der Rollen, dies sogar dann, wenn die Stege 4, die in freikragender Weise an einer Seite des kreisförmigen Ringabschnitts 5 abgestützt sind, in radialer Richtung des Kunststoff-Käfigs 1d nach außen infolge der Zentrifugalkraft verschoben werden, die während des Betriebs an ihnen wirkt. Mit anderen Worten wird der Raum zwischen dem Paar flacher Abschnitte 20, die den Innendurchmesserabschnitt der einander gegenüberliegenden Innenseitenflächen in Umfangsrichtung der Stege 4 bilden, nicht enger, dies auch dann, wenn sich die Stege 4 nach außen in radialer Richtung verschieben. Wenn andererseits die einander gegenüberliegenden Seitenflächen in Umfangsrichtung der Stege 4 zylindrisch ausgebildet sind, wobei sie in Richtung auf die Innendurchmesserseite gebogen sind, und wenn die Abmessung der Taschen in Umfangsrichtung in radialer Richtung an der Öffnung der Innendurchmesserseite schmaler als am Zentrum ist, besteht, wenn die Stege 4 nach außen in radialer Richtung des Kunststoff-Käfigs 1d infolge der Zentrifugalkraft, die während des Betriebes an ihnen wirkt, verschoben werden, die Möglichkeit, daß eine ernsthafte Reibung zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen in Umfangsrichtung der Stege 4 und der Rollfläche der Rolle 6 auftreten kann, was nicht erwünscht ist.
Darüber hinaus ist es das Beste, wenn die Breite W₇ der Tasche 7 in Umfangsrichtung an der Öffnung an der Außendurchmesserseite im Bereich des 0,7-0,9-fachen des Durchmessers D₆ (siehe 11) der Rolle 6 liegt, die innerhalb der Tasche angeordnet ist (W₇ = (0,7 bis 0,8) D₆). Wenn diese Breite W₇ größer als dieser Bereich (W₇ > 0,9 der D₆) ist, dann wird, wenn der Raum zwischen den Paaren benachbarter Stege 4 infolge der Zentrifugalkraft geöffnet ist, die Rolle 6 innerhalb der Öffnung an der Außendurchmesserseite der Tasche 7 eingeklemmt, was die Möglichkeit der Behinderung der Drehbewegung der Rolle mit sich bringt. Umgekehrt ist es, um diese Breite W₇ schmaler als dieser Bereich (W₇ < 0,7 D₆) zu machen, notwendig, die Dicke T₄ der Stege 4 in radialer Richtung des Kunststoff-Käfigs 1d zu vergrößern. Demzufolge treten Probleme auf, nämlich daß es leichter wird, daß ein Zusammentreffen zwischen der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahnen 12, 12a des Rollenlagers und dem Kunststoff-Käfig 1d auftritt oder daß das Schmierfett an der inneren Umfangsfläche der äußeren Lauf bahnen 12, 12a durch den äußeren Umfangsrand der Stege 4 abgeschabt wird, was zu einer schlechten Schmierung zwischen der Laufbahn und der Rollenfläche der Rolle 6 führt.
Des weiteren wird infolge der Verwendung eingezogener Ränder 21 gemäß Darstellung in 19 an der Öffnung an der Außendurchmesserseite der Tasche 7 das Schmierfett an der Rollfläche der Rolle 6 nicht übermäßig an der Öffnung an der Außendurchmesserseite abgeschabt, was erwünscht ist. Hierfür ist Winkel a der eingezogenen Ränder 21 in Hinblick auf die radiale Richtung des Kunststoff-Käfigs 1d größer als Null Grad und kleiner als der Winkel β der Öffnung an der Außendurchmesserseite. Des weiteren ist es das Beste, wenn der Einziehungswinkel α kleiner als der Öffnungswinkel β ist, und zwar um 10 Grad oder mehr (α ≤ β – 10 Grad). Der Winkel der Öffnung ß ist der Winkel des Schnitts zwischen der Tangente an die gebogenen Abschnitte 19 an der Öffnung an der Außendurchmesserseite der Tasche 7 unter der Voraussetzung, daß die gebogenen Abschnitte 19 ohne Veränderung des Krümmungsradius verlängert sind, und einer geraden Linie, die durch das Zentrum der Tasche 7 und durch das Zentrum des Kunststoff-Käfigs 1d hindurchgeht.
Des weiteren ist, wenn ein Kunststoff-Käfig 1d, der die obenbeschriebenen Bedingungen erfüllt, in einem zylindrischen Rollenlager 9b mit einer einzigen Reihe gemäß Darstellung in 11 oder in einem zylindrischen Rollenlager 10 mit zwei Reihen gemäß Darstellung in 12 eingebaut ist, ein geeigneter Freiraum Δ₃ zwischen den Berührungsvorsprüngen 16 und den Stegabschnitten 17, 17a vorgesehen (s. 11, beispielsweise gilt Δ₃ = etwa 0,1 mm bis etwa 2 mm). Durch das Vorsehen dieses geeigneten Raums Δ₃ ist es möglich, eine glatte Arbeitsweise aufrechtzuerhalten, dies sogar dann, wenn das zylindrische Rollenlager einer großen Vibration während des Betriebs ausgesetzt ist, wenn der Kunststoff-Käfig 1d vibriert.
Als nächstes werden die gewünschte Gestalt und die gewünschten Abmessungen der Erfindung erläutert. Als erstes wird die Länge der Stege 4 erläutert.
Im Wege von Untersuchungen und einer Analyse haben die Erfinder den geeigneten Bereich die Länge der Stege 4 in Erfahrung gebracht, die an dem elastisch deformierbaren Kunststoff-Käfig 1d mit seiner freikragenden Lagerung ausgebildet sind.
20 zeigt den Fall eines kurzen Steges 4. 20 zeigt auch den Zusammenbauzustand der Bauweise, bei der wie in dem Fall des zylindrischen Rollenlagers 9b mit einer einzigen Reihe, das in 11 dargestellt ist, oder des zylindrischen Rollenlagers 10 mit zwei Reihen, das in 12 dargestellt ist, die äußeren Laufbahnen 12, 12a keinen Stegabschnitt besitzen, sondern nur die inneren Laufbahnen 11, 11a Stegabschnitte 17 besitzen. In diesem Zustand sind die mehreren Rollen so gehalten wie, wenn sie an dem Spitzenende der Stege 4 des Kunststoff-Käfigs 1d an der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahn 11 angehakt wären. Daher fallen, wenn die Längen der Stege 4 kurz sind, dann die Rollen 6 leicht aus den Taschen 7 heraus, die zwischen benachbarten Stegen 4 in Umfangsrichtung vorhanden sind.
Insbesondere die Steifigkeit des Kunststoff-Käfigs 1 ist im Vergleich mit derjenigen eines Käfigs klein, der aus Metall, beispielsweise aus einer Kupferlegierung, hergestellt ist, so daß dann, wenn die zentrale Achse des Kunststoff-Käfigs in horizontaler Richtung derart angeordnet ist, daß sie die horizontale Achse ist, wie in 20 und 21 dargestellt ist, die Stege 4 einer Auslenkung infolge des Gewichts der Rollen 6, die in den Taschen 7 aufgenommen sind, ausgesetzt sind, und es dann, wenn sie ausgelenkt sind, für die Rollen 6 leichter ist, aus den Taschen 7 herauszutreten.
Bei der durch die Erfinder durchgeführten Untersuchung und Analyse wurde festgestellt, daß dann, wenn der Kunststoff-Käfig 1d für ein zylindrisches Rollenlager einer Größe verwendet wird, die in der Drehlagerung für die Welle von Werkzeugmaschinen einzubauen ist, sofern die Länge L₄ der Stege 4 50 % oder weniger der Länge L₆ in axialer Richtung der Rollen 6 (L₄ ≤ 0,5 L₆) ausmacht, es für die Rollen 6, die in dem zylindrischen Rollenlager eingebaut sind, leicht wird, aus dem Kunststoff-Käfig 1d herauszutreten.
Andererseits muß der Wert der Obergrenze der Länge L₄ der Stege 4 unter dem Gesichtspunkt der Aufrechterhaltung eines stabilen Umlaufs der zylindrischen Rollen und nicht unter dem Stand der Verhinderung des Heraustretens der Rollen 6 bzw. festgelegt werden.
In 22 ist der Fall, bei dem die Länge L₄ der Stege 4 lang ist, dargestellt. Gemäß Darstellung in 22 nimmt, wenn der Steg 4 länger wird, nicht nur das Gewicht des Steges 4 zu, sondern wird auch der Schwerpunkt der Rolle 4 weiter von dem kreisförmigen Ringabschnitt 5 getrennt, der diesen abstützt. Daher wird, wenn der Kunststoff-Käfig 1d in Umdrehung steht, die an dem Steg wirkende Zentrifugalkraft größer, und nimmt die Größe der Deformation des Steges 4 infolge der Zentrifugalkraft, die bei einem Hochgeschwindigkeits-Umlauf auftritt, mit zunehmender Länge L₄ zu, und zwar nach einer Kurve zweiter Ordnung. Demzufolge verschiebt sich, wenn ein zylindrisches Rollenlager, das mit dem Kunststoff-Käfig 1d zusammengebaut ist, bei dem die Länge L₄ der Stege 4 lang ist, mit einer hohen Drehzahl betrieben wird, der Steg 4 in radialer Richtung des Kunststoff-Käfigs 1d, und trifft der äußere Umfangsrand an dem Spitzenende des Steges mit der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn 12 zusammen. Wenn dieses Zusammentreffen auftritt, treten nicht nur ein Drehwiderstand und eine starke Instabilität in dem zylindrischen Rollenlager auf, sondern ist diese Situation auch unerwünscht, da die während des Betriebs erzeugte Wärme zunimmt.
Daher ist es unter dem Gesichtspunkt der Aufrechterhaltung eines stabilen Betriebs des zylindrischen Rollenlagers das Beste, wenn die Länge L₄ der Stege 4 kurz ist.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Angaben ist es, um zu verhindern, daß die Rollen 6 heraustreten, sowie um ein Zusammentreffen zwischen dem äußeren Umfangsrand an dem Spitzenende der Stege 4 und der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn 12 während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebes zu verhindern, daß Beste, wenn die Länge L₄ dieser Stege 4 größer als 50 % und gleich oder kleiner als 100 % der Länge L₆ der Rollen 6 ist (0,5 L₆ < L₄ ≤ L₆), und ist es das Beste, wenn sie zwischen 60 % und 80 % der Länge L₆ in axialer Richtung liegt (L₄ = (0,6 bis 0,8)L₆).
Gemäß Darstellung in 24 werden zwei Kunststoff-Käfige 1d verwendet, und zwar einer für jede Reihe der Rollen 6, und wird unter Berücksichtigung der Bewegung in axialer Richtung dieser Kunststoff-Käfige 1d die Länge der Stege 4 dieser Kunststoff-Käfige 1d so kurz wie möglich gemacht, solange die Rollen 6 nicht aus den Kunststoff-Käfigen 1d heraustreten. Wenn diese Art der Bauweise verwendet wird, kann die Länge der Stege 4 der Kunststoff-Käfige 1d kleiner als 50 % der Länge in axialer Richtung der Rollen 6 gemacht werden, und vorzugsweise bis zu einem Wert von 30 %. Durch die Verwendung von zwei Kunststoff-Käfigen 1d in dieser Weise ist es möglich zu verhindern, daß die Rollen 6 aus den Kunststoff-Käfigen 1d heraustreten sowie, die Deformation in radialer Richtung der Stege 4 auf einem Minimum zu halten, was eine Hochgeschwindigkeits-Verwendung möglich macht.
Darüber hinaus ist bei dem Kunststoff-Käfig für das Rollenlager dieser Erfindung das Basisende der Stege 4 mit dem kreisförmigen Ringabschnitt 5 verbunden, und sind die Spitzenenden der Stege 4 voneinander getrennt, so daß der Schmierzustand verbessert ist.
Die Erfinder haben die Schmierung während des tatsächlichen Betriebes eines zylindrischen Rollenlagers, das mit dem Kunststoff-Käfig 1d dieser Erfindung ausgebildet ist, mit einem zylindrischen Rollenlager untersucht und verglichen, das mit dem herkömmlichen Kunststoff-Käfig 1 ausgebildet ist, das in 31 dargestellt ist. Als Folge dieser Untersuchung wurde festgestellt, daß das zylindrische Rollenlager, das mit dem Kunststoff-Käfig 1d dieser Erfindung ausgebildet ist, zu einem Betrieb mit viel höheren Geschwindigkeiten bei kleinen Schmiermittelmengen in der Lage war, dies im Vergleich zu dem zylindrischen Rollenlager, das mit dem herkömmlichen Kunststoff-Käfig 1 ausgebildet war.
Die Untersuchung wurde unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen durchgeführt.
Die Drehzahl der Drehwelle, an der die innere Laufbahn befestigt war, wurde allmählich schrittweise erhöht, wodurch sichergestellt wurde, daß die Temperatur bei jeder Drehzahl einen ausgeglichenen Zustand erreichte. Bei der Drehzahl, bei der die Temperatur instabil wurde, wurde angenommen, daß es sich. um die maximal zulässige Drehzahl handelte.
Untersuchungsbedingungen
Verwendetes zylindrisches Rollenlager: N1014
Innendurchmesser: 70 mm, 1/12 verjüngtes Loch,
Außendurchmesser: 110 mm,
Breite: 20 mm,
Rollengröße: 9 mm (Durchmesser) x 9 mm (Länge)
Käfigabmessungen:
Außendurchmesser: 97 mm,
Innendurchmesser: 87 mm,
Axialdicke des kreisförmigen Ringabaschnitts in axialer Richtung: 2,3 mm,
Länge der Stege: 6,3 mm (70 % der Länge der Rollen in axialer Richtung)
Käfigmaterial: Polyamid 46 mit 30 Gew.-% Glasfasern.
25 zeigt die bei der Untersuchung verwendete Untersuchungsvorrichtung. Von den für die Lagerung der Drehwelle 23 innerhalb des Gehäuses 22 verwendeten mehreren Rollenlagern war das obere Rollenlager ein zylindrisches Rollenlager 9 mit einer einzigen Reihe für den Untersuchungszweck, und diesem zylindrischen Lager 9 mit einer einzigen Reihe wurde eine kleine Schmierölmenge zugeführt.
Die verwendete Schmierbedingung war "Schmierung mit Hilfe von Öl/Luft" versprüht von einer Düse 24 aus, und diese Düse 24 zeigte auf das zylindrische Lager 9 mit seiner einzigen Reihe, und die Düse wurde mit Öl/Luft mit enthaltenem VG32-Turbinenöl versorgt, dies derart, daß die Menge des zugeführten Turbinenöls 0,01 cm³ je 16 Min. betrug. Die gleiche Untersuchung wurde für ein zylindrisches Rollenlager durchgeführt, das mit dem Kunststoff-Käfig 1d dieser Erfindung gemäß Darstellung in 23 ausgestattet war, und für ein zylindrisches Rollenlager, das mit einem herkömmlichen Kunststoff-Käfig gemäß Darstellung in 31 ausgestattet war.
Die Ergebnisse der Untersuchung sind in 26 dargestellt. In 26 zeigt die ausgezogene Linie α die Untersuchungsergebnisse für das zylindrische Rollenlager, das mit dem Kunststoff-Käfig 1d dieser Erfindung ausgestattet war, und die punktiert dargestellte Linie β zeigt die Untersuchungsergebnisse für das zylindrische Rollenlager, das mit dem herkömmlichen Kunststoff-Käfig 1 ausgestattet war.
Wie aus den Untersuchungsergebnissen in 26 zu ersehen ist, war das zylindrische Rollenlager, das mit dem Kunststoff-Käfig 1d dieser Erfindung ausgestattet war, in der Lage, eine merklich höhere Drehzahl zu erreichen als das zylindrische Rollenlager, das mit dem herkömmlichen Kunststoff-Käfig 1 ausgestattet war.
Es wird angenommen, daß die Gründe hierfür die folgenden sind.
Das Verfahren der Zuführung kleiner Mengen von Schmiermittel war eine Schmierung mit Öl-Luft oder eine Schmierung mit Öl-Nebel, wobei eine kleine Menge Öl mit einer großen Menge Druckluft vermischt wurde und dann auf das Rollenlager aufgesprüht wurde. Daher ist es notwendig, daß die kleine Menge des Schmieröls in der Lage ist, das Innere des Rollenlagers zu erreichen, und schnell abgegeben werden muß, damit das das Lager erreichende Öl keinen Hin- und Herbewegungswiderstand innerhalb des Rollenlagers hervorruft.
Bei dem zylindrischen Rollenlager, das mit dem Kunststoff-Käfig, der Gegenstand dieser Erfindung ist, ausgestattet war, ist die Zuführung und Abführung des Schmieröls im Vergleich zu denjenigen eines Kugellagers geringer, ist jedoch, da in dem Kunststoff-Käfig 1d dieser Erfindung nur das Basisende der Stege freikragend mittels des kreisförmigen Ringabschnitts 5 abgestützt ist, der die Rollen 6 abdeckende Abschnitt in seiner Fläche kleiner als für den herkömmlichen Käfig 1, bei dem beide Enden der Stege 4 abgestützt ist, und besteht somit eine Vergrößerung der Ölzuführung- und abführung.
Daher wird angenommen, daß diese Erfindung in der Lage war, eine besonders gute Temperaturstabilität während eines Hochgeschwindigkeits-Betriebes bei kleiner Schmiermittelmenge zu zeigen.
Bei der obenbeschriebenen Untersuchung wurde festgestellt, daß, obwohl der Kunststoff-Käfig mittels der Rollen 6 geführt ist (damit er nur mit den Rollen 6 während des Betriebs in Berührung komm, sind die Abmessungen der Freiräume zwischen der inneren und der äußeren Umfangsfläche des Kunststoff-Käfigs und der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahn und der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn ordnungsgemäß eingestellt), der kreisförmige Ringabschnitt 5 zu einer elliptischen Gestalt während des Betriebs deformiert werden kann und daß die innere und die äußere Umfangsfläche dieses kreisförmigen Ringabschnitts 5 mit der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahn oder der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn in Berührung kommen können. In dem Fall eines zylindrischen Lagers, das von einem Kunststoff-Käfig, der mittels der Rollen 6 geführt ist, Gebrauch macht, trifft der äußere Flächenbereich der Stegabschnitte 17, die von der inneren Laufbahn an der äußeren Umfangsfläche der inneren Laufbahn getrennt sind, im wesentlichen nicht mit irgendwelchen anderen Teilen zusammen, so daß normalerweise ihrem Fertigstellungszustand keine besondere Beachtung gewidmet wurde und sie als eine Fläche mit einer großen Rauigkeit unmittelbar nach dem Schneidevorgang durch Drehen oder als eine wärmebehandelte Fläche belassen sein konnte.
Obwohl jedoch aufgrund dieses Versuchs bei dem Kunststoff-Käfig 1d dieser Er findung, bei dem nur das Basisende der Stege freikragend mittels des kreisförmigen Ringabschnitts 5 abgestützt ist, der Kunststoff-Käfig 1d mittels der Rollen 6 geführt war, ist es das Beste, wenn mindestens die äußere Umfangsfläche des Stegabschnittes 17, die der inneren Fläche des kreisförmigen Ringabschnitts 5 zugewandt ist, im Wege eines Schleifvorgangs zur Verbesserung der Rauigkeit der Oberfläche fertiggestellt ist.
Mit anderen Worten besteht durch das Verbessern der Rauigkeit der Oberfläche sogar dann, wenn ein Zusammentreffen zwischen der inneren Umfangsfläche des kreisförmigen Ringabschnitts 5 des Kunststoff-Käfigs 1d und der äußeren Umfangsfläche des Stegabschnittes 17 auftritt, ein sehr kleiner Reibungswiderstand an der Berührungsstelle dieser beiden Umfangsflächen auf, und ist es somit möglich, die Probleme des Verschleißes und der Wärme zu verhindern. In diesem Fall ist es unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung eines Verschleißes und des Anstiegs der Kosten das Beste, wenn die Rauigkeit der äußeren Umfangsfläche des Stegabschnittes 17 zwischen 1S und 3s liegt.
Als nächstes wird die Richtung der Stege 4 unter Verwendung der 27 bis 29 beschrieben. Wenn diese Stege derart gestaltet sind, daß sie parallel zueinander und rechtwinklig zu dem kreisförmigen Ringabschnitt 5 verlaufen, wie in der Beschreibung von 21 angegeben worden ist, kann es, wenn ein Steg durch das Gewicht einer Rolle 6 während des Zusammenbauens des zylindrischen Rollenlagers elastisch deformiert wird, leicht geschehen, daß die Rollen 6 aus den Taschen 7 herausfallen.
Sogar dann, wenn sich die Stege 4 in Richtung nach außen in radialer Richtung des Kunststoffrings 1d während des Hochgeschwindigkeits-Betriebes elastisch deformieren, ist es schwierig, daß die äußeren Umfangsränder an den Spitzenenden der Stege 4 mit der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn 12 zusammentreffen.
Der Schwenkwinkel der Stege 4 (Größe der Verschwenkung der Stege 4) in Hinblick auf die zentrale Achse des Kunststoff-Käfigs 1d hängt, wenn keine äußeren Kräfte an dem Käfig wirken, von dem Freiraum zwischen den gekrümmten Flächen 19 der Taschen 7 und der Rollfläche der Rollen 6 ab und ist gleich der Größe der Bewegung des Kunststoff-Käfigs 1d in radialer Richtung des Käfigs in Hinblick auf die Rollen 6 oder etwas größer als diese. Wenn die Größe der Verschwenkung der Stege 4 nicht genügend ist, kann sie, wenn die Stege 4 durch das Gewicht der Rollen 6 elastisch deformiert werden, nicht ausreichend sein zu verhindern, daß die Rollen herausfallen. Wenn andererseits der Schwenkwinkel zu groß ist, schränken, wenn die an den Stegen 4 wirkende Zentrifugalkraft eingeschränkt ist, die Spitzenenden der Stege 4 die Rollen 6 ein, und nimmt die innerhalb des zylindrischen Rollenlagers erzeugte Wärme zu.
Wenn die Verschwenkung der Stege 4 auf einem geeigneten Wert eingestellt ist, wie oben beschrieben ist, dann gibt es kein Problem mit dem Spitzenende der Stege 4, das die Rollen 6 einschränkt. Wenn das zylindrische Rollenlager angehalten wird, gibt es einen Spalt, der zwischen den Seitenflächen der Stege 4 in der Nähe des Basisendes und der Rollfläche der Rollen gemäß Darstellung in 28 vorhanden ist, befinden sich jedoch die Seitenflächen der Stege 4 in der Nähe der Spitzenenden sehr nahe bei der Rollfläche der Rollen 6, oder kommen sie sogar mit dieser in Berührung, wie in 29 dargestellt ist. Als eine Folge der Seitenflächen an den Spitzenenden der Stege 4, die mit der Rollfläche der Rollen 6 in Berührung kommen, bewegen sich sogar dann, wenn die Spitzenenden der Stege 4 die Rollen 6 etwas einschränken, wenn die Stege 4 durch die Zentrifugalkraft elastisch deformiert werden, die auftritt, wenn das zylindrische Rollenlager im Umlauf steht, die Spitzenenden der Stege 4 von den Rollen 6 weg. Darüber hinaus ist es, wenn die maximale Drehzahl bekannt ist, möglich, die Größe der Deformation der Stege infolge der Zentrifugalkraft bei maximaler Drehzahl in Betracht zu ziehen und die Größe der Verschwenkung der Stege 4 so einzustellen, daß sie etwa gleich der Größe der Bewegung des Käfigs plus der Größe der Deformation ist.
Durch das Einstellen der Größe der Verschwenkung der Stege 4 in dieser Weise ist die Größe, bei der sich die Stege 4 infolge der Zentrifugalkraft bei einer niedrigen Drehzahl elastisch deformieren, klein, so daß es möglich ist, daß die Spitzenenden der Stege 4 die Rollen 6 beschränken, besteht jedoch bei niedriger Drehzahl, da die Reibungsdrehzahl zwischen den Stegen 4 und den Rollen 6 bei niedriger Drehzahl niedrig ist und da die an dem Berührungspunkt zwischen den Rollen 6 und der Fläche der Laufbahnfläche erzeugte Wärme, die Menge der mittels des zylindrischen Rollenlagers im allgemeinen erzeugte Wärme, niedrig ist im Vergleich zu dem Hochgeschwindigkeits-Betrieb, kein besonderes Problem.
Als nächstes wird die gewünschte Gestalt sowohl der inneren als auch der äußeren Fläche der Stege 4 und des kreisförmigen Ringabschnitts 5 erörtert. In dem Fall des Kunststoff-Käfigs 1d dieser Erfindung, bei dem nur das Basisende der Stege 4 in freikragender Weise mittels des kreisförmigen Ringabschnitts 5 abgestützt ist, ist es das Beste, die Querschnittsfläche des kreisförmigen Ringabschnitts 5 so groß wie möglich zu machen, um seine Steifigkeit und Festigkeit zu verbessern.
Andererseits ist es, um in der Lage zu sein, die elastische Deformation der Stege 4 infolge der Zentrifugalkraft an dem Abstützpunkt zu unterdrücken, an dem sie mit dem kreisförmigen Ringabschnitt 5 in Berührung stehen, und um in der Lage zu sein, mit höheren Drehzahlen zu arbeiten, das Beste, wenn die Querschnittsfläche der Spitzenenden der Stege 4 so klein wie möglich ist.
Unter Berücksichtigung dieses ist es für den Kunststoff-Käfig 1d dieser Erfindung das Beste, daß er eine Gestalt gemäß Darstellung in 30 besitzt. Mit anderen Worten gilt für die Außendurchmesserabmessungen, wenn der Außendurchmesser des kreisförmigen Ringabschnitts 5 D₅ ist und der Außendurchmesser an dem Spitzenende der Stege 4 D₄ ist, dann D5 > D4. Andererseits gilt für die Innendurchmesser, wenn der Innendurchmesser des kreisförmigen Ringabschnitts R₅ ist, und der Innendurchmesser des Spitzenendes der Stege 4 R₄ ist, dann R₅ < R₄. Durch Einstellen bzw. Berücksichtigen der Abmessungsbeziehung in dieser Weise ist es möglich, die Festigkeit und Stärke des kreisförmigen Ringabschnitts 5 aufrechtzuerhalten, sowie es schwierig zu machen, daß der äußere Umfangsrand an den Spitzenenden der Stege 4 mit der inneren Umfangsfläche der äußeren Laufbahn 12 ohne Rücksicht darauf zusammentrifft, ob es eine Deformation infolge der Zentrifugalkraft während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs gibt.
Zur Erfüllung der Beziehung D₅ > D₄ ist die Außenumfangsfläche der Stege 4 in Hinblick auf die Zentralachse verschwenkt, und liegt der Verschwenkungswinkel am besten innerhalb des Bereichs von 2 bis 4 Grad. Wie oben unter Bezugnahme auf 24 beschrieben ist, wird durch das Einstellen der Größe der Verschwenkung der Stege 4 dann der Schwenkwinkel der äußeren Umfangsfläche der Stege 4 zu der Summe des Schwenkwinkels plus den obenangegebenen zwei bis vier Grad.
Der Kunststoff-Käfig für ein Rollenlager dieser Erfindung ist wie oben beschrieben ausgebildet und arbeitet entsprechend, so daß es sogar dann, wenn Veränderungen der Betriebsbedingungen, beispielsweise des Zusammenbauzustandes des Rollenlagers, auftreten, möglich ist, innerhalb des Käfigs auftretende anormale Beanspruchungen auf einem Minimum zu halten. Darüber hinaus ist es möglich, in stabiler Weise bei hoher Drehzahl während langer Zeitperioden eine Maschine zu betreiben, die eine Lagerungssektion aufweist, die ein Rollenlager umfaßt, das mit dem Kunststoff-Käfig ausgestattet ist, und zwar ohne Beschädigung des Käfigs.

Claims

Kunststoff-Käfig zur Verwendung in einem Rollenlager mit einem Laufring (11), mit einem kreisförmigen Ringabschnitt (5) mit einer inneren Seitenfläche, die an einem axialen Ende des Käfigs vorgesehen ist; und einem Stegabschnitt, der mit einer Vielzahl von Stegen (4) ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet angeordnet sind, an einem Ende zu der inneren Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts (5) verlängert sind und in Umfangsrichtung mit einem Zwischenraum gegenüberliegende Seitenflächen von benachbarten Stegen aufweisen, so dass eine Vielzahl von Taschen (7) gebildet ist, die jeweils auf drei Seiten durch die in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seitenflächen der benachbarten Stege (4) und die innere Seitenfläche des kreisförmigen Ringabschnitts (5) definiert sind, um darin Rollen (6) drehbar aufzunehmen, die einen bestimmten Außendurchmesser (D₆) aufweisen, wobei die Taschen (7) radial äußere und innere Öffnungen festlegen, und wobei zumindest einige der Stege (4) einen peripheren Oberflächenabschnitt aufweisen, der mit einem Berührungsvorsprung (16) zum Eingriff mit einem Stegabschnitt (17) des Laufrings (11) des Rollenlagers ausgebildet ist, um zu verhindern, dass der Kunststoff-Käfig in Richtung auf ein axiales Ende relativ zu dem Laufring verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen der Stege (4) in Umfangsrichtung derart mit einem gekrümmten Abschnitt (19) an der Außenseite in radialer Richtung und mit einem flachen Abschnitt (20) an der Innenseite in radialer Richtung des Käfigs ausgebildet sind, dass diese Abschnitte (19, 20) glatt ineinander übergehen, die flachen Abschnitte (20) von einander gegenüberliegenden Seitenflächen benachbarter Stege parallel zueinander sind, der Krümmungsradius der gekrümmten Abschnitte (19) größer als der Krümmungsradius der in den Taschen (7) aufgenommenen Rollen (6) ist, die Breite des Zwischenraums zwischen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seitenflächen benachbarter Stege (4) im Bereich der flachen Abschnitte (20) von dem radial mittleren Abschnitt zu der radial inneren Öffnung größer als der Außendurchmesser (D₆) der Rollen (6) ist, die radial äußere Öffnung der Taschen (7) eine Breite (W₇) im Bereich des 0,7 bis 0,9-fachen des Außendurchmessers (D₆) der Rollen (6) aufweist, und der Krümmungsradius der gekrümmten Abschnitte (19) radial nach außen größer wird derart, dass der Einziehungswinkel (a) der eingezogenen Ränder (21) der gekrümmten Abschnitte (19) an der radial äußeren Öffnung der Taschen (7) kleiner als der Öffnungswinkel (ß) der radial äußeren Öffnung der Taschen unter der Voraussetzung, dass die gekrümmten Abschnitte (19) ohne Veränderung des Krümmungsradius verlängert wären, ist.
Kunststoff-Käfig nach Anspruch 1, bei welchem der Krümmungsradius der gekrümmten Abschnitte (19) etwa 0,5% bis 10% größer als der Krümmungsradius der in den Taschen (7) aufgenommenen Rollen (6) ist.
Kunststoff-Käfig nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Einziehungswinkel (a) der eingezogenen Ränder (21) der gekrümmten Abschnitte (19) an der radial äußeren Öffnung der Taschen (7) um mindestens 10° kleiner als der Öffnungswinkel (ß) der radial äußeren Öffnung der Taschen ist.
Kunststoff-Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Freiraum (Δ₃) zwischen den Berührungsvorsprüngen (16) der Stege (4) und dem Stegabschnitt (17) des Laufrings (11) in axialer Richtung etwa 0,1 mm bis etwa 2 mm beträgt.
Rollenlager mit einem Kunststoff-Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Verwendung des Rollenlagers nach Anspruch 5 in einem Maschinenwerkzeug.