DE202007014770U1

DE202007014770U1 - Käfigsegment eines Kunststoffkäfigs sowie Wälzlager mit dem Kunststoffkäfig

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Publication number: DE202007014770U1
Application number: DE202007014770U
Authority: DE
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2017-10-11

Abstract

Käfigsegment (1) eines Kunststoffkäfigs (2) für ein Wälzlager, insbesondere für ein Großwälzlager,
wobei eine Mehrzahl der Käfigsegmente (1) zur Bildung des Kunststoffkäfigs (2) in Umfangsrichtung stirnseitig angrenzend und/oder aneinander stoßend angeordnet und/oder anzuordnen sind,
mit mindestens einer Tasche (7) für einen Wälzkörper (3) und
mit einer Verbindungseinrichtung (4), welche so ausgebildet ist, dass die Käfigsegmente (1) untereinander kettenartig verbindbar sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Käfigsegment eines Kunststoffkäfigs für ein Wälzlager, insbesondere für ein Großwälzlager, wobei eine Mehrzahl derartiger Käfigsegmente zur Bildung des Kunststoffkäfigs in Umfangsrichtung stirnseitig aneinander stoßend angeordnet und/oder anzuordnen sind und wobei das Käfigsegment mindestens eine Tasche für einen Wälzkörper aufweist, sowie ein Wälzlager mit einem Kunststoffkäfig mit derartigen Käfigsegmenten.
Wälzlager bekannter Bauarten umfassen üblicherweise einen Innenring, einen Außenring, eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen Innenring und Außenring drehbar gelagert sind, sowie – optional – einen Käfig zur Führung der Wälzkörper. Der Käfig stellt dabei sicher, dass die Wälzkörper nicht aneinander stoßen, sondern in einem vordefinierten Abstand zueinander geführt sind.
Insbesondere bei Großwälzlagern, also Wälzlager mit einem Außen- oder Teilkreisdurchmesser von zum Beispiel größer als 500 mm, stellt sich die Herausforderung, die entsprechend schwer ausgebildeten Wälzkörper durch einen Käfig zuverlässig zu führen.
Eine mögliche Ausführungsform für einen Käfig eines Großwälzlagers aus Metall ist zum Beispiel in der Offenlegungsschrift DE 155 74 80 A1 offenbart, welche einen Wälzlagerkäfig mit zwei in Achsrichtung von einander beabstandeten Stirnringen mit über den Umfang verteilten fluchtenden Löchern zur drehfesten Aufnahme von Stirnzapfen von Stegen zeigt, wobei die Stege zusammen mit den Stirnringen Taschen für die Wälzkörper bilden.
Alternativ zu Käfigen aus Metall sind auch Kunststoffkäfige bekannt, welche insbesondere bei kleinen Wälzlagern einstückig hergestellt sind, bei großen Wälzlagern jedoch auch aus mehreren Käfigsegmenten zusammengesetzt werden.
Ein derartiger Kunststoffkäfig wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 102 46 825 A1 beschrieben, welche wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Der Kunststoffkäfig ist aus einer Mehrzahl von Kunststoffkäfigsegmenten gebildet, welche im eingebauten Zustand stirnseitig aneinander stoßen, wobei bei einer spaltfreien Aneinanderreihung der Käfigsegmente des Kunststoffkäfigs zwischen den benachbarten Stirnseiten eines letzten und eines ersten Segments ein Zwischenraum verbleibt, wobei die mittlere Ausdehnung dieses Zwischenraums in Umfangsrichtung bei Raumtemperatur einen Wert zwischen 0,15% und 1% des Gesamtumfangs eines Kreises beträgt, der mittig durch die aneinander gereihten Segmente verläuft.
Ein nachveröffentlichter Stand der Technik wird durch die Deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 0229 51.7 der Anmelderin gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Käfigsegment für einen Kunststoffkäfig vorzuschlagen, welches gegenüber den bekannten Lösungen ein verbessertes Funktionsverhalten zeigt.
Hierzu wird ein Kunststoffkäfigsegment mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Wälzlager mit einem aus einer Mehrzahl derartiger Kunststoffkäfigsegmente gebildeten Kunststoffkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 18 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Der Erfindung folgend wird ein Käfigsegment eines Kunststoffkäfigs für ein Wälzlager offenbart, wobei das Käfigsegment für den Einsatz in einem Großwälzlager ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Großwälzlager weist bevorzugt einen Teilkreisdurchmesser von mehr als 500 mm, insbesondere mehr als 1.000 mm auf. Das Wälzlager wird beispielsweise zur Abstützung des Rotors in einer Windkraftanlage eingesetzt.
Das Käfigsegment ist so ausgebildet, dass zur Bildung des Kunststoffkäfigs eine Mehrzahl der Käfigsegmente in Umlaufrichtung stirnseitig angrenzend und/oder aneinander stoßend angeordnet und/oder anzuordnen ist. Dabei sind Kunststoffsegmente und Lagerringe des Wälzlagers derart abgestimmt, dass die Kunststoffsegmente nicht auf Druck beansprucht aneinander liegen, sondern vielmehr zwischen den Käfigsegmenten ein Zwischenraum zwischen den Stirnseiten der Käfigsegmente verbleibt.
Zur Führung der Wälzkörper weist das Käfigsegment mindestens eine Tasche, vorzugsweise mehrere Taschen für jeweils min. einen Wälzkörper auf.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Käfigsegment eine Verbindungseinrichtung aufweist, welche einstückig, insbesondere einmaterialig mit dem Käfigsegment verbunden ist und welche derart ausgebildet ist, dass gleichartige Käfigsegmente untereinander kettenartig zur Bildung des Kunststoffkäfigs koppelbar sind. Die Verbindungseinrichtung ist dabei vorzugsweise konstruktiv so realisiert, dass sich die Verbindung bei Überschreiten einer Grenzkraft lösen und auch wieder verbinden bzw. einrasten kann.
Ein Vorteil der verbindbaren Käfigsegmente gegenüber lose eingelegten Kunststoffkäfigsegmenten, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist, dass die lose eingelegten Kunststoffsegmente ein Gesamtendspiel aufweisen müssen, welches zur Kompensation einer Dehnung sämtlicher Kunststoffkäfigsegmente des Kunststoffkäfigs, wie sie aufgrund von Temperatur und/oder Quellen auftreten kann, ausgebildet sein muss. Im ungünstigsten Fall kann somit bei den lose eingelegten Kunststoffkäfigsegmenten sich an einer Stelle eine Lücke zwischen zwei Segmenten ausbilden, welche dem gesamten Endspiel entspricht. Diese Lücke kann zu einer Erhöhung der Reibung an den Wälzkörpern führen, was in einer höheren Wälzlagertemperatur und einem Verschleiß des Wälzlagers an den Berührungsflächen resultiert.
Durch die Verbindungseinrichtung ist dagegen sichergestellt, dass sich einzelne Käfigsegmente voneinander nicht zu weit distanzieren können, so dass der beschriebene, negative Effekt ausgeschlossen ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Verbindungseinrichtung so ausgebildet, dass zwischen zwei aneinander stoßenden Käfigsegmenten in Umlaufrichtung ein begrenztes Spiel ermöglicht ist. Das begrenzte Spiel – oder die Spielpassung – erlaubt die Entstehung eines Zwischenraums zwischen den Stirnseiten der stirnseitig aneinander stoßenden bzw. angrenzenden Kunststoffkäfigsegmente.
Besonders bevorzugt ist das begrenzte Spiel in einer Größe realisiert, die im Bereich der maximalen Temperatur- und/oder Quellausdehnung eines einzigen der Käfigsegmente unter normalen Betriebsbedingungen liegen. Bei den normalen Betriebsbedingungen werden vorzugsweise Temperaturen zwischen z.B. 20°C und 80°C, jedoch kleiner als 150°C, erwartet.
Das begrenzte Spiel weist vorzugsweise eine Größe von 0,2% bis 2%, insbesondere 0,5% bis 1,5% und im speziellen 1% der Umfangslänge des Käfigsegments, also eines einzelnen Käfigsegments auf. Die Umfangslänge wird vorzugsweise als Kreislänge zwischen den zwei Stirnseiten des Käfigsegments in der Höhe des Teilkreisdurchmessers der eingelegten Wälzkörper gemessen. Somit werden zwei Käfigsegmente über die Verbindungseinrichtung so verbunden, dass zwischen ihnen mindestens das erforderliche Spiel verbleibt, dass für das Quellen sowie für das größere Ausdehnen eines einzelnen Käfigsegments gegenüber den anderen Lagerkomponenten mit anderen Werkstoffen, insbesondere den Lagerringen und den Wälzkörpern, erforderlich ist Dabei ist es bevorzugt, dass das begrenzte Spiel gleich oder minimal größer als die mögliche Gesamtausdehnung des Kunststoffkäfigs in Umlaufrichtung ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung weist das Käfigsegment Querstege und Seitenringabschnitte auf, wobei die Querstege die Seitenringabschnitte einstückig und/oder einmaterialig verbinden, so dass der Zwischenraum zwischen den Querstegen mindestens eine bzw. mehrere Taschen für den oder die Wälzkörper bildet.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausführung sind die Seitenbänder und/oder die Querstege in radialer Erstreckung zur Drehachse des Wälzlagers so abgestimmt, dass ein großer Freiraum verbleibt, durch den Schmierstoff dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern zugeführt werden kann. Insbesondere sind die Seitenringabschnitte bzw. die Querstege in radialer Richtung überlappend zu dem Teilkreisdurchmesser der Wälzkörper angeordnet und überdecken in etwa ein Drittel des Wälzkörperdurchmessers.
Um die Schmierung der Wälzkörper zu verbessern, sind bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Querstege so ausgeführt, dass die Wälzkörper in Längserstreckung der Wälzkörper nur abschnittsweise, insbesondere nur in den Endbereichen der Wälzkörper, an den Querstegen zur Anlage kommen. Die Querstege sind insbesondere so realisiert, dass ein Mittelteil der Wälzkörper berührungsfrei zu den Querstegen läuft.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung sind die Querstege in Umlaufrichtung des Kunststoffkäfigs im Mittelteil durchmesserreduziert oder tailliert ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass im Mittelteil der Wälzkörper der Quersteg den Wälzkörper nicht berührt und somit auch kein Schmierstoff abgestreift wird.
Zur Verbindung der Käfigsegmente untereinander umfasst die Verbindungseinrichtung beidseitig zu den Seitenringabschnitten in axialer Richtung versetzt angeordnete und einstückig an den Seitenringabschnitten angeformte Laschen, welche ein zu verbindendes weiteres Käfigsegment axial außenseitig umgreifen. In axialer Draufsicht sind die Laschen deckungsgleich bzw. als Verlängerung zu den Seitenringabschnitten ausgebildet, insbesondere weisen diese die gleiche radiale Erstreckung wie die Seitenringabschnitte auf. Die freien Enden der angeformten Laschen sind elastisch ausgebildet und erlauben ein federndes Nachgeben in axialer Richtung. Zur Verbindung der Lasche mit einem nachfolgenden Käfigsegment weist die Lasche eine axial zu dem Innenbereich des Käfigsegments gerichtete Haltenase auf.
Des Weiteren weist die Verbindungseinrichtung Gegenhaltenasen auf, welche auf der axialen Außenseite des Käfigsegments angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind auf der einen Seite des Käfigsegments die Laschen mit den Haltenasen und auf der anderen Seite des Käfigsegments die Gegenhaltenasen angeordnet, so dass bei einer Verkettung der Käfigsegmente jeweils Laschen in Gegenhaltenasen eingreifen bzw. diese übergreifen. Bei alternativen Ausführungsformen können jedoch auch auf jeder Seite in Um laufrichtung des Käfigsegments eine Lasche und eine Gegenhaltenase angeordnet sein. Bei dem Zusammenbau verhaken sich die Haltenasen eines ersten Käfigsegments mit den Gegenhaltenasen eines zweiten Käfigsegments zur Bildung des Kunststoffkäfigs miteinander. Hierbei werden die Laschen axial ausgelenkt, so dass die Haltenasen über die Gegenhaltenasen gleiten können und hinter den Gegenhaltenasen verhaken. Die Verhakung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass diese durch eine Zugkraft in Umlaufrichtung bei Erreichen einer bestimmten Grenzkraft zerstörungsfrei zu lösen ist. Im Gegenzug können sich gelöste Käfigsegmente bei einem Aufbringen einer Druckkraft in Umlaufrichtung wieder selbsttätig schließen. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass sich bei einer kurzzeitigen Überlastung des Wälzlagers bzw. des Kunststoffkäfigs die Käfigsegmente voneinander zerstörungsfrei lösen können und bei Wiedererreichen eines normalen Betriebszustandes wieder miteinander verbinden können, so dass der Kunststoffkäfig „selbstreparierend" ausgebildet ist.
Bei einer besonders bevorzugten Realisierung ist an mindestens einem der Querstege, vorzugsweise an einigen Querstegen, insbesondere an allen Querstegen mindestens ein Gleitschuh angeformt, der zur gleitenden Abstützung des Käfigsegments an einem Lagerring, insbesondere einem Außenring des Wälzlagers, ausgebildet ist. Bei einer bevorzugten Realisierung sind an mindestens einem Quersteg zwei Gleitschuhe angeformt, welche in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Insbesondere sind die Gleitschuhe so positioniert, dass diese im Randbereich der durch die Querstege gebildeten Tasche angeordnet sind. Funktionell betrachtet sind die Gleitschuhe axial außenseitig zu einer im normalen Betrieb durch die Wälzkörper und den Lagerring gebildeten Druckellipse arrangiert. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass der Schmiermittelzufluss zu dem druckbelasteten Bereich des Wälzkörpers durch den oder die Gleitschuhe nicht oder nur minimal gestört ist.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist der Gleitschuh in einer axialen Draufsicht in Form eines gefüllten Trichters oder eines Pilzes ausgebildet und/oder definiert an der radialen Außenseite eine durchgehende, im Querschnitt senkrecht zu der Drehachse gekrümmte, vorzugsweise wendepunktfrei gekrümmte Anlagefläche. Die Anlagefläche hat einen vorzugsweise konstanten oder zumindest stetigen Krümmungsradiusverlauf, welcher gleichsinnig oder stets gleichsinnig zu dem Krümmungsradius des Lagerrings ausgebildet ist, jedoch einen kleineren Krümmungsradius zeigt. Beispielsweise weist die Anlagefläche einen Krümmungsradius auf, welcher kleiner als 50%, vorzugsweise kleiner als 30% und insbesondere kleiner als 10% des Krümmungsradiuses der Laufbahn des Lagerings ausgebildet ist. Der verringerte Krümmungsradius hat den Vorteil, dass der Gleitschuh kufenähnlich nur mit einem Mittelteil des Gleitschuhs an dem Lagerring anliegt, so dass im Betrieb in Umlaufrichtung durch die Randbereiche des Gleitschuhs Schmierstoff zwischen Gleitschuh und Ring geschoben werden kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die einem benachbarten Wälzkörper zugewandte Seitenfläche des Gleitschuhs als eine Führungsfläche für den Wälzkörper ausgebildet. Optional entspricht der Krümmungsradius der Führungsfläche zumindest abschnittsweise dem Wälzkörperradius oder ist bis zu 10% größer und/oder schmiegend ausgebildet.
Vorzugsweise erfolgt die Führung der Käfigsegmente zwischen der Laufbahn eines Außenrings und nach innen über die Wälzkörper. Insbesondere ist das Käfigsegment so ausgebildet, dass der Wälzkörper von den trichterförmigen Gleitschuhen zumindest in einem Abschnitt radialaußen zu dem Teilkreisdurchmesser umschlungen wird.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Käfigsegment Führungsnoppen auf, welche radial nach innen gerichtet sind und welche zur Abstützung des Käfigsegments an einem weiteren Ring, insbesondere an einem Innenring ausgebildet sind. Die Führungsnoppen sind vorzugsweise in ähnlicher Weise in axialer Richtung voneinander beabstandet wie die Gleitschuhe. Ebenfalls vorzugsweise ist vorgesehen, dass nur jeder zweite oder jeder nte-Quersteg derartige Führungsnoppen trägt, so dass auch Querstege ohne Führungsnoppen vorgesehen sein können.
Zur weiteren Erniedrigung der Reibung weisen die Führungsnoppen an deren freien Ende gleitreibungsreduzierende Merkmale, insbesondere Verrundungen auf. Die nach innen gerichteten Führungsnoppen sind in der Länge derart ausgelegt, dass diese nur im Sonderfall eine zusätzliche Abstützung des Kunststoffkäfigs bzw. des Käfigsegments gewährleisten. Derartige Sonderfälle liegen zum Beispiel bei Verformungen des Kunststoffkäfigs durch besonders hohe Kräfte oder nach einem gewissen Verschleiß der führenden Innenseite der Gleitschuhe vor. Insgesamt sind an den Käfigsegmenten nach außen zur Außenringlaufbahn hin Führungsstege, welche in Umfangsrichtung als Kufen ausgebildet sind angeordnet und die ein nahezu optimales Gleiten in der Lagerlaufbahn auf einem Schmierfilm gewährleisten. Die Führungsnoppen bzw. Abstandsstege nach innen zur Innenringlaufbahn sind gut verrundet, um bei Berührung gute Gleiteigenschaften zu bieten.
Bevorzugt wird das Käfigsegment in einem Spritzgussverfahren hergestellt, wobei als Material beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere mit einer Glas-/Kohle-/Aramidverstärkung, insbesondere Poly-Ether-Ether-Keton mit einem Fasergehalt zwischen 10 bis 50 Gewichts-%, zur Anwendung kommt. Um die spritztechnischen Voraussetzungen zu verbessern, weisen die Seitenringabschnitte und die Querstege des Käfigsegments sowie die Führungsnoppen und die Gleitschuhe jeweils die gleichen Stegquerschnitte auf.
Ein weiterer Gegenstand betrifft ein Wälzlager mit einem Kunststoffkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 18, wobei der Kunststoffkäfig aus einer Mehrzahl der Käfigsegmente nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist. Das Wälzlager ist vorzugsweise als ein spielfrei und/oder vorge spanntes Wälzlager, insbesondere für Rotoren von Windkraftanlagen ausgebildet, im speziellen handelt es sich um ein zweireihiges Kegelrollenlager, vorzugsweise mit einem großen Druckwinkel in einem Bereich von beispielsweise 45°.
Die Führung der Käfigsegmente erfolgt bevorzugt einerseits durch die Abstützung über die Gleitschuhe an dem Außenring und andererseits über die Anlage der Führungsflächen an den Wälzkörpern oder über die Führungsnoppen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:
1 eine schematische dreidimensionale Draufsicht auf ein Käfigsegment als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische dreidimensionale Draufsicht von radial außen auf einen Ausschnitt eines Kunststoffkäfigs mit den Käfigsegmenten in 1 in einem Verbindungsbereich;
3 eine schematische dreidimensionale Draufsicht von radial außen auf ein Käfigsegment des Kunststoffkäfigs in 2;
4 eine schematische dreidimensionale axiale, teilgeschnittene Draufsicht entlang der Schnittlinie I-I in 3 auf das Käfigsegment aus den vorherigen Figuren;
5 eine schematische, dreidimensionale Schnittansicht entlang der Linie B-B in 1;
6 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie E-E in 5.
Die 1 zeigt eine dreidimensionale, schematische Darstellung eines Käfigsegments 1 für einen Kunststoffkäfig 2 (2) eines Wälzlagers, welches als Großwälzlager mit einem Teilkreisdurchmesser von größer als 500 mm ausgebildet ist und beispielsweise zur Lagerung von Rotoren in Windkraftanlagen eingesetzt wird. Insbesondere ist das Wälzlager spielfrei und/oder vorgespannt ausgebildet. Beispielsweise ist der Käfig aus Poly-Ether-Ether-Keton gebildet.
Wie sich insbesondere aus einer Zusammenschau mit der 2 ergibt, können jeweils gleichartige Käfigsegmente 1 in Umlaufrichtung stirnseitig angrenzend bzw. aneinander stoßend angeordnet und miteinander verhakt werden, um einen umlaufenden Kunststoffkäfig 2 zur Führung von Wälzkörpern 3 (6) zu bilden. In dem in der 2 gezeigten Detailausschnitt ist der Kunststoffkäfig 2 im Bereich einer Verbindungsstelle 4 gezeigt, an der zwei Käfigsegmente 1 miteinander lösbar verbunden sind.
Jedes Käfigsegment 1 weist zwei seitlich verlaufende Seitenringabschnitte 5 auf, welche als Seitenbänder ausgebildet sind und über Querstege 6 miteinander verbunden sind, so dass zwischen den Querstegen 6 Taschen 7 für die Wälzkörper 3 (6) gebildet sind. In der gezeigten Ausführungsform weist jedes Käfigsegment vier Taschen 7 und fünf Querstege 6 auf.
In dem Endbereich der Käfigsegmente 1 werden durch die Querstege 6 Stirnseiten 8 der Käfigsegmente 1 gebildet, wobei die Stirnseiten 8 von benachbarten Käfigsegmenten 1 aneinander stoßend und/oder angrenzend angeordnet sind. Genauer betrachtet sind die Stirnseiten 8 nicht vollflächig aneinander stoßend ausgebildet, sondern weisen jeweils in den Randbereichen eine Anlagekontur 9 auf, wobei in dem Mittelbereich stets ein freier Spalt 10 verbleibt, welcher beispielsweise für einen Schmiermitteldurchfluss nutzbar ist.
Die Verbindungsstelle 4 wird durch eine Verbindungseinrichtung erzeugt, welche aus Laschen 11 mit Haltenasen 12 an einem der Käfigsegmente 1 und Gegenhaltenasen 13 an einem anderen Käfigsegment 1 gebildet ist. Die Laschen 11 sind dabei in axialer Richtung parallel versetzt zu den Seitenringabschnitten 5 angeordnet und an einem Ende mit diesen einstückig verbunden, wobei sich an der axialen Stirnseite eine Rampe 14 bildet. Die Laschen 11 umgreifen von axial außenseitig das benachbarte Käfigsegment 1 und weisen an deren elastischem, freien Enden die Haltenasen 12 auf, wobei die Haltenasen 12 der zwei Laschen 11 zueinander gewandt angeordnet sind.
Mit den Haltenasen 12 werden die Gegenhaltenasen 13, welche in einem Endbereich der Seitenringabschnitte 5 des benachbarten Käfigsegments 1 angeformt sind, haltend umgriffen. Die Laschen 11, die Position der Haltenasen 12 bzw. der Gegenhaltenasen 13 ist in Bezug zu der Stirnseite 8, insbesondere im Bereich der Anlagekontur 9, so ausgebildet, dass die Verbindungsstelle 4 im verhakten Zustand ein begrenztes Spiel Pfeil 15 aufweist, so dass sich die beiden benachbarten Käfigsegmente 1 im Rahmen des begrenzten Spiels 15 in Umlaufrichtung relativ zueinander bewegen können.
Das begrenzte Spiel 15 ist von der Größe dabei so ausgelegt, dass es zur Kompensation von Längsdehnungen eines der Käfigsegmente 1 in Umlaufrichtung aufgrund von Temperatur- und/oder Quelleffekten ausreichend ist. Funktionell betrachtet wird das Spiel 15 so gewählt, dass eine Längenänderung eines der Käfigsegmente 1 bei einer Temperaturerhöhung von z.B. 20°C auf z.B. max. 150°C kompensiert werden kann. Absolut definiert ist das begrenzte Spiel 15 im Bereich zwischen 0,2% und 2% der Umlauflänge eines der Käfigsegmente 1 definiert.
Ein weiteres Merkmal der Verbindungsstelle 4 ist es, dass sich diese zerstörungsfrei bei Überschreiten einer gewissen Grenzzugkraft lösen kann. So ist es möglich, dass sich der Kunststoffkäfig bei einer temporären Überlastung des Wälzlagers öffnet, um dieser Überlastung nachzugeben. Im weiteren Betrieb reicht eine in Umlaufrichtung wirkende Druckkraft aus, um den Kunststoffkäfig an der geöffneten Verbindungsstelle 4 wieder zu schließen. Hierzu sind die Haltenasen 12 bzw. Gegenhaltenasen 13 an den verhakenden Flanken in der 2 gezeigten Darstellung rampenähnlich ausgebildet, so dass diese sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen zerstörungsfrei übereinander gleiten können.
Die 3 zeigt das Käfigsegment 1 in einer radialen Draufsicht von der Innenseite, wobei zu erkennen ist, dass an dem einen freien Ende des Käfigsegments 5 die Gegenhaltenasen 13 und an der anderen Seite des Käfigsegments die Laschen 11 angeordnet sind. Wie sich ebenfalls sehr gut aus dieser Darstellung entnehmen lässt, sind die Querstege 6 im Querschnitt in Umlaufrichtung in einem Mittelteil 16, welcher zwischen einem Drittel und der Hälfte der Gesamtlänge des Querstegs 6 ausmacht, verjüngt oder tailliert ausgebildet. Dieser Mittelteil 16 ist – funktionell betrachtet – so ausgebildet, dass die Wälzkörper 3 zu diesem berührungsfrei angeordnet sind bzw. laufen, wobei die Führung der Wälzkörper 3 ausschließlich über Randbereiche 17 erfolgt. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass im Mittelteil 16 ausreichend Platz für den Durchtritt von Schmierstoff zu dem Wälzkörper 3 verbleibt, insbesondere wird kein Schmierstoff an den Querstegen 6 im Bereich des Mittelteils 16 abgestreift.
Die 4 zeigt eine schematische axiale Draufsicht auf das Käfigsegment 5 mit einem Teilschnitt entlang der Schnittlinie I-I in 3, wobei nochmals zu entnehmen ist, dass die Seitenringabschnitte 5 und die Lasche 11 in radialer Richtung eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche Ausdehnung einnehmen.
Nach radial außen weist das Käfigsegment 1 Gleitschuhe 18, 19 auf, wobei auf jedem der inneren Querstege 6 ein Paar vollständiger Gleitschuhe 18 und auf den endseitig angeordneten Querstegen 6 ein Paar halber Gleit schuhe 19 positioniert ist. Die mittigen Gleitschuhe 18 weisen in seitlicher Draufsicht eine Pilz- oder trichterähnliche Form auf, welche eine radial nach außen gewandte Anlagefläche 20 zur Anlage an dem nicht gezeigten Außenring umfasst. Die Anlagefläche 20 ist gekrümmt ausgebildet und liegt mit ihrem Zentrum an der Laufbahn des Außenrings an. Der Krümmungsradius der Anlagefläche in der gezeigten seitlichen Ansicht in 4 ist wesentlich kleiner als der Krümmungsradius der Laufbahn des Außenrings ausgebildet, wobei sich im gezeigten Querschnitt dreiecksähnliche Freiräume zwischen der Anlagefläche 20 und der Laufbahn des Außenrings bilden, so dass im Betrieb Schmierstoff unter die Gleitschuhe 18 geschoben wird.
In Umlaufrichtung weisen die Gleitschuhe 18, 19 Führungsflächen 21 auf, an denen die Wälzkörper 3 geführt werden (6). Die Führung des Käfigsegments 1 erfolgt somit einerseits durch die Anlage der Anlagefläche 20 an der Laufbahn des Außenrings und zum anderen durch Anlage der Führungsfläche 21 an dem Wälzkörper 3.
Zur radial innenseitigen Abstützung zeigt das Käfigsegment 5 Führungsnoppen 22, welcher in ihrer radialen Länge so bemessen sind, dass diese bei einem normalen Betrieb des Wälzlagers beabstandet zu der Laufbahn des Innenrings angeordnet sind. Nur bei sehr starken Verformungen des Wälzlagers, zum Beispiel bei starker Beanspruchung oder bei einem Verschleiß der Gleitschuhe 18, 19 im Bereich der Führungsflächen 21 oder der Anlageflächen 20 liegen die Führungsnoppen 22 auf dem Innenring auf. Um auch dort die Gleitreibung zu minimieren sind die freien Endbereiche der Führungsnoppen 22 gerundet ausgebildet. Die Führungsnoppen 22 sind nur auf den in Umlaufrichtung äußeren und dem mittleren Quersteg 6 angeformt. Die dazwischen liegenden Querstege 6 weisen keine Führungsnoppen auf.
Die 5 zeigt das Käfigsegment 1 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung schräg von radial innen. An dieser Darstellung ist zu erläutern, dass die Gleitschuhe 18, 19 in axialer Richtung derart randseitig ange ordnet und in axialer Erstreckung derart schmal bemessen sind, so dass diese außerhalb eines Axialbereichs angeordnet sind, in dem sich während des Betriebs üblicherweise die Druckellipse zwischen Wälzkörper 3 und Laufbahn des Außenrings ergibt. Durch diese seitliche Positionierung wird wiederum die Schmierung der Wälzkörper 3 verbessert, da Abschabungseffekte durch die Gleitschuhe 18 bzw. 19 im belasteten Bereich der Wälzkörper 3 minimiert werden. Die Führungsnoppen 22 weisen in der gezeigten Ansicht eine rechteckige Grundform auf.
In der 6 ist ein Schnitt längs der Umlaufrichtung entlang der Schnittlinie E-E in 5 gezeigt, wobei zu erkennen ist, dass der als Kegelrolle ausgebildete Wälzkörper 3 sich von radialinnenseitig an die Führungsflächen 21 der Gleitschuhe 18 bzw. 19 anschmiegt und durch diese geführt wird.

1: Käfigsegment
2: Kunststoffkäfig
3: Wälzkörper
4: Verbindung
5: Seitenringabschnitt
6: Quersteg
7: Tasche
8: Stirnseiten
9: Anlagekontur
10: Spalt
11: Lasche
12: Haltenase
13: Gegenhaltenase
14: Rampe
15: Spiel
16: Mittelteil
17: Endbereich
18: (Voll-)Gleitschuh
19: (Halb-)Gleitschuh
20: Anlagefläche
21: Führungsfläche
22: Führungsnoppe

Claims

Käfigsegment (1) eines Kunststoffkäfigs (2) für ein Wälzlager, insbesondere für ein Großwälzlager, wobei eine Mehrzahl der Käfigsegmente (1) zur Bildung des Kunststoffkäfigs (2) in Umfangsrichtung stirnseitig angrenzend und/oder aneinander stoßend angeordnet und/oder anzuordnen sind, mit mindestens einer Tasche (7) für einen Wälzkörper (3) und mit einer Verbindungseinrichtung (4), welche so ausgebildet ist, dass die Käfigsegmente (1) untereinander kettenartig verbindbar sind.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (4) ausgebildet ist, in dem Kunststoffkäfig (2) in Umlaufrichtung ein begrenztes Spiel (15) zwischen den Käfigsegmenten (1) zu erlauben.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das begrenzte Spiel (15) eine Größe aufweist, die im Bereich der maximalen Temperaturausdehnung und/oder Quellausdehnung eines der Segmente (1) liegt.
Käfigsegment (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Querstege (6) und Seitenringabschnitte (5), wobei die Querstege (6) die Seitenringabschnitte (5) verbinden, so dass der Zwischenraum zwischen den Querstegen (6) die mindestens eine oder mehrere Taschen (7) bildet.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege (6) so ausgeführt sind, dass die Wälzkörper (3) in Längserstreckung nur abschnittsweise, insbesondere nur in den Endbereichen, an den Querstegen (6) zur Anlage kommen.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege (6) in Umlaufrichtung des Kunststoffkäfigs (2) im Mittelteil (16) der Querstege (6) durchmesserreduziert und/oder tailliert ausgebildet sind.
Käfigsegment (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (4) in axialer Richtung parallel zu den Seitenringabschnitten (5) versetzt angeordnete und einstückig an diese angeformte Laschen (11) umfasst.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine, einige oder alle der Laschen (11) eine axial zu dem Innenbereich des Käfigsegments (1) gerichtete Haltenase (12) aufweist.
Käfigsegment (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (4) Gegenhaltenasen (14) umfasst, welche auf der axialen Außenseite des Käfigsegments (1) angeordnet sind.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (4) so ausgebildet ist, dass die Haltenasen (12) eines ersten Käfigsegments (1) mit den Gegenhaltenasen (13) eines zweiten Käfigsegments (1) zur Bildung eines Abschnitts des Kunststoffkäfigs (2) miteinander verhaken.
Käfigsegment (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Käfigsegment (1), insbesondere an mindestens einem der Querstege (6), mindestens ein Gleitschuh (18, 19) angeformt ist, der zur gleitenden Abstützung an einem Lagerring, insbesondere an einem Außenring des Wälzlagers ausgebildet ist.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (18) in axialer Draufsicht die Form eines gefüllten Trichters oder eines Pilzes einnimmt und/oder zur mittigen Abstützung des Gleitschuhs (18) an dem Lagerring ausgebildet ist.
Käfigsegment (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Quersteg (6) zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete Gleitschuhe (18, 19) angeformt sind.
Käfigsegment (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einem benachbarten Wälzkörper (3) zugewandte Seitenfläche des Gleitschuhs (18, 19) als eine Führungsfläche (21) für den Wälzkörper (3) ausgebildet ist.
Käfigsegment (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Führungsnoppe (22), welche zur Abstützung des Käfigsegments (1) an einem weiteren Lagerring, insbesondere an einem Innenring ausgebildet ist.
Käfigsegment (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnoppe (22) an dem freien Ende gleitreibungsreduzierende Merkmale, insbesondere eine Verrundung aufweist.
Käfigsegment (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigsegment aus PEEK Material ausgebildet ist.
Wälzlager mit einem Kunststoffkäfig (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkäfig (2) aus einer Mehrzahl der Käfigsegmente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist.
Wälzlager nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigsegmente (1) einerseits durch die Abstützung über die Gleitschuhe (18, 19) an dem Außenring und andererseits über die Anlage der Führungsflächen (21) an den Wälzkörpern (3) geführt sind.