DE2145013B2

DE2145013B2 - Käfig für mit hohen Drehzahlen laufende Wälzlager

Info

Publication number: DE2145013B2
Application number: DE2145013A
Authority: DE
Inventors: Hakon Olof Scheibe Goeteborg Laangstroem (Schweden)
Original assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Current assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-09
Publication date: 1975-01-30
Also published as: FR2107436A5; DE2145013A1; GB1353045A; SE348813B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig aus Kunstharz für mit hohen Drehzahlen laufende Wälzlager, insbesondere Ringrillenlager, der mit gleichmäßiger Breite einstückig ausgebildet ist oder aus ringförmigen, vorzugsweise durch Ultraschallschweißung miteinander verbundenen Teilen besteht, und der einen äußeren Ring und eine Anzahl an der Innenseite des Rings ansetzende, Käfigzellen für die Wälzkörper des Lagers bildende Kragen aufweist, wobei auf der Innenseite des Rings außerhalb der Kragen, mit Bezug auf eine der Käfigzellen gegenüberliegend jeweils zwei Schmiermittelräume und aus diesen heraus durch den Ring und/oder die Kragen geführte Kanäle zur Zufuhr des Schmiermittels zu den Wälzkörpern angeordnet sind.

Bei Wälzlagern für sehr hohe Geschwindigkeiten sind die Käfige großen Zentrifugalkräften unterworfen, welche dazu neigen, die Käfige zu deformieren. Die Kräfte bewirken bei Käfigen herkömmlicher Art und insbesondere bei Käfigen aus Kunstharz eine schlechte Führung der Wälzkörper, wodurch sich eine unbefriedigende Arbeitsweise einstellen kann und der Käfig sogar von der Spur der Wälzkörper abspringen kann. Der Käfig wird dabei gegen den äußeren Laufring geklemmi und das Lager wird dadurch unbrauchbar.
Die Versorgung der Lager mit Schmiermittel, welche

ίο bei hohen Geschwindigkeiten arbeiten, werfen ebenfalls ein schwieriges Problem auf. In einigen Fällen ist es natürlich möglich, das Lager mit einer mechanischen Schmiermittelvorrichtung zu versehen, um eine ölnebelschmierung oder eine Schmiermittelströmung durch das Lager zu bewirken; jedoch werden durch derartige Vorrichtung die Kosten beträchtlich erhöht und darüber hinaus ist ein gewisser Raum erforderlich. Derartige Schmiermittelvorrichtungen sind bei nichtstationären Anlagen ungeeignet.

Es verbleibt die Alternative, die Schmierung mit HiI fe von Schmierfett durchzuführen, jedoch wird das Schmierfett bei herkömmlich ausgebildeten Käfigen in Richtung der Laufbahn des äußeren Ringes geworfen, von wo die Wälzkörper es auffangen und es auf die Spur des inneren Ringes übertragen. Auf Grund der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Wälzkörpern und dem inneren Ring wird das Schrrierfett schräg nach außen geworfen. Ein Teil desselben bleibt an den Wälzkörpern haften, während der Hauptteil zwischen benachbarten Wäb.körpern eingeschlossen wird, welcher durch die Zentrifugalkraft erneut in Richtung der Laufbahn des äußeren Ringes geworfen wird. Wenn das Schmierfett in dieser Weise einige Zeit lang behandelt worden ist, geht es in einen leicht fließfähigen Zustand über und kann aus dem Lager ausfließen, welches sodann trocken läuft.

Andere Probleme, welche die Schmierung von Wälzlagern betreffen, welche mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, bestehen darin, dp3 das Schmierfett auf Grund seiner Trägheit während des Anlaufens aus dem Stillstand bis zur hohen Laufgeschwindigkeit nicht genügend schnell beschleunigt. Das Schmierfett wird dann auf einen Teil des Lagers konzentriert, während andere Lagerteile während des Anlaufens mit einer nicht ausreichenden Schmierung arbeiten. Während schneller Änderungen der Arbeitsgeschwindigkeit kann der Schmierfettkörper innerhalb des Lagers in Drehung versetzt werden.

Die bekannten Wälzlagerkäfige sind nicht geeignet, die sich aus den hohen Geschwindigkeiten bei z. B. 50 CDO bis 100 000 Upm ergebenden Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit und Schmierfetthaltung zufriedenstellend zu erfüllen. So weist z. B. ein axial geteilter Käfig dei oben genannten Gattung (vgl. DT-OS 1 805 452), der für Fettschmierung bestimmt ist, keine ausreichenden Versteifungen und keine Unterteilung der Schmierfetträume in Umfangsrichtung auf, so daß keine in sich geschlossenen, den Käfigzellen zugeordneten Schmiermitteltaschen oder — Kammern gebildet sind, Diese finden sich zwar bei einem Massivkäfig eines mit einem ölstrahl oder Öl-Luft-Nebel geschmierten Kugellagers (DT-OS 1 939 337), jedoch sind sie dort sehr flach und in einer Umfangsrichtung sowie seitlich zum Schmieren von Lagerflächen geöffnet Sie können deshalb keinen größeren Schmiermittelvorrat hatten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kä fig der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden.

daß er bei Verwendung für hochtourige Lager mit Fettschmierung einen länger anhaltenden und gleichförmig qber den Umfang verteilten Schrniermittelvorrat aufnehmen kann.

Vorstehende Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Verwendung von Schmierfett als Schmiermittel jeder Schmierfettraum in Umfangsrichtting mittels quer zwischen den Kragen liegender Stege abgeteilt ist, die sich bis zu einer mit dem Ring verbundenen oder einstückig ausgebildeten Seitenwand erstrecken, wobei die Kragen und die Stege im wesentlichen dieselbe Höhe haben und zusammen mit dem Ring und den Seitenwänden die axial neben den Zellen 2 angeordneten, außer durch die Kanäle nur radial innen offenen Schmierfettkammern 7 begrenzen. ,₅

Die Stege, Kragen und Seitenwände dienen dabei dem doppelten Zweck, den Käfig zu versteifen und gemeinsam mit dem Ring Kammern für das Schmierfett zu bilden, in denen es gleichförmig um das Lager verteilt werden kann, unabhängig davon, ob schnelle Anderungen der Laufgeschwindigkeit vorgenommen werden. Kragen und Stege lassen sich ausreichend hoch bemessen, so daß ein verhältnismäßig großer Schmierfettvorrat in den Kammern aufgenommen werden kann.

Die Erfindung wird an Hand von vier Ausführungsbeispielen, welche in der Zeichnung näher dargestellt sind, erläutert. Die Erfindung wird dabei auf Ringrillenlager angewendet. Hierbei zeigen

F i g. 1 bis 4 Teilansichten verschiedener Käfigarten, von radial innen, die zur Vereinfachung als Abwicklungen in der Ebene dargestellt sind,

F i g. 5 Schnitte entlang den Linien V-V nach F i g. 1 und 2, wobei die Schnitte aus Raumersparnisgründen zu einer einzigen Figur zusammengesetzt sind, und

Fig.6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI nach Fig. 4.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Käfigs, der mit Hilfe von Wälzkörpern entriert ist und der aus einem Ring 1 besteht, welcher eine konstante Breite aufweist und mit einer Anzahl von Käfigzellen 2 versehen ist, wobei jede durch einen Kragen 4 begrenzt ist, welcher dazu dient, einen Wälzkörper zu halten. Ein axial gerichteter Steg 5, der einstückig mit dem Ring ausgebildet ist, befindet sich zwischen zwei benachbarten Kragen. Diese Stege 5 sind mit den Kragen verbunden und bilden zusammen mit den anderen zwei Komponenten einen versteifenden Rahmen, der bei diesem Ausführungsbeispiel als ein einzelnes Element hergestellt ist. Die Dikken dieser Kragen 4 nehmen in einer Richtung ab, die . sowohl von den Stegen 5 als auch von dem Ring 1 weggerichtet ist. Das dünnste Teil einer jeden Hälfte des Kragens liegt in der Mitte benachbart angeordneter Stege und ist mit einem Vorsprung 6 versehen, der sich in die Käfigzelle erstreckt. Die zwei Vorsprünge einer Käfigzelle sind daher einander gegenüberliegend angeordnet und der Abstand zwischen ihnen ist etwas geringer als der Durchmesser des Wälzkörpers, wobei der Käfig durch die Spur der Wälzkörper zentriert wird.

Die Breite der Stege variiert derart in axialer Richtung, daß jeder Steg seinen breitesten Teil dort hat, wo er mit den angrenzenden Kragen zusammenstößt, wobei er in beiden Richtungen konisch verläuft und an den Rändern des Ringes 1 schma'e Enden aufweist. Der Ring, die Kragen 4 und die Stege S bilden zusammen eine Anzahl Kammern 7, die um das Lager gleichmäßig verteilt angeordnet sind und die paarweise jeweils einen Wälzkörper nahezu einschließen. Da der Ring 1 ziemlich dicht an dem äußeren Laufring umläuft, wird eine sehr befriedigende Schmierung erzielt, wobei die oben aufgeführten Nachteile beseitigt worden sind.

Jede Kammer 7 ist mit der äußeren Seite des Ringes über einen Kanal 8 verbunden, der an einem Punkt in der Nähe des Übergangsteiles zwischen dem Ring 1 und dem betreffenden Kragen 4 beginnt. Der Bereich dieses Kanals ist so gewählt, daß eine genaue Schmiermittektumessung an die Laufbahn des äußeren Ringes erzielt wird. Ein weiterer Kanal 9 zur Schmiermittelversorgung für die Stufen des äußeren Laufringes ist dort angeordnet, wo der Kragen 4 in einen der Stege 5 übergeht.

Die Stege 5 enden bei dieser Ausführungsform gerade kurz vor den Kanten des Ringes 1 und die Umfangsteile der inneren Flächen des Ringes außerhalb der Stege und die Endseiten derselben bilden zusammen für die äußeren Seitenwände 12 Befestigungen, welche als getrennte scheibenförmige Elemente mit einer zentralen öffnung ausgebildet sind.

In F i g. 2 ist eine etwas abgewandelte Ajsführungsform eines Käfigs dargestellt, der in ähnlicher Weise durch die Wälzkörper zentriert ist. Die Stege 5 jedoch reichen hie·· so weit wie die Kanten des Ringes 1 und bilden für dL·- Seitenwände 12 Befestigungen. Bei dieser Ausführungsform sind keine Kanäle 9 für das Schmiermittel vorgesehen, welche von der Kammer 7 zu der Stufe des äußeren Laufringes führen. Die Stege weisen von der Verbindungsstelle an den Kragen 4 zu den Rändern des Ringes eine konstante Breite auf. Der Käfig besteht bei dieser Ausführungsform aus zwei gleichen Halbteilen, die an den Seiten, welche abwechselnd befestigt werden sollen, mit Aussparungen 10 und Zapfen 11 versehen sind, welche an der Basis der Stege angeordnet sind und die die zwei Halbteile während des Zusammenbringens führen.

Die zwei Halbtcile sind so ausgebildet, daß sie mit Hilfe von Ultraschallschweißung verbunden werden können. Die F i g. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Aussparungen 10 und der Zapfen 11. Der Käfig nach F i g. 3 entspricht im wesentlichen demjenigen nach F i g. 2, jedoch ist er kurz vor dem Zusammenbau dargestellt. Die Stege sind wie in F i g. 1 konisch ausgeführt, und es sind keine Seitenwände 12 vorgesehen. Die Aussparungen 10 und die Zapfen 11 sind besonders für Ultraschallschweißen geeignet, bei dem die an sich bekannte Tatsache ausgenutzt wird, daß zwei sich gegenseitig reibende Seiten Wärme erzeugen, wodurch sie zusammengeschweißt werden. Die hohe Schwingungsenergie, die durch Ultraschallfrequenzen erzeugt wird, wird dazu verwendet- die Flächen gegeneinanderzureiben.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Aussparungen 10 axial gerichtet, und stellen abgestumpfte konische Leerstellen dar, während die Zapfen 11 zylindrisch sind unj den gleichen oder etwas geringeren Durchmesser aufweisen, als der Bodenteil der Aussparung. Die Länge der Zapfen 11 ist größer als die Tiefe der Aussparungen 10, wobei das Materia» der Zapfen während des Schweißvorganges die konischen Leerstellen ausfüllt.

Um die Stärke des Käfigs zu erhöhen, kann es voi teilhaft sein, auch die angrenzenden Seiten der Stegteile durch Schweißen gemeinsam zu verbinden. Um zu verhindern, daß durch die Schweißungen zwischen den Seiten der Stegteile überschüssiges Material in die Käfigzellen gedrückt wird, wodurch die Arbeitsweise der

Wälzkörper gestört wird, sind die angrenzenden Flächen der Stegteile an ihren Kanten in Richtung zu den Käfigzellen abgeschrägt. Durch Anwendung des Ultraschallschweißverfahrens zur Verbindung der zwei halben Teile eines Käfigs werden beträchtliche Einsparungen an Herstellkosten erzielt.

Der in F i g. 4 dargestellte Käfig unterscheidet sich von den vorherigen dadurch, daß er durch den äußeren Laufring zentriert wird, so daß es daher nicht erforderlich ist, Vorsprünge 6 vorzusehen. Der hier dargestellte Käfig ist darüber hinaus mit durchgehenden Seitenwänden 12 versehen, welche die Kammern 7 für das Schmiermittel eng begrenzen. Der dargestellte Käfig besteht aus einem Stück, jedoch kann er natürlich auch aus zwei halben Teilen hergestellt werden, die in g'eicher Weise wie in Verbindung mit F i g. 2 und 3 beschrieben, verbunden werden können.

Die linke Hälfte der Fig.5 zeigt einen Teilschnitt durch die Ausführungsform nach F i g. 1 und die rechte Hälfte derselben einen entsprechenden Schnitt durch die F i g. 2. Beide Käfige finden bei einem Ringrillenlager Anwendung, das aus einem äußeren Laufring 13 und einem inneren Laufring 14 besteht, zwischen denen eine Anzahl Kugeln 3 angeordnet sind. Diese Kugeln werden durch den Käfig geführt, welche diesen auch zentrieren. Wie aus der Figur ersichtlich ist. folgt die Innenseite des Kragens 4 der Oberfläche der Kugel, jedoch hat sie mit ihr keine Berührung. Die Zentrierung wird allein durch die Vorsprünge 6 erzieh. Da die Teile des Kragens, bei denen die Vorsprünge angeordnet sind, dünner als der übrige Teil des Kragens sind, so erreichen die zuerst genannten Teile die notwendige Elastizität, um eine sichere Ausrichtung zwischen den Vorsprüngen 6 und den Kugeln 3 zu garantieren.

Die Anordnung der Kanäle 8 für das Schmiermittel geht aus dieser Figur deutlich hervor. Die Höhe der Stege 5 entspricht etwa derjenigen der Kragen. Der Käfig besteht aus Kunstharz und bei der auf dem linken Teil der Figur dargestellten Ausführungsform enden die Stege 5 gerade innerhalb des Randes des Ringes i. Ein getrenntes Seitenwandelement 12 wird an jeder Seite des Käfigs anmontiert und mit den Endseiten der

Stege und der vorspringenden inneren Seite des Ringes verbunden. Die Seitenwände dienen hier als eine Abdichtung und berühren den inneren Laufring über eine elastische Dichtungsnase 15.
In der rechten Hälfte der Figur erstrecken sich die

κι Stege 5 ebenso bis zu der Kante des Ringes. Die Seitenwand 12 besteht ebenfalls aus Kunstharz und sie ist an den Endseiten der Stege mit Hilfe von Zapfen 18 befestigt, die in darin befindlichen Aussparungen 17 eingeführt werden. Die Seitenwände 12 können vorteilhafterweise mit dem Rahmen des Käfigs durch Ultraschallschweißung verbunden werden. Die Seitenwand bildet hier ebenfalls eine Dichtung, die mit einer Dichtungsnase 15 versehen ist, um sowohl den inneren Laufring 14 als auch eine Aussparung 16 an der Seite des äußeren Laufringes zu erfassen.

Die F i g. 6 zeigt einen Schnitt durch den Käfig nach Fig.4 entlang der Linie Vl-Vl, wobei dieser Käfig ebenfalls bei einem Ringrillenlager Anwendung findet. Der Käfig wird durch den äußeren Laufring zentriert und die Form der Käf'igzellen entspricht nicht derjenigen der Kugeln, sondern ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei keine Vorsprünge 6 erforderlich sind. Dieser Käfig ist mit durchgehenden Seitenwänden 12 versehen, welche in dieser Ausführungsform eben

v> ausgebildet sind und die gleiche Ausdehnung aufweisen wie die Höhe der Stege 5. Die Seitenwände können jedoch als getrennte Elemente ausgebildet sein und können mit Dichtungsnasen nach F i g. 5 versehen sein.

Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich alle auf Ringrillenlager, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Ausführungsform begrenzt, sondern kann auch bei anderen Wälzlagern Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Paten lansprQche:

1. Käfig aus Kunstharz für mit hohen Drehzahlen laufende Wälzlager, insbesondere Ringrillenlager, der mit gleichmäßiger Breite einstückig ausgebildet ist oder aus ringförmigen, vorzugsweise durch Ultraschallschweißung miteinander verbundenen Teilen besteht, und der einen äußeren Ring und eine Anzahl an der Innenseite des Rings ansetzende, Käfigzellen für die Wälzkörper des Lagers bildende Kragen aufweist, wobei auf der Innenseite des Rings außerhalb der Kragen, mit Bezug auf eine der Käfigzellen gegenüberliegend jeweils zwei Schmiermittelräume und aus diesen heraus durch den Ring und/oder die Kragen geführte Kanäle zur Zufuhr des Schmiermittels zu den Wälzkörpern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Schmierfett als Schmiermittel jeder Schmierfettraum in Umfangsrichtung mittels quer zwischen den Kragen (4) liegender Stege (5) abgeteilt ist, die sich bis zu einer mit dem Ring (I) verbundenen oder einstückig ausgebildeten Seitenwand (12) erstrecken, wobei die Kragen (4) und die Stege (5) im wesentlichen dieselbe Höhe haben und zusammen mit dem Ring (1) und den Seitenwänden (12) die axial neben den Zellen (2) angeordneten, außer durch die Kanäle (8,9) nur radial innen offenen Schmierfettkammern (7) begrenzen.

2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitt..wände (12) mit Dichtungselementen versehen oder als solche ausgebildet sind, die mit einer gefalteten Dichtu.igsnas_ (15) den inneren (14) und/oder äußeren (13) Lauirin - des Lagers berühren.

3. Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Stege (5) von der Stelle, die mit den Kragen (4) verbunden ist, in Richtung zu den äußeren Rändern des Ringes (1) hin abnimmt.

4. Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) über ihre volle Länge eine konstante Breite aufweisen.

5. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kragen (4) vom Ring (I) aus nach radial innen abnimmt.

6. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kragen (4) in beiden Axialrichtungen abnimmt.