-
Käfigring für Klemmkörper-Freiläufe
-
Die Erfindung geht aus von einem Käfigring für Klemmkörper-Freiläufe,
insbesondere in Form eines gestanzten Metallkäfigs, der in seinem zylindrischen
Wandbereich zahlreiche in Umfangsrichtung benachbarte Ausnehmungen aufweist, in
denen zumindest zum Teil Klemmkörper angeordnet sind, die durch die Kontur der Ausnehmungen
axial und in Umfangsrichtung geführt sind.
-
Ein derartiger Käfigring ist durch die DE-PS 1 915 567 bekannt. Er
zeichnet sich durch robusten und kostengünstigen
Aufbau aus. Nun
besteht bei zahlreichen Anwendungsfällen das Bedürfnis, den Käfigring teilweise
mit Rollen zu bestücken, damit der Freilauf gleichzeitig als Rollenlager fungiert
und man auf separate Kugellager zur Führung des Freilauf-Innenringes bzw.
-
-Außenringes verzichten kann. Ein Ersatz einzelner Klemmkörper durch
Rollen ist jedoch bei dem bekannten Käfigring nicht möglich, da die Rollen aufgrund
ihres im allgemeinen größeren Durchmessers nicht in die auf die Klemmkörper angepaßten
Ausnehmungen des Käfigringes hineinpassen.
-
Ein Käfigring für einen kombinierten Rollenlager-Freilauf ist durch
die DE-PS 1 299 956 bekannt. Sein Käfigring kann wahlweise mit Klemmkörpern oder
mit Rollen bestückt werden. Seine Herstellung ist jedoch wegen der Teilevielzahl
relativ kostenaufwendig. Außerdem kann der Käfigring nur mit solchen Klemmkörpern
bestückt werden, deren Dicke in Umfangsrichtung dem Rollendurchmesser entspricht.
Die Klemmkörper müssen also sehr dickbauchig sein und haben dadurch ein hohes Trägheitsmoment
und eine entsprechend niedrige Ansprechgeschwindigkeit. Vor allem aber muß der bekannte
Käfig komplett bestückt werden, ehe er zusammengebaut werden kann. Nach Fertigstellung
des Käfigsist es nicht mehr möglich, einzelne Klemmkörper durch Rollen zu ersetzen
oder umgekehrt.
-
Daneben sind noch kombinierte Kugellager-Freiläufe bekannt, bei denen
die Klemmkörper axial versetzt
neben den Kugeln angeordnet sind.
Diese Freiläufe benötigen daher einen größeren axialen Bauraum. Ein Ersatz von Klemmkörpern
durch Kugeln ist bei ihnen wegen der unterschiedlichen Lauf- bzw. Klemmbahnformen
von vornherein ausgeschlossen.
-
Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin,
den Käfigring der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuverbessern,
daß er unter Beibehaltung seiner kostengünstigen Herstellbarkeit nach Belieben mit
Klemmkörpern oder mit Rollen bestückt werden kann, ohne daß es hierzu einer teilweisen
Demontage des Käfigs bedarf und ohne daß die Klemmkörper dieselbe Dicke aufweisen
müssen wie die Rollen. Dabei sollen die Klemmkörper und die Rollen in derselben
Laufebene umlaufen, also am Innen-bzw. Außenring die gleiche Klemmbahn benutzen,
damit der axiale Bauraum gering bleibt.
-
Ausgehend von dem bekannten Käfigring, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Käfigring zur wahlweisen Bestückung mit Rollen, deren axiale
Länge größer oder kleiner als die der Klemmkörper und deren Durchmesser kleiner
bzw. größer als die mit der Ausnehmung korrespondierende Klemmkörperdicke in Umfangsrichtung
ist, zumindest teilweise Ausnehmungen aufweist, bei denen zumindest der eine axial
verlaufende Rand in Umfangsrichtung nach außen versetzt ist, so daß der Abstand
zum gegenüberliegenden
Rand dem Rollendurchmesser oder der korrespondierenden
Klemmkörperdicke entspricht, je nachdem, welches der beiden Maße größer ist, und
daß die axial gemessene Länge des Außenversatzes der Länge des in ihm geführten
Teiles (Rolle bzw. Klemmkörper) entspricht, während die unversetzten axialen Ränder
und die in Umfangsrichtung laufenden Außenränder der Ausnehmungen in an sich bekannter
Weise das andere Teil (Klemmkörper bzw. Rolle) führen. Durch die erfindungsgemäße
Kontur der Ausnehmungen lät sich ein einteiliger Universalkäfig herstellen, der
nach seiner Fertigstellung wahlweise sowohl mit Klemmkörpern als auch mit Rollen
bestückt werden kann, wobei man bezüglich der Positionierung der Klemmkörper bzw.
der Rollen völlig freie Hand hat und auch das Verhältnis beliebig variieren kann.
Ermöglicht wird dies dadurch, daß die Aussparungen im Käfig teils auf die Kontur
der Klemmkörper, teils auf die Kontur der Rollen abgestimmt sind, so daß für beide
Teile Führungsflächen zur Verfügung stehen.
-
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß sich unterschiedlich
große Klemmkörper und Rollen dann in derselben Ausnehmung des Käfigs führen lassen,
wenn entweder der Klemmkörper oder die Rolle axial länger, jedoch gleichzeitig in
Umfangsrichtung gesehen dünner als das andere Teil ist. Dadurch können in derselben
Ausnehmung Führungsflächen für die axial überstehenden Bereiche des einen Teiles
und für die in Umfangsrichtung überstehenden Bereiche des anderen
Teiles
zur Verfügung gestellt werden, ohne daß diese Führungsflächen den Einbau des von
ihnen nicht geführten Teiles behindern. Die maßlichen Voraussetzungen für den erwähnten
Größenunterschied zwischen Klemmkörpern und Rollen sind in der Praxis gegeben.
-
Denn normalerweise werden große Klemmflächen, also lange Klemmkörper,
angestrebt, um die Hertzsche Pressung an den Klemmbahnen nicht zu hoch werden zu
lassen, wohingegen für die Rollen aufgrund der niedrigen Materialbeanspruchung geringe
Baulängen genügen. Auch in Umfangsrichtung lassen sich die maßlichen Voraussetzungen
ohne weiteres erfüllen, da die Klemmkörper im allgemeinen weniger dick als die Rollen
sind.
-
Die erfindungsgemäße Kontur der Ausnehmungen eignet sich aber auch
dann, wenn dickbauchige Klemmkörper verwendet werden, die aufgrund ihrer Massenverteilung
unter dem Fliehkrafteinfluß vom Außenring abheben. In diesem Falle werden die in
Umfangsrichtung überstehenden Bereiche des Klemmkörpers zu seiner Führung im Käfig
verwendet, während die Rollen axial länger ausgeführt und mit ihren axialen Überständen
im Käfig geführt werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt es sich, daß der
Außenversatz der axial verlaufenden Ränder im Abstand zu den in Umfangsrichtung
laufenden Außenseiten angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, daß die Führungsflächen
für das axial überstehende Teil (Klemmkörper oder Rolle) zu beiden
Seiten
des Außenversatzes zur Verfügung stehen, so daß dieses Teil an seinen beiden Enden
geführt wird.
-
Ebenso empfiehlt es sich zur besseren Führung des in Umfangsrichtung
vorstehenden Teiles, daß der Außenversatz an den beiden axial verlaufenden Rändern
vorgesehen ist, so daß auch das in Umfangsrichtung überstehende Teil an beiden Seiten
der Ausnehmung im Käfigring geführt wird. Man kann allerdings auf diese Maßnahme
insbesondere dann verzichten, und stattdessen an der einen Längsseite der Ausnehmung
einen geradlinigen-Verlauf vorsehen, wenn auf andere Weise die Führung der Klemmkörper
oder Rollen im Käfig unterstützt wird, worauf nachfolgend näher eingegangen wird.
-
Um vor allem die Rollen gegen ein Herausfallen aus dem Käfigring zu
sichern, solange dieser noch nicht eingebaut ist, können in Weiterbildung des Erfindungsgedankens
die axial verlaufenden Ränder der Ausnehmungen schräg abgewinkelte, elastische Fortsätze
zur mindestens lokalen Abstützung der eingesetzten Rollen oder Klemmstücke aufweisen.
Die Fortsätze sind so angeordnet, daß sich die Rollen oder Klemmstücke unter geringem
Druck unter elastischem Aufweiten der Fortsätze in den Käfigring einschnappen lassen.
Sie sichern dann durch flächige oder punktuelle Anlage in einem gewissen Abstand
zum zylindrischen Wandbereich des Käfigringes die eingesetzten Teile zuverlässig
gegen Herausfallen. Zugleich erleichtern sie auch die Montage. Außerdem können die
Fortsätze in eingebautem Zustand des Käfigringes eine Anschlagfunktion für die Klemmkörper
ausüben, indem sie sicherstellen, daß diese keine unnötig großen Kippbewegungen
durchführen oder teilweise aus den Käfigring-Ausnehmungen herausrutschen.
-
Aus stanztechnischen Gründen empfiehlt es sich, daß mehrere Fortsätze
vom selben Rand ausgehen und sie abwechselnd nach unten und oben abgewinkelt sind.
Dadurch kann der gegenüberliegende Rand der Ausnehmung geradlinig verlaufen. Die
Fortsätze selbst sind zweckmäßigerweise als längs des Umfanges der eingesetzten
Rollen oder Klemmstücke laufende Lappen ausgebildet.
-
Unabhängig von der beschriebenen Sicherung der Rollen oder Klemmstücke
gegen Herausfallen in nicht eingebautem Zustand des Käfigringes können in an sich
bekannter Weise zumindest am einen der in Umfangsrichtung laufenden, die Klemmkörper
führenden Ränder zusätzliche Aussparungen für den Einbau einer den Klemmkörper verspannenden
Wickelfeder vorgesehen werden.
-
Dadurch sind die Wickelfedern unverlierbar untergebracht, ohne die
Klemmkörper mit ihrem Gewicht zu belasten und zugleich bekommen auch die Klemmkörper
durch ihre Verspannung mit der Wickelfeder einen zusätzlichen Halt.
-
Schließlich besteht noch die Möglichkeit, daß zumindest einer der
axialen Ränder in an sich bekannter Weise als die Kippbewegung des Klemmkörpers
begrenzender Anschlag fungiert. Dadurch wird der Halt der Klemmkörper im Käfig im
nicht eingebauten Zustand weiter verbessert und zugleich werden unnötig große Ausschläge
des Klemmkörpers verhindert.
-
Statt die Fortsätze zur Halterung der Rollen anzustanzen, kann man
selbstverständlich auch eine separate Spange an den Ausnehmungen vorsehen, die diese
Halterung der Rollen iibernimlnt.
-
Der Käfigring ist zweckmäßigerweise als einteiliger Stanzkäfig ausgeführt.
Doch eignet sich die beschriebene Käfiggeometrie selbstverständlich auch beispielsweise
für Käfige aus Spritzguß.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt: Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt
des eingebauten Käfigringes; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig.
1; Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Käfigringes; Fig. 4 einen teilweisen
Axialschnitt eines Käfigringes mit zusätzlicher Abstützung für die Rollen; Fig.
5 eine Draufsicht auf den Käfigring gemäß Fig. 4; Fig. 6 einen teilweisen Axialschnitt
durch einen Käfigring mit zusätzlicher Abstützung für die Rollen und die Klemmkörper;
Fig. 7 eine Draufsicht auf den Käfigring gemäß Fig. 6; Fig. 8 eine lose Spange zur
Halterung der Rollen im Käfigring anstelle der zusätzlichen Abstützungen für die
Rollen nach Fig. 6.
-
Gemäß Fig. 1 ist zwischen einem Außenring 1 mit innenzylindrischer
Klemmbahn und einem koaxialen Innenring 2 mit
außenzylindrischer
Klemmbahn ein Käfigring 3 gelagert. Er ist in dem gezeigten Segment mit zwei Rollen
4 und 6 und einem dazwischen befindlichen Klemmkörper 5 bestückt, die jeweils auf
denselben Klemmbahnen laufen.
-
Selbstverständlich brauchen die beiden Klemmbahnen nicht durch separate
Ringe 1 und 2 gebildet zu werden, sie können auch unmittelbar durch die Bohrung
einer Nabe bzw. durch eine Welle gebildet sein.
-
Fig. 2 zeigt das Freilaufsegment im Querschnitt. Man erkennt, daß
der Käfigring 3 im wesentlichen aus einem zylindrischen Wandbereich besteht, der
etwa mittig zwischen Außenring 1 und Innenring 2 verläuft und der zu seiner Versteifung
an beiden Rändern senkrecht abgewinkelt ist. Zur axialen Halterung des Käfigringes
3 dienen beidseits angeordnete Halteringe 7 und 8, die in Nuten des Außenringes
1 oder des Innenringes 2 angeordnet sind Fig. 3 zeigt die Kontur der Ausnehmungen
9 im Käfigring 3, in die wahlweise Rollen 4, 6 oder Klemmkörper 5 eingesetzt werden
können, obgleich der im Käfigring 3 geführte Querschnitt dieser beiden Teile verschieden
ist. Die einzige Voraussetzung für die mit den Ausnehmungen 9 korrespondierende
Querschnittsform der Rollen bzw. der Klemmkörper besteht darin, daß der Querschnitt
des einen Teiles (meist die Rolle) in Umfangsrichtung gesehen größer und in Axialrichtung
gesehen kleiner als der des anderen
Teiles (meist der Klemmkörper)
sein muß. Für den Klemmkörper wird meist deshalb die längere und schmalere Form
bevorzugt, weil dies kostengünstiger ist, eine bessere Ausnutzung der axialen Baulänge
des Freilaufes erlaubt und ein relativ geringes Trägheitsmoment bei der Kippbewegung
der Klemmkörper ergibt.
-
Die Kontur der Ausnehmungen 9 ist dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend
von einer rechteckigen Grundform, deren Umriß zur Führung des axial längeren und
im Durchmesser kleineren Teiles geeignet ist, zumindest der eine axial verlaufende
Rand über einen Teilbereich 9a seiner axialen Länge in Umfangsrichtung nach außen
versetzt ist, damit sich zum gegenüberliegenden Rand der zur Dicke des in Umfangsrichtung
größeren Teiles passende Abstand ergibt, wobei die axial gemessene Länge des Außenversatzes
9a der Länge des in Umfangsrichtung dickeren Teiles entspricht. Dadurch dient der
Außenversatz 9a mit seinen beiden in Umfangsrichtung laufenden Seitenkanten 9b zur
Führung des in Umfangsrichtung überstehenden, axial kürzeren Teiles, während die
unversetzten axialen Ränder 9c und die in Umfangsrichtung laufenden Außenseiten
9d zur Führung des axial überstehenden, jedoch in Umfangsrichtung kleineren Teiles
dienen.
-
Die beschriebene Kontur der Ausnehmungen 9 erlaubt es somit, einen
einteiligen Universalkäfig herzustellen, der in fertigem Zustand beliebig mit Klemmkörpern
bzw. Rollen bestückt werden kann und der ggf. nach
einer gewissen
Probelaufzeit noch beliebig hinsichtlich seiner Klemmkörper- bzw. Rollenzahl verändert
werden kann, um ihn optimal an den gegebenen Einbaufall anzupassen.
-
Zur Verdeutlichung ist in Fig. 3 die in ihre Ausnehmung 9 eingesetzte
Rolle 4 bzw. der Klemmkörper 5 in stricEIrallnktiert.en Linien dargestellt.
-
Die Position des Außenversatzes 9a mit seinen Seitenkanten 9b zur
Führung des in Umfangsrichtung überstehenden Teiles, im Ausführungsbeispiel der
Rolle 4, kann mittig zu den Außenseiten 9d liegen, er kann jedoch stattdessen außermittig
versetzt sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Ebenso kann der Außenversatz auch in Umfangsrichtung
gegenüber der rechteckigen Grundform verschoben sein, was später noch gezeigt wird.
-
Zur Anfederung und Halterung der Klemmkörper 5 dienen in an sich bekannter
Weise axial benachbart angeordnete Wickelfedern 10, die in seitlichen Aussparungen
11 und 12 der Außenseite 9d untergebracht sind.
-
Selbstverständlich kommen jedoch für die Halterung und Anfederung
der Klemmkörper auch diverse andere Konstruktionsmöglichkeiten in Betracht, ohne
daß dabei die beschriebene Universalgeometrie der Käfigausnehmungen aufgegeben werden
muß.
-
Die Fig. 4 bis 7 zeigen eine weitere Ausgestaltung des Käfigringes,
die seinen Einbau zwischen Innen-und Außenring erleichtern und die sich vor allem
dann empfiehlt, wenn der fertigbestückte Käfigring in nicht eingebautem Zustand
ausgeliefert wird. Hierzu weist der Käfigring an seinen axial verlaufenden Rändern
9a oder 9c abgewinkelte Fortsätze 14 bzw.
-
15 auf. Diese Fortsätze dienen primär zur Halterung der Rollen 4.
Denn zur Halterung der Klemmkörper 5 genügt zumindest dann, wenn sie das in Fig.
4 dargestellte schmale Profil aufweisen, im allgemeinen ihre Verspannung mit der
Wickelfeder 10. Die Fortsätze 14 und 15 können in einfacher Weise, insbesondere
während des Stanzvorganges des Käfigringes geformt werden. Sie laufen annähernd
entlang des äußeren Umfanges der Rolle 4, so daß sie gegen Herausfallen gesichert
ist. Das Einsetzen der Rollen 4 erfolgt unter elastischem Aufweiten der Fortsätze
14 und 15.
-
Die Fig. 4 und 5 zeigen nur jeweils zwei Fortsätze an einer Ausnehmung,
wobei der eine Fortsatz nach oben, der gegenüberliegende nach unten abgewinkelt
ist. Selbstverständlich können jedoch auch an jedem axial verlaufenden Rand mehrere,
abwechselnd nach oben und unten abgewinkelte Fortsätze angeordnet sein, sofern dies
notwendig ist.
-
Die Fig. 6 und 7 betreffen den Fall, wo die Klemmkörper in Umfangsrichtung
gesehen größer, dafür jedoch axial kürzer als die Rollen sind. Solche dickbauchigen
Klemmkörper 16 haben den Vorteil, daß sie aufgrund
ihrer Massenverteilung
ab einer bestimmten Drehzahl des Käfigringes vom Außenring abheben, so daß bei in
Freilaufstellung umlaufendem Käfigring keinerlei Reibung und Verschleiß mehr zwischen
den Klemmkörpern und dem Außenring stattfindet. Die Abstützung der Klemmkörper 16
gegenüber der einwirkenden Fliehkraft kann durch innenzylindrische Ringflächen des
Käfigs oder einen separaten Stützring erfolgen, was in der Zeichnung nicht näher
dargestellt ist.
-
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Möglichkeit, wie mit denselben Fortsätzen
17 und 18 am einen axial verlaufenden Rand der Ausnehmung 9 sowohl die Rolle 4 als
auch der Klemmkörper 16 im nicht eingebauten Käfigring gesichert werden kann. Dazu
ist der Dickenunterschied zwischen der Rolle 4 und dem Klemmkörper 16 in Umfangsrichtung
gesehen allein durch einen entsprechend großen Außenversatz 9a am einen axial verlaufenden
Rand der Ausnehmung überbrückt. Der gegenüberliegende Rand kann dadurch geradlinig
ausgeführt sein und seine Fortsätze 17 und 18 sind gleichermaßen als Stützflächen
zur radialen Halterung geeignet, gleichgültig, ob eine Rolle oder ein Klemmkörper
in die Ausnehmung eingesetzt wird.
-
Anstelle es Ausstanzens und Biegens der Fortsätze zur Halterung der
Rollen 4, besteht in zweckmäßiger Weiterbildung des Erfindungsgedankens erfindungsgemäß
die Möglichkeit, die Rollen 4 mittels einer separaten Spange im Käfigring 3 zu halten.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Spange 19. Sie besteht aus einem
Blechstreifen
oder aus gebogenem Draht und weist im wesentlichen
zwei elastisch aufbiegbare Schenkel 19a und 19b auf die in eingebautem Zustand der
Spange etwa in Umfangsrichtung des Käfigringes verlaufen und mit ihren rechtwinklig
abgewinkelten Enden 19c und 19d am Umfang der Rolle 4 anliegen, und zwar radial
außerhalb und radial innerhalb des Käfigringes 3, so daß die Rolle gegen ein Herausfallen
in radialer Richtung gesichert ist.
-
Um die Elastizität der Schenkel 19a und 19b zu erhöhen, ist ihre Verbindung
zweckmäßig durch mehrere Bogen 20a, 20b und 20c gebildet. Dabei drückt der mittlere
Bogen 20b die beiden äußeren Bogen 20a und 20c zusammen, so daß die Spange auf dem
Käfigring 3 verklemmt werden kann, indem der Bogen 20a oberhalb der Kante 9c und
der Bogen 20c unterhalb der Kante 9c in Umfangsrichtung auf den Käfigring 3 geschoben
wird.
-
Selbstverständlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Spange
19 seitlich, also axial auf den Käfigring 3 aufzustecken. Dabei wird zweckmäßig
in der seitlichen senkrechten Abwinkelung des Käfigringes 3 eine radial verlaufende
Nut vorgesehen, in welche der Bogen 20b hineingesteckt wird, während die Enden 19c
und 19d oberhalb bzw. unterhalb des Käfigringes verlaufen. Diese Positionierung
der Spange im Käfigring ermöglicht ihr nachträgliches axiales Abziehen, nachdem
der Käfigring zwischen Innen- und Außenring eingebaut worden ist.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die beschriebene Geometrie in den
Ausnehmungen des Käfigringes zum wahlweisen
Einbau von Klemmkörpern
oder Rollen auch bei solchen Käfigen zu verwenden, die aus einer Vielzahl von in
Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Einzelgliedern zusammengesetzt und unter der
Bezeichnung "Freilaufkette" bekannt sind.