DE3221733C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Wälzlager bekannt, bei denen der Käfigring aus Gießwerkstoff besteht. Ein Käfigring aus Gießwerkstoff ist in der Regel leichter und wirtschaftlicher herzu­ stellen als ein solcher aus hartem, teurem metallischem Werkstoff, wie Messing und Stahl. Insbesondere kann ein Käfigring aus Kunststoff im Spritzgießverfahren fertig hergestellt werden, so daß keine weiteren Nacharbeitun­ gen des Käfigringes nach dem Gießen vorgenommen werden müssen. Weitere Vorteile der Käfigringe aus Kunststoff bestehen darin, daß diese ein geringes Gewicht aufweisen, und daß diese im Betrieb geräuschloser funktionieren.

Käfigringe aus Kunststoff haben aber auch Nachteile. Insbesondere ist die mechanische Festigkeit der Käfig­ ringe aus Kunststoff kleiner als die der Käfigringe aus hartem metallischem Werkstoff. Diese geringere Festigkeit wird oft durch Grenzschichten im Gießwerkstoff des Käfig­ ringes hervorgerufen, welche beim Gießen entstehen, näm­ lich dann, wenn die Ströme des Gießwerkstoffes, von den einzelnen Einspritz- bzw. Gießöffnungen herkommend, in der Gießform gegenseitig aufeinanderprallen. An diesen Grenzschichten entstehen leicht schädliche Anrisse. Im übrigen ist der Gießwerkstoff (Kunststoff) im allgemeinen gegenüber hohen Temperaturen empfindlicher als z. B. Stahl und Messing.

Der größte Nachteil von Käfigringen aus Gießwerkstoff ist jedoch in dem unterschiedlichen Wärmedehnungskoef­ fizienten des Gießwerkstoffes zu sehen, welcher bei Kunst­ stoff etwa dreimal so groß wie der von Stahl ist, aus dem der Außen- und Innenring des Wälzlagers gewöhnlich hergestellt werden. Bei Temperaturerhöhungen im Betrieb wird sich also der Käfigring aus Gießwerkstoff in seinem Durchmesser stärker vergrößern als der zugehörige Außen- und Innenring des Wälzlagers. Falls der Käfigring auf dem Innenring gleitend geführt und zentriert ist, erhält dieser dann ein unzulässig großes radiales Spiel auf dem Innenring. Wenn der Käfigring aber auf dem Außen­ ring geführt ist, kann es sein, daß das Gleitspiel zwi­ schen dem Käfigring und dem Außenring bei Erwärmung des Käfigringes sehr klein wird oder sogar völlig verschwin­ det, so daß der Käfigring radial nach außen gegen den Außenring drückt und festklemmt. Für den Fall, daß der Käfigring auf den Wälzkörpern getragen wird, vergrößert sich das Spiel zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig­ ring. Der Käfigring kann dann instabile axiale und ra­ diale Bewegungen ausführen, so daß die Wälzkörper im Käfigring schädliche Zusatzbewegungen ausführen.

Es ist ein Wälzlager bekannt, welches einen Käfigring mit Taschen für die Wälzkörper aufweist, der aus einem Gießwerkstoff (Kunststoff) gefertigt ist und in dem ein aus Metallblech geformter, die Taschen bildender Verstei­ fungsring eingebettet ist (CH-PS 3 72 509). Dieses Wälz­ lager hat den Nachteil, daß der Versteifungsring Lappen, Stege und Wellen an seinem Umfang aufweist, welche bei Erwärmung im Betrieb und entsprechender Wärmedehnung des sich stärker ausdehnenden Gießwerkstoffes nicht nur in Umfangsrichtung (auf Zug bzw. Druck) sondern auch auf Biegung beansprucht werden. Diese örtlich konzentrierte Biegebeanspruchung bewirkt, daß der Käfigring stellen­ weise wellig verformt wird, so daß dieser sich in der Bohrung des Außenringes oder auf der Mantelfläche des Innenringes verklemmen kann. Hinzu kommt, daß der aus Metallblech geformte, die Taschen bildende Versteifungs­ ring im Stanz- und Biegeverfahren mit hoher Formgenauig­ keit hergestellt werden muß, so daß die Fertigung des bekannten Wälzlagers unwirtschaftlich ist.

Bei einem bekannten Wälzlager der genannten Gattung ist ein Käfigring vorgesehen, der aus einzelnen Kunststoff- Käfigelementen besteht, die zwischen zwei seitlich ange­ ordneten, Metall-Versteifungsringen eingebaut sind (DE-AS 10 79 899). Die Kunststoff-Elemente sind an den beiden Versteifungsringen durch Zapfen befestigt, die in seitliche Löcher der Versteifungsringe eingreifen. Bei Erwärmung des Wälzlagers im Betrieb können sich die Zapfen der Kunststoff-Elemente stärker ausdehnen, so daß diese im Loch des betreffenden Versteifungsringes verquetscht und beschädigt werden. Die Formständigkeit des Käfigringes des bekannten Wälzlagers läßt deshalb zu wünschen übrig.

Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der genannten Art zu schaffen, bei dem der Käfig- und/oder Haltbordring auch bei Erwärmung im Betrieb eine gute Formbeständigkeit mit entsprechend guten Laufeigenschaften aufweist. Dabei soll sich das ursprünglich eingestellte radiale Spiel zwischen dem Käfig- und/oder Haltebordring und dem Außen- bzw. In­ nenring trotz unterschiedlicher Wärmedehnung des Gießwerk­ stoffes nicht ändern.

Mit dem Wälzlager der Erfindung wird erreicht, daß der Käfig- und/oder Haltebordring mit vorschriftsmäßigem Gleitspiel im Außenring oder auf dem Innenring des Wälz­ lagers auch dann geführt und zentrisch gehalten ist, wenn sich das Wälzlager infolge Laufreibung oder äußerer Wärme­ zuführung im Betrieb erwärmt. Der Käfig- und/oder Halte­ bordring besitzt dieselbe resultierende Wärmedehnung in Umfangsrichtung wie der bei gleicher Temperatur laufende Außen- und Innenring des Wälzlagers. Dabei können der Außen- und Innenring aus normalem Wälzlagerstahl gefer­ tigt sein, der einen gegenüber dem Gießwerkstoff, z. B. Kunststoff oder Leichtmetall, unterschiedlichen Wärme­ dehnungskoeffizienten aufweist. Das Gleitspiel des Käfig- oder Halteringes im Außen- und/oder Innenring kann vor­ teilhaft eng gehalten werden, denn bei der Festsetzung der Fertigungstoleranzen der Gleit- und Zentrierflächen des Käfig- und/oder Haltebordringes braucht der unter­ schiedliche Wärmedehnungskoeffizient des Gießwerkstoffs nicht beachtet zu werden. Das enge Gleitspiel zwischen dem Käfig- und/oder Haltebordring und dem Außen- und/ oder Innenring des Wälzlagers bewirkt, daß die Wälz­ körper im Wälzlager immer genau geführt werden. Gleich­ zeitig besitzt der mit dem Versteifungsring armierte Käfig- oder Haltebordring trotz des relativ weichen Gieß­ werkstoffs außer eine hohe Festigkeit auch eine gute Formbeständigkeit, denn der Versteifungsring beult bei Druckbeanspruchung durch den umgebenden abkühlenden Gießwerkstoff nicht seitlich aus.

Das erfindungsgemäße Wälzlager wird in der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Draufsicht auf einen als Fenster­ käfig ausgebildeten Käfigring für eine Reihe von Wälzkörpern eines zweireihigen Wälzlagers,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B durch den in Fig. 1 dargestellten Käfigring,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A durch den in Fig. 1 dargestellten Käfigring,

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht quer zum Schlitz eines Versteifungsringes des in Fig. 1 gezeig­ ten Käfigringes,

Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt durch ein abge­ ändertes zweireihiges Wälzlager mit einem im Außenring gleitend geführten Haltebordring aus Gießwerkstoff mit eingebettetem Versteifungs­ ring und

Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 5.

Der in Fig. 1 dargestellte Käfigring eines zweireihigen Wälzlagers (nicht gezeigt) ist als Fensterkäfig ausge­ bildet. Dieser besteht aus zwei Seitenringen 1, welche durch am Umfang angeordnete, längsverlaufende einstücki­ ge Stege 2 koaxial miteinander verbunden sind. Der Käfig­ ring ist im Spritzgießverfahren aus Kunststoff als Gieß­ werkstoff hergestellt. Die Stege 2 des Käfigringes be­ stehen lediglich aus Kunststoff, der mit Glasfasern oder dgl. gefüllt und verstärkt sein kann. Die beiden Seiten­ ringe 1 des Käfigringes bestehen aus demselben Kunststoff, der jedoch einen Versteifungsring 3 aus Stahl umgibt. Der Außenring und der Innenring (nicht gezeigt) des Wälzla­ gers sind aus Wälzlagerstahl gefertigt.

Jeder Versteifungsring 3 ist als geschlitzter Ring aus­ gehend von einem Drahtabschnitt mit rundem Querschnitt rundgebogen. Der Käfigring ist aus einem Kunststoff her­ gestellt, dessen Querschnittfläche und Wärmedehnungs­ koeffizient der im wesentlich konstanten Querschnitts­ fläche und dem unterschiedlichen (kleineren) Wärmedeh­ nungskoeffizienten des Werkstoffs (Stahl) des Verstei­ fungsringes 3 angepaßt sind, so daß der Käfigring bei Erwärmung im Betrieb eine resultierende Wärmedehnung in Umfangsrichtung erfährt, die genauso groß wie die Wärme­ dehnung des zugehörigen Innen- und Außenringes des Wälz­ lagers (nicht gezeigt) ist.

Wie aus der Darstellung in 1 zu ersehen, ist der Kunst­ stoff der beiden Seitenringe 1 an den Verbindungsstellen 4 der Stege 2 mit den Seitenringen 1 verdickt und somit versteift. Zwischen den benachbarten Stegen 2 des Käfig­ rings befinden sich Schwächungsabschnitte 5 des Kunst­ stoffs, an denen der Versteifungsring 3 mit einer relativ dünnen Schicht von Kunststoff mit einer kleinen Quer­ schnittfläche umgeben ist. An den Schwächungsabschnit­ ten 5 wird die resultierende Längenänderung des Käfig­ ringes in Umfangsrichtung im wesentlichen durch die Wärmedehnungseigenschaften des Versteifungsringes 3 aus Stahl bestimmt, weil die Wärmedehnung des dünnen Kunststoffs der Schwächungsabschnitte zur Verformung des Käfigrings (Durchmesseränderung) kaum beiträgt.

Im Bereich der Verbindungsstellen 4 des Käfigrings mit den Stegen 2 haben die Versteifungsringe 3 Mulden 6 mit rechtwinkelig dazu angeordneten, quergerichteten Ver­ änderungsvorsprüngen 7, die durch Ausquetschen des Werk­ stoffs beim Eindrücken der Mulden 6 entstanden sind. So­ wohl die Mulden 6 als auch die Verankerungsvorsprünge 7 sind also durch Preßformen bzw. Stauchen des Verstei­ fungsringes 3 spanlos hergestellt. Der Kunststoff der Schwächungsabschnitte 5 ist am Versteifungsring 3 mit im wesentlichen konstantem Querschnitt zwischen der Verankerungsvorsprüngen 7 nicht befestigt, so daß die­ ser in Umfangsrichtung entlang dem Versteifungsring 3 etwas gleiten kann. Auf diese Weise wird verhindert, daß durch relative Wärmedehnung in Umfangsrichtung zwi­ schen dem Versteifungsring 3 und dem Kunststoff des Kä­ figrings schädliche Spannungsspitzen entstehen.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Schwächungsab­ schnitte 5 der in Fig. 1 dargestellten Seitenringe 1 des Käfigrings. Der Versteifungsring 3 ist hier mit einem Kunststoff mit verkleinertem Querschnitt be­ schichtet. Der Darstellung ist zu entnehmen, daß jeder Versteifungsring 3 im Bereich dieser Schwächungsab­ schnitte 5 mit gegenseitig radial vorspringenden, durch die dünne Schicht des Kunststoffes hindurchgehenden, zapfenförmigen Verankerungsvorsprüngen 7 versehen ist. Die Verankerungsvorsprünge 7 der Schwächungsabschnitte 5 dienen auch zum Halten der Versteifungsringe 3 in der Gießform (nicht gezeigt), so daß die Versteifungsringe 3 beim Spritzgießen an einer vorbestimmten Stelle in der Gießform festgehalten und gestützt werden können.

In Fig. 3 ist der Versteifungsring 3 im Bereich der Verbindungsstellen 4 eines Steges 2 mit den beiden Seitenringen 1 gezeigt, wo dieser von Kunststoff mit einem relativ großen Querschnitt umgeben ist.

In Fig. 4 sind die gegenseitigen Enden des geschlitzten Versteifungsringes 3 dargestellt, welche mit Hilfe des diesen umgebenden Kunststoffs fest miteinander verbun­ den sind. Die Schicht des Kunststoffes zwischen den Stirnflächen der beiden gegenseitigen Enden ist dünn, so daß deren umfangsseitige Wärmedehnung im Betrieb relativ klein ist. Die resultierende Wärmedehnung (Durchmesservergrößerung) des Käfigrings wird deshalb von der Wärmedehnung dieser Schicht kaum beeinflußt. Im übrigen sind die beiden Enden des Versteifungsringes 3 mit jeweils zwei in Umfangsrichtung hintereinander an­ geordneten Mulden 6 und Haltevorsprünge 7 versehen, so daß diese im Kunststoff besonders fest und sicher ver­ ankert sind.

In Fig. 5 ist ein abgeändertes zweireihiges Wälzlager (Pendelrollenlager) dargestellt, welches einen Außen­ ring 8, einen Innenring 9 und dazwischen angeordnete Wälzkörper 10 aufweist. Jede Reihe von Wälzkörpern 10 ist in einem herkömmlichen Käfigring 11 eingebaut.

Zwischen den beiden Reihen von Wälzkörpern 10 ist ein loser Haltebordring 12 für die gegenseitige axiale Führung der Wälzkörper 10 der zwei Reihen eingebaut. Dieser Haltebordring 12 besteht aus einem Kunststoff 13, welcher im Gießverfahren auf den Versteifungsring 14 aus Stahl aufgebracht ist. Der an einer Umfangs­ stelle geschlitzte Versteifungsring 14 ist mit gegen­ seitig vorstehenden Haltevorsprüngen 15 versehen, damit dieser sich im Kunststoff 13 verkrallt und in derselben Weise verankert wird, wie dies beim Versteifungsring 3 des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiels der Fall ist.

Die Schnittdarstellung in Fig. 6 zeigt den in Fig. 5 dargestellten Haltebordring 12 von der Seite. Der Halte­ bordring 12 besteht aus einem Versteifungsring 14, wel­ cher an den gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten, im Außenring 8 gleitenden Tragabschnitten 16 durch eine dicke Kunststoffschicht mit großem Querschnitt verstärkt ist. Mit Hilfe von quergerichteten Verankerungsvorsprün­ gen 15 in diesen Tragabschnitten 6 ist der Versteifungs­ ring 3 im Kunststoff 13 verankert. Zwischen den einzel­ nen Tragabschnitten 16 des Haltebordringes 12 sind Schwä­ chungsabschnitte 17 des Kunststoffs mit verkleinertem Querschnitt vorhanden. Im Bereich dieser Schwächungsab­ schnitte 17 verursacht lediglich der Versteifungsring 3 mit seiner eigenen Wärmedehnung eine Durchmesseränderung des Haltebordringes 12, die genauso groß ist wie die Durchmesseränderung des Innen- und Außenringes 8, 9, welche aus demselben Werkstoff (Stahl) gefertigt sind.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich im Rahmen der Erfindung konstruktiv abändern. Also braucht der Versteifungsring des Käfig- und/oder Halte­ bordringes nicht drahtförmig ausgebildet zu sein. Viel­ mehr kann dieser auch vom Bandwerkstoff abgeschnitten und rundgebogen sein. Auch kann der Versteifungsring aus mehreren Ringsegmenten, die miteinander durchgehen­ de Schlitze am Umfang des Versteifungringes bilden, zu­ sammengesetzt sein. Die einander gegenüberliegenden Enden jedes Schlitzes sind dann durch den umgebenden Gießwerkstoff des Käfig- und/oder Haltebordringes fest miteinander verbunden.

Anstelle einer dünnen Schicht von Kunststoff kann der Versteifungsring im Bereich der Schwächungsabschnitte vom Gießwerkstoff befreit (nicht umgeben) sein. Der Querschnitt des Gießwerkstoffes des Käfig- und/oder Haltebordringes ist dann im Bereich der Schwächungs­ abschnitte des Gießwerkstoffs unterbrochen.

Schließlich kann das Wälzlager auch einen Käfigring und einen Haltebordring für die Wälzkörper besitzen, welche beide zum Erzielen einer gegenüber der Wärmedehnung des Außen- und Innenringes gleichgroßen umfangsseitigen Wärme­ dehnung (Durchmesseränderung) einen Gießwerkstoff aufwei­ sen, dessen Querschnittfläche und Wärmedehnungskoeffi­ zient der Querschnittfläche und dem unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Werkstoffs des Verstei­ fungsringes entsprechend angepaßt sind.

Für den Fall, daß bei Erwärmung des Käfig- und/oder Halte­ bordringes durch den Gießwerkstoff (Kunststoff) größere in Umfangsrichtung wirkende Zugkräfte auf den bzw. die Versteifungsringe ausgeübt werden, kann der Werkstoff der Versteifungsringe einen kleineren Wärmedehnungskoef­ fizienten gegenüber dem Werkstoff des Außen- und/oder Innenringes aufweisen, damit die umfangsseitige, durch die Zugkräfte verursachte Dehnung der Versteifungsringe durch die entsprechend kleinere Wärmedehnung der Ver­ steifungsringe kompensiert wird. Die resultierende Wärme­ dehnung (Durchmesseränderung) des Käfig- und/oder Halte­ bordringes ist dann genauso groß wie die Wärmedehnung des Außen- und/oder Innenringes des Wälzlagers.

Claims (1)

1. Wälzlager bestehend aus einem Außenring, einem Innenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern mit einem Käfig und/oder Haltebordring für die Wälzkörper, wobei der Käfig- und/oder Haltebordring aus einem Gießwerkstoff besteht und mit mindestens einem an diesem befetigten Versteifungsring versehen ist, der einen gegenüber dem Werkstoff des Käfigs unterschiedlichen Wärmedehnungs­ koeffizienten aufweist, der ungefähr so groß wie der Wärmedehnungskoeffizient des Werkstoffes des Außen- und/oder Innenringes ist, und wobei der Werkstoff des Käfig- und/oder Haltebordringes an seinem Umfang mit mehreren, seinen Querschnitt verkleinernden oder unter­ brechenden Schwächungsabschnitten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Versteifungsringe (3, 4) im Gießwerkstoff durch Einbetten befestigt sind und an mindestens einer Umfangsstelle einen durchgehenden Schlitz aufweisen, wobei die einander gegenüberliegenden Enden jedes Schlitzes durch den umgebenden Gießwerkstoff (13) des Käfig- und/oder Haltebordringes (12) fest miteinander verbunden sind.