DE3307845C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Käfig für Radial-Kugellager, speziell für hohe Drehzahlen. Bei bordgeführten Käfigen für Radial- Kugellager ist es üblich, die Bohrungen für die Aufnahme der Kugeln zylindrisch beziehungsweise mit kreisrunder Begrenzung auszubilden, wobei die Zylinderfläche, welche mit der Kugel Kontakt hat, keine Unterbrechungen aufweist. Der Käfig wird durch einen Teil der Lagerkugeln angetrieben und ein anderer Teil der Lagerkugeln wird durch den Käfig angetrieben. Der Hauptkontakt zwischen Kugeln und Käfig erfolgt in einer zur Lagerachse senkrechten Ebene, teils in Richtung der Käfigbewegung (Käfig wird durch Kugeln angetrieben) teils entgegen dieser Richtung ( Kugeln werden durch Käfig angetrieben).

Durch das Gleiten der Kugeln am Käfig wird von den Kugeln im Bereich des Kugel-Äquators das Schmiermittel abgestreift und kann daher nicht über die Kugel in den Bereich des Kontaktes zwischen Kugel und Lauf­ rille, also in die Laufspur des Lagers, gelangen. Durch diesen Reib­ kontakt wird außerdem die Kugel an ihrem Äquator, wo sie durch die Flächenpressung mit den Laufringen in der Laufspur bereits hoch beansprucht wird, noch zusätzlich thermisch und verschleißend bean­ sprucht.

In das Lager eindringende Schmiermittelteile, beispielsweise Öltropfen, werden durch den Käfig von den Kugeln abgehalten und der kleine, die Kugeln treffende Teil des Schmiermittels von der die Kugel voll umfassenden Käfigtasche abgestreift. Vom Käfig wird sodann das Schmiermittel auf die Schulter des Außenringes abgeschleudert, ohne in die Laufrille zu gelangen.

Die von Maschinen- und Geräteherstellern geforderten Eigenschaften von Kugellagern unterliegen einer stetigen Weiterentwicklung. So werden bei Kugellagern immer höhere Drehzahlen bei gleichzeitig sehr langer Gebrauchsdauer gefordert. Nur durch Verbesserung der Schmiermittel allein können die hohen Anforderungen nicht mehr erfüllt werden. Die Schmierbedingungen innerhalb des Lagers müssen verbessert werden, sie sind bei den Käfigen entsprechend dem Stand der Technik nicht optimal.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfig für Radial-Kugellager zu schaffen, welcher für hohe Drehzahlen gut geeignet ist und einen optimalen Schmierungszustand im Lager ermöglicht. Der Käfig soll so gestaltet sein, daß das Schmiermittel freien Zugang zu den Kugeln hat, daß genügend Schmiermittel über die Kugeln in die Lauf­ bahnen gelangen kann, und daß vor allem der Bereich der Lager-Lauf­ spur gut mit Schmiermittel versorgt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem auf dem Innenring oder im Außenring ge­ führten Käfig für Radial-Kugellager, bestehend aus einem außerhalb des Teilkreises liegenden zylindrischen Grundkörper, welcher zur Aufnahme der Kugeln mit radialen zylindrischen, konischen oder abgesetzten Kugel­ taschen versehen ist, gegebenenfalls an den Enden außerhalb des Be­ reiches der Kugeln liegende scheibenförmige Flansche zur Versteifung aufweist, und an dem Grundkörper im Bereich der Kugeln zwei umlaufende, radial über den Lagerteilkreis hinausragende Rippen besitzt, wobei die Breite und Lage der Rippen so bemessen ist, daß die Kugeln die Kugel­ taschen je Seite und Richtung nur im Bereich zwischen zwei Winkeln be­ rühren, wobei der kleine Winkel vorherbestimmt ist und mindestens 8 Grad von der Umfangsrichtung aus beträgt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der große Winkel ebenfalls vorherbestimmt ist und maximal 60 Grad beträgt.

Auf diese Weise gelangt das Schmiermittel direkt in die Laufspur in den Bereich neben der Laufspur der Ringe.

Der größere dieser beiden Winkel gibt die Pole der Kugel frei und läßt Schmiermittel direkt auf die Kugel auftreffen. Die Größe des Winkels ist durch die Breite der Laufbahn der Lagerringe bestimmt. Kontakt zwischen Kugel und Käfig soll nur innerhalb der Laufbahnbreite statt­ finden, damit das vom Käfig abgestreifte Schmiermittel nicht auf die Ringschulter, sondern an den Laufbahnrand geschleudert wird. Bei üblicher Lagerkonstruktion soll der große Winkel maximal 60 Grad be­ tragen.

In der amerikanischen Patentschrift 36 39 017 ist ein Kugellager be­ schrieben, bei welchem durch eine Nut in der Käfigbohrung eine Anlage der Kugel mit ihrem Äquator in der Käfigtasche vermieden wird. Die dort beschriebene Nut soll zur Verbesserung des stabilen Laufverhaltens des Käfigs dienen.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt in einer Ebene zwischen den Kugeln eines Kugellagers mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Käfigs mit U-förmigem Grundkörper.

Fig. 2 einen Teilschnitt in einer Ebene durch eine Kugel eines Kugellagers mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Käfigs mit L-förmigem Grundkörper.

Fig. 3 einen Teilschnitt eines Schrägkugellagers mit einem Ausfüh­ rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Käfigs mit Z-förmigem Grundkörper.

Fig. 4 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Käfigs mit den Rippen und den Käfigtaschen.

Fig. 1 zeigt im Achsschnitt ein Kugellager, bestehend aus Außenring 1, Innenring 2 und den Kugeln 3. Der im Außenring geführte Käfig besteht aus einem zylindrischen Grundkörper 4, welcher außerhalb des Teilkreises 7 liegt. Um die Stabilität zu erhöhen, ist er mit den beiden Scheiben 5 a und 5 b versteift. In der Bohrung des zylindrischen Grundkörpers 4 sind zwei Rippen 6 a und 6 b vorgesehen, an welchen die Berührung zwischen Kugel und Käfig stattfindet.

Fig. 2 zeigt im Achsschnitt das Lager von Fig. 1, jedoch im Schnitt durch eine Kugel. Der Käfig dieses Ausführungsbeispiels ist nur ein­ seitig durch die Scheibe 5 a versteift. Die Käfgtasche 8 hat im Bereich des Grundkörpers 4 keinen Kontakt mit der Kugel 3, sondern nur im Bereich der Rippen 6 a und 6 b und zwar zwischen den Punkten A und B sowie C und D.

Das dargestellte Lager ist nur radial belastet, so daß die Kugel im Innenring und Außenring im Rillengrund V läuft. Die Kugeldrehachse ist die Linie XX. Im Bereich des Kugeläquators VV ist kein Kontakt zwischen Käfig und Kugel, so daß die Schmierung in der Laufspur V des Lagers nicht gestört wird. Ebenso liegen die Pol­ flächen X der Kugel 3 frei und sind nicht durch die Käfigtasche ver­ deckt. Auf die Polfläche X auftreffendes Schmiermittel wird nicht vom Käfig abgestreift und kann bis zum Meridian A beziehungsweise D ge­ langen, wird also bis zum Laufbahnrand hin gefördert.

Die Lage der Punkte A und D ist so gewählt, daß das Schmiermittel nicht auf die Ringschulter, sondern in die Laufbahn nahe dem Lauf­ bahnrand gefördert wird.

Die Lage der Punkte B und C wird so gewählt, daß ihr Abstand voneinander mindestens so groß ist wie die Laufspur breit, daß der Schmierzustand in der Laufspur nicht durch Käfigkontakt mit der Kugel in diesem Bereich gestört wird und die Kugeloberfläche in der Laufspurbreite nicht durch Reibung und Reibverschleiß an dem Käfig beansprucht wird.

Fig. 3 zeigt im Achsschnitt ein Schrägkugellager. Bei dem Käfig dieses Ausführungsbeispiels ist der Käfiggrundkörper wieder mit zwei seitlichen Scheiben verstärkt, wobei sich die Scheibe 5 a vom zylindrischen Körper 4 aus radial nach innen, die Scheibe 5 b radial nach außen erstreckt. Die Käfigform unterstützt den Schmiermittel­ durchlauf durch das Lager.

Bei diesem Schrägkugellager läuft die Kugel unter einem Winkel, die Kugeldrehachse YY ist zur Lagerachse geneigt. Der Äquator UU der Kugel hat keinen Kontakt mit der Kugeltasche, da die Kugel die Käfigtasche nur im Bereich der beiden Rippen 6 a und 6 b an den Strecken AB und CD berührt. Der Schmierfilm wird von der Kugel im Bereich der Laufspuren U durch den Käfig nicht abgestreift.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht auf die Käfigbohrung in radialer Richtung. Am Käfiggrundkörper 4 sind die Rippen 6 a und 6 b so angebracht, daß die Kugel 3 die im wesentlichen zylindrische Kugeltasche 8 nur im Bereich zwischen den Winkeln WOB und WOA beziehungsweise WOC und WOD berührt. Hierbei soll der kleine Winkel WOB beziehungs­ weise WOC mindestens 8 Grad betragen, damit der Kugeläquator in der Breite der Laufspur freiläuft. Der große Winkel WOA beziehungsweise WOD soll höchstens 60 Grad betragen beziehungsweise wird so groß gewählt, daß die Kugelpole X frei sind und das Schmiermittel nicht auf die Lagerring-Schulter, sondern an den Laufbahnrand gefördert wird.

Der Grundkörper 4 des Käfigs kann eine einfache zylindrische Büchse sein. Um eine hohe Stabilität bei geringem Gewicht zu erzielen, ist es jedoch möglich, diesem Grundkörper eine U-Form (Fig. 1), eine L-Form ( Fig. 2) oder eine Z-Form (Fig. 3) zu geben. Bei einer Fertigung des Käfigs durch Drehen und Bohren ist es vorteilhaft, die Kugeltaschen 8 als radiale zylindrische Bohrungen durch den Grundkörper und die Rippen herzustellen. Es ist jedoch auch möglich, die Kugeltaschen konisch auszubilden, das heißt, die Kugeltaschen im Bereich des Grundkörpers um einiges größer zu machen als im Bereich der Rippen, wo die Kugeln die Käfigtaschen berühren sollen. Auch ist es möglich, die Kugeltaschen wie allgemein bekannt, mit Vorsprüngen zu versehen, welche die Kugeln im Käfig zurückhalten, das heißt, die Kugeltaschen sind abgesetzt ausgebildet. Der Erfindungsgegenstand wurde am Beispiel einteiliger Käfige gezeigt, sinngemäß können auch zweiteilige Käfige, wie sie für Rillenlager üblich sind, nach dem Erfindungsgedanken ausgeführt werden. Bei Käfigen, welche auf dem Innenring geführt werden, liegt der Grundkörper zwischen Teilkreis und Innenring und die beiden Rippen sind radial nach außen am Grundkörper angebracht.

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Claims (2)

1. Auf dem Innenring oder im Außenring geführter Käfig für Radial-Kugellager, bestehend aus einem außerhalb des Teilkreises liegenden zylindrischen Grundkörper, welcher zur Aufnahme der Kugeln mit radialen zylindrischen, konischen oder abgesetzten Kugeltaschen versehen ist, gegebenenfalls an den Enden außerhalb des Bereiches der Kugeln liegende scheibenförmige Flansche zur Versteifung aufweist, und an dem Grundkörper im Bereich der Kugeln zwei umlaufende radial über den Lagerteilkreis hinausragende Rippen besitzt, wobei die Breite und Lage der Rippen so bemessen ist, daß die Kugeln die Kugeltaschen je Seite und Richtung nur im Bereich zwischen zwei Winkeln berühren, wobei der kleine Winkel vorherbestimmt ist und mindestens 8 Grad von der Umfangsrichtung aus beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der große Winkel ebenfalls vorherbestimmt ist und maximal 60 Grad beträgt.

2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kugeltaschen im Bereich der Rippen kleiner ist als im Bereich des Käfiggrundkörpers.