DE3904242A1 - Rollenkaefiganordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wälzlager unter Verwendung von Rollen­ käfiglagerungen. Im besonderen ist die Erfindung eine Käfig- und Rollen­ anordnung, wobei der Käfig einen äußeren Durchmesser aufweist, der die Schmierung des Käfigs begünstigt.

Herkömmliche reibungsarme Lager dieses Typs weisen einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring, einen Käfig und mehrere Rollen auf, die in Taschen des Käfigs zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring liegen. Im all­ gemeinen ist ein typisches Außendurchmesserprofil des Käfigs quadratisch oder rechteckig, wobei die Seiten der Käfigquerstege im allgemeinen senk­ recht zu der äußeren Oberfläche des Käfigs stehen. Die äußere Oberfläche ist im allgemeinen eben, um eine Spielpassung zwischen der äußeren Käfigober­ fläche und der äußeren Laufbahn zu bilden. Beispiele dieses Typs einer Rollenkäfiganordnung sind in US-PS 29 33 803 und US-PS 31 14 960 offenbart.

Andere dem Stand der Technik entsprechende Käfige haben Außendurchmesser­ profile mit konturierter Außenoberfläche auf den Käfigquerstegen. Beispiele dieses Käfigtyps offenbaren US-PS 35 82 165 und US-PS 36 26 565 und US-PS 36 75 292.

Ein Problem bei Käfigen dieses Typs besteht in dem Mangel an angemessener Schmierung zwischen der äußeren Laufbahn und der äußeren Oberfläche des Käfigs. Mit der vorauswandernden Kante der Querstegglieder streichen einige der aktuellen Rollenkäfigprofile Schmiermittel von einer bestimmten Stelle an der äußeren Laufbahn ab, bevor der Rest der Außenoberfläche des Käfigs die Stelle an der äußeren Laufbahn passiert. Dies führt zu erhöhter Reibung, erhöhter Wärmeentwicklung und verringerter Lagerlebensdauer.

Die Rollenkäfiganordnung der Erfindung führt im Vergleich zu jeder dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung, wie oben beschrieben, zu ver­ besserter Schmierung. Kurz gesagt weist die Rollenkäfiganordnung einen Käfig mit mehreren Querstegen auf, die konzentrisch zu der Längsachse des Lagers sind und an ihren Enden mit einem Paar von Endrändern verbunden sind. Mehrere Taschen sind durch die Querstege und Endränder gebildet, und jede Tasche kann einen Lagerwälzkörper aufnehmen, wobei dieser in bei­ den radialen Richtungen gehalten wird. Ein Teil jedes Endes jeder Quer­ strebe, die an jeden Endrand angrenzt, ist an der äußeren Oberfläche erhöht, so daß zwei ebene Oberflächen gebildet werden, über welche der Käfig an­ der äußeren Laufbahn geführt wird. Die äußeren Kanten dieser ebenen Ober­ flächen sind in Umfangsrichtung abgeschrägt, was zu einem Außendurchmesser­ profil führt, welches dazu tendiert, Schmiermittel in den Raum zwischen der äußeren Oberfläche der ebenen Flächen und einer äußeren Laufbahn zu "schaufeln" oder zu drücken. Dieser hydrodynamische Keileffekt erhöht den Schmierdruck über normale Werte, so daß die Schmierwirkung an den da­ durch betroffenen Flächen erhöht wird. Die Erfindung ist besonders gut geignet für die Anwendung bei Kurbelwellenlagern, die in Verbrennungskraft­ maschinen benötigt werden. Von noch größerem Interesse ist ihr Gebrauch in Verbindung mit einem Zweitaktmotor, bei dem ein feinzerstäubtes Benzin- Öl-Gemisch die Schmierfunktion übernimmt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Axialschnittansicht einer Rollenkäfiganordnung;

Fig. 2 ist eine Radialansicht des Käfigteils der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, auf die äußere Oberfläche des Käfigs gesehen;

Fig. 3 ist eine perspektivische Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Käfigs;

Fig. 4 ist eine vergrößerte abgebrochene Ansicht des Käfigs allein, wobei man auf einen radial nach innen gerichteten Winkel an der äußeren Oberfläche des Käfigs wie in Fig. 2 sieht;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht desselben Käfigs entlang der Linie 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Käfig- und Rollenanordnung ähnlich zu Fig. 5 mit inneren und äußeren Laufringen, die die Wälzkörper um­ schließen, um die relativen Positionen der einzelnen Komponenten zu verdeutlichen;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht der Anordnung, in Axialrichtung gesehen, entlang der Linie 7-7 der Fig. 6.

Gemäß Fig. 1 weist eine Rollenkäfiganordnung 10 einen Käfig 30 und mehrere Rollen 20 auf, die Stirnflächen 22 und Umfangs- oder Außen­ seitenflächen 24 haben.

Wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt, bilden mehrere Komponenten den Käfig 30, der mehrere Querstege 32, zwei Endränder 34 und Taschen 36, die durch die Querstege 32 und Endränder 34 definiert sind, enthält. Einige Ober­ flächen auf dem Käfig 30 sind wichtig und umfassen äußere Oberflächen 38 des Mittelteils des Querstegs, vorspringende Oberflächen 40 des Querstegs, äußere Oberflächen 42 der Endränder, Seitenflächen 44 des Querstegs und innere Oberflächen 46 des Käfigs. Der Käfig 30 ist vorzugsweise aus zwei Teilen konstruiert, die je einen halben Käfig bilden, die zueinander iden­ tisch sind.

Jede Tasche 36 ist so geformt, daß eine Rolle 20 lose aufgenommen wird. Die Seitenflächen 44 der Querstege auf jeder Seite der Tasche 36 sind in Verbindung mit vorspringenden Oberflächen 40 und inneren Oberflächen 46 des Käfigs so angeordnet, daß die Rollen 20 von radialer Bewegung aus der Tasche 36 heraus abgehalten werden, und zwar in radialer Richtung sowohl nach außen als auch nach innen. Die Endränder 34 begrenzen die Bewegung der Rolle in axialer Richtung. Das erlaubt der Käfig- und Rollenanordnung 10, vollständig von ihrem Einsatzort entfernt zu werden, z.B. in einer Kur­ belwelle, ohne daß die Rollen aus dem Käfig herausfallen. Die Anordnung 10 ist eine völlig selbsthaltende Einheit.

Bei Betrachtung der Fig. 6 und 7 ist die Anordnung der Oberflächen 40, 42, 44 und 46 klar dargestellt, um zu zeigen, wie der Käfig 30 die Rollen 20 in den Taschen 36 hält, und um weiterhin die überlegene Schmierwirkung, die unten näher beschrieben wird, zu zeigen. Die vorspringenden Oberflächen 40 jedes Querstegs sind aufgeprägt, dadurch werden zwei eingeprägte Rampen­ flächen 48 angrenzend an jede Oberfläche 40 geformt. Die vorspringenden Oberflächen 40 gleiten an einem äußeren Laufring 50, der eine äußere Lauf­ bahn 52 besitzt. Die innere Oberfläche 46 ist näher zu einem inneren Lauf­ ring 54, der eine innere Laufbahn 56 hat. Die vorspringenden Oberflächen 40 haben einen größeren Durchmesser als die äußeren Oberflächen 38 der Mittelteile der Querstege und die äußeren Oberflächen 42 der Endränder (s. Fig. 5 und 6), um den Oberflächen 42 in bestimmten Ausführungsbeispielen genügend Freiraum zu bieten, bei denen die äußere Laufbahn 52 Unregelmäßig­ keiten aufweist, die dazu tendieren, an den Oberflächen 42 zu streifen, wodurch die Reibung zwischen der Laufbahn 52 und der Anordnung 10 erhöht würde.

Der Prägeprozeß spreizt auch die Oberfläche 40 in Umfangsrichtung, wobei Rampenflächen 48 entstehen, die weiter in die beiden benachbarten Taschen 36 hineinreichen. Diese Ausweitung der Oberflächen 48 formt Kanten 58 und trägt dazu bei, den Seitenflächen 44 der Querstege ein etwa konkaves Quer­ schnittsprofil (s. Fig. 7) zu geben, das besser zu dem runden, konvexen Querschnittsprofil der Rollen 20 paßt, wodurch die radial nach innen oder außen gerichtete Bewegung der Rollen 20 begrenzt wird.

Die wichtigste gegenständliche Eigenschaft der Erfindung ist der geringe Abstand der vorspringenden Oberflächen 40 der Querstege zu der äußeren Laufbahn 52. Die vorspringenden Oberflächen 40 laufen praktisch auf der äußeren Laufbahn 52 zusammen mit den Rollen 20. Ein sehr dünner Film von unter Druck stehendem Schmiermittel (nicht gezeigt), ist das einzige, was die Oberflächen 40 von der Laufbahn 52 trennt. Wenn sich die Oberflächen 40 soweit radial nach außen erstrecken, daß sie fast 100% des Durchmessers des Rollensatzes erreichen, tragen die Kanten 58 dazu bei, einen besseren Schmierfilm zwischen der äußeren Laufbahn 52 und den vorspringenden Ober­ flächen 40 zu entwickeln, indem sie trichterartig Schmiermittel zwischen die äußere Laufbahn 52 und die Rampenflächen 48 einführen. Das Schmiermittel kann irgendein geeignetes Fluid sein, wie ein flüssiges Schmiermittel oder wie ein gas- oder dampfförmiges Schmiermittel. In einem Zweitaktmotor über­ nimmt z.B. eine Mischung aus Öl und Benzin die Schmierfunktion.

In der Umgebung der Kurbelwellenlager ist die Mischung aus Benzin und Öl fein zerstäubt, so daß das Schmiermittel ein sehr feiner Nebel ist. Der Nebel ist tatsächlich ein Fluid, bestehend aus einer Mischung von Flüssig­ keitspartikeln und Dampf. Die trichterförmig einführende oder schöpfende Bewegung führt zu einer Druckerhöhung des Schmiermittels, wenn dieses über die Kante 58 in Richtung auf die vorspringende Oberfläche 40 über die Rampenfläche 48 strömt. Der hydrodynamische Keileffekt erzeugt eine relativ hoch verdichtete Schmierfilmschicht zwischen der Laufbahn 52 und den vorspringenden Oberflächen 40, der den Lagerverschleiß minimiert und dadurch den Betrieb der zugehörigen Komponenten, z.B. einer Kurbelwelle, begünstigt.

Mögliche Modifikationen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung beinhalten den Gebrauch von Querstegen, deren äußere Oberfläche durch andere Mittel als Prägung geformt wurde. Zum Beispiel wären bearbeitete Oberflächen , die den Rampenflächen 48 entsprechen, genauso effektiv, die Schmierung zu begünstigen. Eine weitere mögliche Modifikation ist die Variation der Anzahl der Teile, die den Käfig 30 bilden. Obwohl das bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiel eine Konstruktion aus zwei Teilen bildet, könnte der Käfig aus einem ungeteilten Stück, einem geschlitzten Stück, aus drei Teilen, oder jeglicher Anzahl von mehreren Teilen bestehen, die passend zusammen­ gefügt sind, um einen 360°-Käfig zu bilden.

Claims (4)

1. Rollenkäfiganordnung (10) mit einem ringförmigen Käfig (30) und mehreren Rollen (20) konzentrisch und radial innerhalb einer äußeren Laufbahn (52) und mit einem Schmiermittel geschmiert, wobei der Käfig (30) mehrere Querstege (32) und zwei Endränder (34) aufweist, jeder der Querstege (32) eine äußere Oberfläche (38) am Mittelteil, eine vorspringende Ober­ fläche (40), zwei Seitenflächen (44) und zwei Enden hat, jedes der Enden mit einem der Endränder (34) verbunden ist, die Ränder (34) äußere Ober­ flächen (42) haben und die Ränder (34) und die Querstege (32) mehrere Taschen (36) bilden, die so dimensioniert sind, daß eine der Rollen (20) in jeder der Taschen (36) aufgenommen ist, gekennzeichnet durch Ausformungen (40, 48) zur Begrenzung der radialen Bewegung der Rollen (20) derart, daß der Druck des Schmiermittels ansteigt, wobei sich eine verbesserte Schmierung zwischen der äußeren Laufbahn (52) und den äußeren Oberflächen (42, 40) der Ränder (34) und der Querstege (32) ausbildet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformungen zur Begrenzung der radialen Bewegung und Verbesserung des Schmierdruckes die vorspringenden Oberflächen (40) der Querstege (32) aufweisen, die sich radial weiter nach außen erstrecken als die äußeren Oberflächen (38) an den Mittelteilen der Querstege (32) und die äußeren Oberflächen (42) der Endränder (34), so daß die vorspringenden Oberflächen (40) der Querstege (32) an der äußeren Laufbahn (52) gleiten können, daß die Ausformungen mehrere Rampenflächen (48) aufweisen, die axial auf jeder Seite der vorspringenden Oberflächen (40) der Querstege (32) geformt sind, wobei jede der Rampenflächen (48) an dem Übergang der vorspringenden Oberflächen (40) der Querstege (32) und einer der beiden Querstegseiten­ flächen (44) gebildet ist, und daß die Rampenflächen (4 B) einen Tangential­ winkel mit den vorspringenden Oberflächen (40) der Querstege (32) bilden und die Rampenflächen (48) sich in Umfangsrichtung von den vorspringen­ den Oberflächen (40) der Querstege (32) in die Taschen (36) hineinerstrek­ ken, so daß eine nach außen gerichtete radiale Bewegung der Rollen (20) begrenzt ist, wobei der Tangentialwinkel der Rampenflächen (48) ein Hin­ eindrücken und eine Druckerhöhung des Schmiermittels zwischen den vor­ springenden Oberflächen (40) der Querstege (32) und der äußeren Laufbahn (52) zur Folge hat.

3. Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Rampenflächen (48) durch einen spanlos formgebenden Prozeß gebildet sind.

4. Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Rampenflächen (48) durch einen spangebenden Prozeß gebildet sind.