DE4124838A1

DE4124838A1 - Waelzlagerkaefig

Info

Publication number: DE4124838A1
Application number: DE4124838A
Authority: DE
Inventors: Leo Muentnich; Wolfgang Dipl Ing Steinberger; Hartwig Waldert
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1990-11-10
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1992-05-14
Also published as: WO1992008906A2; WO1992008906A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Radialwälzlager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern.

Maschinenteile, die zeitweilig entweder mit einer Welle gekuppelt sind oder lose auf der Welle umlaufen, sind beispielsweise Zahnräder in Schaltgetrieben. Sie weisen also eine sogenannte Losradlagerung auf. Aus der DE-OS 25 18 200 ist ein Wälzlagerkäfig für eine solche Losrad lagerung bekannt, der aus einem Kunststoff besteht. Damit im gekuppel ten Betriebszustand von Welle und Zahnrad während der Drehung infolge der auftretenden hohen Radialkräfte Deformationen an den Wälzkörper laufbahnen durch die Wälzkörper, beispielsweise Riffelbildungen bei Verwendung von Lagerrollen oder Lagernadeln vermieden werden, wird ein geringer Umlauf der Wälzkörper dadurch erreicht, daß dieser Käfig an einer Umfangsstelle einen Schlitz aufweist, so daß er sich infolge der Fliehkraft geringfügig radial aufweitet. Dabei wird aufgrund der Form der Käfigtaschen jeweils eine Kraft mit einer Umfangskomponente auf die Wälzkörper übertragen. Dem Kunststoff dieses aus der DE-OS 25 18 200 bekannten Käfigs müssen jedoch Partikel mit höherem spezifischen Gewicht, insbesondere Metall in Form von Pulver oder Granulat bei gemischt werden, um die für die radiale Aufweitung des Käfigs erfor derliche Fliehkraft zu erzielen, so daß die Herstellung des Käfigs aufwendig ist.

Aus der DE-PS 10 40 852 ist es bei Lagerungen mit relativ stillstehen den Wellen bekannt, einen geschlitzten Wälzlagerkäfig so auszubilden, daß er im eingebauten Zustand die Wälzkörper mit Federspannung an eine der beiden Laufbahnen andrückt, so daß eine Fliehkraft nicht erforder lich ist. Diese Ausführung benötigt einen geeigneten federnden Werk stoff für den Käfig.

Die DE-OS 24 19 944 zeigt einen Wälzlagerkäfig, der aus mehreren Schichten besteht. Er weist keinen Schlitz auf. Das Erfordernis einer radialen Aufweitung des Käfigs ist hier nicht gegeben. Dieser Mehr schichtkäfig mit dem wie ein Bimetallstreifen wirkenden Schichtstoff mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen mitein ander verbundenen oder verklebten Schichten aus Metall oder Kunststoff soll bei unterschiedlichen drehzahlabhängigen Temperaturen eine unter schiedlich starke Schmiermittelversorgung des Lagers bewirken, was durch eine temperaturabhängige Verwölbung der axialen Endbereiche des Käfigs und eine dadurch bedingte mehr oder weniger große Spritzölmenge geschieht, die sich aufgrund der Fliehkraft an einer Ölfangkante absetzt und von dort in den Wälzkörperbereich eingeleitet wird.

In der US-PS 31 62 493 ist ganz allgemein erwähnt, daß auf einen Wälzlagerkäfig aus polymerem Werkstoff zwei oder mehrere Schichten unterschiedlicher Metalle nacheinander galvanisch aufgebracht werden können, um bestimmte Ausdehnungseigenschaften des so zusammengesetzten Käfigs zu erzielen. Eine genaue Angabe, welchem Zweck solche Eigen schaften dienen, enthält diese Patentschrift jedoch nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen preiswerten, gewichts mäßig leichten und einfach montierbaren Wälzlagerkäfig zu schaffen, dessen Form so veränderbar ist, daß sich die Wälzkörper radial ver lagern können. Insbesonders soll dabei der eingebaute Käfig mit stei gender Betriebstemperatur eine die Wälzkörper verlagernde Formänderung aufweisen.

Diese Aufgabe wird bei einem Käfig für ein Radialwälzlager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern, der zumindest auf einem Teil seines Umfanges aus einer inneren Werkstoffschicht und einer äußeren Werkstoffschicht gebildet ist, die miteinander verbunden sind und mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten wie ein Bimetallstreifen wirken, nach einem ersten Vorschlag erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Käfig an einer Umfangsstelle einen seine radiale Aufweitung ermöglichenden Schlitz aufweist. In diesem Fall genügen für das Auf weiten des Käfigs schon geringe aus der Bimetallwirkung sich ergebende Vorspannungen. Dieser Käfig ist jedoch für die maschinelle oder Robo termontage nicht so gut geeignet, wie ein geschlossener Käfig, da er sich infolge des Schlitzes von dem Greifer leicht verformen und außer dem mit anderen solchen Käfigen verhaken kann, mit denen er in einem Behälter gelagert wird.

Infolge der während des Betriebes ansteigenden und sich auf einen bestimmten Wert einstellenden Betriebstemperatur des Lagers erhält der Käfig eine Vorspannung und verformt sich in radialer Richtung, so daß wenigstens ein Teil der in dem Käfig gehaltenen Wälzkörper von der Käfigtaschenform eine Kraft mit einer Umfangskomponente erhält, die eine geringfügige Bewegung der Wälzkörper und damit auch des Käfigs in Umfangsrichtung bewirkt. Diese Verformung ergibt sich daraus, daß z. B. eine radial innere Werkstoffschicht einen größeren Ausdehungs beiwert hat, als eine radial äußere Werkstoffschicht.

Nach einem zweiten Vorschlag enthält der Käfig zusätzlich eine mitt lere Werkstoffschicht, wobei die innere bzw. die äußere Werkstoff schicht jeweils von mehreren am Umfang der mittleren Werkstoffschicht anliegenden und zueinander in einem Abstand angeordneten und um einen Winkel versetzten Schichtsegmenten gebildet ist. Auch über diese partielle Materialanhäufung kann eine gezielte Vorspannung des Käfigs erreicht werden. Hier ergibt sich bei geschlossener Käfigausführung infolge der Wärmeeinwirkung eine Ovalverformung. Die beiden Schicht segmente einer Werkstoffschicht können beispielsweise jeweils um den Winkel von 180° und zwei benachbarte Schichtsegmente beider Werkstoff schichten können jeweils um den Winkel von 90° zueinander versetzt sein.

Als Werkstoffschichten eignen sich TN-Werkstoffpaarungen mit unter schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Ein mit mehreren solchen unterschiedlichen polymeren Werkstoffen ausgeführter Käfig kann unter erhöhter Temperatur gezielt in Vorspannung gehalten werden. Daraus ergibt sich der Vorteil der Vermeidung von Riffel- und Geräuschbildun gen im Lager. Bei metallischen Käfigen kann eine Werkstoffschicht vorteilhaft aus Stahl oder aus Aluminium bestehen. Bei Verwendung von Aluminium ergibt sich ein geringeres Gewicht gegenüber einem aus Stahl bestehenden Käfig.

Für andere Anwendungsfälle kann der Wälzlagerkäfig so ausgelegt wer den, daß er sich bei Erwärmung nicht radial nach außen aufweitet, sondern sich in entgegengesetzter Richtung bewegt, also zusammenzieht. Die Erkenntnis, daß mit dem erfindungsgemäßen Käfig Geräuschbildungen vermieden werden, die bei herkömmlichen Käfigen auftreten, wurde durch Versuche gewonnen.

Nach einem weiteren Vorschlag kann bei einem Käfig für ein Radialwälz lager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern erfindungsgemäß zur Veränderung des Käfigdurchmessers an mindestens einer Umfangsstelle in den zwischen zwei benachbarten Käfigtaschen befindlichen Werkstoff bereich ein Werkstoff eingefügt sein, der gegenüber dem übrigen Käfig werkstoff ein stärkeres Temperaturausdehnungsverhalten aufweist. Auf diese Weise ergibt sich ein geschlossener Käfig, der sich infolge des besonders temperaturabhängigen Werkstoffs je nach der Umgebungstempe ratur aufweiten (vergrößern) oder zusammenziehen (verkleinern) kann. Dieser Käfig kann also temperaturgesteuert über die Wälzkörper mit oder ohne Spiel geführt werden, wodurch sowohl die Laufgeräusche wie auch die Riffelbildung verringert werden.

Bei dem Käfig kann vorteilhaft der Werkstoff mit stärkerer Temperatur ausdehnung in der Form eines axialen, parallelen Stabes zwischen zwei gegenüber der Umfangsrichtung winkelig angestellten elastischen Stegen des Käfigs eingesetzt sein. Auf diese Weise ergibt sich ebenfalls ein geschlossener Käfig, der bei höheren Temperaturen einen größeren Durchmesser und bei niedrigeren Temperaturen einen kleineren Durch messer aufweist, weil der stabförmige Werkstoff die elastischen Stege entweder auseinanderdrückt oder zusammenzieht. Die winkelig angestell ten Stege übertragen diese Bewegung auf die mit ihnen verbundenen Käfigenden, wobei entweder eine Umfangsvergrößerung oder eine Umfangs verkleinerung des Käfigs erfolgt.

Die gleiche Wirkung läßt sich auch mit einem Käfig für ein Radialwälz lager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern erzielen, bei welchem vorteilhaft an einer Umfangsstelle zwei gegenüber der Umfangs richtung angestellte elastische Stege angeordnet sind, die über eine Einrastverriegelung für die stufenweise Durchmesserveränderung mitein ander verbunden sind. Hier handelt es sich um eine mechanische Ein stellung, so daß ein besonderer temperaturabhängiger Werkstoff nicht erforderlich ist.

Schließlich können an einem solchen Käfig vorteilhaft an einer Um fangsstelle zwei Käfigenden über eine Einrastverriegelung für die stufenweise Durchmesserveränderung miteinander verbunden sein, so daß zunächst einmal ein nicht geschlossener Käfig vorliegt, der dann mechanisch geschlossen und auf einen bestimmten gewünschten Durch messer eingestellt wird.

Mit solchen Käfigen wird das Wanderverhalten bei der Verwendung als Losradlagerung begünstigt. Allgemein wird das Wanderverhalten von Käfigen dadurch begünstigt, daß das Spiel zwischen einer Laufbahn, den Wälzkörpern und dem Käfig beseitigt wird. Dieses Spiel kann nun bei den erfindungsgemäßen Käfigausführungen eingestellt werden. Teilweise lassen sich die Käfige sogar für verschiedene Laufbahndurchmesser einstellen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Käfige besteht darin, daß sie als geschlossene Käfige für die Robotermontage besonders geeignet sind und trotzdem die Funktion von geschlitzten Käfigen aufweisen, die darin besteht, während des Betriebes eine Käfigwanderung entstehen zu lassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Lagerung eines Zahnrades an einer Welle mit Wälzkör pern, die in einem erfindungsgemäßen, an einer Umfangs stelle geschlitzten Käfig angeordnet sind, in einem Radialschnitt;

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 abgewandelten und vergrößert dargestellten geschlitzten Käfig mit Wälzkörpern;

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen geschlossenen Käfig mit Wälzkör pern;

Fig. 4 die Abwicklung eines geschlossenen Käfigs mit einem eingefügten Werkstoff höherer Temperaturabhängigkeit;

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Käfig gemäß Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 die Abwicklung eines geschlossenen Käfigs mit elasti schen Stegen zur Veränderung des Käfigdurchmessers;

Fig. 7 und Fig. 8 die Abwicklung und stirnseitige Ansicht eines weiteren geschlossenen Käfigs mit elastischen Ste gen zur Durchmesserveränderung;

Fig. 9 einen im Bereich einer Einrastverriegelung für die Durchmesserveränderung offenen Käfig.

Der Käfig 1 gemäß Fig. 1 der Zeichnung enthält in Käfigtaschen Wälz körper 2, deren innere Laufbahn von der Oberfläche einer Welle 3 gebildet wird. Dieser Käfig 1 ist für die Losradlagerung eines als Zahnrad 4 ausgebildeten Maschinenteils eingesetzt. Er besteht aus einer radial inneren Werkstoffschicht 5 und einer radial äußeren Werkstoffschicht 6. Beide Werkstoffschichten berühren sich vollständig an ihren aufeinander zugewandten Oberflächen und sind dort aneinander befestigt. An einer Umfangsstelle weist der Käfig 1 einen durchgehen den Schlitz 7 auf, der ihm eine Durchmesseränderung durch radiales Aufweiten oder Zusammenziehen ermöglicht. Ein solches Aufweiten oder Zusammenziehen stellt sich bei Temperaturänderungen ein, weil die beiden Werkstoffschichten 5 und 6, die aus metallischen Werkstoffen bestehen, unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Der Käfig 8 für die Wälzkörper 2 gemäß Fig. 2 der Zeichnung weist außer einer inneren Werkstoffschicht 9 und einer äußeren Werkstoff schicht 10 zusätzlich eine mittlere Werkstoffschicht 11 auf, wobei alle drei Werkstoffschichten aus polymeren Werkstoffen bestehen und sich ebenfalls an ihren aufeinander zugewandten Oberflächen vollstän dig berühren. Sie sind mit ihren unterschiedlichen Ausdehnungskoeffi zienten so ausgewählt worden, daß der Käfig sich bei Temperaturerhö hung radial nach außen aufweitet, was durch den an einer Umfangsstelle befindlichen durchgehenden Schlitz 7 ermöglicht wird.

Gegenüber diesem Käfig unterscheidet sich der Käfig 12 nach Fig. 3 der Zeichnung dadurch, daß er keinen Schlitz aufweist und daß die innere Werkstoffschicht von zwei Schichtsegmenten 13 und die äußere Werkstoffschicht von zwei Schichtsegmenten 14 gebildet ist, die je weils an der mittleren Werkstoffschicht 11 anliegen und um einen Mittelpunktswinkel zueinander versetzt sind. Auch hier weisen die Schichten aus polymeren Werkstoffen unterschiedliche Ausdehnungskoeffi zienten auf. Bei einer Temperaturerhöhung wird der kreisrunde Käfig 12 infolge der einem Bimetallstreifen ähnlichen Wirkung seiner Werkstoff schichten in eine ovale Form gezwungen.

Bei dem Käfig 15 nach Fig. 4 und 5 befindet sich an einer Umfangs stelle in dem Bereich zwischen zwei benachbarten Käfigtaschen 16 für die Wälzkörper ein Werkstoff 17, der sich von den übrigen Käfigwerk stoff 18 dadurch unterscheidet, daß er einen höheren Wärmeausdehnungs koeffizienten aufweist. Durch die Ausdehnung dieses Werkstoffs 17 bei höheren Temperaturen werden seine benachbarten Bereiche auseinanderge drückt, so daß der Durchmesser des Käfigs 15 sich vergrößert. Diese Wirkung wird bei dem Käfig 19 nach Fig. 6 dadurch erzielt, daß hier an einer Umfangsstelle gegenüber der Umfangsrichtung winkelig ange stellte elastische Stege 20 vorgesehen sind, die von dem Werkstoff 17 axial auseinandergedrückt werden und ihre Bewegung in Umfangsrichtung auf den übrigen Käfigwerkstoff 18 übertragen, wenn der in Form eines achsparallelen Stabes ausgebildete Werkstoff 17 sich infolge erhöhter Temperaturen ausdehnt.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ebenfalls einen Käfig 21 mit elastischen Stegen 20, die jedoch statt über einen Werkstoff mit erhöhter Tempera turempfindlichkeit über eine Einrastverriegelung 22 miteinander ver bunden sind, so daß dieser Käfig in seinem Durchmesser stufenweise mechanisch einstellbar ist. Eine solche Einstellbarkeit weist auch der Käfig 23 nach Fig. 9 auf, der jedoch im Bereich seiner Einrastver riegelung 24 geöffnet werden kann.

Bezugszahlenliste

1 Käfig
2 Wälzkörper
3 Welle
4 Zahnrad
5 innere Werkstoffschicht
6 äußere Werkstoffschicht
7 Schlitz
8 Käfig
9 innere Werkstoffschicht
10 äußere Werkstoffschicht
11 mittlere Werkstoffschicht
12 Käfig
13 Schichtsegment
14 Schichtsegment
15 Käfig
16 Käfigtasche
17 Werkstoff
18 Käfigwerkstoff
19 Käfig
20 elastischer Steg
21 Käfig
22 Einrastverriegelung
23 Käfig
24 Einrastverriegelung

Claims

1. Käfig für ein Radialwälzlager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern, der zumindest auf einem Teil seines Umfanges aus einer inneren Werkstoffschicht und einer äußeren Werkstoffschicht gebil det ist, die miteinander verbunden sind und mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten wie ein Bimetallstreifen wirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (1, 8) an einer Umfangsstelle einen seine radiale Aufweitung ermöglichenden Schlitz (7) aufweist.

2. Käfig für ein Radialwälzlager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern, der zumindest auf einem Teil seines Umfanges aus einer inneren Werkstoffschicht und einer äußeren Werkstoffschicht gebil det ist, die miteinander verbunden sind und mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten wie ein Bimetallstreifen wirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (8, 12) zusätzlich eine mittlere Werkstoffschicht (11) enthält, wobei die innere Werkstoffschicht bzw. die äußere Werkstoffschicht jeweils von mehreren am Umfang der mittleren Werkstoffschicht (11) anliegenden und zueinander in einem Abstand angeordneten und um einen Winkel versetzten Schichtsegmen ten (13, 14) gebildet ist.

3. Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Werkstoffschichten (5, 6; 9, 10, 11; 13, 14) nur im Bereich von in Umfangsrichtung durchgehender Borde des Käfigs (1, 8) vorgesehen sind.

4. Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schicht segmente (13 bzw. 14) einer Werkstoffschicht jeweils um den Winkel von 180° und zwei benachbarte Schichtsegmente (13, 14) beider Werkstoffschichten um den Winkel von 90° zueinander versetzt sind.

5. Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Werkstoffschichten TN-Werkstoffpaarungen mit unter schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sind.

6. Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß eine Werkstoffschicht aus Stahl besteht.

7. Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß eine Werkstoffschicht aus Aluminium besteht.

8. Käfig für ein Radialwälzlager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Käfig durchmessers an mindestens einer Umfangsstelle in den zwischen zwei benachbarten Käfigtaschen (16) befindlichen Werkstoffbereich ein Werkstoff (17) eingefügt ist, der gegenüber dem übrigen Käfigwerk stoff (18) ein stärkeres Temperaturausdehnungsverhalten aufweist.

9. Käfig nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk stoff (17) mit stärkerer Temperaturausdehnung in der Form eines achsparallelen Stabes zwischen zwei gegenüber der Umfangsrichtung winkelig angestellten elastischen Stegen (20) des Käfigs (19) eingesetzt ist.

10. Käfig für ein Radialwälzlager mit in Käfigtaschen angeordneten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Umfangsstelle des Käfigs (21) zwei gegenüber der Umfangsrichtung winkelig ange stellte elastische Stege (20) angeordnet sind, die über eine Ein rastverriegelung (22) für die stufenweise Durchmesserveränderung miteinander verbunden sind.

11. Offener Käfig für ein Radialwälzlager mit in Käfigtaschen angeord neten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Umfangs stelle zwei Käfigenden über eine Einrastverriegelung (24) für die stufenweise Durchmesserveränderung miteinander verbunden sind.