DE4133443A1 - Kaefig fuer vollrollige waelzlager - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Käfig für vollrollige Wälzlager mit von
Stegen gebildeten Taschen, in die zylindrische Wälzkörper mit einem
Umfangsabschnitt eintauchen, wobei der Käfig radial inner- oder außer
halb eines Teilkreises der Wälzkörper angeordnet ist.
Die Tragzahl von Wälzlagern hängt unter anderem auch wesentlich von
der Anzahl der Wälzkörper ab. Vollrollige Wälzlager beinhalten die
größtmögliche Anzahl an Wälzkörpern und bieten somit ein theoretisches
Tragzahloptimum. Durch die Möglichkeit eines zylindrischen Wälzkörp
ersatzes sich zu verschränken, ergeben sich jedoch deutliche Einbußen.
Ein weiterer Nachteil vollrolliger Wälzlager ist die Reibung der
einander tangierenden Wälzkörper an ihren Kontaktstellen, an denen
sich ihre Hüllen in entgegengesetztem Drehsinn reiben. Darüberhinaus
ergeben sich häufig Schwierigkeiten bei der Montage vollrolliger Wälz
lager.
Um diese Nachteile zu eliminieren, ist es üblich, auf eine maximale
Anzahl von Wälzkörpern zu verzichten und den somit gegenüber einer
vollrolligen Ausführung gewonnenen Raum für einen Käfig auszunutzen,
der das Schränken bei zylindrischen Wälzkörpern und das gegenseitige
Reiben der Wälzkörper aneinander verhindert und der außerdem die
Wälzkörper montagefreundlich zusammenhält.
Beim Umlauf eines Wälzlagers durchlaufen die Wälzkörper abwechselnd
eine belastete und eine unbelastete Zone, wobei die Belastung der
einzelnen Wälzkörper, beginnend beim Einlauf in die Lastzone, ständig
ansteigt, bis sie in der Position des Scheitelwälzkörpers das Bela
stungsmaximum erreicht hat. Von da an schwächt sich die Belastung
wieder ab, bis sie in der lastfreien Zone zu Null wird. Entsprechend
der Wälzkörperbelastung ergibt sich auch eine elastische Verformung
der Laufbahnen. Dadurch erhalten die einzelnen Wälzkörper auch bei
konstanter Lagerdrehzahl unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten.
Wenn diese Geschwindigkeitsunterschiede auch nur minimal sind, so
verursachen sie doch eine Abstandsänderung der einzelnen Wälzkörper
voneinander, insbesondere in der Lastzone. Wegen der Reibungskräfte
zwischen den Wälzkörpern und ihren Laufbahnen versuchen die Wälzkörper
diese Abstandsänderungen auch gegen eventuelle Widerstände durchzuset
zen. Solche Widerstände bilden die Käfigstege. Das bedeutet bei übli
cher Käfigauslegung eine hohe Stegbelastung, weswegen man unter Ink
aufnahme einer geringeren Wälzkörperanzahl die Stege so breit auslegt,
daß sie dieser Belastung gewachsen sind. Bei vollrolliger Lagerausle
gung ist man bei einer Käfigauslegung für die Dimensionierung der
Käfigstege auf den Raum zwischen je zwei eng benachbarten Wälzkörpern
ober- oder unterhalb des Teilkreises eingeschränkt, wobei noch ein
gewisses Taschenspiel zu berücksichtigen ist. Bei möglichst weitgehen
der Ausnutzung des Raumes zwischen zwei aneinanderliegenden Wälzkör
pern ober- oder unterhalb des Teilkreises und der zugehörigen Laufbahn
erhalten die Stege ihre maximal mögliche Festigkeit.
Ein vollrolliges Wälzlager der vorgenannten Gattung ist aus der DE-OS
28 31 183 bekannt. Bei diesem Wälzlager nimmt man die erhöhte Reibung
durch die gegenläufige Bewegung der sich berührenden Wälzkörperober
flächen in Kauf, erreicht aber, daß der filigrane Käfig zumindest den
Wälzkörpersatz in einer montagefreundlichen Position hält. Dabei gibt
man, um die geschilderten Schubkräfte des Wälzkörpers aufzufangen, den
Stegen im Rahmen des möglichen den maximalen Querschnitt, das heißt,
daß die Käfigtaschen auch in der Weite so eng wie möglich dimensio
niert sind, so daß sie gerade noch das Rollen des Wälzkörpers zulas
sen. Bei einer derartigen Auslegung besteht aber das Risiko, daß die
Stege aus den oben angegebenen Gründen brechen, vor allem wenn bei
hoher Lagerbelastung die unterschiedlichen Wälzkörpergeschwindigkeiten
mit großer Kraft verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfig eines voll
rolligen Wälzlagers zu schaffen dessen Stege auch bei unter
schiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten der einzelnen Wälzkörper nicht
beschädigt werden.
Diese Aufgabe wird an einem Käfig für vollrollige Wälzlager der vor
genannten Gattung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 da
durch gelöst, daß, jeweils bezogen auf einen Lagermittelpunkt, die
Taschen zwischen ihren den Wälzkörpern zugewandten Rändern eine Win
kelabmessung aufweisen, die zumindest einer Summe aus einem durch die
Endpunkte des Umfangsabschnitts verlaufenden Winkels und einem durch
ein Endspiel gelegten Winkel entspricht, wobei dieses Endspiel zwi
schen einem ersten und einem letzten Wälzkörper einer Reihe einander
tangierender Wälzkörper ermittelbar ist. Auf diese Weise wird er
reicht, daß eine Belastung eines oder unterschiedlicher Käfigstege in
entgegengesetzter Richtung niemals möglich ist. Ein einzelner oder im
Sonderfall auch alle Käfigstege können nur in der Fortschrittsrichtung
und nur mit der Kraft belastet werden, die zur Mitnahme des Käfigs
erforderlich ist. Eine derartige Anordnung der Stege wird erfindungs
gemäß dadurch erreicht, daß jede Tasche mindestens eine Breite hat,
die das Abrollen des Wälzkörpers ermöglicht, plus einer zusätzlichen
Breite, die sich aus dem Endspiel der Reihe einander tangierender
Wälzkörper ergibt. Das führt dazu, daß - auch wenn alle Wälzkörper des
Käfigs bis auf die Lücke des Endspiels eng aneinanderliegen - nur der
in Drehrichtung jeweils letzte Wälzkörper den Käfig berührt. Da die
übrigen Wälzkörper keine Käfigberührung haben, tritt keine gegensinni
ge Belastung der Käfigstege auf und es besteht nicht die Gefahr, daß
sie überrollt werden oder brechen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Stege gemäß An
spruch 2 angeprägt sein. Gemäß Anspruch 3 können die Käfigstege der
Kontur des Außenumfangs der benachbarten Wälzkörper angepaßt sein.
Dadurch weisen die Stege gekrümmte Flächen auf, die bis nahe an den
Berührungspunkt der jeweiligen beiden Wälzkörper herangeführt sind und
an die sich der jeweilige den Käfig mitnehmende Wälzkörper anlegen
kann. Dadurch werden Punktbelastungen vermieden.
Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale der Patentansprüche
beschränkt. Es ergeben sich vielmehr Kombinationsmöglichkeiten einzel
ner Anspruchsmerkmale mit Vorteilsangaben und den ausschließlich zum
Ausführungsbeispiel angeführten Merkmalen.
In der Zeichnung sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungsbeispiele
der Erfindung vereinfacht dargestellt. In der einzigen Figur ist mit
1 ein Käfig eines vollrolligen Wälzlager bezeichnet, der insgesamt
sechs Wälzkörper 2 in Taschen 3 aufnimmt. Diese Taschen 3 werden
jeweils in Umfangsrichtung begrenzt durch Stege 4. Der Käfig 1 ist
innengeführt, so daß die Wälzkörper 2 im radial inneren Bereich je
weils mit einem Umfangsabschnitt 5 in die Taschen 3 eintauchen. Jeder
dieser Umfangsabschnitte weist Endpunkte 5a und 5b auf, die gebildet
werden durch Schnittpunkte des Außenumfangs des Wälzkörpers mit dem
Außenumfang des Käfigs. Die Taschen weisen Ränder 3a und 3b auf.
Der Darstellung ist zu entnehmen, daß die in einem äußeren Laufring 6
umlaufenden Wälzkörper eine Reihe bilden, in welcher sie einander
tangieren, das heißt, diese Wälzkörper 2 berühren sich gegenseitig an
ihrem Umfang. Zwischen dem ersten und letzten Wälzkörper 2a und 2b
dieser Reihe entsteht ein Endspiel, das man im Bereich eines Teil
kreises dieser Wälzkörper auch als Teilkreisendspiel bezeichnet.
Erfindungsgemäß wird ausgehend vom Lagermittelpunkt ein Winkel α
zwischen den Endpunkten 5a und 5b des Umfangsabschnitts ermittelt. Zu
diesem Winkel α wird ein Winkel β addiert, der sich aus dem Endspiel
zwischen den beiden Wälzkörpern 2a und 2b ergibt, in dem, ausgehend
vom Lagermittelpunkt strahlenförmige Tangenten an den Umfang dieser
beiden Wälzkörper 2a und 2b gelegt werden. Der vom Mittelpunkt aus
durch die Taschenränder 3a und 3b bestimmte Winkel γ entspricht der
Summe der beiden Winkel α und β plus einem kleinen Toleranzzuschlag.
Die Stege 4 sind dabei als kreisringförmige Segmente ausgebildet.
Weiterhin enthält die Figur aber eine weitere Variante eines Stegs 7,
die in einem Ausschnitt dargestellt ist. Dieser Steg 7 ist der Außen
kontur der jeweils benachbarten Wälzkörper angepaßt, um ein Quer
schnittsoptimum zu erreichen.
Insgesamt kann der Figur entnommen werden, daß aufgrund der Ausbildung
der durch den Winkel γ festgelegten Taschenbreite nur der letzte Wälz
körper 2b der Reihe von Wälzkörpern 2 einen Steg berührt, wobei es
sich in diesem Fall um den besonders dargestellten Steg 7 handelt. Die
übrigen Stege berühren keinen der Wälzkörper 2. Würden sich aufgrund
von unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten der Wälzkörper diese
Verhältnisse ändern, so daß der erste Wälzkörper 2a das Endspiel
überbrückt und den Wälzkörper 2b berührt, so ist nunmehr ein Kontakt
zwischen dem Wälzkörper 2a und dem entsprechenden Steg hergestellt,
wobei widerrum alle übrigen Stege 4 bzw. 7 keinerlei Berührung mehr
mit den Wälzkörpern 2 haben. Es treten demnach keine einander ent
gegengesetzten Kräfte am Käfig 1 auf und die Stege 4 bzw. 7 sind
keinen hohen Belastungen ausgesetzt.
Bezugszahlenliste
1 Käfig
2 Wälzkörper
2a erster Wälzkörper einer Reihe einander tangierender Wälzkörper
2b letzter Wälzkörper einer Reihe einander tangierender Wälzkörper
3 Taschen
3a Rand der Tasche in Umfangsrichtung
3b Rand der Tasche in Umfangsrichtung
4 Steg
5 Umfangsabschnitt
5a Endpunkt des Umfangsabschnitts
5b Endpunkt des Umfangsabschnitts
6 Außenring
7 Steg
α Winkel zwischen Endpunkten 5a und 5b
β Winkel aus Endspiel zwischen Wälzkörpern 2a und 2b
γ Winkel entsprechend Taschenbreite zwischen Rändern 3a und 3b
2 Wälzkörper
2a erster Wälzkörper einer Reihe einander tangierender Wälzkörper
2b letzter Wälzkörper einer Reihe einander tangierender Wälzkörper
3 Taschen
3a Rand der Tasche in Umfangsrichtung
3b Rand der Tasche in Umfangsrichtung
4 Steg
5 Umfangsabschnitt
5a Endpunkt des Umfangsabschnitts
5b Endpunkt des Umfangsabschnitts
6 Außenring
7 Steg
α Winkel zwischen Endpunkten 5a und 5b
β Winkel aus Endspiel zwischen Wälzkörpern 2a und 2b
γ Winkel entsprechend Taschenbreite zwischen Rändern 3a und 3b
Claims (3)
1. Käfig (1) für vollrollige Wälzlager mit von Stegen (4, 7) gebilde
ten Taschen (3), in die zylindrische Wälzkörper (2, 2a, 2b) mit einem
Umfangsabschnitt (5) eintauchen, wobei der Käfig (1) radial inner-
oder außerhalb eines Teilkreises der Wälzkörper (2, 2a, 2b) angeordnet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß, jeweils bezogen auf einen Lager
mittelpunkt die Taschen (3) zwischen ihren den Wälzkörpern (2, 2a, 2b)
zugewandten Rändern (3a und 3b) eine Winkelabmessung (γ) aufweisen,
die zumindest einer Summe aus einem durch Endpunkte (5a und 5b) des
Umfangsabschnitts (5) verlaufenden Winkels (α) und einem durch ein
Endspiel gelegten Winkel (β) entspricht, wobei dieses Endspiel zwi
schen einem ersten und einem letzten Wälzkörper (2a und 2b) einer
Reihe einander tangierender Wälzkörper (2) ermittelbar ist.
2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (4, 7)
angeprägt sind.
3. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (7)
segmentartig ausgebildet sind und eine der Außenkontur der Wälzkörper
angepaßte Kontur aufweisen.
Priority Applications (4)
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