DE4133443C2 - Käfig für vollrollige Wälzlager - Google Patents

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 au­ ßerhalb 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 In­ kaufnahme 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 durch einen Käfig für vollrollige Wälzlager der vor­ genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Auf diese Weise wird erreicht, 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 erfindungsgemäß 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 wiederum 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.

Bezugszeichenliste

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

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 die Taschen (3) durch Ränder (3a, 3b) der einander zugewandten Stege (4, 7) begrenzt sind, die jeweils bezo­ gen auf einen Lagermittelpunkt eine Winkelabmessung γ aufweisen, wobei die Winkelabmessung γ zumindest einer Summe aus einem durch ein End­ spiel zwischen einem ersten und einem letzten Wälzkörper (2a, 2b) ermittelten Winkel β und einem Winkel α ist, welcher Winkel α ein Maß zwischen zwei Schnittpunkten (5a, 5b) des jeweils eintauchenden Um­ fangsabschnitts (5) der Wälzkörper (2, 2a, 2b) mit einem die Ränder (3a, 3b) verbindenden kreisbogenförmigen Umfangsabschnitt darstellt und wobei das jeweilige Spiel zwischen den übrigen Wälzkörpern (2a-2), (2-2) und (2b-2) gleich Null ist, so daß nur ein Wälzkörper (2b) einen Steg (7) berührt.

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.