DE4221365C2 - Zweistückiger Kugellagerkäfig - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf zweistückige Lagerkäfige für eine Kugellageranordnung.

Die Verwendung von Lagerkäfigen zur Halterung der Kugeln in korrekter relativer Aus­ richtung in einer Lageranordnung ist altbekannt. Typischerweise werden heute solche Lagerkäfige im Spritzgießverfahren aus Polyamid oder aus gefüllten Polyamid-Harzen hergestellt. Diese Käfige sind im allgemeinen sowohl funktionell gut wirksam als auch kostengünstig. Ein mit diesen Käfigen verbundenes größeres Problem besteht jedoch dar­ in, daß deren Verwendung für Anwendungen bei höheren Temperaturen durch obere Be­ triebstemperaturen von etwa 120 bis 150°C (250 bis 300°F) beschränkt ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 35 10 467 A1 ist ein Käfig für Radialkugel­ lager bekannt, der aus einem Ringkörper aus nachgiebigem Material besteht, welcher mit Taschen zur Aufnahme von Kugeln im Schnappsitz versehen ist. Der Käfig ist außerdem mit Führungszapfen, die die Kugeln in die Taschen leiten, versehen, wenn man den Ringkörper von der Seite her in das Lager einsetzt. Bei diesem zweistückigen Käfig sind Finger eines ringförmigen Gliedes durch einen Stützring verstärkt. Keile, die in dem Stützring ausgebildet sind, werden zwischen Schnapphalter und Finger hineingedrückt, um die Finger starr an Ort und Stelle zu halten. Die Schnapphalter befestigen den Stütz­ ring an dem ringförmigen Glied zur Bildung des zweistückigen Käfigs.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 30 535 A1 ist ein zweistückiger Käfig für eine Kugellageranordnung bekannt. Hierbei erstrecken sich von einem äußeren Ring ra­ dial nach innen sich axial erstreckende Wände, die in Umfangsrichtung auf einer Seite des Ringes in gleichmäßigen Abständen verteilt sind. Zwischen benachbarten Wänden ist jeweils eine Kugeltasche mit im wesentlichen kubisch geformter Kontur ausgebildet, wobei die Kugeltaschen einen Bogenbereich jeder Kugel umschließen, der nur geringfü­ gig größer ist als 180°.

Die US-PS 5 015 105 beschreibt einen kronenförmigen Radiallagerkäfig mit einer Mehrzahl von Taschen zur Aufnahme von Kugeln, wobei die Taschen einen Bogenbe­ reich jeder Kugel umschließen, der nur geringfügig größer ist als 180°.

Lagerkäfige zur Anwendung bei höheren Temperaturen werden im allgemeinen aus Me­ tall hergestellt. Diese Käfige können einstückig oder zweistückig ausgebildet sein, und sie werden aus Stahl o. dgl. ausgestanzt oder maschinell bearbeitet. Bei zweistückiger Ausbildung können die Teile durch Schweißen, Nieten oder mechanische Verriegelung verbunden werden. Einige Nachteile von Metallkäfigen bestehen darin, daß sie teuer sind, daß sie schwierig zusammenzubauen und visuell zu prüfen sind und daß sie im Be­ trieb geräuschvoll arbeiten. Andere Probleme bestehen in schlechter Schmierung und un­ zureichender Wärmeabfuhr oder Wärmeverteilung.

Es stehen Hochtemperatur-Polymere zur Verfügung, wie beispielsweise Polyätherketon (PEK) oder Polyäther-Ätherketon (PEEK), die in der Lage sind, bei Temperaturen bis zu 320°C (600°F) zu arbeiten. Jedoch sind diese Hochtemperatur-Polymere spröde oder brü­ chig, und sie haben einen sehr viel höheren Elastizitätsmodul als die mehr herkömmlichen Arten von Kunststoffharzen. Bei gegenwärtigen Ausführungen werden die Käfige mit Fin­ gern oder Laschen geformt, die von den Käfigen vorstehen, um die Lagerkugeln an Ort und Stelle zu halten. Wenn die Käfige aus Hochtemperatur-Polymeren hergestellt werden, bre­ chen solche Finger oder Laschen unter den Biegebeanspruchungen, die nötig sind, um die Käfige aus ihren Formen zu entfernen oder um die Kugellageranordnungen zusammenzubau­ en.

Aus dem Vorstehenden ergeben sich Beschränkungen und Nachteile der bisher bekannten La­ gerkäfige.

Es ist Aufgabe der Erfindung, alternative Ausbildungen zu finden, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Nachteile oder Beschränkungen beseitigen.

Die Aufgabe wird durch einen Käfig gemäß Anspruch 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird ein zweistückiger Lagerkäfig mit hoher Leistungsfähigkeit, insbe­ sondere bei hohen Temperaturen, für eine Kugellageranordnung geschaffen. Die Erfindung ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Lagerkäfigs und einer Ku­ gellageranordnung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Schrägansicht eines Teils des Käfigs des Kugellagers von Fig. 1;

Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines Teils des Käfigs von Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Längsschnitt eines zweistückigen Käfigs nach dem Stand der Technik mit einem Stützring und mit Keilen zur Verstärkung von Taschenfingern;

Fig. 6 ist ein Längsschnitt eines Teils eines zweistückigen Käfigs nach der Erfindung mit gewölbten Ausnehmungen in einem Halte­ ring;

Fig. 7 ist ein Querschnitt des zweistückigen Käfigs von Fig. 6 nach der Linie 7-7;

Fig. 8 ist ein Längsschnitt eines Teils des zweistückigen Käfigs nach der Erfindung mit einer flachen Abdeckung in den Ausnehmungen eines Halterings.

Wie Fig. 1 zeigt, hat eine Kugellageranordnung 10 nach dem Stand der Technik einen ringförmigen inneren Laufring 12 und einen ringförmigen äußeren Laufring 14 sowie eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Kugeln 16 zwischen den Laufbahnen 17 des inneren Laufrings 12 und des äußeren Laufrings 14. Ein ringförmiger Käfig 18, der eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Taschen 20 hat, ist zwischen den inneren und äußeren Laufringen 12 und 14 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, kann der Käfig 18 mit Fingern oder Laschen 22 ausgebildet sein, deren Wände 23 die Taschen 20 begrenzen und sich wesentlich über 180° der Krümmung von Kugeln 16 (Fig. 1) hinaus erstrecken, um es dem Käfig 18 zu erlauben, die Kugeln 16 in ihren korrekten relativen Positionen zu halten. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Dicke der Finger oder Laschen 22 beträchtlich kleiner als die Dicke des Hauptteils des Käfigs 18. Dies erhöht die Flexibilität der Finger 22 und gestattet de­ ren Biegung während des Entfernens aus einer Form oder während des Zu­ sammenbaus.

Die Flexibilität der Finger 22 ist angemessen für Käfige 18, die aus Polyamid-Harzen zur Verwendung bei mäßigen Temperaturen hergestellt sind. Wenn jedoch die Käfige 18 aus Kunststoffen für hohe Temperaturen hergestellt sind, beispielsweise aus Polyätherketon (PEK) oder Polyäther-Ätherketon (PEEK), haben die Finger 22 eine Tendenz zum Bre­ chen, wenn sie während des Entfernens aus den Formen im Zuge der Her­ stellung gebogen werden oder wenn sie beim Einbau in Lageranordnungen gebogen werden. Dies beruht auf dem hohen Elastizitätsmodul dieser Hochtemperatur-Kunststoffe. Demgemäß können diese Kunststoffe nicht bei solchen aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen verwendet werden.

Es könnten zwar Formen konstruiert werden, um die Gefahr des Brechens der Finger 22 zu minimieren, aber die Kosten solcher Formen machen eine solche Lösung unerwünscht oder unbrauchbar.

In Fig. 5 ist ein zweistückiger Käfig 24 nach dem Stand der Technik ge­ zeigt, bei dem Finger 26 eines ringförmigen Gliedes 28 durch einen Stützring 30 verstärkt sind. Keile 32, die in dem Stützring 30 ausgebil­ det sind, werden zwischen Schnapphalter 34 und die Finger 26 hineinge­ drückt, um die Finger 26 starr an Ort und Stelle zu halten. Die Schnapp­ halter 34 befestigen den Stützring 30 an dem ringförmigen Glied 28 zur Bildung des zweistückigen Käfigs 24.

Fig. 6 zeigt einen zweistückigen Käfig 36 gemäß der Erfindung. Dieser ist aus einem hochleistungsfähigen, insbesondere gegen hohe Temperaturen beständigen Kunststoff hergestellt, beispielsweise aus PEK oder PEEK. Der zweistückige Käfig 36 weist ein erstes ringförmiges Glied 38 auf, das längs einer Seite eine Vielzahl von Taschen 40 hat, die längs seines Umfangs gleichförmig beabstandet sind, um Kugeln 42 in korrekten relati­ ven Stellungen zueinander zu halten.

Jede der Taschen 40 ist sphärisch konkav und umschließt einen Bogen von nur wenig mehr als 180° der Kugeln 42. Durch diese Begrenzung des Bogens der Taschen 40 ist es möglich, das erste ringförmige Glied 38 aus seiner Form zu entfernen, ohne dabei irgendeines seiner Teile zu biegen, zu verbiegen oder in anderer Weise zu beanspruchen, im Gegensatz zu den Fingern 22 nach dem Stand der Technik (Fig. 3 bis 5). Demgemäß ist das Problem des Brechens während der Herstellung vermieden. Außerdem vermei­ det diese Gestalt der Taschen 40 das Problem des Brechens des ersten ringförmigen Glieds 38, wenn die Kugeln 42 in die Taschen 40 eingesetzt werden.

Ein zweites ringförmiges Glied 44 mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 46, die den Taschen 40 entsprechen, ist mittels einer Vielzahl von Befe­ stigungselementen 48 an dem Käfigteil 38 befestigt. Das zweite ringför­ mige Glied 44 kann als Haltering bezeichnet werden und dient dazu, die Kugeln 42 daran zu hindern, sich aus ihren entsprechenden Taschen 40 in dem ersten ringförmigen Glied 38 herauszubewegen. Die Gestalt der Aus­ nehmungen 46 kann gewölbt sein, beispielsweise mit einer gekrümmten oder gebogenen Ausbildung einer Abdeckung, wie in Fig. 6 gezeigt, oder recht­ winklig, mit Ausnehmungen 50 mit der Gestalt einer flachen Abdeckung, wie in Fig. 8.

Solche Formen von Ausnehmungen 46 und 50 liefern nur eine punktförmige Berührung mit den Kugeln 42 an einem einzigen Berührungspunkt 52. Auf diese Weise trägt das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 zu einem Mini­ mum von Reibung bei. Zusätzlich gestatten die Räume zwischen den Ausneh­ mungen 46 bzw. 50 und den rotierenden Kugeln 42 eine verbesserte Zufüh­ rung von Schmiermittel zu den Kugeln 42.

Gemäß der Erfindung übernimmt das erste ringförmige Glied 38 im wesent­ lichen vollständig die Aufgabe, die Kugeln 42 in ihren richtigen Stel­ lungen zu halten. Das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 hält lediglich die Kugeln 42 in den Taschen 40, und es ist nur gering belastet.

Wie Fig. 7 zeigt, kann das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 radial und/oder axial in bezug auf die Achse des ersten ringförmigen Glieds 38 wesentlich dünner sein als das erste ringförmige Glied 38. Dies ist mög­ lich wegen der minimalen Beanspruchung, die auf das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 bei diesen Ausführungsbeispielen aufgebracht wird. Die geringe Dicke des zweiten ringförmigen Glieds 44 oder 54 gestattet eine visuelle Inspektion der Kugellageranordnung.

Vorzugsweise befindet sich der Berührungspunkt 52 in der Mitte bzw. auf der Mittellinie jeder Kugel 42, parallel zu der Achse des ersten ring­ förmigen Glieds 38. Diese Ausbildung bewirkt, daß die Haltekraft parallel zu dieser Achse gerichtet ist. Jedoch kann das zweite ringför­ mige Glied 44 auch mit einem Berührungspunkt 52 an anderen Stellen aus­ gebildet sein und trotzdem die erwünschte Halterung der Kugeln 42 inner­ halb der Taschen 40 bieten.

Das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 kann aus einem gegenüber dem Material des ersten Glieds 38 unterschiedlichen Ma­ terial hergestellt werden, je nach der speziellen Anwendung. Wenn z. B. das erste ringförmige Glied 38 aus PEK oder PEEK hergestellt wird, kann das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 aus einem ausgestanzten, geprägten, maschinell bearbeiteten oder pulvergesinterten Metall hergestellt werden. Beispielsweise kann eine mit einem Schmiermittel imprägnierte, gesinterte Bronze verwendet wer­ den. Sogenannte Oilite-Lager sind ein bekanntes Beispiel für ein solches selbstschmierendes Metall.

Das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 kann mit dem ersten ringförmigen Glied 38 durch jedes geeignete Mittel verbunden werden. Neben den Befe­ stigungselementen 48 können solche Mittel Schnappverbindungen, Ultra­ schallschweißen, Bördeln oder Stauchen sowie Kleben umfassen; sie sind aber hierauf nicht beschränkt.

Vorteile der Erfindung bestehen in Folgendem:

• - Das erste ringförmige Glied 38 und das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 sind so geformt, daß keine Flexibilität für die Entfernung dieser Glieder aus den Herstellungsformen er­ forderlich ist;
• - der zweistückige Käfig kann aus Materialien mit hohem Elasti­ zitätsmodul geformt werden, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs vermindert ist;
• - das zweite ringförmige Glied 44 oder 54 kann aus einem Material hergestellt werden, das wegen seiner speziellen Ei­ genschaften für einen bestimmten Anwendungszweck ausgewählt werden kann und das von dem Material des ersten ringförmigen Glieds 38 abweicht. Solche speziellen Eigenschaften können beispielsweise bezüglich Schmierung oder Wärmeableitung vor­ liegen;
• - eine verbesserte visuelle Inspektion der Lageranordnung ist wegen der geringen Dicke des zweiten ringförmigen Glieds 44 oder 54 möglich;
• - eine positive Kugelhalterung wird erreicht durch das Verbinden des ersten und des zweiten ringförmigen Glieds miteinander.

Claims (6)

1. Zweistückiger Käfig für eine Kugellageranordnung, gekennzeichnet durch fol­ gende Merkmale:

• - Ein erstes ringförmiges Glied (38) zum Halten einer Vielzahl von Kugeln (42) relativ zueinander, wobei das erste ringförmige Glied (38) eine Vielzahl von gleichmäßig längs des Umfangs verteilten Taschen (40) zum Halten der Kugeln (42) aufweist, wobei jede der Taschen (40) zur Aufnahme einer der Kugeln (42) ausgebildet ist und einen Bogenbereich jeder Kugel (42) um­ schließt, der nur geringfügig größer ist als 180°,
• - ein zweites ringförmiges Glied (44, 54), das so ausgebildet ist, daß es mit den Kugeln (42) eine Berührung (52) derart bildet, so daß die Kugeln (42) in den Taschen (40) gehalten sind,
• - Mittel zum Verbinden (48) des ersten ringförmigen Glieds (38) mit dem zweiten ringförmigen Glied (44, 54),
• - wobei das zweite ringförmige Glied (44, 54) aus einem porösen Metall her­ gestellt ist, das ein Schmiermittel enthält.

2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite ringförmige Glied (44) eine Vielzahl von Ausnehmungen (46) aufweist, die den Taschen (40) entsprechen, wobei die Ausnehmungen (46) die Gestalt einer gewölbten Ab­ deckung haben, um die Berührung (52) mit den Kugeln (42) zu bilden.

3. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite ringförmige Glied (54) eine Vielzahl von Ausnehmungen (50) aufweist, die den Taschen (40) entsprechen, wobei die Ausnehmungen (50) die Gestalt einer im wesentlichen fla­ chen Abdeckung haben, um die Berührung (52) mit den Kugeln (42) zu bilden.

4. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste ringförmige Glied (38) aus einem geeigneten, hochtemperaturbeständigen Material mit hohem Elas­ tizitätsmodul geformt ist, und daß es zur Entnahme aus einer Herstellungsform ohne wesentliche Biegung oder Verformung gestaltet ist.

5. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite ringförmige Glied (44) in bezug auf die Lagerachse radial und/oder axial dünner ausgebildet ist als das erste ringförmige Glied (38), so daß das zweite ringförmige Glied (44) eine visuelle Inspektion der Kugellageranordnung ermöglicht.

6. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührung (52) auf der Mitte oder auf einer Mittellinie jeder Kugel (42) parallel zu der Achse des ersten ringförmigen Glieds (38) liegt.