DE4311294A1 - Käfig für ein Radial-Wälzlager - Google Patents

Description

Wälzlager werden häufig mit Kunststoffkäfigen zur Trennung und zum Teil auch zur Führung der Wälzkörper ausgerüstet. Kunststoffkäfige haben gegenüber Metallkäfigen mehrere Vorteile wie geringes Gewicht, gute Notlaufeigenschaften und hohe Elastizität. Andernteils ist der große Wärme-Ausdehnungskoeffizient der Kunststoffkäfige bei hohen Temperaturen von Nachteil. Kunststoffkäfige werden deshalb für erhöhte Lagertemperaturen nicht empfohlen. Hohe Lagertemperaturen treten unter anderem bei hohen Drehzahlen auf.

In der internationalen Patentanmeldung WO 92/00463 wird ein Käfig beschrieben, der in den Ringen des Wälzlagers oder in entsprechenden Führungsflächen eines das Lager aufnehmenden Bauteils nicht mehr durch Gleitkontakte, sondern durch mehrere kleine Stützrollen mittels Rollreibung geführt ist. In einer Ausführungs­ form dieses Lagertyps wird ein Käfig so verformt, daß er als Anpreßfeder für die Stützrollen wirkt. Bei solchen Käfigen wird die Gleitreibung zwischen Käfig und Führungsborden vermieden, so daß hier auch bei höheren Betriebstemperaturen Kunststoffkäfige eingesetzt werden können.

Allerdings bereitet die Wahl des geeigneten Kunststoffs etwas Schwierigkeiten:
Der Kunststoff sollte über den ganzen Temperaturbereich gute Gleiteigenschaften zur Führung der Wälzkörper sowie gute elastische Eigenschaften über die Lebens­ dauer des Lagers haben.

Bei den heute üblichen gleitgeführten Käfigen sind verschiedene Ausführungen von Kunststoffkäfigen mit Verstärkungselementen bekannt. So sind zum Beispiel in der DE OS 32 21 733 ein Käfig aus ge­ spritztem Kunststoff mit eingespritztem Verstärkungsring beschrieben und im DE GM 18 36 349 ein ebenfalls gespritzter Käfig aus Kunststoff, welcher Verstärkungs­ elemente enthält, die vor dem Einlegen in die Spritzform über ihre Elastizitäts­ grenze hinaus verformt wurden.

Lager mit wälzgeführten Käfigen werden aber im allgemeinen für so große Durchmesser hergestellt, daß der Kunststoffkäfig aus wirtschaftlichen Gründen nicht gespritzt werden kann, sondern aus Rohren spanend bearbeitet wird. Innerhalb der Außenkontur des Kunststoff-Körpers liegende Verstärkungs­ ringe sind deshalb bei solchen Käfigen nicht möglich. Eine andere bekannte Ausführungsvariante besteht darin, daß einzelne Käfigsegmente aus Kunststoff durch Stahlringe zusammengehalten werden.

Eine solche Ausführungsform ist zum Beispiel in der Deutschen Auslegeschrift DAS 10 79 899 beschrieben. Dabei tragen 2 im wesentlichen U-förmige Blechringe zwischen diesen liegende Käfigelemente. Zur Befestigung der Blechringe wird deren einer Schenkel am Außendurchmesser leicht eingebördelt.

Bei den bekannten, aus 2 Materialien zusammengesetzten Käfigen übernimmt jeweils ein Baustein-Typ die Führung der Wälzkörper, der 2. Baustein ergibt die Festigkeit des Käfigs. Ihre Formen werden primär von montagetechnischen Gesichtspunkten bestimmt und die Art der Verbindung ermöglicht keine präzisen Einheiten, wie sie für Hochgeschwindigkeitsanwendungen notwendig sind. Zudem ist ihr Zusammenbau relativ umständlich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen wälzgeführten, präzisen Käfig zu schaffen, der für hohe Geschwindigkeiten geeignet ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in einen kompletten Käfig­ körper, welcher mit den in ihm eingesetzten Stützrollen zu seiner Führung ohne Stützringe alle Aufgaben des Käfigs bei normalen Einsatzbedingungen erfüllen kann, Stützringe mit höheren Elastizitätsmoduli und/oder tieferen Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten eingesetzt werden, wodurch die montierte Einheit als ganzes ein günstigeres Federungs- und Temperaturverhalten erhält als der Kunststoff- Grundkörper. Gleichzeitig wird dadurch die Schwingungsdämpfung des Käfigs verbessert.

Auf diese Weise gelingt es, die günstigsten Gleiteigenschaften und das niedrige Gewicht des Kunststoff-Käfigkörpers mit den hervorragenden, praktisch tempera­ turabhängigen elastischen Eigenschaften der metallenen Verstärkungsringe miteinander zu verbinden. Dies hat außerdem bei vorgespannten Käfigen den besonderen Vorteil, daß z. B. Federstahl im Gegensatz zu vielen Kunststoffen unter Last nicht "kriecht", so daß die Federvorspannung des Käfigs nahezu unbeschränkt erhalten bleibt.

Nachfolgend werden Ausfürungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein komplettes Lager mit einem erfindungs­ gemäßen Käfig. Dabei zeigt die rechte Hälfte ein Kugel-, die linke ein Zylinderrollenlager.

Fig. 2 den Käfig gemäß Fig. 1 vor der Montage seiner Einzelteile.

Fig. 3 eine Ansicht einer 2. Ausführungsform des erfindungsgemäßen Käfigs.

Fig. 1 zeigt ein Lager mit einem Außenring 1, einem Innenring 2, Zylinder­ rollen 3 oder Kugeln 3 und einem Käfig 8 bestehend aus einem Käfigkörper 4 aus Kunststoffe Stützrollen 5 zur Führung des Käfigs mittels Rollreibung, Bolzen 6 zu diesen Stützrollen und zwei Verstärkungsringen 7 aus Metall.

Fig. 2 zeigt den gleichen Käfigkörper 4 mit den beiden Verstärkungsringen 7 vor der Montage. Der Außendurchmesser D der Verstärkungsringe 7 ist um das doppelte radiale Übermaß U größer als der Innendurchmesser d des Käfigskörpers. Das Übermaß U wird so gewählt, daß es größer ist als die Dehnungsdifferenz der beiden Teile bei der höchsten auftretenden Betriebs­ temperatur. Die Verstärkungsringe 7 werden zur Montage einfach eingepreßt. Dabei wird der Käfigkörper 4 aufgeweitet, die Verstärkungsringe 7 werden komprimiert. Im Betrieb erwärmt sich der verstärkte Käfig 8. Bei einer Aus­ legungstemperatur, die über der höchsten Betriebstemperatur liegt, wäre nun das Übermaß U infolge der Dehnungsdifferenzen der beiden Materialien auf null reduziert, die beiden Teile würden ohne Fugenpressung ineinander liegen. Im ganzen Betriebstemperaturbereich ist die Ausdehnung des gesamten Käfigs aber wesentlich geringer als diejenige eines Käfigs ohne Verstärkungsringe 7.

Der erfindungsgemäß verstärkte Käfig 8 läßt deshalb höhere Betriebs­ temperaturen zu, ohne daß dabei auf die wesentlichen Vorteile des Kunststoffkäfigs verzichtet werden muß. Der innen angeordnete Verstärkungsring hat zudem den Vorteil, daß die durch die Montage bedingte Zugspannung in den Käfigwangen bei steigender Temperatur, wo die Zugfestigkeit des Käfigkörper­ materials abnimmt, ebenfalls reduziert wird.

Die Verstärkungsringe 7 haben zusätzlich die Funktion einer Anpreßfeder für die Stützrollen 5, welche auch bei hohen Temperaturen und langer Einsatzzeit keinem Kriechvorgang unterliegt. Durch das Einpressen der außen zylindrischen Verstärkungsringe 7 in die ebenfalls zylindrische Bohrung 8a des Käfigs 8 entsteht ein integrierter Verbundträger mit hoher Festigkeit und mit sehr guten Dämpfungs­ eigenschaften. Dies ist besonders bei hohen Geschwindigkeiten vorteilhaft, wo oft Schwingungen auftreten und die Funktion des Lagers beeinträchtigen.

Fig. 3 zeigt die Ansicht einer weiteren Ausführungsvariante des er:findungsge­ mäßen Käfigs in Ansicht. In dieser Ausführungsform weist der in der Grundform zylindrische Verstärkungsring 7 im Bereich der Stützrollen erhabene Tragpartien 7a auf Falls der Käfig zwischen den Stützrollen 5 Gegengewichte 9 aufweist, können auch im Bereich der Gegengewichte Tragpartien 7a angebracht werden. Die auf einzelne Tragpartien 7a reduzierte Verbindung zwischen Käfigkörper 4 und Verstärkungsringen hat verschiedene Vorteile.

Die Federcharakteristik der Verbundkonstruktion kann in weiteren Grenzen variert werden als bei den auf dem ganzen Umfang berührenden Elementen. Dank der weicheren Federcharakteristik des unabhängig wirkenden Verstärkungsringes sind gröbere Fertigungstoleranzen zulässig. Jedes Element hat eine eigene Eigenschwingungs-Frequenz, so daß das Auftreten von Eigenschwingungen des gesamten Systems unterdrückt wird. Zudem können die Gegengewichte 9 zum Ausgleich von Fliehkräften in den Verstärkungsring integriert werden. In solchen verdickten Partien des Verstärkungsringes lassen sich auch einfach Verbindungselemente zur zusätzlichen Verbindung von Käfigkörper 4 und Verstärkungsring 7 anbringen. Auf jeder Seite sind vorzugsweise drei als Kugellager ausgebildete Stützrollen 5 mittels Stiften 6 im Käfigkörper 4 drehbar gelagert. Die Rollen 5 rollen auf Führungsborden 1a des Außenringes 1 ab und sind durch den Käfig 8 elastisch gegen diese Borde 1a vorgespannt.

Claims (7)

1. Wälzgeführter Käfig für ein Radial-Wälzlager zur Trennung und/oder Führung der Wälzkörper (3), umfaßend einen einteiligen Käfigkörper (4) aus Kunststoff, in welchem mehrere Stützrollen (5) zur Wälzführung des Käfigs drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Käfigkörper (4) beidseits der Wälzkörper (3) je ein Ver­ stärkungsring (7) eingepreßt ist, welcher gegenüber dem Käfigkörper (4) unterschiedliche thermische und/oder elastische Eigenschaften hat.

2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ ringe (7, 9) einen wesentlich kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als der Käfigkörper (4).

3. Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ ringe (7) in zylindrische Bohrungen des Käfigkörpers (4) eingepreßt sind, deren Durchmesser (d) vor dem Einsetzen kleiner ist als der Außendurch­ messer (D) der Verstärkungsringe (7).

4. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungs­ ringe (7) oder die Bohrungen der Käfigkörper (4) einzelne erhabene Tragpartien (7a) aufweisen, an denen sie mit dem Käfigkörper bzw. den Verstärkungsringen verbunden sind.

5. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsringe (7) eine höhere Dauerstandfestigkeit oder Kriech­ festigkeit aufweisen als der Käfigkörper (4).

6. Käfig nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das die Verstärkungs­ ringe (7) aus federelastischem Material, insbesondere aus Federstahl, Federbronze oder einer federelastischen Aluminiumlegierung bestehen.

7. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring (7) zwischen den Stützrollen (5) Verdickungen (9) aufweist, deren Masse Fliehkräfte erzeugt, welche auf den Käfig wirken und dadurch die Anpreßkräfte auf die Stützrollen verändern.