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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Wellenlager, die Lager enthalten.
Im Besonderen betrifft die Erfindung Käfige zum Halten der Lager in
dem Wellenlager. Ein derartiger Käfig ist aus
US 6406189B bekannt.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Wellenlager
werden genutzt, um ein Drehen der Welle so zu beschränken, dass
sie ihre Drehachse beibehält.
Derartige Wellenlager werden in Motoren, wie beispielsweise Spindelmotoren,
die für
gewöhnlich
in Computereinrichtungen und Audiosystemem zu finden sind, eingesetzt.
Ein typischer Aufbau für
ein Wellenlager enthält
zwei Ringe, Lager und einen Käfig.
Die zwei Ringe sind ein Innenring mit einer Laufrille auf seiner
Außenfläche und
ein Außenring mit
einer entsprechenden Laufrille auf seiner Innenfläche. Die
Rillen und die Drehachse sind den Ringen gemeinsam. Zwischen den
beiden Laufrillen ist eine Vielzahl von Lagern, die mitunter als
Wälzlager
bezeichnet werden und die peripher gleichmäßig beabstandet sind. Der Käfig ist
zwischen dem Innenring und dem Außenring und hält die gleichmäßige Beabstandung
der Lager um den Umfang der Ringe herum vor. In dieser Art und Weise
dreht sich der Innenring in Bezug auf den Außenring entlang einer gemeinsamen
Achse mittels der gleichmäßig beabstandeten Lager
zwischen den Laufrillen.
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Ein
Typ eines Käfigs
ist ein Kronenkäfig.
Ein Kronenkäfig
wird typischerweise aus Kunststoff in eine Ringform geformt und
enthält
eine Vielzahl von Aufnahmen, die äquidistant um den Umfang des
Käfigs
beabstandet sind. Jede Aufnahme hält ein entsprechendes Lager,
um die gleichmäßige Beabstandung
der Lager um die Laufrillen herum vorzuhalten. Die Aufnahmen sind
auf einer Seite des Käfigs
entlang der Axialrichtung des Käfigs
offen. Die Innenfläche
jeder Aufnahme hat eine Krümmung,
die der Krümmung
des Lagers entspricht.
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Das
Wellenlager wird durch das Einführen der
Lager zwischen die jeweiligen Laufrillen des Außen- und des Innenrings und
das Einführen
des Käfigs
zwischen die Ringe, um jedes Lager in seine entsprechende Aufnahme
in dem Käfig
einschnappen zu lassen, montiert. Nach Befestigung des Käfigs wird
Fett in das Wellenlager eingebracht und eine Abdeckung wird auf
dem Wellenlager befestigt, um den Spalt zwischen dem Innen- und dem Außenring
zu schließen.
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Das
Fett wird auf den Käfig
zwischen dem Innen- und dem Außenring
aufgebracht. Das Fett wird von der Seite des Käfigs, die die Aufnahmeöffnungen hat,
eingebracht und auf den Randflächen
des Käfigs zwischen
den Aufnahmen aufgebracht, wo es anhaftet. Ein Bestandteil des Fettes
ist ein dünnflüssiges Schmieröl, als Grundöl bezeichnet,
das durch das Fett sickert und in die Aufnahmen fließt, während sich der
Käfig um
die Drehachse dreht. Da die Lager in dem Käfig drehen, wandert das Grundöl im Inneren der
Aufnahmen zwischen die Laufrillen des Innen- und des Außenrings.
In dieser Art und Weise schmiert das Grundöl die Laufflächen der
Lager in Kontakt mit den Laufrillen.
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Einige
Wellenlager lassen jedoch das Einbringen von Fett von der Seite
des Käfigs,
die die Aufnahmeöffnung
hat, nicht zu. Beispiele derartiger Wellenlager haben mehrere koaxiale
Reihen von Lagern. Ein solches Beispiel ist ein Wellenlager mit
zwei koaxialen Reihen von Lagern zwischen dem Innen- und dem Außenring.
Jede Reihe von Lagern hat einen entsprechenden Käfig, der zwischen den Ringen eingesetzt
wird, um die beiden Reihen von Lagern einschnappen zu lassen. In
dieser Anordnung sind jedoch die Aufnahmeöffnungen der zwei Käfige einander
gegenüberliegend.
Zugang zu den Käfigen
besteht nur auf den jeweiligen Seiten der Käfige, die den Aufnahmeöffnungen
gegenüberliegend
sind. Dadurch ist das Fett nicht nahe an den Aufnahmen, während sie
sich um den Umfang der Rillen bewegen, und es dauert eine relativ
lange Zeit, bis ausreichend viel Grundöl die Oberfläche der
Lager erreicht.
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In
diesem Fall verringert der Mangel an ausreichender Schmierung die
Lebensdauer des Wellenlagers oder verändert das Wellenlager unmittelbar, so
dass es unbrauchbar wird. Darüber
hinaus wird das Fett sofort zerstreut, wenn sich die Welle zu drehen
beginnt, und haftet an dem Außenring
und an der Abdeckung an. Das Erreichen eines stabilen Drehens mit
einem niedrigen Drehmoment ist deshalb schwierig.
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Eine
vorgeschlagene Lösung
ist, zwischen den Aufnahmen auf dem Außenumfang des Käfigs Rinnen
einzufügen.
Jede Rinne verläuft
zwischen den Randflächen
des Käfigs.
Entweder hält
die Rinne das Fett oder das Fett wird durch die Rinne in die Aufnahmeöffnungsseite
des Käfigs
eingebracht. Selbst in diesem Falle ist es schwierig, die Düse einer
Fettpistole mit jeder Rinne auszurichten und das Fett würde an der
Innenfläche
des Außenrings
anhaften und die Rinne nicht ausreichend nutzen.
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Eine
weitere vorgeschlagene Lösung
der mit der Rinne in dem Käfig
verbundenen Probleme ist, einen relativ länglichen Düsenzugangsbereich zu bilden,
der zu jeder Rinne auf der Randfläche gegenüberliegend der Aufnahmeöffnung führt. Solch
ein Düsenzugangsbereich
ist in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. JP 8-277843 beschrieben. Im Gegensatz zu der Schwierigkeit der
Positionierung der Düse
in Bezug auf die Rinnen, wie oben beschrieben, kann eine Ausstoßöffnung der
Düse in
Bezug auf diesen relativ langen Düsenzugangsbereich einfach positioniert
werden. Die einfache Positionierung ermöglicht das angemessene Einbringen
von Fett.
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Da
das Fett von dem Düsenzugangsbereich bis
zu der Rinne eingeführt
wird, ist diese Lösung
jedoch ineffizient, weil nicht das gesamte Fett genutzt wird. Außerdem wird
ein Fließwiderstand
erzeugt, während
der durch das eingeführte
Fett zurückgelegte
Weg länger
wird, und die Rinne kann noch immer nicht ausreichend Fett empfangen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Im
Folgenden wird ein Käfig
für ein
Wellenlager beschrieben, der sich auf den Bedarf für einen Käfig richtet,
der ermöglicht,
dass das Grundöl
die Aufnahmeöffnungen
in dem Käfig
erreicht, wobei das Grundöl
aus Fett kommt, das auf die Randfläche des Käfigs, gegenüberliegend den Aufnahmeöffnungen, aufgebracht
wird.
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Ein
Aspekt ist der Wellenlagerkäfig
nach Anspruch 1.
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Die
vorhergehenden und weitere Merkmale und Vorteile von bevorzugten
Ausführungsformen werden
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
fortschreitet, offensichtlicher.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Längsquerschnittsansicht,
die ein Wellenlager, das einen Käfig
enthält,
zeigt.
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2 ist
eine Gesamtperspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform
des Käfigs
in der 1.
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3 ist
eine teilweise vergrößerte Seitenansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
des Käfigs
in der 1.
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4 ist
eine teilweise vergrößerte Seitenansicht
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
Käfigs
in der 1 und
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5 ist
eine teilweise vergrößerte Seitenansicht
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
Käfigs
in der 1.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 zeigte
eine Längsquerschnittsansicht
eines Wellenlagers 20, das eine Welle 10 enthält, die
sich dreht. Das Wellenlager 20 enthält einen Außenring 30, einen
Innenring 40, zwei Reihen von Wälzkörpern, wie beispielsweise Lager 50,
und einen ringförmigen
Käfig 60,
der die Lager 50 in jeder Reihe hält. Die Welle 10 hat
eine gestufte Form mit einem Großdurchmesserabschnitt 10A und
einem Kleindurchmesserabschnitt 10B, die koaxial zueinander sind.
Die Außenumfangsfläche des
Großdurchmesserabschnitts 10A hat
eine Laufrille 11 entlang der Umfangsrichtung. Die Außenumfangsfläche des Kleindurchmesserabschnitts 10B hat
einen Innenring 40, der beispielsweise durch ein Klebemittel
befestigt ist. Der Außendurchmesser
des Innenrings 40 ist gleich dem Außendurchmesser des Großdurchmesserabschnitts 10A der
Welle 10. Die Außenumfangsfläche des
Innenrings 40 hat eine Laufrille 41 entlang der
Umfangsrichtung. Die Innenumfangsfläche des Außenrings 40 hat zwei
Reihen von Laufrillen 31, die entlang der Umfangsrichtung
ausgebildet sind.
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Zwischen
jeder Laufrille 31 des Außenrings 30 und den
entsprechenden Laufrillen 11; 41 der Welle 10 und
des Innenrings 30 ist eine vorgeschriebene Anzahl von Lagern 50,
die in gleichen Abständen
in der Umfangsrichtung gehalten werden. Die Lager 50 werden
in die Käfige 60 eingeschnappt
und rollen frei. Die Abdeckungen 51 schließen den
Zwischenraum von beiden Endabschnitten des Wellenlagers 20,
nachdem in jeden Käfig
Fett eingebracht wurde. Die Abdeckungen 51 sind durch Sprengringe 52 an
der Innenumfangsfläche
des Außenrings 30 befestigt.
In diesem Wellenlager 20 wird der Großdurchmesserabschnitt 10A der
Welle 10 durch den Außenring 30 mittels
der Lager 50 zurückgehalten und
dreht frei. Der Kleindurchmesserabschnitt 10B wird durch
den Außenring 30 mittels
des Innenrings 40 und der Lager 50 zurückgehalten.
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Das
Wellenlager 20 wird in der folgenden Art und Weise zusammengebaut.
Der Innenring 40 wird in den Kleindurchmesserabschnitt 10B der
Welle 10 eingeschnappt. Die Welle 10 wird in den
Außenring 30 eingeführt und
die vorgeschriebene Anzahl von Lagern 50 wird zwischen
den jeweiligen Laufrillen 11 und 41 der Welle 10 und
des Innenrings 40 eingeschnappt. Der Käfig 60 wird auf den
Lagern 50 eingeschnappt und der Innenring 40 wird
an die Welle 10 geklebt. Nach dem Zusammenbau wird die
Abdeckung 51 mit dem Sprengring 52 befestigt.
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Die 2 ist
eine Gesamtperspektivansicht des Käfigs 60 in dem Wellenlager 20 der 1.
Der Käfig
ist ein Kronentyp, der aus Harz oder einem anderen derartigen, verformbaren
Elastomer-Material besteht. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf Harz beschränkt
ist und dass andere verformbare Elastomer-Materialien, wie zum Beispiel Polypropylen,
Gummi oder Polyethylen, verwendet werden können. Der Käfig 60 enthält eine Vielzahl
von Aufnahmeringen 70, die in gleichen Abständen entlang
der Umfangsrichtung des Käfigs 60 angeordnet
sind. Die Verbindungsabschnitte 80 sind zwischen den Aufnahmeringen 70 angeordnet
und verbinden die Aufnahmeringe.
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Der
Aufnahmering 70 ist C-förmig,
Der Innenabschnitt des Aufnahmerings 70 wird durch die Aufnahme 72 gebildet,
in die die Lager 50 eingeschnappt werden. Eine Öffnung 72b der
Aufnahme 72 ist auf einer der Seiten der Aufnahme 72 in
der Richtung entlang der Axialrichtung des Wellenkäfigs 60 offen.
Die Öffnung 72b der
Aufnahme 72 ist der Raum zwischen beiden Rändern der
Aufnahmeringe 70. Der Aufnahmering 70 enthält ein Paar Stiftabschnitte 71,
die sich auf beiden Seiten der Aufnahmeöffnung 72, bevorzugt
gegenüber
der Verformung des Verbindungsteils 80, verformen können. Die
Aufnahmeöffnung 72b ist
der Raum zwischen den Stiftabschnitten 71. Die Innenfläche der
Aufnahme 72 hat eine gekrümmte Oberfläche, die der Oberfläche des Lagers 50 entspricht,
das in den Käfig 60 eingeschnappt
wird. Die Lager 50 werden durch Platzieren des Lagers 50 in
Kontakt mit den Spitzen des Stiftabschnitts 71 in den Käfig eingeführt. Jeder
Stiftabschnitt 71 verformt sich elastisch und weitet sich
auf, um das Lager 50 aufzunehmen. Durch weiteres Einbringen
schnappt das Lager 50 in der Aufnahme 72 ein.
In dieser Art und Weise wird jedes Lager 50 in gleichmäßigem Abstand
entlang dem Umfang des Käfigs 60 gehalten.
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Die 3 ist
eine teilweise vergrößerte Seitenansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
des Käfigs 60.
Die hintere Flächenseite
des Käfigs 60 ist als
die Seite definiert, die jener der Aufnahmeöffnungen 72b gegenüberliegt.
Auf der hinteren Seitenfläche
sind zwischen benachbarten Aufnahmeringen 70 konkave Stellen 61 ausgebildet.
Jede konkave Stelle 61 wird durch die bogenförmigen äußeren Umfangsflächen 73 von
benachbarten Aufnahmeringen 70 und einer Randfläche 81 der
hinteren Flächenseite des
Verbindungsabschnitts 80 definiert. Der Boden der konkaven
Stelle 61 ist die Randfläche 81, die näher an der
Aufnahmeöffnung 72b ist
als der Bodenabschnitt 72a der Aufnahme 72. Weiterhin
nimmt die Dicke des Aufnahmerings 70 im Verlauf um die
Aufnahme 72 von dem Bodenabschnitt 72a zu dem
Stiftabschnitt 71 ab.
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Jede
der zwei Reihen von Lagern 50 wird mit einem entsprechenden
Käfig 60 befestigt.
Die Lager 50 werden zwischen jede Laufrille 31 des
Außenrings 30 und
die jeweiligen Laufrillen 11, 41 der Welle 10 und
des Innenrings 40 eingeschnappt. Wie in der 1 gezeigt,
ist jeder Käfig 60 so
ausgerichtet, dass die Aufnahmeöffnungen 72b jedes
Käfigs 60 einander
gegenüberliegen.
Nach dem Befestigen jedes Käfigs 60 wird
von der hinteren Flächenseite
des Käfigs 60 Fett
an jeder konkaven Stelle 61 eingebracht.
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Die
Randfläche 81 des
Verbindungsabschnitts 80 bildet den Boden der konkaven
Stelle 61 auf der hinteren Flächenseite des Käfigs 60.
Diese Randfläche 81 ist
näher an
den Aufnahmeöffnungen 72b als
der Bodenabschnitt 72a der Aufnahme 72, wie in
der 3 gezeigt. Mit anderen Worten, die konkaven Stellen 61 sind
tief aus der hinteren Seitenfläche
des Käfigs 60 gegraben.
Weil die Dicke der Aufnahmeringe 70 im Verlauf um den Aufnahmering 70 von
dem Bodenabschnitt 72a durch den Verbindungsabschnitt 80 zu
dem Stiftabschnitt 71 abnimmt, kann des Weiteren die Umfangslänge 73 der
konkaven Stelle 61 im Vergleich zu einem gleichförmig dicken
Aufnahmering 70 vergrößert werden.
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Mit
dieser Konfiguration kann eine relativ große Menge von Fett an der konkaven
Stelle 61 eingebracht werden und dort gehalten werden.
Während
sich der Käfig 60 um
die Welle 10 dreht, kann die Aufnahme 72 angemessen
Grundöl
aus dem Fett an dem Boden der konkaven Stelle 61 empfangen,
d. h. der Randfläche 81,
um die Lager 50 zu schmieren, weil die Randfläche 81 näher an der
Aufnahmeöffnung 72b ist,
wie oben beschrieben. Darüber
hinaus haftet das an der konkaven Stelle 61 eingebrachte Fett
nicht einfach an dem Außenring 30,
dem Innenring 40, der Welle 10 und der Abdeckung 51.
Infolgedessen kann das Grundöl
die Lager 50 unmittelbar bei Drehen der Welle 10 schmieren,
erhöht
dadurch die Lebenszeit des Wellenlagers 20 und erlaubt
Rotation mit niedrigem Drehmoment.
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Die 4 ist
eine teilweise vergrößerte Seitenansicht
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Käfigs 60B.
Der Käfig 60B enthält Ebenen 75,
die auf den Randabschnitten der Außenumfangsfläche 73 des
Aufnahmerings, der die konkave Stelle 61 bildet, in Richtung
auf die Mitte des Aufnahmerings 70 gebildet sind. Diese
Ausführungsform
des Käfigs 60B kann
durch Spritzgießen
von Harz in Metallformen gefertigt werden. Wenn sich die zwei Metallformen
axial trennen, d. h., sich axial entlang einer Umfangslinie trennen,
können
die Formen durch Übereinstimmen
der Trennlinie der Formen mit der Randfläche 81 vereinfacht
werden oder die Trennlinien der Formen die Ebenen 75 schneiden
lassen. Des Weiteren kann die Eingießöffnung der Form auf der Randfläche 81 auf
der hinteren Flächenseite
der des Käfigs 60B eingerichtet
werden.
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Die 5 ist
eine teilweise vergrößerte Seitenansicht
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Käfigs 60C.
Der Käfig 60C enthält zwischen den
Randflächen 81, 82 des
Verbindungsabschnitts 80 eine Rinne 84. Die Rinne 84 ist
auf der Außenumfangsfläche 83 des
Verbindungsabschnitts 80 ausgebildet. An der konkaven Stelle 61 wird
Fett eingebracht und in der Rinne 84 gehalten. Die Rinne 84 versorgt
das Innere der Aufnahme 72 mit Grundöl und verbessert die Schmierung
des Lagers 50, das in die Aufnahme 72 eingeschnappt
ist.
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Generell
lässt die
vorliegende Erfindung das Einführen
von großen
Mengen von Fett auf der hinteren Flächenseite des Käfigs 60-60C,
gegenüberliegend
der Seite der Aufnahmeöffnung 72b,
zum Schmieren der Lager 50 und der Laufrillen des Wellenlagers 20 zu.
Es versteht sich jedoch, dass andere Konfigurationen der konkaven
Stelle 61 zum Halten des Fettes in enger Nähe zu der
Aufnahmeöffnung 72b,
beispielsweise näher
an der Aufnahmeöffnung 72b als
der Bodenabschnitt 72a der Aufnahme 72, möglich sind.