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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen Presskäfig
für ein Kugellager,
und insbesondere einen Presskäfig
für ein
Kugellager, das in einer Umgebung mit problematischen Schmierbedingungen,
beispielsweise bei einer Kurbelwelle eines Zweitaktmotors, verwendet werden
soll, und das eine Struktur aufweist, bei der kaum ein Festfressen
auftritt.
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In
einem Presskäfig
für ein
Kugellager sind zwei ringförmige
Halteplatten, in denen in axialer Richtung vorragende Kugelhalter
in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen ausgebildet
sind, gegenüberliegend
so miteinander verbunden, dass Taschen gebildet werden, in denen
sich jeweils Kugeln anordnen lassen. Die Innenfläche einer jeden Tasche eines
derartigen Presskäfigs
ist für
gewöhnlich
so ausgebildet, dass sie einen Krümmungsradius aufweist, der
um mehrere Prozent größer ist
als der Radius einer zu verwendenden Kugel, und haltert die Kugel.
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Ein
Presskäfig 21 des
Standes der Technik wird folgendermaßen hergestellt. Wie in perspektivischer
Ansicht in 4 dargestellt, sind zwei ringförmige Halteplatten 22,
in denen Kugelhalter 23 in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet
sind, so einander gegenüberliegend
angeordnet, dass jeweilige Paare der Kugelhalter 23 Taschen 26 bilden,
und ebene Abschnitte (Verbindungsabschnitte) werden aneinander gefügt und dann
durch Nieten 7 befestigt. Der Presskäfig 21, in welchem
Kugeln in den Taschen 26 angeordnet sind, ist in einem
ringförmigen
Freiraum angeordnet, der zwischen den (nicht dargestellten) inneren
und äußeren Kugellagerringen ausgebildet
ist.
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Herkömmliche
vorgeschlagene Presskäfige für ein Kugellager
beinhalten: einen Käfig
für ein
Kugellager, in welchem, um eine Erzeugung von Schwingungen und Geräusch zu
verhindern, zur Ausbildung von Taschen Kugelhalter zu einer kugelartigen
Form ausgebildet sind, deren Nebenachse sich in Radialrichtung des
Käfigs
erstreckt (japanische Patenpublikation (Kokoku) Nr. SHO 40-14764); einen
Käfig für ein Kugellager,
bei welchem, um für ein
leichtgängiges
Rotieren der Kugel zu sorgen, zwei ringförmige Halteplatten zur Ausbildung
von Kugelhaltern so montiert sind, dass sie sich relativ wenig parallel
bewegen lassen (japanische Gebrauchsmusterpublikation (Kokoku) Nr.
SHO 53-42681); und einen Presskäfig
31 für ein Kugellager,
welcher Taschen
36 aufweist, wobei, wie in
7 dargestellt, teilweise
auf Kugelhaltern
33 zylindrische Bereiche
34 ausgebildet
sind, welche in axialer Richtung verlaufen. Ein derartiger Käfig, auf
dem der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, ist von
DE 39 39 438 A bekannt (japanische
Patentpublikation (Kokai) Nr. HEI 3-172613).
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5(A) ist ein Querschnitt eines Presskäfigs 21 des
Standes der Technik für
ein Kugellager, und zwar entlang der Wälzkreislinie des Lagers. Beim
Kugellager führen,
wenn beim Lagerring (dem inneren oder dem äußeren Kugellagerring) eine
Relativdrehung erfolgt, Kugel 5 und Käfig 21 gleichzeitig ebenfalls
ein Drehen (Umlaufen) aus. Dabei findet ein Drehen (Umlaufen und
Rotieren) der Kugel 5 statt, und währenddessen kommt die in Drehrichtung (Laufrichtung)
vordere Seite in Kontakt mit der Innenwandfläche der Tasche 26 des
Presskäfigs 21.
Mit anderen Worten kommt, wenn ein Umlaufen des Presskäfigs 21 erfolgt,
die Kugel 5 in Laufrichtung in Kontakt mit der Innenwandfläche der
Tasche 26 des Presskäfigs 21 und
rotiert dabei um die Achse Z. In Richtung des Pfeils A von 5(A) gesehen, haben die Kontaktabschnitte 26a und 26b,
bei denen die Kugel 5 in Kontakt mit der Innenwandfläche kommt, eine
Form wie dargestellt in 5(B).
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In
dem Fall, bei dem die Kugel mit der Innenwandfläche der Tasche 26 in
Kontakt kommt und, wie zuvor beschrieben, um die Achse Z rotiert,
beträgt, wenn
die Winkelgeschwindigkeit der Drehung durch ω (konstant) angegeben ist und
der Radius (Vertikalabstand) eines willkürlich gewählten Oberflächenabschnittes
der Kugel 5 von der Achse Z durch r angegeben ist, wie
dargestellt in 6, die Umfangsgeschwindigkeit
v des Oberflächenabschnittes
der Kugel v = ω × r. Daher
kommt die Kugel 5 mit der Innenfläche der Tasche des Presskäfigs 21 in
der Nähe
einer Position in Kontakt, bei welcher der Radius der Rotation maximal
ist. Mit anderen Worten kommt die Kugel 5 mit der Innenwandfläche der
Tasche in der Nähe
einer der Positionen P in Kontakt, bei denen die maximale Umfangsgeschwindigkeit
erreicht wird, wodurch das Problem verursacht wird, dass leicht
ein Festfressen auftreten kann.
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In
dem in 7 dargestellten Presskäfig 31 kann die Kugel
nicht in Radialrichtung geführt
werden. Mit anderen Worten kann sich ein derartiger Käfig, welcher
Kugeln haltert, die zwischen den inneren und äußeren Kugellagerringen angeordnet
sind, sich in Radialrichtung frei bewegen. Während des Drehvorgangs führt der
Käfig heftige
sog. Präzisionsbewegungen
aus. Demzufolge treten Probleme auf, derart, dass ungewöhnlich starke
Schwingungen oder ein ungewöhnlich
starker Verschleiß (Festfressen)
leicht auftreten können
und dass die Tendenz besteht, dass ein Drehvorgang mit hoher Drehzahl nicht
stabil ist.
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INHALT DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung erfolgte in Anbetracht der zuvor erörterten Probleme. Gegenstand
der Erfindung ist, einen Presskäfig
für ein
Kugellager bereitzustellen, bei welchem ein Festfressen zwischen
einer Kugel und einem Käfig
kaum auftritt, ein Schmiermittel für einen langen Zeitraum gespeichert
werden und die Lebensdauer des Lagers vergrößert werden kann.
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Um
das Problem zu lösen,
stellt die Erfindung einen Konfiguration (1) aufweisenden
Presskäfig
für ein
Kugellager mit zwei ringförmigen
Halteplatten bereit, in denen in axialer Richtung vorragende Kugelhalter
und ebene Bereiche in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abstanden ausgebildet
sind, wobei die ringförmigen
Halteplatten so aneinander gefügt sind,
dass die Kugelhalter entsprechend einander gegenüberliegen, wodurch sie Taschen
zum jeweiligen Halten von Kugeln bilden, wobei jeder der in den ringförmigen Halteplatten
ausgebildeten Kugelhalter durch eine kugelförmige bzw. im wesentlichen
kugelförmige
Vertiefung mit einem Krümmungsradius
ausgebildet ist, der größer ist
als der Radius der Kugel, und wobei eine zweite kugelförmige Vertiefung,
die einen Krümmungsradius
aufweist, der kleiner ist der Krümmungsradius
der Kugel, in einem Bodenbereich der ersten kugelförmigen Vertiefung
ausgebildet ist, wodurch die Kugel in Kontakt mit einer Grenze zwischen
den ersten und zweiten kugelförmigen
Vertiefungen gebracht wird, wobei diese Grenze einen Vollkreis definiert,
derart dass die zweite Vertiefung einen Raum zur Aufnahme von Schmiermittel
definiert.
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Die
Erfindung stellt einen Konfiguration (2) aufweisenden Presskäfig für ein Kugellager
bereit, bei welchem die erste im wesentlichen kugelförmige Vertiefung
von Konfiguration (1) durch vordere und hintere, mit den
ebenen Bereichen kontinuierliche Vertiefungen gebildet ist, der
Krümmungsmittelpunkt jeder
der vorderen und hinteren kugelförmigen
Vertiefungen gegenüber
einem Mittelpunkt der Tasche, in welcher die Kugel angeordnet werden
soll, und auf einer Umfangslinie, welche durch den Mittelpunkt der Tasche
hindurchgeht, etwas zum ebenen Bereich hin verschoben ist, und die
zweite kugelförmige
Vertiefung in einem Bodenbereich der ersten im wesentlichen kugelförmige Vertiefung
ausgebildet ist, bei dem die vorderen und hinteren kugelförmigen Vertiefungen
zueinander kontinuierlich sind, wodurch die Kugel in Kontakt mit
der Grenze zwischen den ersten und zweiten kugelförmigen Vertiefungen
gebracht wird.
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Die
Erfindung stellt einen Konfiguration (3) aufweisenden Presskäfig für ein Kugellager
bereit, bei welchem der Querschnitt der ersten im wesentlichen kugelförmigen Vertiefung
von Konfiguration (1) entlang des Wälzkreises halbelliptische Form
mit einer in axialer Richtung verlaufenden Nebenachse und einer
in Umfangsrichtung verlaufenden Hauptachse hat.
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Die
Erfindung stellt einen Konfiguration (4) aufweisenden Presskäfig für ein Kugellager
bereit, bei welchem ein Krümmungsmittelpunkt
der zweiten kugelförmigen
Vertiefung von einer der Konfiguration (1) bis (3)
gegenüber
einem Mittelpunkt der Tasche, in welcher die Kugel angeordnet werden
soll, etwas zum Bodenbereich der ersten kugelförmigen bzw. im wesentlichen
kugelförmigen
Vertiefung und auf einer Linie, die sich in axialer Richtung und
durch den Mittelpunkt der Tasche verläuft, verschoben ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer der ringförmigen Halteplatten, welche
den Presskäfig für ein Kugellager
der Erfindung bilden;
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2 ist
ein Mittelquerschnitt der ringförmigen
Halteplatte, welche den Presskäfig
für ein
Kugellager gemäß der Erfindung
bildet, und zwar entlang der Umfangsrichtung;
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3 ist
ein Mittelquerschnitt in Umfangsrichtung, welcher einen Zustand
zeigt, bei dem eine Kugel in einer Tasche des Presskäfigs für ein Kugellager
der Erfindung angeordnet ist;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Presskäfigs für ein Kugellager des Standes
der Technik;
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5A ist ein Mittelquerschnitt in Umfangsrichtung
eines Presskäfigs
für ein
Kugellager des Standes der Technik, und 5B ist
eine Ansicht in Richtung der Pfeile A von 5A,
welche Abschnitte zeigt, bei denen eine Kugel mit dem Käfig in Kontakt kommt;
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6 ist
eine Ansicht, welche einen Rotationszustand einer Kugel zeigt, die
in einer Tasche eines Presskäfigs
für ein
Kugellager angeordnet ist; und
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7 ist
eine partielle perspektivische Ansicht eines Presskäfigs für ein Kugellager
des Standes der Technik.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden spezielle Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer der ringförmigen Halteplatten, welche
den Presskäfig für ein Kugellager
der Erfindung bilden, 2 ist ein Mittelquerschnitt
der ringförmigen
Halteplatte entlang der Umfangsrichtung, 3 ist ein
Mittelquerschnitt in Umfangsrichtung, welcher einen Zustand zeigt,
bei dem eine Kugel in einer Tasche des Presskäfigs für ein Kugellager der Erfindung
angeordnet ist.
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In
jeder der den Presskäfig 1 bildenden
ringförmigen
Halteplatten 2 sind sich in Axialrichtung erstreckende
Kugelhalter 3 und ebene Abschnitte 4 so ausgebildet,
dass sie in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung
ausgebildet sind. In jedem der Kugelhalter 3 ist eine erste
kugelförmige
Vertiefung 3a ausgebildet. Eine kleinere zweite kugelförmige Vertiefung 3b ist
in der ersten kugelförmigen
Vertiefung 3a ausgebildet. Die ersten und zweiten kugelförmigen Vertiefungen 3a und 3b bilden
eine Tasche 6, in welcher sich eine Kugel 5 anordnen
lässt.
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Die
im Kugelhalter 3 ausgebildete erste kugelförmige Vertiefung 3a hat
zwei Krümmungsmittelpunkte.
Der eine der Krümmungsmittelpunkte
befindet sich bei einer Position O1, die
geringfügig
um einen Wert d1 gegenüber dem Mittelpunkt O0 der Tasche in Umfangsrichtung nach hinten
verschoben ist (aus Gründen
einer einfachen Beschreibbarkeit wird die eine Seite als in Umfangsrichtung
hinten und die andere Seite als in Umfangsrichtung vorn bezeichnet),
und der andere Mittelpunkt befindet sich bei einer Position O2, welcher geringfügig um einen Wert d1 gegenüber
dem Mittelpunkt O0 der Tasche 6 in Umfangsrichtung
nach vorn verschoben ist. Der Krümmungsradius
Ra der ersten kugelförmigen Vertiefung 3a kann
gleich groß oder
etwas größer als
der Krümmungsradius
R0 der Kugel 5 sein oder kann alternativ
etwas kleiner als der Krümmungsradius
R0 sein. Die Abschnitte der ringförmigen Halteplatte 2 im Bereich
von der ersten kugelförmigen
Vertiefung 3a bis zu den zugehörigen ebenen Abschnitten 4 sind
so bearbeitet, dass sie eine glatte runde Form haben.
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Wie
zuvor beschrieben, ist die erste kugelförmige Vertiefung 3a durch
zwei, oder vordere und hintere, kugelförmige Vertiefungen ausgebildet,
d. h. die erste Vertie fung 3a ist im Wesentlichen kugelförmig. Je
nach Anforderung kann die erste kugelförmige Vertiefung durch eine
einzelne kugelförmige
Vertiefung ausgebildet sein. In diesem Fall ist in 2 der Krümmungsmittelpunkt
so positioniert, dass er entlang der durch den Krümmungsmittelpunkt
O0 der Tasche 6 in Axialrichtung
verlaufenden Linie geringfügig
nach unten verschoben ist, und der Krümmungsradius Ra ist
größer als
der Krümmungsradius
R0 der Kugel 5.
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Wie
in 2 dargestellt, ist der Krümmungsmittelpunkt der zweiten
kleineren kugelförmigen
Vertiefung 3b, die im Bodenbereich der in der ringförmigen Platte 2 ausgebildeten
ersten kugelförmigen
Vertiefung 3a ausgebildet ist, bei einer Position O3, die gegenüber der Achse, die durch den
Mittelpunkt O0 der Tasche 6 verläuft, in
der die Kugel 5 angeordnet werden soll, um einen Wert d2 in Richtung der ersten kugelförmigen Vertiefung 3a verschoben.
Der innere Krümmungsradius
Rb der kugelförmigen Vertiefung 3b ist
etwas kleiner als der Krümmungsradius
der Kugel 5.
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Im
Vorhergehenden wurden die Formen der ersten und zweiten kugelförmigen Vertiefungen 3a und 3b beschrieben,
die in einer der ringförmigen Halteplatten 2 ausgebildet
sind. Die erste kugelförmige
Vertiefung der anderen ringförmigen
Halteplatte, welche mit der einen ringförmigen Halteplatte 2 zu verbinden
ist, und die zweite kugelförmige
Vertiefung, die sich im Bodenabschnitt der ersten kugelförmigen Vertiefung
befindet, sind in exakt der gleichen Weise wie bei den zuvor beschriebenen
Vertiefungen ausgebildet.
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Die
erste kugelförmige
Vertiefung 3a der ringförmigen
Halteplatte, die zweite kugelförmige Vertiefung 3b,
die im Bodenbereich der ersten kugelförmigen Vertiefung 3a ausgebildet
ist, und die ebenen Abschnitte 4 werden durch eine Pressbearbeitung
erzeugt. Daher lässt
sich die ringförmige
Halteplatte 2 unschwierig herstellen.
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Der
Presskäfig 1 für ein Kugellager
der Erfindung kann folgendermaßen
hergestellt werden. Ein Paar der ringförmigen Halteplatten 2,
welche wie zuvor beschrieben konfiguriert sind, werden einander gegenüberliegend
angeordnet, und dann werden die zugehörigen ebenen Abschnitte 4 aneinander
gefügt, und
Nieten 7 werden dann in Löcher 8, die sich in
den flachen Abschnitten befinden, eingeführt und gestaucht, um mit den
Abschnitten verbunden zu werden. Beim tatsächlichen Vorgang werden, nachdem die
Kugel 5 in die durch die rechten und linken Kugelhalter 3 ausgebildete
Tasche 6 eingelegt wurde, Nieten 7 in Löcher 8,
die sich in den flachen Abschnitten befinden, eingeführt und
gestaucht, um mit den Abschnitten verbunden zu werden.
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3 ist
ein Mittelquerschnitt entlang der Umfangsrichtung des Wälzkreises,
welcher einen Zustand zeigt, bei dem die Kugel 5 in der
Tasche 6 des derart konfigurierten Presskäfigs 1 angeordnet ist.
Der Presskäfig 1 ist
durch Aneinanderfügen
(Verbinden) der ebenen Abschnitte 4 der ringförmigen Halteplatten 2 ausgebildet,
wobei in jeder von diesen weiter die zweite kugelförmige Vertiefung 3b ausgebildet
ist, und zwar in der in regelmäßigen Abständen in
Umfangsrichtung ausgebildeten ersten kugelförmigen Vertiefung 3a.
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Wie
aus der Figur zu ersehen, kommt die in der Tasche 6 des
Presskäfigs 1 angeordnete
Kugel 5 in Kontakt mit der Grenze 9 und wird durch
diese getragen, wobei sich diese Grenze zwischen der ersten kugelförmigen Vertiefung 3a des
in der ringförmigen Halteplatte 2 ausgebildeten
Kugelhalters 3 und der im Bodenabschnitt der ersten kugelförmigen Vertiefung 3a ausgebildeten
zweiten kugelförmigen
Vertiefung 3b befindet.
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Wenn
die Kugel 5 mit der Grenze 9, die sich wie zuvor
beschrieben zwischen der ersten kugelförmigen Vertiefung 3a und
der zweiten kugelförmigen Vertiefung 3b befindet,
in Kontakt kommt und von dieser getragen wird, ist der von der Grenze 9 und der
Achse Z gebildete Winkel θ im
Wesentlichen klein, wie in 3 gezeigt.
Mit anderen Worten kommt, wenn sich der Lagerring eines Kugellagers, in
welchem der Presskäfig 1 verwendet
wird, sich dreht (umläuft)
und die Kugel 5 rotiert, die Kugel 5 nicht in
der Nähe
der Positionen, bei denen die Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden
Kugel 5 maximal ist, in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Tasche 6,
sondern in der Nähe
der Positionen Q, bei denen die Umfangsge schwindigkeit der rotierenden Kugel
minimal ist. Demzufolge kommt die Kugel 5 bei solchen Positionen
in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Tasche 6 des
Käfigs 1,
bei denen die Rotationsgeschwindigkeit gering ist, und somit tritt
kaum ein Festfressen auf.
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Wie
ebenfalls aus 3 klar wird, kommt der in Laufrichtung
vordere Abschnitt der Tasche 6 des Presskäfigs 1,
d. h. die Umgebung des Abschnittes, bei dem die ringförmigen Halteplatten 2 aneinander gefügt sind,
während
des Drehvorgangs nicht in Kontakt mit der Kugel 5, und
ein konstanter Freiraum 10 wird in diesem erzeugt. Dieser
Freiraum 10 hat die Funktion eines "Schmiersumpfes". Weiter ist ein Freiraum 11 zwischen
der Kugel 5 und der kleineren, zweiten kugelförmigen Vertiefung 3b ausgebildet,
die in der in der ringförmigen
Halteplatte 2 ausgebildeten ersten kugelförmigen Vertiefung 3a ausgebildet
ist. Demzufolge hat auch der Freiraum 11 die Funktion eines "Schmiersumpfes". Bei dem durch die
gegenüberliegenden
ringförmigen
Halteplatten 2 aufgebauten Presskäfig 1 werden daher
die Schmiermittelspeicherfähigkeit
und ebenso die Fressbeständigkeit stark
verbessert.
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Nachfolgend
wird eine weitere Ausführungsform
des Presskäfigs
für ein
Kugellager der Erfindung beschrieben.
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Bei
einer Querschnittsansicht der ringförmigen Halteplatte 2 entlang
des Umfangs eines Wälzkreises
(gleiche Ansicht wie in 2) kann die in der ringförmigen Halteplatte 2 ausgebildete
erste kugelförmige
Vertiefung 3a des Kugelhalters 3 einen halbelliptischen
Querschnitt haben, dessen Nebenachse sich in Axialrichtung erstreckt
und dessen Hauptachse sich in Umfangsrichtung erstreckt, d. h. die
erste Vertiefung 3a definiert eine weitere im Wesentlichen kugelartige
Form. Im inneren Abschnitt (Bodenbereich) der ersten kugelförmigen Vertiefung 3a kann die
zweite kugelförmige
Vertiefung 3b ausgebildet sein, deren Krümmungsradius
etwas geringer ist als der Radius der Kugel 5 und deren
Krümmungsmittelpunkt
sich bei einer Position befindet, die in axialer Richtung um einen
Wert d2 gegenüber dem Mittelpunkt O0 der Tasche 6, in welcher die Kugel 5 angeordnet
werden soll, verschoben ist.
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Wie
zuvor detailliert beschrieben wurde, weist ein Käfig des Standes der Technik
das Problem auf, dass eine Kugel mit einer Innenumfangsfläche bei
einer Position in Kontakt kommt, bei der die Rotationsgeschwindigkeit
der Kugel maximal ist und somit leicht ein Festfressen auftreten
kann. Gemäß dem Presskäfig für ein Kugellager
der Erfindung kommt eine Kugel mit einer Innenumfangsfläche bei
einer Position in Kontakt, bei der die Rotationsgeschwindigkeit
der Kugel minimal ist und somit ein Festfressen nur schwer auftreten
kann. Weiter haben die zweite kugelförmige Vertiefung 3b,
welche in der ersten kugelförmigen
Vertiefung 3a ausgebildet ist, die ihrerseits in der den
Käfig bildenden
ringförmigen Halteplatte 2 ausgebildet
ist, und der Freiraum 10, der zwischen dem vorderen Abschnitt
der Tasche 6 des Käfigs
und der Kugel 5 ausgebildet ist, die Funktion von Schmiersümpfen. Daher
werden Schmiermittelspeicherfähigkeit
und Fressbeständigkeit
stark verbessert, wodurch eine Verlängerung der Lebensdauer des
Lagers erzielt wird.