-
Vollwandiger zylindrischer Nadel-Fensterkäfig, welcher die Nadeln
einzeln in Kammern aufnimmt und der gemeinsam mit den Nadeln ein einbaufertiges
Bauelement bildet Die Erfindung bezieht sich auf ein Nadellager, das allein mittels
eines Fensterkäfigs und darin aufgenommener Nadeln gemeinsam mit diesen ein einbaufertiges
Bauelement bildet. Sie bezweckt vornehmlich, einen in einfachster Weise und billig
in der Massenproduktion herzustellenden Nadelkäfig zu schaffen, der als selbständiges
Bauelement auf Lager genommen werden kann und als Ersatz für Gleitlager heranziehbar
ist.
-
Wälzlager, deren zylinderförmige Wälzkörper sehr kleinen Durchmesser
haben, sind als Nadellager bekannt. Sie werden wegen ihrer geringen Bauhöhe bei
gleichzeitig großer Tragfähigkeit den Rollen- oder Kugellagern häufig vorgezogen.
-
Kugel- und Rollenlager stellen fast ausschließlich Baueinheiten dar,
die aus den beiden Laufringen und den Rollkörpern bestehen. Solche Lager werden
von den Wälzlagerherstellern einbaufertig geliefert. Nadellager dagegen werden in
großem Maße dadurch gebildet, daß die einzelnen Nadeln zwischen die zu lagernden
Maschinenteile eingelegt werden. Dabei wird die innere Laufbahn von einem Teil der
Welle und die äußere Laufbahn unmittelbar von dem Gehäuse gebildet. Fast ebenso
häufig werden Nadellager angewendet, die lediglich aus den Nadeln und einem äußeren
Laufring bestehen. Solche Nadellager finden insbesondere deswegen Anwendung, weil
sie raumsparend und preisgünstig sind und weil die Nadellaufbahnen wegen ihrer einfachen
zylindrischen Form von den Maschinenbauanstalten selbst gefertigt werden können.
In diesem Fall werden die Nadeln vom Wälzlagerhersteller bezogen und von der Maschinenbauanstalt
eingebaut.
Bei den vollnadeligen Nadelkränzen werden gehärtete Bordscheiben
benötigt, gegen welche die Nadeln stirnseitig anlaufen können. Es kommt hinzu, daß
der Laufbahndurchmesser abhängig ist von der vorgesehenen Anzahl Nadeln und deren
Durchmesser. Es ergeben sich daher in den meisten Fällen keine genormten Wellenabmessungen,
wie solche ansonsten üblich sind.
-
Die bisher verwendeten Nadellager weisen in der Regel zur Führung
der Nadeln keinen Käfig auf. Die Nadeln liegen vielmehr in geschlossener Reihe dicht
nebeneinander und füllen den gesamten ringförmigen Raum zwischen Innen- und Außenlaufring
aus. Bei solchen Lagern besteht die Gefahr, daß die Nadeln beim Lauf des Lagers
unter Belastung nicht immer achsparallel zueinander bleiben, sondern sich zeitweise
mehr oder weniger schräg stellen. Dieses sogenannte Schränken der Nadeln verhindert
ihr einwandfreies Abrollen und gibt zu Verklemmungen des Lagers sowie zu großen
axialen Schüben Anlaß. Diese Mängel werden dadurch zu beheben versucht, daß das
radiale Spiel des Lagers vergrößert wird. Hierdurch wird aber ein befriedigendes
Ergebnis nicht erreicht, weil solche Lager dann nicht verwendbar sind, wenn an ihre
Genauigkeit hohe Anforderungen gestellt werden.
-
Bei Nadellagern, deren Nadeln lose zwischen Innen- und Außenlaufring
eingelegt sind, ergeben sich außerdem beim Zusammenbau und beim Ausbau erhebliche
Schwierigkeiten, weil die Nadeln herausfallen können., da sie nicht einzeln gehalten
sind. Dieser Mißstand tritt namentlich bei Instandsetzungsarbeiten sehr unliebsam
in Erscheinung. Um das Herausfallen der Nadeln verhindern zu können, ist schon vorgeschlagen
worden, Nadeln mit konisch zulaufenden Enden zu verwenden und die Seitenborde am
Außen- und Innenlaufring mit dünnen vorspringenden Ringen zu versehen, welche über
die Enden der Nadeln greifen und so deren Herausfallen verhindern. In diesem Fall
ist aber die Gefahr des Schränkens der Nadeln nicht beseitigt, abgesehen davon,
daß diese Art der Halterung der Nadeln in vielen Fällen nicht anwendbar ist. Auch
sind Rollenlager mit bordgeführten Rollen und Käfigen bekanntgeworden, durch deren
Stege die Rollen in Abstand voneinander gehalten werden und in welchem die Rollen
in einer radialen Richtung durch aus den Stegen herausgestemmte Vorsprünge in den
Fenstern gehalten werden. Bei solchen Lagern werden die Käfige mit dem inneren oder
äußeren Laufring zusammengefügt, die Rollen in radialer Richtung eingelegt und die
Käfige nach dem Einlegen der Rollen von einer Seite her verstemmt. Hierdurch entsteht
durch Verformen des Käfigaußenmantels eine Baueinheit aus Innenring, Rollkörpern
und Käfig und bei Verformen des Käfiginnenmantels eine Baueinheit aus Außenring,
Rollkörpern und Käfig. Dabei übernehmen die achsparallele und axiale Führung der
Rollkörper die Borde der Laufringe und die axiale Führung des Käfigs die Stirnflächen
der Zylinderrollen. In radialer Richtung sind die Käfige auf den geschliffenen Borden
der Laufringe geführt. Ihre Wandstärke ist dabei wesentlich geringer gehalten als
der Rollkörperdurchmesser und vorwiegend kleiner, als dem halben Rollkörper entspricht.
-
Es sind auch solche Käfige bekanntgeworden, deren Wand zwischen den
Borden durch eine über den Umfang verlaufende Rippe verstärkt ist. Hierdurch soll
erreicht werden, daß die Haltevorsprünge in einfacher Weise erzeugt werden können
und zugleich den Rollkörpern eine große radiale Beweglichkeit gegeben werden kann.
Außerdem soll der Einbau der Käfige mit den Rollkörpern in ihre Laufbahnringe mit
den Borden vereinfacht werden.
-
Für Rollenkäfige, sogenannte Walzenkränze, sind vorwiegend genietete
Käfige bekanntgeworden, die in Form von Kammkäfigen mit kreisbogenförmigen Begrenzungsflächen
der Fenster versehen sind. Massivkäfige ähnlicher Ausbildung mit durchgehenden Stegen
wurden durch Fräsen oder Gießen gleichfalls mit kreisbogenförmig gehaltenen Begrenzungsflächen
an den Stegen hergestellt. Neben fertigungstechnischen Schwierigkeiten tritt bei
solchen Käfigen mit kreisbogenförmigen, dem Wälzkörperumfang angepaßten Fensterbegrenzungsflächen
die Gefahr der zusätzlichen Beanspruchung der Stege infolge Radialschlags des Käfigs
auf.
-
Rollen- oder Walzenkäfige, welche die Rollen einzeln in Fenstern aufnehmen
und nach einer Richtung hin gegen Herausfallen sichern, sind in gegossener Ausführung
ebenfalls bekanntgeworden. Die Fenster solcher Käfige werden in einer radialen Richtung
dadurch verengt, daß die Stege am inneren oder äußeren Mantel angegossene, kreisförmig
in die Stege übergehende, über die gesamte Länge der Fenster sich erstreckende Ansätze
aufweisen, deren gegenseitiger Abstand geringer ist als der Wälzkörperdurchmesser.
Die Ausbildung der Stegflächen in dieser Weise bereitet für die Bearbeitung nach
dem Gießen erhebliche Schwierigkeiten. Anderseits bringt die Verwendung solcher
Käfige mit unbearbeiteten Stegflächen große Nachteile hinsichtlich der Führung der
Rollkörper mit sich. Die Halterung der Rollkörper ist bei diesen Käfigen nur in
einer radialen Richtung gegeben. Die Verwendung solcher Käfige für Nadeln würde
wegen der großen Zahl der für ein einziges Nadellager benötigten Nadeln gießtechnisch
auf große Schwierigkeiten stoßen, insbesondere deswegen, weil bei Nadeln mit einem
Durchmesser von z bis 4 mm auch die Stegdicke relativ geringer gehalten weiden muß,
und weil der achsparallelen Führung der Nadeln bei den hohen Drehzahlen ganz besondere
Bedeutung beizumessen ist.
-
Auch ist ein Scheibenkäfig für axiale Lager bekanntgeworden, in dessen
Käfigscheibe radiale Taschen -zur Aufnahme je einer Nadelrolle ausgestanzt sind,
die gegen Herausfallen aus dem Käfig dadurch gesichert werden sollen, daß die Ränder
der Taschen verstemmt werden, so daß die entstehenden Grate die Nadelrollen am Herausfallen
hindern. Der bekannte Käfig ist zur Verwendung bei Verstell-Luftschrauben bestimmt.
Diese werden beim Verstellen jeweils nur um einen verhältnismäßig
kleinen
Winkel gedreht. Eine Wälzbewegung der Nadelrollen erfolgt dabei zum einen nur kurzzeitig
und zum andern verhältnismäßig langsam. Der bekannte Käfig ist nur zum Lagern schwenkbeweglicher
Elemente gedacht; er ist zum Lagern rotierender Bauteile aber ungeeignet.
-
Ferner ist ein vollwandiger zylindrischer Nadelkäfig bekanntgeworden,
der die Nadeln einzeln in Kammern aufnimmt, wobei die die Nadeln fassenden Kammerwände
auf sämtlichen vier Seiten in umständlicher Weise der Nadeloberfläche entsprechend
ausgefräst werden müssen. Der zur Herstellung solcher Käfige erforderliche Aufwand
an Arbeit und Zeit ist so groß, daß die Verwendung solcher Lager wirtschaftlich
untragbar isst. Ein weiterer bekannter zylindrischer Käfig, der die nadelartigen
Wälzkörper einzeln in Kammern aufnimmt, besitzt zwar durchgehend ebene Stegwände,
deren gegenseitiger Abstand von der Außenseite zur Lagerachse hin abnimmt, wodurch
die Wälzkörper nach innen zu gehaltert werden, nach außen können sie aber frei herausfallen,
so daß der Käfig mit den Nadeln kein geschlossenes Bauelement im Sinne der angegriffenen
Erfindung bildet und zum mindesten noch eines Außenringes für den Einbau und den
Transport bedarf.
-
Um nun das durch die Erfindung erstrebte Ziel zu erreichen und zugleich
die Nachteile der bekannten Lager zu überwinden, geht die Erfindung aus von einem
vollwandigen zylindrischen Nadel-Fensterkäfig, welcher die Nadeln einzeln in Kammern
aufnimmt und gemeinsam mit den Nadeln ein einbaufertiges Bauelement bildet. Die
Erfindung besteht darin, daß die Nadeln in an sich bekannter Weise in den Kammern
mittels zweckmäßig durch Stanzen erzeugter, durchgehend ebener Laufflächen der Kammerstegwände
geführt sind, wobei ihre Innenhalterung durch eine Neigung der ebenen Kammerstegwände,
ihre Außenhalterung dagegen durch Vorsprünge erfolgt, welche aus den zwischen den
Kammern liegenden Nadelführungsstegen herausgeformt sind. Diese Kombination ist
neu und stellt einen wesentlichen Fortschritt dar.
-
Das erfindungsgemäße Lager ist in einfachster Weise und billig in
der Massenproduktion herzustellen und bildet ein selbständiges Bauelement, das auf
Lager genommen werden kann. Die einzelnen Bauelemente können bereits im Herstellungswerk
fertiggestellt und in dieser Form auf den Markt gebracht werden. Hinzu kommt, daß
das erfindungsgemäße Bauelement in einfacher Weise eingebaut werden kann, da es
hierzu genügt, das gesamte Element einerseits auf die zu lagernde Welle aufzuschieben
und anderseits in die Bohrung eines Lagerbockes einzusetzen. Darüber hinaus ist
das erfindungsgemäße Lager, weil es in radialer Richtung klein bemessen werden kann,
auch an Stelle von Gleitlagern verwendbar. Dabei sind die Nadeln am Herausfallen
gehindert, und das nachteilige Schränken der Nadeln ist zuverlässig hintangehalten.
Dieser Vorteil wird sowohl dann erreicht, wenn die Käfigstege bei gegossenen Käfigen
mitangeformt werden, als auch dann, wenn die Stege durch Ausstanzen der Kammern
erzeugt werden. In beiden Fällen werden nämlich ebene Begrenzungsflächen geschaffen,
so daß sich zwischen Nadeln und Käfig nur eine Berührungslinie ergibt, wodurch die
Reibungsverluste sehr gering werden.
-
Während bei bordgeführten Zylinderrollen eine Schwächung des Käfigs
entsprechend der Bordhöhe erforderlich ist, kann bei den erfindungsgemäßen Nadellagern
der Nadelkäfig wegen des Fortfallens der Bordführung eine verhältnismäßig große
Wanddicke erhalten, so daß die Haltevorsprünge in radialer Richtung weit voneinander
entfernt sind und eine verhältnismäßig große radiale Verschiebung der eingebauten
Nadeln zulassen. Im eingebauten Zustand werden die Haltevorsprünge praktisch nicht
beansprucht. Die axiale Führung der Lagernadeln erfolgt durch die ebenen Stirnflächen
der Käfigfenster. Die Käfige selbst können mit ihren Stirnringen gegen Verschlußscheiben,
Gleitscheiben oder Sprengringe anlaufen.
-
Im Gegensatz zu den für Wälzkörper mit großem Durchmesser bestimmten
dickwandigen Käfigen, die eine Reihe von Nachteilen, wie großes Gewicht und schlechte
Bearbeitungsmöglichkeit, haben, erbringen die Nadelkäfige mit großer Wanddicke besondere
Vorteile. Wenn der Nadelkäfig eines erfindungsgemäßen Lagers beispielsweise Nadeln
mit einem Durchmesser von I bis 4 mm aufnehmen soll und die Wandstärke des Käfigs
dabei wenigstens drei Viertel des Nadeldurchmessers beträgt, dann wird bei geringem
Spiel in einer radialen Richtung die Führung des Käfigs auf der Innen- oder Außenlaufbahn
erreicht und zugleich die Anbringung der Haltevorsprünge auf beiden Seiten erleichtert,
indem ein hinreichend großer Abstand der Haltevorsprünge vom Teilkreisdurchmesser
bzw. der Berührungslinie der einzelnen Nadeln am Käfigsteg vorhanden ist.
-
Bei Nadellagern, deren Käfige einen großen Durchmesser aufweisen und
eine Vielzahl von Nadeln aufnehmen sollen sowie aus Blech bestehen, empfiehlt es
sich, vor bzw. beim Ausstanzen der die Nadelkammern bildenden Ausschnitte, dem Blechstreifen
eine der Krümmung des Käfigs entgegengesetzte Krümmung zu geben.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulichst.
Es zeigt Abb. I einen Nadellagerkäfig im Querschnitt, Abb. a den Käfig in Seitenansicht,
Abb. 3 einen Querschnitt durch den zur Bildung des Käfigs dienenden Blechstreifen
in gestrecktem Zustand mit ausgestanzten Nadelkammern, Abb. d. einen teilweisen
im Querschnitt des zylindrisch gebogenen Blechstreifens nach Abb. 3, Abb. 5 im Querschnitt
das Einstanzen der Nadelkammern in den Blechstreifen, der entgegengesetzt der späteren
Krümmung gebogen ist, Abb. 6 einen teilweisen Querschnitt eines aus dem Blechstreifen
nach Abb. 5 zu einem Käfig zylindrisch gebogenen Blechstreifens.
-
Der Käfig a besitzt Nadelkammern b zur Einlagerang der Nadeln
c. Jeweils zwei Kammern b sind durch einen Nadelführungssteg e voneinander
getrennt,
der rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt besitzt. Die beiden Nadelführungsflächen
f eines Steges e verlaufen parallel zueinander, während die Mittellinie g jedes
Steges mit einem durch die Nadelachse gehenden Durchmesser zusammenfällt. Die beiden
Nadelführungsflächen einer Nadelkammer b sind in Richtung zur Lagerachse gegeneinander
geneigt, so daß der Abstand der beiden Innenkanten n einer Nadelkammer kleiner ist
als der Durchmesser der Nadeln c.
-
Im Bereiche der Außenkanten der Nadelkammern sind die Nadelführungsstege
4 mit Vorsprüngen m versehen, welche in die Nadelkammern einragen, und zwar so weit,
daß der quer zu den Nadeln gemessene Abstand der beiden Vorsprünge einer Kammer
kleiner als der Nadeldurchmesser ist. Die Nadelführungsstege e sind untereinander
durch Randbrücken h verbunden, welche gleichzeitig als Halterung der Nadeln in Längsrichtung
dienen. Sie sind zweckvoll ebenflächig, so daß die an ihren Enden abgerundeten Nadeln
c gegebenenfalls nur eine punktförmige Berührung finden.
-
Ein solcher Käfig kann im Wege des Gießens, z. B. des Spritzgießens,
erzeugt werden. In diesem Fall ist also der Käfig als Hohlzylinder erstellt.
-
Der Käfig kann auch aus Blech gefertigt werden, das gerollt wird.
Bei größeren Lagern mit großer Nadelzahl kann es sich dabei ereignen, daß der von
den Nadelführungsflächen f der einzelnen Nadelkammern b gebildete Winkel zu klein
ausfällt, um das Herausfallen der Nadeln nach innen zuverlässig zu verhindern. Es
wird deshalb gemäß der Erfindung für solche Lager derart vorgegangen, daß dem Blechstreifen
vor dem Ausstanzen eine der Krümmung des fertigen Käfigs entgegengesetzte Krümmung
erteilt wird (s. Abb. 5) und in diesem Zustand des auf der Schnittplatte h einer
Stanze aufliegenden Blechstreifens die Nadelkammernausschnitte b mittels des Stempels
i eingestanzt werden. In diesem Falle verlaufen die Nadelführungsflächen f1 eines
Nadelführungssteges e1 nicht parallel zueinander. Sie sind vielmehr nach außen gegeneinander
geneigt. Die Stege e1 haben also einen nach außen sich verengenden Querschnitt.
Wird daraufhin der so vorbehandelte Blechstreifen zum Nadelkäfig zylindrisch gebogen,
so ergibt sich wiederum ein polygonales, rohrförmiges Gebilde, wobei sich eine genügend
große Verengung der Nadelkammern in Richtung zur Lagerachse einstellt, um das Durchfallen
der Nadeln nach innen mit Sicherheit hintanzuhalten.
-
In beiden Fällen können die das Herausfallen der Nadeln nach außen
verhindernden Vorsprünge m dadurch erzeugt werden, daß in die Außenfläche der Nadelführungsstege
nahe deren Kanten eine oder mehrere Kerben I eingepreßt werden, welche Lappen ergeben,
die, in die Nadelkammern eingebogen, die Sicherungsvorsprünge m bilden. Die Stoßstelle
d des Blechstreifenringes kann, falls erforderlich, durch Schweißen, Löten oder
in sonstiger geeigneter Weise geschlossen werden.
-
Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Nadelkäfig bildet zusammen mit
den eingelegten Nadeln ein geschlossenes Ganzes. Er kann daher mühelos, auch bei
Reparaturfällen, ein- und ausgebaut werden, ohne daß die Gefahr des Herausfallens
der Nadeln besteht.