WO1993007399A1 - Käfig für vollrollige wälzlager - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a cage for full complement rolling bearings with pockets formed by webs into which cylindrical rolling elements are immersed with a peripheral section, the cage being arranged radially inside or outside a pitch circle of the rolling elements.
- the basic load rating of rolling bearings depends, among other things, on the number of rolling elements.
- Full complement roller bearings contain the largest possible number of rolling elements and thus offer a theoretical basic load rating.
- the possibility of a cylindrical roller body replacement means that there are significant losses.
- Another disadvantage of full complement roller bearings is the friction of the rolling elements tangent to one another at their contact points, where their sleeves rub in the opposite direction.
- the rolling elements When a rolling bearing rotates, the rolling elements alternately pass through a loaded and an unloaded zone, the load on the individual rolling elements, starting with the entry into the load zone, rises steadily until they have reached the maximum load in the position of the apex rolling element. From then on, the load weakens again until it becomes zero in the no-load zone. According to the rolling element load, there is also an elastic deformation of the raceways. As a result, the individual rolling elements receive different speeds even at constant bearing speed. Even if these speed differences are minimal, they cause a change in the distance between the individual rolling elements, especially in the load zone. Because of the frictional forces between the rolling elements and their raceways, the rolling elements also try to enforce these changes in distance against possible resistance. Such resistances form the cage bars.
- a full complement roller bearing of the aforementioned type is known from DE-OS 2831 183.
- the filigree cage at least keeps the rolling element set in an assembly-friendly position.
- the webs break for the reasons given above, especially if the different rolling element speeds occur under high bearing loads are connected with great strength.
- the invention has for its object to provide a cage of a full complement roller bearing, the webs of which are not damaged even at different speeds of rotation of the individual rolling elements.
- each pocket has at least one width that enables the rolling element to roll, plus an additional width that results from the end piece! the row of mutually tangent rolling elements.
- the webs can be stamped according to claim 2.
- the cage webs can be adapted to the contour of the outer circumference of the adjacent rolling elements.
- the webs have curved surfaces which are brought up to and close to the point of contact of the respective two rolling bodies against which the respective rolling elements that take the cage can rest. This avoids point loads.
- FIG. 1 denotes a cage of a full complement roller bearing, which accommodates a total of six rolling elements 2 in pockets 3. These pockets 3 are each delimited in the circumferential direction by webs 4.
- the cage 1 is guided on the inside, so that the rolling bodies 2 each dip into the pockets 3 in the radially inner region with an initial section 5.
- Each of these circumferential sections has end points 5a and 5b, which are formed by intersections of the outer circumference of the rolling element with the outer circumference of the cage.
- the pockets have edges 3a and 3b.
- the rolling bodies rotating in an outer race 6 form a row in which they touch one another, that is to say that these rolling bodies 2 touch one another on their circumference.
- an end play which is also referred to as a partial circle end play in the area of a pitch circle of these rolling elements.
- an angle ⁇ between the end points 5a and 5b of the peripheral section is determined starting from the center of the bearing.
- an angle ⁇ is added, which results from the end play between the two rolling elements 2a and 2b, in which, starting from the center of the bearing, radial tangents are placed on the circumference of these two rolling elements 2a and 2b.
- the angle ⁇ determined from the center point by the pocket edges 3a and 3b corresponds to the sum of the two angles ⁇ and ⁇ plus a small tolerance allowance.
- the webs 4 are designed as annular segments. Furthermore, the figure contains a further variant of a web 7, which is shown in a section. This web 7 is adapted to the outer contour of the adjacent rolling elements in order to achieve a cross-sectional optimum.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Käfig (1) für vollrollige Wälzlager mit von Stegen (4, 7) gebildeten Taschen (3), in die zylindrische Wälzkörper (2, 2a, 2b) mit einem Umfangsabschnitt (5) eintauchen, wobei der Käfig (1) radial innerhalb oder außerhalb eines Teilkreises der Wälzkörper (2, 2a, 2b) angeordnet ist. Dabei weisen die Taschen (3) jeweils bezogen auf einen Lagermittelpunkt, zwischen ihren den Wälzkörpern (2, 2a, 2b) zugewandten Rändern (3 und 3b) eine Winkelabmessung (η) auf, die zumindest einer Summe aus einen durch Endpunkte (5a und 5b) des Umfangsabschnittes (5) verlaufenden Winkels (α) und einem durch ein Endspiel gelegten Winkel (β) entspricht, wobei dieses Endspiel zwischen einem ersten und einem letzten Wälzkörper (2a und 2b) einer Reihe aneinander tangierender Wälzkörper (2) ermittelbar ist. Dadurch wird erreicht, daß eine Belastung eines oder mehrerer Käfigstege in entgegengesetzter Richtung nicht möglich ist. Ein einzelner oder im Sonderfall auch alle Käfigstege können nur in der Fortschrittsrichtung und nur mit der Kraft belastet werden, die zur Mitnahme des Käfigs erforderlich ist.
Description
Beschreibung
Käfig für vollrollige Wälzlager
Die Erfindung betrifft einen Käfig für vollrollige Wälzlager mit von Stegen gebildeten Taschen, in die zylindrische Wälzkörper mit einem Umfangsabschnitt eintauchen, wobei der Käfig radial inner- oder au¬ ßerhalb eines Teilkreises der Wälzkörper angeordnet ist.
Die Tragzahl von Wälzlagern hängt unter anderem auch wesentlich von der Anzahl der Wälzkörper ab. Vollrollige Wälzlager beinhalten die größtmögliche Anzahl an Wälzkörpern und bieten somit ein theoretisches Tragzahloptimum. Durch die Möglichkeit eines zylindrischen Wälzkörp¬ ersatzes sich zu verschränken, ergeben sich jedoch deutliche Einbußen. Ein weiterer Nachteil vollrolliger Wälzlager ist die Reibung der einander tangierenden Wälzkörper an ihren Kontaktstellen, an denen sich ihre Hüllen in entgegengesetztem Drehsinn reiben. Darüberhinaus ergeben sich häufig Schwierigkeiten bei der Montage vollrolliger Wälz¬ lager.
Um diese Nachteile zu eliminieren, ist es üblich, auf eine maximale Anzahl von Wälzkörpern zu verzichten und den somit gegenüber einer vollrolligen Ausführung gewonnenen Raum für einen Käfig auszunutzen, der das Schränken bei zylindrischen Wälzkörpern und das gegenseitige Reiben der Wälzkörper aneinander verhindert und der außerdem die Wälzkörper montagefreundlich zusammenhält.
Beim Umlauf eines Wälzlagers durchlaufen die Wälzkörper abwechselnd eine belastete und eine unbelastete Zone, wobei die Belastung der
einzelnen Wälzkörper, beginnend beim Einlauf in die Lastzone, ständig ansteigt, bis sie in der Position des Scheitelwälzkörpers das Bela- stuπgsmaximum erreicht hat. Von da an schwächt sich die Belastung wieder ab, bis sie in der lastfreien Zone zu Null wird. Entsprechend der Wälzkörperbelastung ergibt sich auch eine elastische Verformung der Laufbahnen. Dadurch erhalten die einzelnen Wälzkörper auch bei konstanter Lagerdrehzahl unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten. Wenn diese Geschwindigkeitsunterschiede auch nur minimal sind, so verursachen sie doch eine Abstandsänderung der einzelnen Wälzkörper voneinander, insbesondere in der Lastzone. Wegen der Reibungskräfte zwischen den Wälzkörpern und ihren Laufbahnen versuchen die Wälzkörper diese Abstandsänderungen auch gegen eventuelle Widerstände durchzuset¬ zen. Solche Widerstände bilden die Käfigstege. Das bedeutet bei übli¬ cher Käfigauslegung eine hohe Stegbelastung, weswegen man unter Ink- aufnähme einer geringeren Wälzkörperanzahl die Stege so breit auslegt, daß sie dieser Belastung gewachsen sind. Bei vollrolliger Lagerausle¬ gung ist man bei einer Käfigauslegung für die Dimensionierung der Käfigstege auf den Raum zwischen je zwei eng benachbarten Wälzkörpern ober- oder unterhalb des Teilkreises eingeschränkt, wobei noch ein gewisses Taschenspiel zu berücksichtigen ist. Bei möglichst weitgehen¬ der Ausnutzung des Raumes zwischen zwei aneinander!iegendeπ Wälzkör¬ pern ober- oder unterhalb des Teilkreises und der zugehörigen Laufbahn erhalten die Stege ihre maximal mögliche Festigkeit.
Ein vollrolliges Wälzlager der vorgenannten Gattung ist aus der DE-OS 2831 183 bekannt. Bei diesem Wälzlager nimmt man die erhöhte Reibung durch die gegenläufige Bewegung der sich berührenden Wälzkörperober¬ flächen in Kauf, erreicht aber, daß der filigrane Käfig zumindest den Wälzkörpersatz in einer montagefreundlichen Position hält. Dabei gibt man, um die gesch lderten Schubkräfte des Wälzkörpers aufzufangen, den Stegen im Rahmen des möglichen den maximalen Querschnitt, das heißt, daß die Käfigtaschen auch in der Weite so eng wie möglich dimensio¬ niert sindr so daß sie gerade noch das Rollen des Wälzkörpers zulas¬ sen. Bei einer derartigen Auslegung besteht aber das Risiko, daß die Stege aus den oben angegebenen Gründen brechen, vor allem wenn bei hoher Lagerbelastung die unterschied!ichen Wälzkörpergeschwindigkeiten
mit großer Kraft verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfig eines voll- rolligen Wälzlagers zu schaffen, dessen Stege auch bei unter- schied!ichen Umlaufgeschwindigkeiten der einzelnen Wälzkörper nicht beschädigt werden.
Diese Aufgabe wird an einem Käfig für vollrollige Wälzlager der vor¬ genannten Gattung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 da- durch gelöst, daß, jeweils bezogen auf einen Lagermittelpunkt, die Taschen zwischen ihren den Wälzkörpern zugewandten Rändern eine Win¬ kelabmessung aufweisen, die zumindest einer Summe aus einem durch die Endpunkte des Umfangsabschnitts verlaufenden Winkels und einem durch ein Endspiel gelegten Winkel entspricht, wobei dieses Endspiel zwi- sehen einem ersten und einem letzten Wälzkörper einer Reihe einander tangierender Wälzkörper ermittelbar ist. Auf diese Weise wird er¬ reicht, daß eine Belastung eines oder unterschiedlicher Käfigstege in entgegengesetzter Richtung niemals möglich ist. Ein einzelner oder im Sonderfall auch alle Käfigstege können nur in der Fortschrittsrichtung und nur mit der Kraft belastet werden, die zur Mitnahme des Käfigs erforderlich ist. Eine derartige Anordnung der Stege wird erfindungs¬ gemäß dadurch erreicht, daß jede Tasche mindestens eine Breite hat, die das Abrollen des Wälzkörpers ermöglicht, plus einer zusätzlichen Breite, die sich aus dem Endspie! der Reihe einander tangierender Wälzkörper ergibt. Das führt dazu, daß - auch wenn alle Wälzkörper des Käfigs bis auf die Lücke des Endspiels eng aneinander!iegen - nur der in Drehrichtung jeweils letzte Wälzkörper den Käfig berührt. Da die übrigen Wälzkörper keine Käfigberührung haben, tritt keine gegensinni¬ ge Belastung der Käfigstege auf und es besteht nicht die Gefahr, daß sie überrollt werden oder brechen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Stege gemäß An¬ spruch 2 angeprägt sein. Gemäß Anspruch 3 können die Käfigstege der Kontur des Außenumfangs der benachbarten Wälzkörper angepaßt sein. Dadurch weisen die Stege gekrümmte Flächen auf, die bis nahe an den Berührungspunkt der jeweiligen beiden Wälzkörper herangeführt sind und
an die sich der jeweilige den Käfig mitnehmende Wälzkörper anlegen kann. Dadurch werden Punktbelastungen vermieden.
Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale der Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich vielmehr Kombinationsmöglichkeiten einzel¬ ner Anspruchsmerkmale mit Vorteilsangaben und den ausschließlich zum Ausführungsbeispie! angeführten Merkmalen.
In der Zeichnung sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt. In der einzigen Figur ist mit 1 ein Käfig eines vollrolligen Wälzlager bezeichnet, der insgesamt sechs Wälzkörper 2 in Taschen 3 aufnimmt. Diese Taschen 3 werden jeweils in Umfangsrichtung begrenzt durch Stege 4. Der Käfig 1 ist innengeführt, so daß die Wälzkörper 2 im radial inneren Bereich je- weils mit einem Uπrfangsabschnitt 5 in die Taschen 3 eintauchen. Jeder dieser Umfangsabschnitte weist Endpunkte 5a und 5b auf, die gebildet werden durch Schnittpunkte des Außenumfangs des Wälzkörpers mit dem Außenumfang des Käfigs. Die Taschen weisen Ränder 3a und 3b auf.
Der Darstellung ist zu entnehmen, daß die in einem äußeren Laufring 6 umlaufenden Wälzkörper eine Reihe bilden, in welcher sie einander tangieren, das heißt, diese Wälzkörper 2 berühren sich gegenseitig an ihrem Umfang. Zwischen dem ersten und letzten Wälzkörper 2a und 2b dieser Reihe entsteht ein Endspiel, das man im Bereich eines Teil- kreises dieser Wälzkörper auch als Teilkreisendspiel bezeichnet.
Erfindungsgemäß wird ausgehend vom Lagermittelpunkt ein Winkel α zwischen den Endpunkten 5a und 5b des Umfangsabschnitts ermittelt. Zu diesem Winkel α wird ein Winkel ß addiert, der sich aus dem Endspiel zwischen den beiden Wälzkörpern 2a und 2b ergibt, in dem, ausgehend vom Lagermittelpunkt strahlenförmige Tangenten an den Umfang dieser beiden Wälzkörper 2a und 2b gelegt werden. Der vom Mittelpunkt aus durch die Taschenränder 3a und 3b bestimmte Winkel γ entspricht der Summe der beiden Winkel α und ß plus einem kleinen Toleranzzuschlag.
Die Stege 4 sind dabei als kreisringförmige Segmente ausgebildet.
Weiterhin enthält die Figur aber eine weitere Variante eines Stegs 7, die in einem Ausschnitt dargestellt ist. Dieser Steg 7 ist der Außen¬ kontur der jeweils benachbarten Wälzkörper angepaßt, um ein Quer¬ schnittsoptimum zu erreichen.
Insgesamt kann der Figur entnommen werden, daß aufgrund der Ausbildung der durch den Winkel γ festgelegten Taschenbreite nur der letzte Wälz¬ körper 2b der Reihe von Wälzkörpern 2 einen Steg berührt, wobei es sich in diesem Fall um den besonders dargestellten Steg 7 handelt. Die übrigen Stege berühren keinen der Wälzkörper 2. Würden sich aufgrund von unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten der Wälzkörper diese Verhältnisse ändern, so daß der erste Wälzkörper 2a das Endspiel überbrückt und den Wälzkörper 2b berührt, so ist nunmehr ein Kontakt zwischen dem Wälzkörper 2a und dem entsprechenden Steg hergestellt, wobei widerrum alle übrigen Stege 4 bzw. 7 keinerlei Berührung mehr mit den Wälzkörpern 2 haben. Es treten demnach keine einander ent¬ gegengesetzten Kräfte am Käfig 1 auf und die Stege 4 bzw. 7 sind keinen hohen Belastungen ausgesetzt.
Bezugszahlenl iste
1 Käfig
2 Wälzkörper
2a erster Wälzkörper einer Reihe einander tangierender Wälzkörper 2b letzter Wälzkörper einer Reihe einander tangierender Wälzkörper 3 Taschen
3a Rand der Tasche in Umfangsrichtung 3b Rand der Tasche in Umfangsrichtung
4 Steg
5 Umfangsabschnitt 5a Endpunkt des Umfangsabschnitts 5b Endpunkt des Umfangsabschnitts
6 Außenring
7 Steg α Winkel zwischen Endpunkten 5a und 5b ß Winkel aus Endspiel zwischen Wälzkörpern 2a und 2b γ Winkel entsprechend Taschenbreite zwischen Rändern 3a und 3b
Claims
1. Käfig (1) für vollrollige Wälzlager mit von Stegen (4, 7) gebilde¬ ten Taschen (3), in die zylindrische Wälzkörper (2, 2a, 2b) mit einem Umfangsabschnitt (5) eintauchen, wobei der Käfig (1) radial inner- oder außerhalb eines Teilkreises der Wälzkörper (2, 2a, 2b) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß, jeweils bezogen auf einen Lager- mittelpunkt die Taschen (3) zwischen ihren den Wälzkörpern (2, 2a, 2b) zugewandten Rändern (3a und 3b) eine Winkelabmessung (γ) aufweisen, die zumindest einer Summe aus einem durch Endpunkte (5a und 5b) des Umfangsabschnitts (5) verlaufenden Winkels (α) und einem durch ein Endspiel gelegten Winkel (ß) entspricht, wobei dieses Endspiel zwi- sehen einem ersten und einem letzten Wälzkörper (2a und 2b) einer Reihe einander tangierender Wälzkörper (2) ermittelbar ist.
2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (4, 7) angeprägt sind.
3. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (7) segmentartig ausgebildet sind und eine der Außenkontur der Wälzkörper angepaßte Kontur aufweisen.
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