WO2008067792A2 - Wälzlagerkäfig - Google Patents

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WO2008067792A2
WO2008067792A2 PCT/DE2007/002145 DE2007002145W WO2008067792A2 WO 2008067792 A2 WO2008067792 A2 WO 2008067792A2 DE 2007002145 W DE2007002145 W DE 2007002145W WO 2008067792 A2 WO2008067792 A2 WO 2008067792A2
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WO
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bearing cage
rolling bearing
rolling
cage
steel sheet
Prior art date
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PCT/DE2007/002145
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English (en)
French (fr)
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WO2008067792A3 (de
Inventor
Christian Brommer
Michael STADTMÜLLER
Steffen SÄBISCH
Original Assignee
Schaeffler Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Kg filed Critical Schaeffler Kg
Publication of WO2008067792A2 publication Critical patent/WO2008067792A2/de
Publication of WO2008067792A3 publication Critical patent/WO2008067792A3/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/54—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal
    • F16C33/542—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal made from sheet metal
    • F16C33/543—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal made from sheet metal from a single part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/54—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal
    • F16C33/541—Details of individual pockets, e.g. shape or roller retaining means

Definitions

  • the invention relates to a sheet metal cage for large rolling bearings, in particular for rolling bearings for shaft diameter greater than 100 mm, according to the preamble of claim 1.
  • Rolling bearings generally consist of two bearing rings with integrated raceways. Between the bearing rings rolling elements are arranged, which roll on the raceways. As rolling elements balls, cylindrical rollers, needle rollers, tapered rollers and barrel rollers are used.
  • a rolling bearing cage which is also generally provided, keeps the rolling elements evenly spaced and prevents them from touching each other.
  • the roller bearing cage additionally ensures the correct position of the roller body axis. If bearings can be disassembled, the rolling bearing cage holds the rolling elements together, thereby facilitating the installation and maintenance of the bearings.
  • full-spherical, full-complement and full-needle roller bearings are used. However, such cageless roller bearings are not affected by the present invention.
  • Rolling bearings must reliably absorb high loads, centrifugal forces and accelerations in a wide range of applications, as well as enable high speeds.
  • vibrations of the bearings during the rotation about their own axis with strong radial accelerations which particularly burden the bearing cages.
  • the choice of the right cage design plays a decisive role.
  • Solid cages are made of brass, steel, hard tissue and other materials.
  • Cages or intermediate pieces made of thermoplastic plastics are also widely used. Compared to a full complement bearing only one rolling element is less used in this embodiment, therefore, a relatively high load rating is achieved.
  • these cages are only suitable for small to medium sized bearings.
  • So-called brass disk cages are also known for larger rolling bearings, in which the rolling bodies are arranged in a disk aligned with bulges perpendicular to the bearing axis. It is achieved a narrow rolling element distribution and thus a high load capacity.
  • a disadvantage of this cage type is that the bearing outer ring has to be split in order to achieve a stable guidance of the cage.
  • sheet metal cages M or W, and A or V profiles and S-shaped cage structures are known.
  • the standard material for sheet metal cages is steel, for some applications also brass.
  • Sheet metal cages are primarily used for smaller to medium sized rolling bearings. Such sheet metal cages are known for example from EP 1 262256 B1, DE 195 29 379 A1 or DE 31 30 610 A1.
  • Running rings and rolling elements are predominantly made of through-hardened chrome steel.
  • bearings made of stainless steel, ceramics, or so-called hybrid bearings are used.
  • the bearing rings are made of steel, the rolling elements of ceramic.
  • the rolling elements are made of plastic or glass.
  • large bearings shaft diameter greater than 100 mm
  • a Rollenselbstharm is to be realized as a subtask of the invention, with a simple insertability of the rolling elements should be given in the cage. Of course, a high reliability and bearing life must be guaranteed.
  • the advantages of the invention are to be seen in particular in the fact that in increasing the load rating of the rolling bearing, the advantages of the conventional solid brass cage are not lost, such as safe separation, uniform driving and safe guidance of the rolling elements.
  • steel sheet is used as the cage material.
  • An inventive filigree rolling bearing cage is cut out of a profiled sheet and then brought into the correct shape by means of bending welding. Since the basic production of sheet metal cages is known to the person skilled in the art, a detailed description of the production steps can be dispensed with here.
  • the sheet metal profile can be designed in M-, V-, W- or A-profile, as they are also used in the sheet metal cages for smaller bearings.
  • all types of guide can be realized, for example externally guided, guided on the inside or also guided by rolling elements.
  • the rolling bearing cage according to the invention is mainly used for bearing sizes with a shaft diameter between 150 and 260 mm.
  • the rolling bearing cage according to the invention comprises two parallel outer rings whose axis is coaxial with the bearing axis. Between the outer rings run in a known manner webs which form together with sections of the outer rings Wälz Eisentaschen. The webs each have two outer and one inner axially parallel web portion, by which a self-retention of the rolling elements and the leadership of the rolling bearing cage can be realized. Sloping sections connect the web parts together.
  • An increased stiffness of the roller bearing cage can be achieved by broadening the inclined sections and / or the outer and / or the inner axially parallel web portion or web portions to the side edge.
  • the outer web parts are located outside the roller pitch circle (center of gravity connection of the rolling elements in the bearing), whereas the inner web parts are within the roller pitch circle.
  • the outer rings of the cage are well outside the roller pitch circle, a partial circuit near leadership is achieved by the web construction, which advantageously causes significantly reduced frictional forces.
  • the adjacent points of contact between the roller bearing cage and the rolling elements within a web are relatively far apart.
  • the provided on the cage according to the invention short scraping edges (in comparison with solid cages) ensure a good lubricating film on the rolling elements, furthermore, more space for lubricant is available through the cage design, as in the solid brass cages.
  • V-profile snap edges are provided on the inner web part, which lies within the roller pitch circle, which realize a latching and mounting aid for the rolling elements.
  • the snap edges may have a chamfer in the radial direction, which facilitates the assembly of the rolling elements.
  • the chamfers of two opposite snap edges in the unbent state of the steel sheet can have a radially inwardly opened angle ⁇ , which can be dependent on the rolling element diameter and / or number of rolling elements.
  • the angle ⁇ in the range between 20 ° and 50 °, preferably of 24 °, are selected.
  • Retaining lugs on the outer web parts provide for the guidance of the cage on the rolling elements and for the outer support of the rolling elements.
  • the cage design according to the invention achieves optimum roll sag.
  • the retaining lugs can also have a bevel in the radial direction.
  • the chamfers of two opposing retaining lugs can have in the unbent state of the steel sheet a radially inwardly open angle ⁇ , which may be dependent on WälzSystem tomesser and / or WälzSystemaniere.
  • the angle ⁇ in the range between 30 ° and 80 °, preferably 54 °, are selected.
  • the leadership of the rolling bearing cage on the rolling elements is particularly stable, since this is realized exclusively by the retaining lugs. Due to the large distance of the retaining lugs to the center plane of the bearing or the cage, the cabinets and tilting of the rolling elements is reduced to a minimum.
  • the roller bearing cage can be made filigree by a ratio of sheet thickness to WälzMech devisr of less than 0.1, preferably less than 0.08 is selected. This ratio can even be reduced with increasing bearing sizes.
  • Fig. 1 a filigree rolling bearing cage in a three-dimensional view
  • Fig. 2 the rolling bearing cage of Figure 1 in a cross-sectional view.
  • FIG. 3 is a sectional view of a rolling element pocket according to section line A-A in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a detailed representation of the detail B from FIG. 3;
  • Rg. 6 a sectional view of a punched WälzSystemtasche before the bending welding of the rolling bearing cage
  • Fig. 7 a filigree rolling bearing cage in a two-dimensional view
  • an inventive filigree rolling bearing cage 01 is shown in three-dimensional view.
  • Two parallel outer rings 02 are interconnected by webs 03.
  • the axes of rotation of the outer rings 02 are coaxial with a roller bearing axis 04.
  • the webs 03 form with the outer rings 02 so-called WälzSystemtaschen 06.
  • the roller bearing cage 01 comprises fifteen WälzEffangen 06.
  • Fig. 2 shows the roller bearing cage 01 in a cross-sectional view.
  • the roller bearing cage 01 has a so-called V-profile, which is determined by the substantially V-shaped course of extending between outer rings 02 webs 03.
  • outer rings 02 Starting from the outer rings 02 extend to form a respective web 03 in the direction parallel to the rolling bearing axis 04, two outer web portions 07 and an inner web portion 08.
  • the web portions 07, 08 are connected by two obliquely extending portions 09 together.
  • snap edges 11 are provided with which the self-holding of the rolling elements is realized.
  • the rolling elements are inserted from the inside into the cage until the snap edge 11 has overcome the full circle of the rolling element.
  • the outer web portions 07 have retaining lugs 12, which hold the rolling elements to the outside. After snapping into the rolling body pocket 06, the rolling element is thus held between the snap edge 11 and the retaining lugs 12 so that it can not fall out of the pocket.
  • the roller bearing cage 01 has a diameter D which has a ratio of about 3/1 to a cage width b.
  • the ratio of the diameter D to the thickness d of the steel sheet is 85 in the described embodiment.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a rolling body pocket 06 according to the section line or center plane of the bearing or of the cage AA in FIG. 2.
  • a rolling body 13 is located in the rolling body pocket 06.
  • the dash-dotted lines indicate the maximum roll-slack positions of the rolling body 13 shown. 13 'represents the position of the outer holder.
  • the rolling element 13 is held by the retaining lugs 12 in the cage.
  • the inclined portions 09 in the bent state of the roller bearing cage 01, preferably have an angle ⁇ of approximately 24 ° with an outwardly pointing angular opening.
  • the roller bearing position of the inner bracket is shown at 13 ", and the inner bridge portions 08 hold the rolling elements in the inner position, and the minimum rolling slack achieved facilitates assembly operations.
  • Fig. 3 is also the size ratio of rolling element diameter to the width of the webs 03 can be seen, which according to the invention should be less than 0.1, in particular less than 0.08. Also visible is the already mentioned large distance between the retaining lugs 12 to the center plane AA.
  • Fig. 4 the detail B of Fig. 3 is shown enlarged. It shows a sectional view of the inner web portion 08 with the snap edge 11.
  • the design of the mounting of the rolling elements is much easier.
  • the introduction of the rolling elements takes place from below, as a result of the resilient intrinsic shading of the cage material, the web parts are pushed away from the rolling elements until the snap edges engage.
  • the snap edges 11 preferably have a chamfer 16.
  • Fig. 5 shows a Wälz Eisentasche 06 before bending the rolling bearing cage.
  • the rolling-body pockets are preferably punched out of a profiled steel sheet or strip. Subsequently, the bending and joining takes place. Usually, the assembly of the rolling bearing cages is done in one step in a bending machine.
  • the webs 07 have approximately the same width as the outer rings 02. This ratio ensures optimum strength of the cage. Cage loads are mainly absorbed or reduced by the elasticity of the roller bearing cage.
  • edge corner radii of the web parts 07, 08 are optimized according to the stresses occurring in the cage. Their determination is not difficult for the skilled person.
  • FIG. 6 shows a rolling body pocket 06 before bending the profiled steel sheet to the rolling bearing cage 01.
  • This figure shows the dimensions which are matched to the respective function of the bearing. In particular, these are an angle ⁇ , which extends between the chamfers 14 of the retaining lugs 12. In the described preferred embodiment, ⁇ is about 54 ° with the opening facing radially inward.
  • the chamfers 15 of two opposite snap edges 11 have in this preferred embodiment at an angle ⁇ of about 24 ° with radially also inwardly facing opening.
  • FIG. 7 shows another filigree roller bearing cage 01 according to the invention in a two-dimensional view.
  • Two parallel outer rings 02 are interconnected by webs 03.
  • the axes of rotation of the outer rings 02 are coaxial with a roller bearing axis 04.
  • the webs 03 form with the outer rings 02 so-called WälzEffurgin 06th
  • FIG. 8 shows a sectional view of a rolling body pocket 06 according to the section line C-C in FIG. 7.
  • outer rings 02 Starting from the outer rings 02 extend to form a respective web 03 in the direction parallel to the rolling bearing axis 04, two outer web portions 07 and an inner web portion 08.
  • the web portions 07, 08 are connected by two obliquely extending portions 09 together.
  • the inclined portions 09 extend in this case radially outward.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig (01) für Wälzlager mit einem WeIlendurchmesser größer als 100 mm. Der Käfig besteht aus einem profiliertem Stahlblech mit einer Vielzahl von Wälzkörpertaschen (06) zur Aufnahme von Wälzkörpem (13), welche durch zwei parallele Außenringe (02) und zwisehen den Außenringen (02) verlaufende Stege (03) gebildet sind. Die Stege (03) weisen jeweils zwei äußere axialparallele Stegteile (07) und einen inneren axialparallelen Stegteil (08) auf, die durch schräg verlaufende Abschnitte (09) miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß besitzt das Stahlblech eine Dicke, welche kleiner als das 0,1 -fache des Wälzkörperdurchmessers ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Blechkäfig für große Wälzlager, insbesondere für Wälzlager für Wellendurchmesser größer als 100 mm, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wälzlager bestehen im Allgemeinen aus zwei Lagerringen mit integrierten Laufbahnen. Zwischen den Lagerringen sind Wälzkörper angeordnet, die sich auf den Laufbahnen abwälzen. Als Wälzkörper werden Kugeln, Zylinderrollen, Nadelrollen, Kegelrollen und Tonnenrollen eingesetzt.
Ein in der Regel außerdem vorgesehener Wälzlagerkäfig hält die Wälzkörper in gleichmäßigem Abstand zueinander und verhindert, dass sie sich gegenseitig berühren. Bei Nadellagern und bordlosen Pendelrollenlagern sorgt der Wälzlagerkäfig zusätzlich für die richtige Lage der Rollkörperachse. Sind Lager zerlegbar, hält der Wälzlagerkäfig die Wälzkörper zusammen und erleichtert dadurch den Einbau und die Wartung der Lager. Für besondere Anwendungen kommen auch vollkugelige, vollrollige und vollnadelige Wälzlager zum Einsatz. Solche käfiglosen Wälzlager sind von der vorliegenden Erfindung jedoch nicht betroffen.
Wälzlager müssen bei den verschiedensten Anwendungen hohe Belastungen, Zentrifugalkräfte und Beschleunigungen sicher aufnehmen, sowie hohe Drehzahlen ermöglichen. Dazu kommen unter Umständen Schwingungen der Lagerung während der Drehung um die eigene Achse mit starken Radialbeschleunigungen, die besonders die Lagerkäfige belasten. Die Wahl der richtigen Käfigbauform spielt dabei eine entscheidende Rolle.
Massivkäfige gibt es aus Messing, Stahl, Hartgewebe und weiteren Werkstoffen.
Bei großen Wälzlagern (Wellendurchmesser größer als 100 mm) werden nach dem Stand der Technik bisher meist Messingmassivkäfige verwendet. Das Material besitzt eine gute Bearbeitbarkeit, sowie gute Kontakteigenschaften zu den zumeist verwendeten Stahlwälzkörpern. Nachteilig hierbei ist es, dass das Messing eine relativ geringe Materialsteifigkeit aufweist, weshalb breite Käfigstege zur Stabilisierung notwendig sind, was wiederum die maximale Anzahl der Wälzkörper und damit die Tragzahl des Lagers reduziert.
Stark verbreitet sind auch Käfige bzw. Zwischenstücke aus thermoplasti- sehen Kunststoffen, insbesondere solche aus glasfaserverstärktem Polyamid. Gegenüber einem vollrolligen Lager wird bei dieser Ausführung nur ein Wälzkörper weniger eingesetzt, daher wird eine relativ hohe Tragzahl erreicht. Durch relativ große Toleranzen bei der Herstellung der Kunststoff- Zwischenstücke sind diese Käfige jedoch nur für kleine bis mittlere Lager- großen geeignet. Bekannt sind für größere Wälzlager auch so genannte Messing- Scheibenkäfige, bei denen die Wälzkörper in einer senkrecht zur Lagerachse ausgerichteten Scheibe mit Ausbuchtungen angeordnet sind. Es wird eine enge Wälzkörperteilung und damit eine hohe Tragfähigkeit erreicht. Nachtei- lig bei dieser Käfigart ist es, dass der Lageraußenring geteilt werden muss, um eine stabile Führung des Käfigs zu erreichen.
Bei den Blechkäfigen sind M- oder W, sowie A- oder V-Profile und S-förmige Käfigkonstruktionen bekannt. Der Standard-Werkstoff für Blechkäfige ist Stahl, für manche Anwendungen auch Messing. Blechkäfige werden vorrangig für kleinere bis mittlere Wälzlager verwendet. Solche Blechkäfige sind beispielsweise aus EP 1 262256 B1 , DE 195 29 379 A1 oder auch DE 31 30 610 A1 bekannt.
Aus der DE 10 2004028 376 A1 ist ein Blechkäfig bekannt, welcher auch für größere Wälzlager eingesetzt wird. Dieser Blechkäfig erstreckt sich zwischen den Wälzkörpern ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach außen oder nach innen gerichteten Bereich. Die Käfigstege weisen einen trapezförmigen Querschnitt auf. Dieser Blechkäfig ist einstückig ausgeführt, die Wälzkörper sind im Käfig nicht selbsthaltend bzw. verliersicher angeordnet. Letzteres erschwert die Montage des Wälzlagers und die Wartungsarbeiten erheblich.
Laufringe und Wälzkörper sind überwiegend aus durchgehärtetem Chrom- stahl. Für besondere Einsatzbedingungen werden auch Lager aus rostfreiem Stahl, Keramik, oder so genannte Hybridlager verwendet. Bei den Hybridlagern sind die Lagerringe aus Stahl, die Wälzkörper aus Keramik. Für einen besonders geräuscharmen auf werden auch Wälzkörper aus Kunststoff oder Glas verwendet. Insbesondere bei großen Wälzlagern (Wellendurchmesser größer als 100 mm) besteht die Anforderung der Realisierung einer hohen Tragzahl.
Ausgehend von der bisherigen Verwendung von Messingmassivkäfigen für Lagergrößen ab 100 mm Wellendurchmesser ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Stegbreiten der Käfige zu verringern, um mehr bzw. größere Wälzkörper bei gleichem Platzbedarf im Lager unterzubringen, was zu einer Tragzahlerhöhung des Lagers führt. Die Kosten für Herstellung und Montage sollen gegenüber den Kosten für Messingmassivkäfige gesenkt werden. Das Lager muss einfach montierbar und demontierbar, sowie wartungsfreundlich sein.
Eine Rollenselbsthaltung soll als Teilaufgabe der Erfindung realisiert werden, wobei eine einfache Einführbarkeit der Wälzkörper in den Käfig gegeben sein soll. Selbstverständlich muss eine hohe Zuverlässigkeit und Lagerlebensdauer gewährleistet werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass bei der Erhöhung der Tragzahl des Wälzlagers die Vorteile des herkömmlichen Messingmassivkäfigs nicht verloren gehen, wie das sichere Trennen, das gleichmäßige Antreiben und die sichere Führung der Wälzkörper.
Erfindungsgemäß wird als Käfigmaterial Stahlblech verwendet. Ein erfindungsgemäßer filigraner Wälzlagerkäfig wird aus einem profilierten Blech ausgeschnitten und anschließend mittels Biegeschweißen in die richtige Form gebracht. Da die prinzipielle Herstellung von Blechkäfigen dem Fach- mann bekannt ist, kann hier auf eine detaillierte Beschreibung der Fertigungsschritte verzichtet werden. Das Blechprofil kann in M- ,V-, W- oder A-Profil ausgeführt sein, wie sie auch bei den Blechkäfigen für kleinere Wälzlager verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines V-Profils beschrieben, die An- wendung der Erfindung auf die anderen bekannten Blechkäfigprofile bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten und liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung.
Auch können bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig alle Führungsar- ten realisiert sein, beispielsweise außengeführt, innengeführt oder auch wälzkörpergeführt.
Schwerpunktmäßig kommt der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig für Lagergrößen mit einem Wellendurchmesser zwischen 150 und 260 mm zur An- wendung.
Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig umfasst zwei parallele Außenringe, deren Achse koaxial zur Lagerachse verläuft. Zwischen den Außenringen verlaufen in bekannter Weise Stege, die gemeinsam mit Abschnitten der Außenringe Wälzkörpertaschen bilden. Die Stege weisen jeweils zwei äußere und einen inneren axialparallelen Stegteil auf, durch welche eine Selbsthaltung der Wälzkörper und die Führung des Wälzlagerkäfigs realisiert werden. Schräg verlaufende Abschnitte verbinden die Stegteile miteinander.
Eine erhöhte Steifigkeit des Wälzlagerkäfigs kann durch eine Verbreiterung der schräg verlaufenden Abschnitte und/oder der äußeren und/oder des inneren axialparallelen Stegteils bzw. Stegteile zum Seitenrand hin erzielt werden.
Die äußeren Stegteile befinden sich außerhalb des Rollenteilkreises (Schwerpunktverbindung der Wälzkörper im Lager), wohingegen die inneren Stegteile innerhalb des Rollenteilkreises liegen. Obwohl die Außenringe des Käfigs deutlich außerhalb des Rollenteilkreises liegen, wird durch die Stegkonstruktion eine teilkreisnahe Führung erreicht, was vorteilhafterweise deutlich reduzierte Reibungskräfte bewirkt.
Erfindungsgemäß liegen die benachbarten Berührungspunkte zwischen dem Wälzlagerkäfig und den Wälzkörpern innerhalb eines Steges relativ weit auseinander.
Die am erfindungsgemäßen Käfig vorgesehenen kurzen Abstreifkanten (im Vergleich mit Massivkäfigen) gewährleisten einen guten Schmierfilm auf den Wälzkörpern, weiterhin ist durch das Käfigdesign mehr Platz für Schmierstoff vorhanden, als bei den Messingmassivkäfigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform (V-Profil) sind am inneren Stegteil, der innerhalb des Rollenteilkreises liegt, Schnappkanten vorgesehen, welche eine Selbsthaltung und Montagehilfe für die Wälzkörper realisieren.
Die Schnappkanten können in radialer Richtung eine Abschrägung aufweisen, welche die Montage der Wälzkörper erleichtert. Die Abschrägungen zweier gegenüberliegender Schnappkanten im ungebogenen Zustand des Stahlbleches können dabei einen radial nach innen geöffneten Winkel δ aufweisen, welcher von Wälzkörperdurchmesser und/oder von Wälzkörperanzahl abhängig sein kann. Insbesondere kann der Winkel δ im Bereich zwischen 20° und 50°, vorzugsweise von 24°, gewählt werden.
Haltenasen an den äußeren Stegteilen sorgen für die Führung des Käfigs an den Wälzkörpern und für die Außenhalterung der Wälzkörper. Durch das erfindungsgemäße Käfigdesign wird ein optimaler Rollendurchhang erreicht. Auch die Haltenasen können in radialer Richtung eine Abschrägung aufweisen. Die Abschrägungen zweier gegenüberliegender Haltenasen können dabei im ungebogenen Zustand des Stahlbleches einen radial nach innen geöffneten Winkel γ aufweisen, welcher von Wälzkörperdurchmesser und/oder von Wälzkörperanzahl abhängig sein kann. Insbesondere kann der Winkel γ im Bereich zwischen 30° und 80°, vorzugsweise von 54°, gewählt werden.
Die Führung des Wälzlagerkäfigs an den Wälzkörpern ist besonders stabil, da diese ausschließlich durch die Haltenasen realisiert wird. Durch den großen Abstand der Haltenasen zur Mittenebene des Lagers bzw. des Käfigs wird das Schränken und Kippen der Wälzkörper aus ein Minimum reduziert.
Erfindungsgemäß kann der Wälzlagerkäfig filigran ausgeführt werden, indem ein Verhältnis von Blechdicke zu Wälzkörperdurchmesser von kleiner als 0,1 , vorzugsweise kleiner als 0,08 gewählt wird. Dieses Verhältnis kann mit zunehmenden Lagergrößen sogar noch verkleinert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : einen filigranen Wälzlagerkäfig in einer dreidimensionalen Ansicht;
Fig. 2: den Wälzlagerkäfig nach Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung;
Fig. 3: eine Schnittdarstellung einer Wälzkörpertasche gemäß Schnittlinie A-A in Fig. 2;
Fig. 4: eine Detaildarstellung des Details B aus Fig. 3;
Fig. 5: eine ausgestanzte Wälzkörpertasche vor dem Biegen des Wälzlagerkäfigs; Rg. 6: eine Schnittdarstellung einer ausgestanzten Wälzkörpertasche vor dem Biegeschweißen des Wälzlagerkäfigs;
Fig. 7: einen filigranen Wälzlagerkäfig in einer zweidimensionalen Ansicht;
Fig. 8: einer Wälzkörpertasche gemäß Schnittlinie C-C in Fig. 7.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer filigraner Wälzlagerkäfig 01 in dreidimensionaler Ansicht dargestellt. Zwei parallel liegende Außenringe 02 sind durch Stege 03 miteinander verbunden. Die Rotationsachsen der Außenringe 02 liegen koaxial mit einer Wälzlagerachse 04. Die Stege 03 bilden mit den Außenringen 02 so genannte Wälzkörpertaschen 06. In der beschriebenen Ausführungsform umfasst der Wälzlagerkäfig 01 fünfzehn Wälzkörpertaschen 06.
Fig. 2 zeigt den Wälzlagerkäfig 01 in einer Querschnittsdarstellung. Der Wälzlagerkäfig 01 besitzt ein so genanntes V-Profil, welches durch den im wesentlichen V-förmigen Verlauf der sich zwischen Außenringen 02 erstreckenden Stege 03 bestimmt wird.
Ausgehend von den Außenringen 02 erstrecken sich zur Bildung jeweils eines Stegs 03 in paralleler Richtung zur Wälzlagerachse 04 zwei äußere Stegteile 07 und ein inneres Stegteil 08. Die Stegteile 07, 08 sind durch zwei schräg verlaufende Abschnitte 09 miteinander verbunden.
An den inneren Stegteilen 08 sind Schnappkanten 11 vorgesehen, mit denen die Selbsthaltung der Wälzkörper realisiert wird. Bei der Montage des Wälzlagers werden die Wälzkörper von innen in den Käfig eingeschoben, bis die Schnappkante 11 den Vollkreis des Wälzkörpers überwunden hat. Die äußeren Stegteile 07 weisen Haltenasen 12 auf, welche die Wälzkörper nach außen festhalten. Nach dem Einschnappen in der Wälzkörpertasche 06 ist der Wälzkörper somit zwischen der Schnappkante 11 und den Haltenasen 12 gehaltert, sodass er nicht aus der Tasche herausfallen kann.
In der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform besitzt der Wälzlagerkäfig 01 einen Durchmesser D, welcher ein Verhältnis von etwa 3/1 zu einer Käfigbreite b aufweist. Das Verhältnis des Durchmessers D zur Dicke d des Stahlbleches liegt in der beschriebenen Ausführungsform bei 85.
Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer Wälzkörpertasche 06 gemäß der Schnittlinie bzw. Mittenebene des Lagers bzw. des Käfigs A-A in Fig. 2. Ein Wälzkörper 13 befindet sich in der Wälzkörpertasche 06. Mit den strichpunktierten Linien sind die maximalen Rollendurchhangpositionen des Wälzkör- pers 13 dargestellt. 13' stellt die Position der Außenhalterung dar. Dabei wird der Wälzkörper 13 durch die Haltenasen 12 im Käfig gehalten. Vorzugsweise weisen die Haltenasen eine Abschrägung 14 auf. Diese sind derart dimensioniert, dass sie in gebogenem Zustand des Wälzlagerkäfigs 01 einen Winkel α von etwa 30° zueinander aufweisen, wobei die Öffnung des Winkels α in Richtung Wälzlagerachse 04 weist.
Die schräg verlaufenden Abschnitte 09 weisen in gebogenem Zustand des Wälzlagerkäfigs 01 vorzugsweise einen Winkel ß von etwa 24° mit nach außen weisender Winkelöffnung auf.
Die Wälzlagerposition der Innenhalterung ist mit 13" dargestellt. Die inneren Stegteile 08 halten die Wälzkörper in der inneren Position. Durch den erzielten minimalen Rollendurchhang werden die Montageoperationen vereinfacht. Aus Hg. 3 ist auch das Größenverhältnis von Wälzkörperdurchmesser zur Breite der Stege 03 ersichtlich, welches erfindungsgemäß kleiner als 0,1 sein soll, insbesondere kleiner als 0,08. Ersichtlich ist auch der bereits erwähnte große Abstand der Haltenasen 12 zur Mittenebene A-A.
In Fig. 4 ist das Detail B aus Fig. 3 vergrößert dargestellt. Es zeigt eine Schnittdarstellung des inneren Stegteils 08 mit der Schnappkante 11. Durch das Design ist die Montage der Wälzkörper wesentlich erleichtert. Das Einführen der Wälzkörpers erfolgt von unten, durch die federnden Eigen- schatten des Käfigmaterials werden die Stegteile bis zum Einrasten der Schnappkanten vom Wälzkörper weggedrückt. Die Schnappkanten 11 weisen vorzugsweise eine Abschrägung 16 auf.
Fig. 5 zeigt eine Wälzkörpertasche 06 vor dem Biegen des Wälzlagerkäfigs. Die Wälzkörpertaschen werden vorzugsweise aus einem profilierten Stahlblech bzw. -band ausgestanzt. Anschließend erfolgt das Biegen und Zusammenfügen. Meist geschieht die Montage der Wälzlagerkäfige in einem Arbeitsschritt in einer Biegeschweißmaschine.
Die Stege 07 weisen ungefähr die gleiche Breite auf, wie die Außenringe 02. Dieses Verhältnis gewährleistet eine optimale Festigkeit des Käfigs. Käfigbelastungen werden hauptsächlich durch die Elastizität das Wälzlagerkäfigs aufgefangen bzw. abgebaut.
Die Kanteneckenradien der Stegteile 07, 08 sind entsprechend der im Käfig auftretenden Spannungen optimiert. Deren Bestimmung bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten.
In Fig. 6 ist eine Wälzkörpertasche 06 vor dem Biegen des profilierten Stahl- bleches zum Wälzlagerkäfig 01 dargestellt. Diese Figur zeigt die Maße, welche auf die jeweilige Funktion des Lagers abgestimmt werden. Insbesondere sind dies ein Winkel γ, welcher sich zwischen den Abschrägungen 14 der Haltenasen 12 erstreckt. In der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist γ etwa 54° mit radial nach innen weisender Öffnung.
Die Abschrägungen 15 zweier gegenüberliegender Schnappkanten 11 weisen in dieser bevorzugten Ausführungsform einen Winkel δ von circa 24° mit radial ebenfalls nach innen weisender Öffnung auf.
In Fig. 7 ist ein weiterer erfindungsgemäßer filigraner Wälzlagerkäfig 01 in zweidimensionaler Ansicht dargestellt. Zwei parallel liegende Außenringe 02 sind durch Stege 03 miteinander verbunden. Die Rotationsachsen der Außenringe 02 liegen koaxial mit einer Wälzlagerachse 04. Die Stege 03 bilden mit den Außenringen 02 so genannte Wälzkörpertaschen 06.
Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung einer Wälzkörpertasche 06 gemäß der Schnittlinie C-C in Fig. 7.
Ausgehend von den Außenringen 02 erstrecken sich zur Bildung jeweils eines Stegs 03 in paralleler Richtung zur Wälzlagerachse 04 zwei äußere Stegteile 07 und ein inneres Stegteil 08. Die Stegteile 07, 08 sind durch zwei schräg verlaufende Abschnitte 09 miteinander verbunden. Die schrägverlaufenden Abschnitte 09 verlaufen in diesem Fall radial nach außen.
Zur Erhöhung der Steifigkeit des Wälzlagerkäfigs 01 ist eine Verbreiterung der äußeren axialparallel Stegteile 07 und des inneren axialparallelen Stegteils 08 zum Seitenrand hin realisiert. Bezugszeichenliste
01 Wälzlagerkäfig
02 Außenring 03 Steg
04 Wälzlagerachse
05 -
06 Wälzkörpertasche
07 Stegteil, äußeres 08 Stegteil, inneres
09 Abschnitt
10 -
11 Schnappkante
12 Haltenase 13 Wälzkörper
14 Abschrägung an Haltenase
15 -
16 Abschrägung an Schnappkante
A - A Mittenebene des Lagers bzw. des Käfigs, Schnittlinie C - C Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlagerkäfig (01) für Wälzlager aus einem profiliertem Stahlblech mit einer Vielzahl von Wälzkörpertaschen (06) zur Aufnahme von Wälzkörpern (13), welche durch zwei parallele Außenringe (02) und zwischen den Außenringen (02) verlaufende Stege (03) gebildet sind, wobei die Stege (03) jeweils zwei äußere axialparallele Stegteile (07) und einen inneren axialparallelen Stegteil (08) aufweisen, die durch schräg verlaufende Abschnitte (09) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech eine Dicke aufweist, welche kleiner als das 0,1 -fache des Wälzkörperdurchmessers ist.
2. Wälzlagerkäfig (01) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er für Wälzlager mit einem Wellendurchmesser größer als 100 mm ausgelegt ist.
3. Wälzlagerkäfig (01) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ein A-, W-, M- oder V-Profil aufweist.
4. Wälzlagerkäfig (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äußeren Stegteile (07) direkt an die Außenringe (02) anschließen.
5. Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Stegteile (08) Schnappkanten (11) aufweisen, die eine Innenhalterung der Wälzkörper (13) realisieren.
6. Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die äußeren Stegteile (07) Haltenasen (12) aufweisen, die eine Außenhalterung der Wälzkörper (13) realisieren.
7. Wälzlagerkäfig (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Außenringe (02) etwa gleich der Breite der inneren Stegteile (08) ist.
8. Wälzlagerkäfig (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhältniszahl des Durchmessers D zur Breite b des Wälzlagerkäfigs (01) größer als 2, vorzugsweise gleich 3 ist.
9. Wälzlagerkäfig (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D des Wälzlagerkäfigs (01) zur Dicke d des Stahlbleches eine Verhältniszahl größer 80, vorzugsweise von 85 aufweist.
10. Wälzlagerkäfig (01) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappkanten (11) in radialer Richtung eine Abschrägung (16) aufweisen, welche die Montage der Wälzkörper erleich- tert.
11. Wälzlagerkäfig (01) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägungen (16) zweier gegenüberliegender Schnappkanten (11) im ungebogenen Zustand des Stahlbleches einen radial nach innen geöffneten Winkel δ im Bereich zwischen 20° und 50°, vorzugsweise von 24° aufweisen.
12. Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Haltenasen (12) in radialer Richtung eine Abschrägung (14) aufweisen.
13. Wälzlagerkäfig nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass die Abschrägungen (14) zweier gegenüberliegender Haltenasen (12) im ungebogenen Zustand des Stahlbleches einen radial nach innen geöffneten Winkel γ im Bereich zwischen 30° und 80°, vorzugsweise von 54° aufweisen.
14. Wälzlagerkäfig (01) nach einem der voranstehenden Ansprüche, da; durch gekennzeichnet, dass die schräg verlaufenden Abschnitte (09) und/oder die äußeren axialparallelen Stegteile (07) und/oder der innere axialparallele Stegteil (08) zum Seitenrand hin verbreitert sind.
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