WO2015090302A1 - Kunststoff-wälzlagerkäfig für ein axiallager und axiallager - Google Patents

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bearing
rolling bearing
rolling
rings
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Nico Kirchhoff
Sven Claus
Markus Scheidel
Jörg Loos
Sergej Mensch
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C33/7893—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members mounted to a cage or integral therewith

Definitions

  • the invention relates to a trained as Axialkugellagerhimfig plastic rolling bearing cage containing solid lubricant.
  • a roller bearing cage for an axial ball bearing is known for example from DE 10 2008 004 033 B4.
  • This is a cage made of sheet steel, which is approximately W-shaped in longitudinal section and has pockets for the rolling elements limiting webs, which limit the freedom of movement of the rolling elements in the radial, axial and tangential direction of the cage.
  • an axial roller bearing with a wave-shaped cage is known, which may be made of a metallic strip material or plastic.
  • Rolling body pockets of the cage have, at least in sections, an approximately semicircular course.
  • a radial ball bearing cage is known for example from EP 1 830 082 B1.
  • This rolling bearing cage is made of a resin composition containing reinforcing fibers and 3 to 40% by weight of spherical carbon.
  • the spherical carbon used as a solid lubricant may have an average particle diameter of 100 ⁇ or less.
  • JP 2010-053971 A Another ball bearing cage with a solid lubricant is known from JP 2010-053971 A.
  • this ball bearing cage are substances which for To provide a reduction in friction, unevenly distributed, the maximum density of these substances is given on the inner surfaces of cage pockets.
  • the invention has for its object, a rolling bearing cage, namely axial ball bearing cage, over the cited prior art, especially in terms of durability, even under unfavorable environmental conditions such as lack of lubrication, further develop.
  • Trained as Axialkugellagerkkfig plastic rolling bearing cage has in known per se form two cage rings and a number by the cage rings and by these integrally connecting cage webs limited, each receiving a rolling element trained cage pockets, wherein the cage ring and the cage bars contain solid lubricant.
  • the cage rings are offset from each other in the axial direction of the roller bearing cage.
  • the area in which the cage rings, when viewed in the axial direction, overlap is preferably at most 90% of the height of the roller bearing cage measured in the same direction.
  • the area in which a plane normal to the bearing axis intersects both cage rings fills at most 90% of the height of the cage measured in the axial direction of the bearing.
  • the webs thus do not run exclusively in the radial direction of the roller bearing cage, but are, overall, a conical structure descriptive, obliquely aligned, wherein the oblique orientation of the webs can also be given by a gradation within the webs.
  • a so-called N-profile of the roller bearing cage is formed by the offset between the cage rings in the axial direction. This profile has, on the one hand, the advantage of a higher resistance to deflection compared to a flatter cage and, on the other hand, it is characterized by good mold release in the production of the roller bearing cage by injection molding.
  • each cage bar of the rolling bearing cage is in a preferred embodiment at least 25% and at most 75% of the diameter of each cage pocket, wherein the diameter of the cage pocket is slightly larger than the diameter of a guided in the cage pocket rolling element.
  • the width of the cage bars is measured in the circumferential direction of the cage; the width of the cage rings, however, measured in the radial direction of the cage and thus the entire camp.
  • the rolling bearing cage formed as a cage of an axial ball bearing largely fills the space formed between the bearing disks of the axial bearing, viewed in the axial direction of the rolling bearing.
  • the height of the axial bearing cage measured in the axial direction of the rolling bearing corresponds to at least 85% of the distance between the bearing disks and thus of the rolling body diameter.
  • roller bearing cage On roller bearing cage are according to an advantageous development of several axially outwardly directed material elevations, which can start on a bearing disc of the bearing.
  • material elevations are located on both sides of the roller bearing cage, so that the roller bearing cage can contact both bearing disks.
  • a contact between the cage and at least one bearing disc can be given either permanently or only under certain operating conditions. In the latter case, for example, strong vibrations of the bearing constitute such operating conditions.
  • the starting of the material elevations of the cage on a bearing disk on which the rolling elements roll in this case has a dampening effect. effect. At the same time thereby increased solid lubricant is transferred to the bearing plate and from there in turn to the rolling elements.
  • the number of arranged on one and the same side of the rolling bearing cage material surveys may be less than the number of cage pockets in a possible embodiment.
  • designs are feasible in which there is a material collection on each web of the roller bearing cage or in the transition region between each web and the cage ring.
  • the number of cage pockets is preferably straight, which offers manufacturing advantages, in particular in the manufacture of the rolling bearing cage by injection molding.
  • at least one of the cage rings of the axial bearing cage simultaneously fulfills a sealing function, wherein it can engage in at least one annular groove in a bearing disk or both bearing disks of the axial ball bearing.
  • the axial bearing cage can have at least one cage ring and / or radially between the cage rings, namely on the cage webs, protruding in the axial direction of the bearing material surveys, with which the cage can start on a bearing disk, wherein the material surveys can be located on exactly one end face or on both end faces of the thrust bearing cage.
  • the thrust bearing cage has substantially radially extending, preferably curved ribs, which may be located on one or both end sides of the thrust bearing cage.
  • These ribs which can reinforce individual webs or each web of the axial bearing cage, on the one hand increase the stability of the cage and on the other hand support the distribution of lubricant - as far as possible. hand or ambient medium in the axial ball bearing.
  • the ribs of the cage substantially contribute to the cooling of the bearing.
  • tarnishing of the ribs of the cage on a bearing disk of the axial bearing can be provided, at least under certain operating conditions.
  • the plastic roller bearing cage is particularly suitable for use in a low-lubricated or only initially lubricated bearings.
  • rolling bearings which - apart from the solid lubricant contained in the rolling bearing cage - are operated completely unlubricated, as well as media-lubricated bearings.
  • media lubrication instead of a lubricant, a substance which does not primarily have lubrication function is present in the bearing.
  • a substance may for example be a liquefied gas, which is conveyed in a pump equipped with the roller bearing.
  • the medium, which acts on the rolling bearing in particular surfaces, which are exposed to rolling loads, wetted to act an acid or alkali. Even with rolling bearings that are operated under water, especially in seawater, and whose components are exposed directly to the surrounding water due to lack of or incomplete sealing, this is referred to as media-lubricated bearings.
  • Polyethylene retheretone is particularly suitable as plastic for producing the roller bearing cage.
  • a particularly suitable material is PEEK 10/10/10.
  • the base material polyetheretherketone in this material, which is also available with the label FC30 available on the market, each 10% PTFE (polytetrafluoroethylene), graphite, and carbon fibers added.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • MoS 2 molybdenum sulfide
  • a suitable cage material in addition to PEEK 10/10/10 PEEK 10/10/2 should be mentioned in particular.
  • base materials from which the rolling bearing cage can be made in addition to PEEK in particular polyamide-imides (PAI) and polyimides (PI) may be mentioned.
  • PAI polyamide-imides
  • PI polyimides
  • a common characteristic of the materials mentioned is their suitability for operation at high temperatures.
  • the continuous use temperature at which the plastic rolling bearing cage is operable is preferably above 150 ° C., in particular above 200 ° C. Even when the temperature limits mentioned are reached, the strength of the plastic rolling bearing cage is only slightly reduced.
  • the plastic roller bearing cage according to the invention can be used in one-sided loadable thrust bearings as well as in two-sided acting bearings, that is, in thrust bearings, which are resilient in both axial directions.
  • FIG. 1 shows an axial ball bearing with a plastic cage in a schematic sectional illustration
  • FIG. 2 shows a more detailed section of a plastic roller bearing cage for the bearing according to FIG. 1, FIG.
  • a generally designated by the reference numeral 10 axial ball bearing is sketched, which two bearing disks 1 1, 12, namely a housing housing 1 1 and a wave washer 12, comprises, between which balls 13 roll as rolling elements.
  • the rolling elements 13 are guided by a rolling bearing cage 1 made of plastic.
  • the axis of rotation of the axial ball bearing 10 corresponds to the center or symmetry axis of the roller bearing cage 1 denoted by S.
  • the roller bearing cage 1 is arranged essentially in a plane normal to the center salience S.
  • the roller bearing cage 1 has two cage rings 2,6, namely an inner cage ring 2 and an outer cage ring 6, on.
  • the cage rings 2.6 connecting cage webs 3 (Fig. 2) extend substantially in the radial direction of the Wälzla- gers 10.
  • a cage pocket 4 is formed between each two adjacent in the circumferential direction of the roller bearing cage 1 cage webs 3 and the cage rings 2.6 each a cage pocket 4 is formed, in which a rolling element 13, namely a ball, is used.
  • the cage pockets 4 are shaped such that the cage webs 3 deform at most minimally during assembly of the rolling bearing 10. It can thus also be used for the production of the rolling bearing cage 1 also less elastic, brittle materials. Solid lubricants contained in the rolling bearing cage 1 can be distributed uniformly or unevenly in its volume and on the surface thereof.
  • the rolling elements 13 may be made of steel, for example of bearing steel 100Cr6 or a corrosion-resistant steel, or of a ceramic material, for example silicon nitride.
  • the roller bearing cage 1 In the axial direction of the rolling bearing 10, the roller bearing cage 1 has a height Ha, which is at least 85% of the distance between the bearing discs 1 1, 12, which is identical in the case shown in Figure 1 with the designated rolling element diameter DW, corresponds.
  • the total extent of the rolling bearing 10 in the axial direction is designated as depth T, the outer diameter with D.
  • the designated Di inner diameter of the housing plate 1 1 corresponds to the designated inner diameter d of the wave washer 12.
  • the two bearing discs 1 1, 12 are designed identically and therefore interchangeable. Deviating from this, embodiments are also feasible in which the bearing discs 1 1, 12 differ from each other. In a manner not shown 1 1, 12 grooves are preferably incorporated in both bearing discs, which form the raceways for the rolling elements 13.
  • each cage ring 2.6 is offset from each other in the axial direction. This has the consequence that each cage ring 2.6 is only slightly spaced from the respective adjacent bearing disk 1 1, 12. If the rolling bearing 10 is exposed to vibration, it is not only possible to strike the roller bearing cage 1 on the bearing disks 11, 12, but also to be advantageous, since this has a damping effect. If one moves an imaginary plane normal to the central axis S of the roller bearing 10 in the axial direction through the roller bearing cage 1, from left to right in the arrangement according to FIG. 1, then this plane intersects exclusively the smaller, radially inner cage ring 2 moved further, so they cut both cage rings 2,6. The corresponding region which cuts both cage rings 2, 6 is referred to as overlap region 14.
  • the thickness of the overlapping region 14 measured in the axial direction is less than 90%, preferably less than 80%, of the height Ha of the roller bearing cage 1 measured in the same direction in all embodiments.
  • the roller bearing cage 1 according to FIG. 1 has an overlapping area 14 whose extent is more than 50% but less than 70% of the axial height Ha of the rolling bearing cage 1.
  • the embodiment of Figure 2 differs from the embodiment of Figure 1 in that none of the axis of symmetry S of Wälzlager- cage 1 normal plane exists, which cuts both cage rings 2.6. In other words.
  • the two cage rings 2.6 are offset without overlapping in the axial direction against each other.
  • a median plane ME of the roller bearing cage 1, which lies axially between the cage rings 2,6 and does not intersect any of the cage rings 2,6, is indicated in FIG. 2 by a vertical dot-dash line.
  • the position of a pitch circle cylinder TZ is marked in Figure 2 by a horizontal dotted line.
  • On the surface of the pitch circle cylinder TZ is the pitch circle of the rolling bearing 10, that is, the circle which is defined by the centers of all rolling elements 13.
  • reinforcing structures 15, 16 of the roller bearing cage 1 can be seen in FIG. 2, which are formed by each cage web 3 and terminate flush with the inner cage ring 2 or with the outer cage ring 6 on the end faces of the rolling bearing cage 1.
  • a plane which is also normal to the axis of symmetry S of the roller bearing cage 1 and which contacts the outer cage ring 6 on the end face of the roller bearing cage 1 opposite the inner cage ring 2 also touches the reinforcing structure 16.
  • the cage web 3 including the reinforcing structures 15, 16 thus extends in the axial direction of the roller bearing cage 1 over its entire height Ha.
  • the reinforcing structure 15 arranged on the side of the inner cage ring 2 extends outward in the radial direction of the roller bearing cage 1 beyond the partial circle cylinder TZ.
  • the reinforcing structure 16 arranged on the side of the outer cage ring 6 lies radially inside the pitch circle cylinder TZ.
  • the rolling bearing cage 1 is thus in particular especially for operation at high speeds, even under unfavorable lubrication conditions suitable.
  • the roller bearing cage 1 is produced by injection molding and has lent addition to the plastic material used as the base material, namely PEEK, a solid lubricant, namely graphite and / or MoS 2 , on which by means of transfer lubrication of surfaces of the rolling bearing cage 1, in particular of the cage pockets 4, via the rolling elements 13 on the formed by the bearing discs 1 1, 12 raceways of the rolling bearing 10 is transferable.
  • a solid lubricant namely graphite and / or MoS 2
  • roller bearing cage 1 is substantially solid and provides a significant wear volume available, which contributes to the permanent relubrication of the bearing 10 during its operation, while maintaining the function of the wear in the intended manner roller bearing cage 1 is maintained long term ,
  • the roller bearing cage 1 is particularly suitable for dry-running and only minimally or initially lubricated bearings and able to absorb significant friction shear stresses.
  • the permanent temperature at which the equipped with the plastic roller bearing cage 1 rolling bearing 10 is operable is at least 150 ° C.
  • the rolling bearing 10 is suitable for example for use in the food industry and in pharmaceutical production plants.
  • curved ribs 7, 8, which reinforce the cage webs 3 and at the same time convey a medium, in particular water, in which the rolling bearing 1 is operated, are located on both end sides of the rolling bearing cage 1.
  • the ribs 7, 8 also terminate flush with the outer cage ring 6 or with the inner cage ring 2 on the end faces of the roller bearing cage 1.
  • Each cage web 3 including the borrowed on this ribs 7,8 thus extends in the axial direction of the rolling bearing cage 1 over its entire height Ha.
  • the ribs 7, 8 are curved in such a way that an angle enclosed between a rib 7, 8 and a radial jet passing through the symmetry axis S of the roller bearing cage 1 is minimal in the middle region of the rib 7, 8, that is to say at the narrowest point of the cage web 3 and at the ends of the ridge 7.8 is maximum.
  • the ribs 7, 8 are thus aligned most tangentially in their outer regions which are adjacent to the cage rings 2, 6, while they are oriented more strongly, but not completely, radially in their middle regions.
  • Each cage web 3 has a measured in the circumferential direction minimum width, which is designated BS and at least 25% of the diameter DW corresponds to the guided in the cage pockets 4 balls 13 corresponds.
  • the Wälz stresses sculpturer DW is, apart from a Käfiebaschenspiel the rolling elements 13 in the cage pockets 4, with the designated DT inner diameter of the parti- eil spherically shaped cage pockets 4, that is with the cage pocket diameter, identical. In the new condition of the roller bearing cage 1, the rolling elements 13 are guided very low in play in the cage pockets 4.
  • roller bearing cage 1 on each cage web 3 two facing the two end faces of the rolling bearing cage 1 facing, ie axially outwardly directed, in axial plan view rectangular material elevations 5.
  • Each material survey describes a section of a cylindrical body whose axis of symmetry lies within the roller bearing cage 1 and runs in the tangential direction of the cage rings 2, 6.
  • the material elevations 5 can in particular in the case of vibrations of the roller bearing cage 1 having rolling bearing 10 start at the bearing discs 1 1, not shown here, 1 12. On the one hand, the vibration is damped and transferred to the other solid lubricant on the raceway of the bearing washers 1 1, 12. In the course of operation of the rolling bearing 10, the material elevations 5 are subject to scheduled wear.
  • its height Ha measured in the axial direction is significantly greater, in the exemplary embodiment according to FIGS. 5 and 6 by more than 30%, However, less than 50% greater than the distance designated by Hr between the outer end faces of the cage rings 2.6, that is, the axial height of the rolling bearing cage 1 without material bumps.
  • the roller bearing cage 1 Due to the spherical shape of the cage pockets 4, the roller bearing cage 1 also fulfills its function even if the material elevations 5 have been removed in part or completely.
  • An additional function is met in the rolling bearing cage 1 according to Figures 5 and 6 by an annular circumferential sealing strip 9, which is integrally formed on the inner cage ring 2.
  • the outer cage ring 6 can be integrally connected to a sealing element or even have a sealing function.

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Abstract

Ein Kunststoff-Wälzlagerkäfig (1), nämlich Axialkugellagerkäfig, umfasst zwei Käfigringe (2, 6), nämlich einen radial inneren Käfigring (2) und einen radial äußeren Käfigring (6), und eine Anzahl durch die Käfigringe (2, 6) sowie durch diese verbindende Käfigstege (3) begrenzte, zur Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers ausgebildeter Käfigtaschen (4), wobei die Käfigringe (2, 6) mit den Käfigstegen (3) einstückig ausgebildet sind und Festschmierstoff enthalten. Die Käfigringe (2, 6) sind in deren Axialrichtung gegeneinander versetzt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Kunststoff-Wälzlagerkäfig für ein Axiallager und Axiallager Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen als Axialkugellagerkäfig ausgebildeten Kunststoff- Wälzlagerkäfig, welcher Festschmierstoff enthält.
Hintergrund der Erfindung
Ein Wälzlagerkäfig für ein Axialkugellager ist beispielsweise aus der DE 10 2008 004 033 B4 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen aus Stahlblech hergestellten Käfig, welcher im Längsschnitt etwa W-förmig ausgebildet ist und Taschen für die Wälzkörper begrenzende Stege aufweist, die die Bewegungsfreiheit der Wälzkörper in radialer, axialer und tangentialer Richtung des Käfigs begrenzen.
Aus der DE 10 201 1 075 505 A1 ist ein Axialwälzlager mit einem wellenförmigen Käfig bekannt, welcher aus einem metallischen Bandmaterial oder aus Kunststoff gefertigt sein kann. Wälzkörpertaschen des Käfigs weisen zumindest abschnittsweise einen in etwa halbkreisförmigen Verlauf auf.
Ein Radialkugellagerkäfig ist beispielsweise aus der EP 1 830 082 B1 bekannt. Dieser Wälzlagerkäfig ist aus einer Harzzusammensetzung gefertigt, die Verstärkungsfasern und 3 bis 40 Gew.-% kugelförmigen Kohlenstoff enthält. Der als Festschmierstoff verwendete kugelförmige Kohlenstoff kann einen durch- schnittlichen Teilchendurchmesser von 100 μιτι oder weniger aufweisen.
Ein weiterer Kugellagerkäfig mit einem Festschmierstoff ist aus der JP 2010- 053971 A bekannt. Bei diesem Kugellagerkäfig sind Substanzen, welche für eine Verminderung der Reibung sorgen sollen, ungleich verteilt, wobei die maximale Dichte dieser Substanzen an den Innenoberflächen von Käfigtaschen gegeben ist. Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzlagerkäfig, nämlich Axialkugellagerkäfig, gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich Dauerhaltbarkeit, auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen wie Mangelschmierung, weiterzuentwickeln.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kunststoff- Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein einen solchen Kunststoff-Wälzlagerkäfig aufweisendes Wälzlager nach Anspruch 9.
Der als Axialkugellagerkäfig ausgebildete Kunststoff-Wälzlagerkäfig weist in an sich bekannter Grundform zwei Käfigringe und eine Anzahl durch die Käfigringe sowie durch diese einstückig verbindende Käfigstege begrenzte, zur Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers ausgebildete Käfigtaschen auf, wobei der Käfigring sowie die Käfigstege Festschmierstoff enthalten. Die Käfigringe sind in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs gegeneinander versetzt.
Der Bereich, in welchem sich die Käfigringe, in Axialrichtung betrachtet, überschneiden, beträgt vorzugsweise höchstens 90% der in derselben Richtung gemessenen Höhe des Wälzlagerkäfigs. Somit füllt der Bereich, in welchem eine zur Lagerachse normale Ebene beide Käfigringe schneidet, höchstens 90% der in Axialrichtung des Lagers gemessenen Höhe des Käfigs aus.
Die Stege verlaufen somit nicht ausschließlich in radialer Richtung des Wälzlagerkäfigs, sondern sind, insgesamt eine konische Struktur beschreibend, schräg ausgerichtet, wobei die schräge Ausrichtung der Stege auch durch eine Stufung innerhalb der Stege gegeben sein kann. In jedem Fall ist durch den Versatz zwischen den Käfigringen in axialer Richtung ein sogenanntes N-Profil des Wälzlagerkäfigs gebildet. Dieses Profil hat zum einen den Vorteil eines im Vergleich zu einem flacheren Käfig höheren Widerstandes gegen Durchbiegung und zeichnet sich zum anderen durch eine gute Entformbarkeit bei der Herstellung des Wälzlagerkäfigs im Spritzgussverfahren aus.
Die minimale Breite eines jeden Käfigsteges des Wälzlagerkäfigs beträgt in bevorzugter Ausgestaltung mindestens 25% und höchstens 75% des Durchmessers jeder Käfigtasche, wobei der Durchmesser der Käfigtasche geringfügig größer als der Durchmesser eines in der Käfigtasche geführten Wälzkörpers ist. Die Breite der Käfigstege wird in Umfangsrichtung des Käfigs gemessen; die Breite der Käfigringe wird dagegen in radialer Richtung des Käfigs und damit des gesamten Lagers gemessen.
Der als Käfig eines Axialkugellagers ausgebildete Wälzlagerkäfig füllt im Unterschied zu herkömmlichen Axiallagerkäfigen den zwischen den Lagerscheiben des Axiallagers gebildeten Raum, in axialer Richtung des Wälzlagers be- trachtet, weitgehend aus. Vorzugsweise entspricht die in Axialrichtung des Wälzlagers gemessene Höhe des Axiallagerkäfigs mindestens 85 % des Ab- standes zwischen den Lagerscheiben und damit des Wälzkörperdurchmessers.
Am Wälzlagerkäfig befinden sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung mehrere axial nach außen gerichtete Materialerhebungen, welche an einer Lagerscheibe des Wälzlagers anlaufen können. Optional befinden sich auf beiden Seiten des Wälzlagerkäfigs Materialerhebungen, so dass der Wälzlagerkäfig beide Lagerscheiben kontaktieren kann. Hierbei kann ein Kontakt zwischen dem Käfig und zumindest einer Lagerscheibe entweder permanent oder nur unter bestimmten Betriebsbedingungen gegeben sein. Im letztgenannten Fall stellen beispielsweise starke Vibrationen des Lagers solche Betriebsbedingungen dar. Das Anlaufen der Materialerhebungen des Käfigs an einer Lagerscheibe, auf welcher die Wälzkörper abrollen, hat in diesem Fall eine dämp- fende Wirkung. Gleichzeitig wird hierdurch vermehrt Festschmierstoff auf die Lagerscheibe und von dort wiederum auf die Wälzkörper übertragen.
Die Anzahl der auf ein und derselben Seite des Wälzlagerkäfigs angeordneten Materialerhebungen kann in einer möglichen Ausführungsform geringer als die Anzahl der Käfigtaschen sein. Ebenso sind Bauformen realisierbar, bei welchen sich auf jedem Steg des Wälzlagerkäfigs oder im Übergangsbereich zwischen jedem Steg und dem Käfigring eine Materialerhebung befindet. Auch können sich von jedem Steg aus Materialerhebungen, welche in Axialrichtung über die Käfigringe hinausragen, in beide Axialrichtungen des Käfigs erstrecken. In jedem Fall ist die Anzahl der Käfigtaschen vorzugsweise gerade, was fertigungstechnische Vorteile, insbesondere bei Herstellung des Wälzlagerkäfigs im Spritzgussverfahren, bietet. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung erfüllt mindestens einer der Käfigringe des Axiallagerkäfigs zugleich eine Dichtfunktion, wobei er in mindestens eine ringförmige Nut in einer Lagerscheibe oder beiden Lagerscheiben des Axialkugellagers eingreifen kann. Die durch den Käfigring realisierte Dichtung ist hierbei entweder als berührende Dichtung oder als nicht berührende Dichtung ausgebildet. Auch in der Ausgestaltung mit Dichtring kann der Axiallagerkäfig auf mindestens einem Käfigring und/oder radial zwischen den Käfigringen, nämlich auf den Käfigstegen, angeordnete, in Axialrichtung des Lagers hervortretende Materialerhebungen aufweisen, mit denen der Käfig an einer Lagerscheibe anlaufen kann, wobei sich die Materialerhebungen entweder auf genau einer Stirnseite oder auf beiden Stirnseiten des Axiallagerkäfigs befinden können.
Eine weitere, hiermit kombinierbare Bauform des Axiallagerkäfigs weist im Wesentlichen in Radialrichtung verlaufende, vorzugsweise geschwungene Rippen auf, welche sich auf einer oder auf beiden Stirnseiten des Axiallagerkäfigs befinden können. Diese Rippen, welche einzelne Stege oder jeden Steg des Axiallagerkäfigs verstärken können, erhöhen zum einen die Stabilität des Käfigs und unterstützen zum anderen die Verteilung von Schmiermittel - soweit vor- handen - oder Umgebungsmedium im Axialkugellager. Im Fall eines medien- geschmierten Axiallagers tragen die Rippen des Käfigs wesentlich zur Kühlung des Lagers bei. Ebenso wie bei der vorstehend erläuterten Bauform mit stirnseitigen Materialerhebungen am Käfig kann ein Anlaufen der Rippen des Kä- figs an einer Lagerscheibe des Axiallagers, zumindest unter bestimmten Betriebsbedingungen, vorgesehen sein.
Der Kunststoff-Wälzlagerkäfig ist insbesondere für die Verwendung in einem mangelgeschmierten oder lediglich initial geschmierten Wälzlager geeignet. Unter einem mangelgeschmierten Wälzlager werden auch Wälzlager, welche - abgesehen von dem in dem Wälzlagerkäfig enthaltenen Festschmierstoff - vollständig ungeschmiert betrieben werden, sowie mediengeschmierte Wälzlager verstanden. Bei einer Medienschmierung ist an Stelle eines Schmiermittels ein Stoff, welcher nicht primär Schmierungsfunktion hat, im Lager vorhanden. Ein solcher Stoff kann beispielsweise ein verflüssigtes Gas sein, welches in einer mit dem Wälzlager ausgerüsteten Pumpe gefördert wird. Ebenso kann es sich bei dem Medium, welches das Wälzlager beaufschlagt, insbesondere Flächen, die Wälzbelastungen ausgesetzt sind, benetzt, um eine Säure oder Lauge handeln. Auch bei Wälzlagern, die unter Wasser, insbesondere in Meer- wasser, betrieben werden und deren Komponenten aufgrund fehlender oder nicht vollständiger Abdichtung direkt dem umgebenden Wasser ausgesetzt sind, spricht man von mediengeschmierten Lagern.
Als Kunststoff zur Herstellung des Wälzlagerkäfigs ist insbesondere Polyethe- retherketon (PEEK) geeignet. Ein besonders geeigneter Werkstoff ist PEEK 10/10/10. Dem Grundwerkstoff Polyetheretherketon sind bei diesem Material, welches auch mit der Kennzeichnung FC30 am Markt erhältlich ist, jeweils 10% PTFE (Polytetrafluorethylen), Graphit, sowie Kohlenstofffasern zugesetzt. Zusätzlich oder alternativ zum Festschmierstoff Graphit kann auch Molybdändi- sulfid (MoS2) im Kunststoff des Wälzlagerkäfigs enthalten sein. Als geeigneter Käfigwerkstoff neben PEEK 10/10/10 ist insbesondere PEEK 10/10/2 zu nennen. Während Graphit auch bei vorhandener Luftfeuchtigkeit für gute Schmiereigenschaften des Käfigs sorgt, ist bei fehlender Luftfeuchtigkeit oder unter Vakuum besonders MoS2 als Festschmierstoff geeignet. Als Grundwerkstoffe, aus welchen der Wälzlagerkäfig gefertigt sein kann, sind neben PEEK insbesondere Polyamidimide (PAI) und Polyimide (PI) zu nennen. Eine gemeinsame Eigenschaft der genannten Werkstoffe ist deren Eignung für den Betrieb bei hohen Temperaturen. Die Dauereinsatztemperatur, bei der der Kunststoff- Wälzlagerkäfig betreibbar ist, liegt vorzugsweise über 150° C, insbesondere über 200° C. Auch bei Erreichen der genannten Temperaturgrenzen ist die Festigkeit des Kunststoff-Wälzlagerkäfigs nur geringfügig herabgesetzt. Der erfindungsgemäße Kunststoff-Wälzlagerkäfig kann in einseitig belastbaren Axiallagern ebenso wie in zweiseitig wirkenden Lagern, das heißt in Axiallagern, welche in beiden Axialrichtungen belastbar sind, eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen in teilweise vereinfachter Darstellung: Fig. 1 ein Axialkugellager mit einem Kunststoff-Käfig in einer schematisierten Schnittdarstellung,
Fig. 2 einen detaillierteren Schnitt eines Kunststoff-Wälzlagerkäfigs für das Lager nach Fig. 1 ,
Fig. 3 und 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines Kunststoff- Wälzlagerkäfigs für ein Axiallager,
Fig. 5 und 6 eine weitere Ausführungsform eines Kunststoff-Wälzlagerkäfigs für ein Axiallager. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Einander entsprechende oder gleich wirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Soweit nicht anders erwähnt, beziehen sich die folgenden Ausführungen, beispielsweise zu verwendeten Werkstoffen, auf alle Ausführungsbeispiele.
In Figur 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnetes Axialkugellager skizziert, welches zwei Lagerscheiben 1 1 ,12, nämlich eine Ge- häusescheibe 1 1 und eine Wellenscheibe 12, umfasst, zwischen denen Kugeln 13 als Wälzkörper abrollen. Die Wälzkörper 13 sind durch einen aus Kunststoff gefertigten Wälzlagerkäfig 1 geführt. Die Rotationsachse des Axialkugellagers 10 entspricht der mit S bezeichneten Mittel- oder Symmetrieachse des Wälzlagerkäfigs 1 . Der Wälzlagerkäfig 1 ist im Wesentlichen in einer zur Mitte- lachse S normalen Ebene angeordnet.
Der Wälzlagerkäfig 1 weist zwei Käfigringe 2,6, nämlich einen inneren Käfigring 2 und einen äußeren Käfigring 6, auf. Die Käfigringe 2,6 verbindende Käfigstege 3 (Fig. 2) verlaufen im Wesentlichen in radialer Richtung des Wälzla- gers 10. Zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 benachbarten Käfigstegen 3 und den Käfigringen 2,6 ist jeweils eine Käfigtasche 4 gebildet, in welche ein Wälzkörper 13, nämlich eine Kugel, einsetzbar ist. Die Käfigtaschen 4 sind derart geformt, dass sich die Käfigstege 3 bei der Montage des Wälzlagers 10 höchstens minimal verformen. Es können somit auch wenig elastische, spröde Materialien für die Herstellung des Wälzlagerkäfigs 1 verwendet werden. Im Wälzlagerkäfig 1 enthaltene Festschmierstoffe können gleichmäßig oder ungleichmäßig in dessen Volumen sowie an dessen Oberfläche verteilt sein. Die Wälzkörper 13 können aus Stahl, beispielsweise aus Wälzlagerstahl 100Cr6 oder einem korrosionsbeständigen Stahl, oder aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise Siliciumnitrid, gefertigt sein.
In axialer Richtung des Wälzlagers 10 weist der Wälzlagerkäfig 1 eine Höhe Ha auf, die mindestens 85 % des Abstandes zwischen den Lagerscheiben 1 1 ,12, welcher im in Figur 1 dargestellten Fall mit dem mit DW bezeichneten Wälzkörperdurchmesser identisch ist, entspricht. Die gesamte Erstreckung des Wälzlagers 10 in axialer Richtung ist als Tiefe T, der Außendurchmesser mit D bezeichnet. Der mit Di bezeichnete Innendurchmesser der Gehäusescheibe 1 1 entspricht dem mit d bezeichneten Innendurchmesser der Wellenscheibe 12. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind die beiden Lagerscheiben 1 1 ,12 identisch gestaltet und daher austauschbar. Abweichend hiervon sind auch Ausführungsformen realisierbar, in denen sich die Lagerscheiben 1 1 ,12 voneinander unterscheiden. In nicht dargestellter Weise sind vorzugsweise in beide Lagerscheiben 1 1 ,12 Rillen eingearbeitet, welche die Laufbahnen für die Wälzkörper 13 bilden.
Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind die beiden Käfigringe 2,6 in Axialrichtung gegeneinander versetzt. Dies hat zur Folge, dass jeder Käfigring 2,6 von der jeweils benachbarten Lagerscheibe 1 1 ,12 nur geringfügig beabstandet ist. Ist das Wälzlager 10 Vibrationen ausgesetzt, so ist ein Anschlagen des Wälzlagerkäfigs 1 an den Lagerscheiben 1 1 ,12 nicht nur möglich, sondern auch vorteilhaft, da hiermit eine dämpfende Wirkung verbunden ist. Verschiebt man eine gedachte, zur Mittelachse S des Wälzlagers 10 normale Ebene in Axial- richtung durch den Wälzlagerkäfig 1 , in der Anordnung nach Figur 1 von links nach rechts, so schneidet diese Ebene zunächst ausschließlich den kleineren, radial inneren Käfigring 2. Wird die Ebene weiter verschoben, so schneidet sie beide Käfigringe 2,6. Der entsprechende, beide Käfigringe 2,6 schneidende Bereich wird als Überlappungsbereich 14 bezeichnet. Die in Axialrichtung ge- messene Stärke des Überlappungsbereiches 14 beträgt in allen Ausführungsformen weniger als 90 %, vorzugsweise weniger als 80 %, der in derselben Richtung gemessenen Höhe Ha des Wälzlagerkäfigs 1 . Der Wälzlagerkäfig 1 nach Figur 1 weist einen Überlappungsbereich 14 auf, dessen Ausdehnung mehr als 50 %, jedoch weniger als 70 % der axialen Höhe Ha des Wälzlagerkä- figs 1 beträgt.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 dadurch, dass keine zur Symmetrieachse S des Wälzlager- käfigs 1 normale Ebene existiert, die beide Käfigringe 2,6 schneidet. Anders ausgedrückt. Die beiden Käfigringe 2,6 sind überlappungsfrei in Axialrichtung gegeneinander versetzt. Eine Mittelebene ME des Wälzlagerkäfigs 1 , die axial zwischen den Käfigringen 2,6 liegt und keinen der Käfigringe 2,6 schneidet, ist in Figur 2 durch eine vertikale strichpunktierte Linie angedeutet. Weiter ist in Figur 2 durch eine horizontale strichpunktierte Linie die Lage eines Teilkreiszylinders TZ markiert. Auf der Oberfläche des Teilkreiszylinders TZ liegt der Teilkreis des Wälzlagers 10, das heißt derjenige Kreis, der durch die Mittelpunkte aller Wälzkörper 13 gelegt ist. Ferner sind in Figur 2 Verstärkungsstrukturen 15,16 des Wälzlagerkäfigs 1 erkennbar, welche durch jeden Käfigsteg 3 gebildet sind und auf den Stirnseiten des Wälzlagerkäfigs 1 bündig mit dem inneren Käfigring 2 beziehungsweise mit dem äußeren Käfigring 6 abschließen. Dies bedeutet, dass eine zur Symmetrieachse S des Wälzlagerkäfigs 1 normale Ebene, welche am inneren Käfigring 2 anliegt, auch die Verstärkungsstruk- tur 15 tangiert. In analoger Weise berührt eine ebenfalls zur Symmetrieachse S des Wälzlagerkäfigs 1 normale Ebene, welche auf der dem inneren Käfigring 2 gegenüberliegenden Stirnseite des Wälzlagerkäfigs 1 den äußeren Käfigring 6 tangiert, auch die Verstärkungsstruktur 16. Der Käfigsteg 3 einschließlich der Verstärkungsstrukturen 15,16 erstreckt sich somit in axialer Richtung des Wälzlagerkäfigs 1 über dessen gesamte Höhe Ha. Die auf der Seite des inneren Käfigrings 2 angeordnete Verstärkungsstruktur 15 erstreckt sich in radialer Richtung des Wälzlagerkäfigs 1 über den Teilkreiszylinder TZ hinaus nach außen. Dagegen liegt die auf der Seite des äuße- ren Käfigrings 6 angeordnete Verstärkungsstruktur 16 radial innerhalb des Teilkreiszylinders TZ. Insgesamt ist damit der für den Wälzlagerkäfig 1 zwischen den Lagerscheiben 1 1 ,12 zur Verfügung stehende Raum sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zu einem erheblichen Teil ausgenutzt, wobei durch die Käfigstege 3, welche nicht nur in radialer Richtung, sondern in gerin- gerem Maße auch in axialer Richtung und damit leicht konisch verlaufen, ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Masse und mechanischer Belastbarkeit des Wälzlagerkäfigs 1 gegeben ist. Der Wälzlagerkäfig 1 ist damit insbe- sondere für den Betrieb bei hohen Drehzahlen, selbst unter ungünstigen Schmierungsbedingungen, geeignet.
Der Wälzlagerkäfig 1 ist im Spritzgussverfahren hergestellt und weist zusätz- lieh zu dem als Basismaterial verwendeten Kunststoff, nämlich PEEK, einen Festschmierstoff, nämlich Graphit und/oder MoS2, auf, welcher im Wege der Transferschmierung von Oberflächen des Wälzlagerkäfigs 1 , insbesondere von den Käfigtaschen 4, über die Wälzkörper 13 auf die durch die Lagerscheiben 1 1 ,12 gebildeten Laufbahnen des Wälzlagers 10 übertragbar ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Axiallagerkäfigen ist der Wälzlagerkäfig 1 nach Fig. 1 wesentlich massiver ausgebildet und stellt ein nennenswertes Verschleißvolumen zur Verfügung, das zur permanenten Nachschmierung des Wälzlagers 10 während dessen Betriebs beiträgt, wobei gleichzeitig die Funktion des in vorgesehener Weise verschleißenden Wälzlagerkäfigs 1 langfristig erhalten bleibt. Der Wälzlagerkäfig 1 ist insbesondere für trocken laufende sowie lediglich minimal oder initial geschmierte Wälzlager geeignet und in der Lage, erhebliche Reib- Schubspannungen aufzunehmen. Die Dauertemperatur, bei der das mit dem Kunststoff-Wälzlagerkäfig 1 ausgerüstete Wälzlager 10 betreibbar ist, liegt bei mindestens 150° C. Das Wälzlager 10 ist beispielsweise für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie sowie in pharmazeutischen Produktionsanlagen geeignet.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 befinden sich auf beiden Stirnseiten des Wälzlagerkäfigs 1 geschwungene Rippen 7,8, welche die Kä- figstege 3 verstärken und gleichzeitig ein Medium, insbesondere Wasser, in welchem das Wälzlager 1 betrieben wird, fördern. Wie die Verstärkungsstrukturen 16,15 im Ausführungsbeispiel nach Figur 2, schließen auch die Rippen 7,8 an den Stirnseiten des Wälzlagerkäfigs 1 bündig mit dem äußeren Käfigring 6 beziehungsweise mit dem inneren Käfigring 2 ab. Jeder Käfigsteg 3 einschließ- lieh der auf dieser befindlichen Rippen 7,8 erstreckt sich somit in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 über dessen gesamte Höhe Ha. Die Rippen 7,8 sind derart geschwungen, dass ein zwischen einer Rippe 7,8 und einem durch die Symmetrieachse S des Wälzlagerkäfigs 1 verlaufenden Radialstrahl eingeschlossener Winkel im mittleren Bereich der Rippe 7,8, das heißt an der engsten Stelle des Käfigsteges 3, minimal und an Enden der Rip- pe 7,8 maximal ist. Die Rippen 7,8 sind somit in ihren äußeren, den Käfigringen 2,6 benachbarten Bereichen am meisten tangential ausgerichtet, während sie in ihren mittleren Bereichen stärker, jedoch nicht vollkommen, radial ausgerichtet sind. Jeder Käfigsteg 3 weist eine in Umfangsrichtung gemessene minimale Breite auf, die mit BS bezeichnet ist und mindestens 25 % des Durchmessers DW der in den Käfigtaschen 4 geführten Kugeln 13 entspricht. Der Wälzkörperdurchmesser DW ist, abgesehen von einem Käfigtaschenspiel der Wälzkörper 13 in den Käfigtaschen 4, mit dem mit DT bezeichneten Innendurchmesser der parti- eil sphärisch geformten Käfigtaschen 4, das heißt mit dem Käfigtaschendurchmesser, identisch. Im Neuzustand des Wälzlagerkäfigs 1 sind die Wälzkörper 13 sehr spielarm in den Käfigtaschen 4 geführt.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 und 6 weist der Wälzlagerkäfig 1 auf jedem Käfigsteg 3 zwei den beiden Stirnseiten des Wälzlagerkäfigs 1 zugewandte, also axial nach außen gerichtete, in axialer Draufsicht rechteckige Materialerhebungen 5 auf. Jede Materialerhebung beschreibt einen Abschnitt eines zylindrischen Körpers, dessen Symmetrieachse innerhalb des Wälzlagerkäfigs 1 liegt und in tangentialer Richtung der Käfigringe 2,6 verläuft.
Die Materialerhebungen 5 können insbesondere im Fall von Vibrationen des den Wälzlagerkäfig 1 aufweisenden Wälzlagers 10 an dessen hier nicht dargestellten Lagerscheiben 1 1 ,12 anlaufen. Hierbei wird zum einen die Vibration gedämpft und zum anderen Festschmierstoff auf die Laufbahn der Lagerschei- ben 1 1 ,12 übertragen. Im Laufe des Betriebs des Wälzlagers 10 unterliegen die Materialerhebungen 5 einem planmäßigen Verschleiß. Im Neuzustand des Wälzlagerkäfigs 1 ist dessen in axialer Richtung gemessene Höhe Ha deutlich größer, im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 und 6 um mehr als 30%, jedoch weniger als 50% größer, als der mit Hr bezeichnete Abstand zwischen den äußeren Stirnseiten der Käfigringe 2,6, das heißt die axiale Höhe des Wälzlagerkäfigs 1 ohne Materialerhebungen. Durch die sphärische Form der Käfigtaschen 4 erfüllt der Wälzlagerkäfig 1 auch bei teilweise oder vollständig abgetragenen Materialerhebungen 5 seine Funktion. Eine Zusatzfunktion wird beim Wälzlagerkäfig 1 nach den Figuren 5 und 6 durch eine ringförmig umlaufende Dichtleiste 9 erfüllt, welche an den inneren Käfigring 2 angeformt ist. In vergleichbarer Weise kann auch der äuße- re Käfigring 6 einstückig mit einem Dichtelement verbunden sein oder selbst eine Dichtfunktion haben.
Bezugszahlenliste
1 Kunststoff-Wälzlagerkäfig
2 innerer Käfigring
3 Käfig steg
4 Käfigtasche
5 Materialerhebung
6 äußerer Käfigring
7 Rippe
8 Rippe
9 Dichtleiste
10 Axialkugellager, Wälzlager
1 1 Lagerscheibe
12 Lagerscheibe
13 Kugel, Wälzkörper
14 Überlappungsbereich
15 Verstärkungsstruktur
16 Verstärkungsstruktur BS minimale Breite eines Käfigsteges
d Innendurchmesser
D Außendurchmesser
D-i Innendurchmesser
DT Käfigtaschendurchmesser
DW Wälzkörperdurchmesser
Ha axiale Höhe des Wälzlagerkäfigs
Hr Höhe des Wälzlagerkäfigs ohne Materialerhebungen
ME Mittelebene
S Mittelachse, Symmetrieachse
T Tiefe
TZ Teilkreiszylinder

Claims

Patentansprüche
1 . Kunststoff-Wälzlagerkäfig (1 ), nämlich Axialkugellagerkäfig, mit zwei Käfigringen (2,6), nämlich einem radial inneren Käfigring (2) und einem radial äußeren Käfigring (6), und mit einer Anzahl durch die Käfigringe (2,6) sowie durch diese verbindende Käfigstege (3) begrenzte, zur Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers ausgebildeter Käfigtaschen (4), wobei die Käfigringe (2,6) mit den Käfigstegen (3) einstückig ausgebildet sind, Fest- schmierstoff enthalten und in Axialrichtung gegeneinander versetzt sind.
2. Wälzlagerkäfig (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Überlappungsbereich (14), in welchem eine zur Mittelachse (S) der Käfigringe (2,6) normale Ebene beide Käfigringe (2,6) schneidet, in Axialrichtung gemessen, höchstens 90% der in Axialrichtung gemessenen Höhe (Ha) des Wälzlagerkäfigs (1 ) einnimmt.
3. Wälzlagerkäfig (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere in Axialrichtung der Käfigringe (2,6) gerichtete Materialerhebungen (5) aufweist.
4. Wälzlagerkäfig (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialerhebungen (5) an den Käfigstegen (3) angeformt sind.
5. Wälzlagerkäfig (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die minimale Breite (BS) eines jeden Käfigsteges (3) mindestens 25% und höchstens 75% des Durchmessers (DT) der Käfigtaschen (4) beträgt.
6. Wälzlagerkäfig (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass an mindestens einen Käfigring (2,6) eine sich in axialer
Richtung erstreckende Dichtleiste (9) angeformt ist.
7. Wälzlagerkäfig (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch auf den Käfigstegen (3) befindliche, S-förmig geschwungene Rippen (7,8).
8. Wälzlagerkäfig (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus PEEK 10/10/10 gefertigt ist.
9. Wälzlager, umfassend eine Anzahl Wälzkörper (13), nämlich Kugeln, einen Kunststoff-Wälzlagerkäfig (1 ) nach Anspruch 1 , sowie zwei Lagerscheiben (1 1 ,12), welche die Kugeln (13) kontaktieren, wobei die in Axialrichtung gemessene Höhe (Ha) des Wälzlagerkäfigs (1 ) mindestens 85% des Ab- standes (DW) zwischen den Lagerscheiben (1 1 ,12) entspricht.
10. Verwendung eines Wälzlagerkäfigs (1 ) nach Anspruch 1 in einem mangel- geschmierten Wälzlager.
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