Käfig für zylindrische Wälzkörper, insbesondere Nadelkäfig Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für zylindrische Wälzkörper, insbesondere einen Nadel käfig, dessen die Taschen bildende Stege die Wälz- körper einzeln, teils innerhalb und teils ausserhalb des Teilkreises halten, und wobei die axial verlau fenden Stegteile durch abgewinkelte Abschnitte mit einander verbunden sind.
Bei bekannten Käfigen dieser Art erfolgt die Führung dieser in die Taschen eingefederten Wälz- körper entweder nur längs der abgewinkelten Ab schnitte der Stege oder aber sowohl an den abge winkelten Abschnitten als auch an den innerhalb und ausserhalb des Teilkreises angeordneten achsparallel verlaufenden Stegteilen.
Im ersteren Falle bedarf es einer besonderen Formung der schräg zur Käfigachse verlaufenden Stegteile sowohl in bezug auf den Stegquerschnitt als auch in bezug auf die die Wälzkörper führenden Seitenflächen. Der Querschnitt des abgewinkelten Stegteiles ist trapezförmig gestaltet, und die Seiten flächen des Trapezes besitzen eine stark gewölbte Form, die verhältnismässig schwierig zu berechnen und herzustellen ist, wenn die Führung der Wälz- körper längs einer Linie erfolgen und nicht nur eine Punktberührung erreicht werden soll.
Dasselbe gilt auch von bekannten Käfigen der zweiten Art, bei denen die Führung der Wälzkörper an allen Stegteilen zugleich längs zueinander par allelen Linien stattfinden soll. Es ist praktisch un möglich, derartige Käfige mit der erforderlichen ho hen Genauigkeit und den üblichen Fertigungstoleran zen herzustellen.
Es sind ferner Wälzkörperkäfige bekannt, die aus einer ebenen Platte ausgestanzt, dann unter Bilden von schrägen Verbindungsstücken zwischen den obe ren und den unteren achsparallelen Stegteilen aus gerollt und schliesslich zu einem runden Käfig gebo- gen werden. Beim Ausstanzen erhalten die oberen und die unteren Stegteile verschiedene Breiten, die ungleiche Abstände zwischen diesen Stegteilen be dingen.
Die Abmessungen werden hierbei so gehalten, dass beim Rundbiegen des Käfigs die engeren Ab stände zwischen den oberhalb des Teilkreises zu lie gen kommenden Stegteilen sich verbreitern, während die breiteren Abstände zwischen den unterhalb des Teilkreises zu liegen kommenden Stegteilen sich ver engen, mit der Endwirkung, dass beim fertig rund gebogenen Käfig ein über die gesamte Käfigbreite durchgehender Schlitz von gleicher Breite entsteht.
Bei diesen Stegteilen handelt es sich nicht um Füh rungen im Sinne der vorliegenden Erfindung, sondern lediglich um Halterungen für die Wälzkörper, um deren Herausfallen aus dem Käfig zu verhindern.
Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Käfigausführungen, die im besonderen durch die ungenaue Führung der Wälzkörper und durch. die schwierige und umständliche Käfigherstel- lung gegeben sind, vermieden.
Die Erfindung besteht darin, dass die achspar- allele Führung der Wälzkörper ausschliesslich inner halb oder ausschliesslich ausserhalb des Teilkreises durch sich achsparallel erstreckende Stegteile erfolgt. Diese Stegteile sind fertigungstechnisch ausserordent lich einfach, genau und mit den einfachsten Mitteln, z. B. durch Stanzen, herzustellen. Sie bieten den Vorteil einer absolut sicheren Linienführung der Wälzkörper und zugleich eine sichere Führung des Käfigs.
Besonders vorteilhaft ist es, die achsparallele Führung der Wälzkörper durch die achsparallelen Stegteile vorzunehmen, die sich beidseitig von jedem Stirnring bis zum benachbarten abgewinkelten Ab schnitt erstrecken. Die sich daraus ergebende Füh rung der Wälzkörper an ihren Enden hat zur Folge, dass der der Belastung am meisten ausgesetzte mittlere Teil der Wälzkörper mit einer führenden Fläche nicht in Berührung kommt, dass demgemäss ein Abstreifen oder eine Beeinflussung des Schmierfilms auch bei höchsten Drehzahlen nicht stattfinden kann.
Sollten aus irgendwelchen Gründen bei den an ihren Enden geführten Wälzkörpern Abnützungserscheinungen auftreten, so wird hierdurch die Funktionsfähigkeit des Lagers in keiner Weise beeinträchtigt, weil eine, wenn auch nur geringfügige Verringerung des Wälz- körperdurchmessers an den Enden zur Verminderung der bei zylindrischen Wälzkörpern oftmals nicht ver meidbaren Kantenspannungen führt.
Der Käfig wird zweckmässig so ausgeführt, dass die axial verlaufenden, die Führung sowohl der Wälzkörper als auch des Käfigs bewirkenden Steg teile besonders angeformte, z. B. angeprägte Füh rungsflächen, Führungskanten oder dergleichen be sitzen, die ausser der einwandfreien Führung zwischen Steg und Wälzkörper auch das Einhalten genau be- me::sener Abstände zwischen den Stegteilen benach barter Stege gewährleisten. Diese Gestaltung sichert eine absolut genaue Masshaltung, weil die Führungs kanten bzw.
Führungsflächen leicht zugänglich und damit auf einfachste Weise herstellbar bzw. bearbeit- bar sind.
Oftmals ist es notwendig, insbesondere bei klei nen Wälzkörpern, Material geringer Stärke zu ver wenden. Zur Stabilisierung, insbesondere eines sol chen Käfigs und zur Vergrösserung der seitlichen Anlaufflächen für die Wälzkörper und den Käfig selbst, werden zweckmässig die Stege durch radial gerichtete, die axiale Lage der Wälzkörper sichernde Stirnringe fixiert.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispiels weise dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Käfig für zylindrische Wälzkörper in vergrössertem Massstab, bei dem die achsparallele Führung der Wälzkörper ausschliesslich innerhalb des Teilkreises erfolgt, Fig. 2 den Querschnitt durch eine Tasche dieses Käfigs gemäss der Linie 11-II der Fig. 1 in noch maliger Vergrösserung, Fig. 3 den Längsschnitt durch einen Käfig für zylindrische Wälzkörper in vergrössertem Massstab,
bei dem die Wälzkörper achsparallel durch den Käfig geführt sind und gleichzeitig der Käfig radial auf den Wälzkörpern geführt ist, Fig.4 den Teilquerschnitt dieses Käfigs gemäss der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig.5 die Teilansicht eines Käfigs gemäss der Fig. 3, Fig.6 den Querschnitt durch eine Käfigtasche gemäss der Linie VI-VI der Fig. 5 in nochmaliger Vergrösserung,
wobei in der linken Hälfte der ge stanzte und in der rechten Hälfte der mit bearbeiteten Führungsflächen versehene Käfigquerschnitt darge stellt ist, Fig. 7 die Teilansicht eines Käfigs, jedoch mit an gerollter Aussenhalterung, Fig.8 den Querschnitt durch eine Käfigtasche gemäss der Linie VIII--VIII der Fig. 7 in vergrösser tem Massstab, wobei in der linken Hälfte der ge stanzte, in der rechten Hälfte der mit bearbeiteten Führungsflächen versehene Käfigquerschnitt darge stellt ist,
Fig. 9 den Längsschnitt durch einen Nadelkäfig in abgewandelter Form und vergrössertem Massstab, Fig. 10 den Teilquerschnitt des Nadelkäfigs ge mäss der Linie X-X der Fig. 9, Fig. 11 die Teilansicht des Nadelkäfigs gemäss Fig. 9, Fig. 12 einen Querschnitt durch die Käfigtasche gemäss der Linie XII-XII der Fig. 11 in vergrösser tem Massstab, Fig. 13 den Längsschnitt durch einen Käfig für zylindrische Wälzkörper in vergrössertem Massstab,
bei dem die achsparallele Führung der Wälzkörper ausserhalb des Teilkreises und gleichzeitig die radiale Führung des Käfigs auf den Wälzkörpern erfolgt, Fig. 14 den Teilquerschnitt dieses Käfigs gemäss der Linie XIV-XIV der Fig. 13 in nochmaliger Vergrösserung, Fig. 15 den Längsschnitt durch einen Käfig für zylindrische Wälzkörper in vergrössertem Massstab, bei dem die achsparallele Führung der Wälzkörper ausserhalb des Teilkreises zwischen den beiden ab gewinkelten Abschnitten erfolgt,
Fig. 16 den Teilquerschnitt dieses Käfigs gemäss der Linie XVI-XVI der Fig. 15 in nochmaliger Vergrösserung.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Käfig wird beispielsweise aus einer zylindrischen Hülse oder einem Rohrstück mit einer Wandstärke von etwa ?%t des Wälzkörperdurchmessers hergestellt, wobei zur Herstellung dieses Ausgangswerkstückes jedes ge eignete Verfahren, also spanlos oder spanabhebend, angewandt werden kann. In diese zylindrische Hülse werden die zur Aufnahme der Wälzkörper 1 erfor derlichen Taschen 2 eingestanzt, deren Länge so bemessen ist, dass durch die nachfolgende spanlose Verformung eine Kürzung der Taschen 2 eintreten kann und trotzdem im Endzustand noch genügend axiales Spiel für die Wälzkörper 1 gegeben ist.
Durch seitliche Stirnringe 3 werden die zwischen den Ta schen 2 über den Umfang des Zylinders verbleiben den Stege 4 gehalten und zueinander fixiert. Die Taschen 2 sind auf ihrer Länge mit einer jeweils un terschiedlichen Breite ausgeführt, und zwar so, dass sie an beiden Enden 5 eine geringere Breite besitzen als der Wälzkörperdurchmesser, dann je ein Bereich 6 kommt, welcher breiter ist als der Wälzkörper- durchmesser und im mittleren Teil 7 wieder eine geringere Breite folgt.
Die mit solchen Taschen ver sehene zylindrische Hülse wird anschliessend durch spanlose Verformung in ihren mittleren Bereichen 6 und 7 so geformt, dass die mit grösserer Breite als der Wälzkörperdurchmesser versehenen beiden Abschnitte 6 als Durchkröpfung dienen und der mittlere Teil 7 ausserhalb des Teilkreises 8 zu liegen kommt, wobei die zylindrische Form erhalten bleibt.
Während also die an den Enden der Taschen 2 engeren Abschnitte 5 innerhalb des Teilkreises 8 und die in der Mitte der Taschen 2 ebenfalls engeren Abschnitte 7 ausserhalb des Teilkreises 8 liegen, wer den die diesen beiden Abschnitten 5 und 7 zuge ordneten Stegteile 9 und 10 durch parallel zuein ander verlaufende Stegteile 11 verbunden. Diese Steg teile 11 können dabei schräg oder radial zur Dreh achse 12 des Käfigs stehen und berühren die Wälz- körper 1 im Teilkreis 8 nicht.
Da die innerhalb und ausserhalb des Teilkreises 8 liegenden Abschnitte 5 und 7 der Taschen 2 schmäler als der Wälzkörperdurchmesser sind, wird damit die radiale Halterung der von aussen in die Taschen 2 eingelederten Wälzkörper 1 sichergestellt.
Der Abstand der im und ausserhalb des Teil kreises 8 liegenden einzelnen Teile 10 und 11 der Stege 4 von der Mantelfläche 13 der Wälzkörper 1 ist grösser als der innerhalb des Teilkreises 8 liegen den Stegteile, wodurch die Wälzkörper 1 nur an den tangential zum Wälzkörpermantel. 13 gerichteten Führungsflächen 14 zur Anlage kommen und damit geführt werden. Die radiale Freiheit des zwischen einer Innenlaufbahn 15 und einer Aussenlaufbahn 16 befindlichen Käfigs ist kleiner als die radiale Frei gängigkeit je zweier einander zugeordneter Führungs flächen 14 gegenüber dem Mantel 13 der Wälz körper 1.
Der Käfig kann, wie beispielsweise dar gestellt, auf der Innenlaufbahn 15 oder an der Aussen laufbahn 16 geführt sein.
In den Fig. 3 bis 6 ist ein Käfig gezeigt, dessen Stege 17 durch seitliche Stirnringe 18 gehalten und zueinander fixiert sind. Zwischen den Stegen 17 befinden sich die auf ihrer Länge mit jeweils unter schiedlicher Breite ausgeführten Taschen 19. Die innerhalb des Teilkreises 20 in axialer Richtung ver laufenden Abschnitte 21 der Stege 17 können, wie in Fig. 6, links dargestellt, eine zum Mantel 22 der Wälzkörper 23 gerichtete, durch Stanzen entstandene Stegkante 24 besitzen oder aber eine, wie in Fig. 6, rechts dargestellt, durch Anprägen erzeugte Füh rungsfläche 25 haben.
Je zwei gegenüberliegende Stegkanten 24 oder Führungsflächen 25 haben unter Berücksichtigung der zwischen den Führungsflächen und dem Käfig erforderlichen Schmierfilmstärken und des üblichen Spiels einen so geringen Abstand zum Mantel 22 der Wälzkörper 23, dass der Käfig seinerseits exakt auf den Wälzkörpern radial ge führt und damit zentriert ist. Die radiale Freiheit des Käfigs gegenüber der Innen- oder Aussenlaufbahn ist grösser als der radiale Abstand je zweier einander zugeordneter Stegkanten 24 oder Führungsflächen 25.
Eine Führung des Käfigs an einer seiner beiden Laufbahnen oder einem anderen Teil ist nicht gege ben.
Wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, können die Taschen 29 des Käfigs auch so ausgebildet sein, dass sie in ihrem mittleren Teil 30 nicht enger als der Wälzkörperdurchmesser sind. Die Halterung der Wälzkörper 31 nach aussen erfolgt in diesem Falle durch angestauchte Nasen 32, deren gegenseitiger Abstand geringer als der Wälzkörperdurchmesser ist. Dabei werden die Nasen 32 durch überrollen der mittleren Käfigstege 33 gebildet, wobei die Rollung 34 bohrungs- oder mantelseitig sein kann.
Die in den Fig.9 bis 12 dargestellte Käfig ausführung soll insbesondere für Wälzkörper 35 mit sphärischer Kuppe 36 und kleinem Durchmesser Ver wendung finden. Da hierfür eine Wandstärke von etwa 1/4 des Wälzkörperdurchmessers nicht vertretbar ist, weil ein solcher Käfig nicht genügend Steifigkeit besitzt und anderseits keine ausreichende Anlauf fläche für den seitlichen Käfiganlauf als auch für die Wälzkörper vorhanden wäre, wird ein solcher Käfig aus einer zylindrischen Hülse hergestellt, deren Wand stärke etwa dem halben Wälzkörperdurchmes- ser entspricht.
Dabei werden die Enden der Hülse mit radial gerichteten Borden 37 versehen, um dem Käfig eine genügend grosse seitliche Anlauffläche 38 zu geben. Die Wandstärke des Käfigs ist so bemessen, dass sie bis zum Teilkreis 39 oder über diesen hinaus reicht, damit die Wälzkörper 35 mit ihrem im Teil kreis 39 liegenden Zentrum axial an der Stirnfläche 40 der Taschen 41 anlaufen können. Die z. B. im gestreckten Zustand des Käfigs eingestanzten Ta schen 41 sind im Bereich der Enden der Wälzkörper enger als der Wälzkörperdurchmesser und in den zwischen diesen Enden liegenden Teilen breiter.
Durch sparlose Verformung werden dann die mittle ren Stegteile 42 nach aussen gedrückt, und zwar so weit, dass diese mit ihrem grössten Durchmesser um ein geringes kleiner sind als die äussere Laufbahn. Durch Anprägen von aussen werden anschliessend die zur Führung der Wälzkörper an den Stegenden 43 erforderlichen Führungsflächen 44 gebildet, die wie derum zweckmässig tangential zum Wälzkörperrnan- tel 45 verlaufen.
Die Halterung der Wälzkörper er folgt durch an den mittleren Stegteilen 42 angerollten Nasen 46, deren gegenseitiger Abstand zueinander geringer ist als der Wälzkörperdurchmesser.
Die Fig. 13 und 14 zeigen, dass das K'äfigprofil auch umgekehrt sein kann. In eine zylindrische Hülse werden zur Aufnahme der Wälzkörper 47 Taschen 48 eingestanzt, zwischen welchen über den Umfang des Zylinders Stege 49 verbleiben, die durch seit liche Stirnringe 50 gehalten und zueinander fixiert sind. Die Taschen 48 besitzen wiederum über ihre gesamte Länge eine jeweils unterschiedliche Breite.
Durch sparlose Verformung wird die zylindrische Hülse dann in ihren mittleren Teilen 51 und 52 so geformt, dass die mit einer grösseren Breite als der Wälzkörperdurchmesser versehenen Abschnitte 53 der Taschen 48 im Bereich der Durchkröpfung lie gen und sich der mittlere Abschnitt 54, welcher schmäler als der Wälzkörperdurchmesser ist, inner halb des Teilkreises 55 befindet.
Die ausserhalb des Teilkreises an den Enden der Wälzkörper 47 befind- lichen Abschnitte 56 der Taschen 48 sind ebenfalls enger als der Wälzkörperdurchmesser. Zur Führung der Wälzkörper auf breiter Basis sind die erforder lichen, zweckmässig tangential zum Wälzkörperman- tel 57 verlaufenden Führungsflächen 58 ausserhalb des Teilkreises 55 angeordnet.
Der radiale Abstand je zweier, einander zugeordneter Führungsflächen 58 zum Wälzkörpermantel 57 ist geringer als die Frei gängigkeit des Käfigs gegenüber seinen beiden Lauf bahnen, so dass neben der Führung der Wälzkörper an den Führungsflächen auch der Käfig selbst über diese Führungsflächen auf den Wälzkörpern geführt und zugleich zentriert ist.
Da die in der Mitte der Käfige liegenden Stegteile 10, 11, 27, 28, 33, 42, 51, 52 einen grösseren Abstand zum Wälzkörpermantel 13, 22, 45, 57 haben als die an den Enden der Stege, kann bei dem der Belastung am stärksten ausgesetzten mittleren Teil der Wälzkörper ein Abstreifen oder eine Beeinflus sung des normal beim Umlaufen der Wälzkörper ge bildeten Schmierfilms nicht erfolgen.
Die Führung der Wälzkörper an ihren Enden erbringt bei den beschriebenen Ausführungsformen die Vorteile, dass einmal die führenden Stegteile in steifer Verbindung mit den seitlichen Stirnringen ste hen und selbst bei sehr hohen Drehzahlen durch ir gendwelche Krafteinflüsse, z. B. durch Entstehen von Schwingungen in ihrer Lage und ihrer Führung nicht beeinträchtigt werden, dass sie ferner am Einfedern der Wälzkörper nicht beteiligt sind und ihre Lage ständig beibehalten.
Je nach Erfordernis sind sie überdies in einer optimalen Länge bemessbar, so dass sie die Wälzkörper an zwei weit auseinanderliegenden Stellen mit Linienberührung absolut sicher achspar- allel führen. Bei dem Käfig gemäss den Fig. 15 und 16 ist im Gegensatz zu den bisher gezeigten Ausführungsfor men die Führung der Wälzkörper 59 als auch die Führung des Käfigs auf den Wälzkörpern zwischen die beiden abgewinkelten Abschnitte 60 gelegt.
Der ebenfalls aus einer zylindrischen Hülse hergestellte, mit Taschen 61 von unterschiedlicher Breite ver sehene Käfig wird mit seinen mittleren Stegteilen 62, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2, verformt. Die Breite der einzelnen Taschenabschnitte ist jedoch so ausgeführt, dass die beiden äusseren Abschnitte 63 durch die an den seitlichen Stirnringen 64 anschliessenden Stegteile 65 nur eine Halterung der Wälzkörper 59 nach innen bilden, während durch den mittleren Abschnitt 66 die Halterung nach aussen und gleichzeitig die erforderliche Führung erzielt wird.
Die mit parallel zueinander verlaufenden Steg seitenflächen 67 abgewinkelten Abschnitte 60 ver binden die Stegteile 62 und 65 miteinander. Tangential zum Wälzkörpermantel 68 verlaufen ausserhalb des Teilkreises 69 die Führungsflächen 70 an den mittle ren Stegteilen 62. Auch hier ist eine Umkehrung des gezeigten Käfigprofils möglich, so dass die Füh rungsflächen innerhalb des Teilkreises liegen können.
Wie beispielsweise in den Fig.6 und 8 darge stellt. ist es möglich, die innerhalb oder ausserhalb des Teilkreises liegenden und führenden Stegteile so ge nau herzustellen, dass ohne zusätzliche Bearbeitung der Stegkanten eine genaue achsparallele Linienfüh rung der Wälzkörper gewährleistet und der Käfig auf diesen geführt ist. Um diese Führung noch zu verfeinern und eine absolut genaue Masshaltung der Führungsflächen zu sichern sowie das Einhalten ge nau bemessener Abstände zwischen den führenden Stegteilen zu gewährleisten, können bei allen Aus führungsformen die Stegkanten noch besonders ge formt werden. So ist es z.
B. möglich, auf einfache Weise die axial verlaufenden, beim Stanzen ent standenen Kanten 24 zu Führungsflächen 25 um zuprägen.
Die Führungsflächen 14, 25, 44, 58, 70 sind für Werkzeuge von aussen bzw. innen leicht zugäng lich und damit leicht bearbeitbar, da die ausserhalb bzw. innerhalb der jeweiligen führenden Stegteile befindlichen anderen Stegteile des Käfigs einen grösse ren Abstand voneinander besitzen als die zu bear beitenden und führenden Stegteile. Die angeformten, z.
B. angeprägten Führungsflächen verlaufen zweck mässig tangential zum Wälzkörpermantel und bilden damit zur Berührungslinie mit den Wälzkörpern keil förmige Öffnungen 26, durch welche sich, zumin dest in der Drehrichtung, der Wälzkörper zwischen diesen und den Führungsflächen das Schmiermittel anstaut und hierdurch ein Druckpolster zur reichli chen Schmierung zwischen Führungsfläche und Wälz- körper gebildet wird.
Es ist auch möglich, die Füh rungsflächen der Kreisform des Wälzkörpermantels anzupassen oder ihnen, im Querschnitt gesehen, einen grösseren Radius als den der Wälzkörper zu geben, derart, dass zumindest in der Drehrichtung der Wälz- körper ein Anstauen des Schmiermittels bewirkt und ein Druckpolster zur Sicherung der Schmierung an einer verengten Stelle gebildet wird. Die genaue Lage des Druckpolsters kann in allen Varianten, z. B. mittels Einprägen erzeugter geringer Vertiefungen bzw. durch parallel zu den Wälzkörpern gelegte Stauschwellen bestimmt werden.