DE102007030217A1

DE102007030217A1 - Käfig

Info

Publication number: DE102007030217A1
Application number: DE102007030217A
Authority: DE
Inventors: Knut Auffahrt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-08
Also published as: US20090003751A1; DE102007030217A9

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig (1) für Wälzkörper (6), insbesondere Nadelkäfig, bestehend aus zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Seitenringen (2, 3) mit Stirnflächen, wobei die Seitenringe (2, 3) zur Bildung von Wälzkörper (6) aufnehmenden Taschen (5) mit gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Querstegen (4) verbunden sind. Der Käfig (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Stirnflächen wenigstens teilweise einen unter einem Neigungswinkel (alpha) von 90° zu einer Lagerachse (9) abweichenden Verlauf nehmen. Dadurch wird eine besonders wirksame Schmierung zwischen den Stirnflächen des Käfigs (1) und der Anschlusskonstruktion gewährleistet, die insbesondere bei hoch belasteten Lagern von Bedeutung ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Käfig für Wälzkörper, insbesondere Nadelkäfig, bestehend aus zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Seitenringen mit Stirnflächen, wobei die Seitenringe zur Bildung von Wälzkörper aufnehmenden Taschen mit gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Querstegen verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine Lageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Planetenrades.
Hintergrund der Erfindung
Wie der Fachmann weiß, stellen die Lagerungsbedingungen für Kurbelzapfen bei Zweitakt- und Viertakt-Verbrennungsmotoren und bei Planeten-Übersetzungsgetrieben für Kraftfahrzeuge die höchsten Anforderungen. Die Belastungen, die Geschwindigkeiten, die Beschleunigung, die Schmierung, die Wellenausrichtung- oder -fehlausrichtung und die Temperaturen machen die Wahl des richtigen Lagers kritisch. In diesem Zusammenhang ist es auch be kannt, dass Anordnungen mit Nadelrollen und Käfig im Allgemeinen als erste Wahl zur Befriedigung dieser Anforderung akzeptiert sind.
Es ist weiter bekannt, dass die Schmierungsverhältnisse der Lagerkäfige eine wesentliche Bedeutung haben. So ist beispielsweise aus der US 4,192,560 ein Nadellagerkäfig bekannt, dessen Mantelfläche beidseitig im Bereich der Seitenringe mit Ausnehmungen versehen ist, die zunächst in axialer Richtung verlaufen und dann radial umschwenken. Diese Ausnehmungen dienen als Schmiertaschen und sorgen dafür, dass die Reibung zwischen der Mantelfläche des Käfigs und der Anschlusskonstruktion verringert ist.
Aus der DE 197 38 331 A1 ist ein weiterer Lagerkäfig für zylindrische Wälzkörper bekannt, der auf seiner Außenmantelfläche sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung verlaufende Schmiermittelkanäle aufweist, die wiederum die Reibung zwischen Anschlusskonstruktion und Lagerkäfig herabsetzen. Nun sind aber auch bestimmte Anwendungsfälle bekannt, bei denen der Käfig die axiale Führung übernehmen muss. Dabei gleiten die Stirnflächen der Seitenringe auf den Seiten der der seitlichen Begrenzung dienenden Anlaufflächen und erzeugen dort Reibung. Die hat man dadurch zu verringern versucht, dass die Stirnflächen der Seitenringe mit Ausnehmungen versehen sind, die gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Ein derartiger Käfig geht beispielsweise aus der US 5,328,277 hervor. Nachteilig dabei ist, dass ein solcher Käfig durch die Ausnehmungen relativ aufwändig zu fertigen ist und darüber hinaus eine noch vorhandene Reibung in axialer Richtung aufweist, da sich diese Ausnehmungen nur über einen Teil seiner Umfangsausdehnung erstrecken.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Käfig für Wälzkörper derart weiter zu entwickeln, dass die axiale Reibung, welche durch die Anlage der Seitenringe des Käfigs an der Anschlußkonstruktion bedingt ist, verringert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass die Stirnflächen wenigstens teilweise einen unter einem Neigungswinkel von 90° zu einer Lagerachse abweichenden Verlauf nehmen.
Durch diesen Verlauf kann sich zwischen der Stirnseite des Käfigs und der Anschlusskonstruktion ein tragfähiger Schmierfilm bilden, der zu einer wesentlichen Reduzierung der Reibung zwischen Käfig und Anschlusskonstruktion führt. Dadurch wird in beträchtlicher Weise die Temperatur des Gesamtsystems reduziert. Dies wiederum hat zur Folge, dass das Öl eine bessere Schmierwirkung aufbauen kann, die wiederum zu einer Erhöhung der Gesamtlagerlebensdauer führt.
Weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass der Neigungswinkel einen Betrag ≤ 10° annimmt. Durch diese technische Maßnahme ist ein dreieckförmiger Schmierspalt zwischen der Stirnfläche des Käfigs und der Anschlusskonstruktion gebildet, sodass das Öl durch die Fliehkraft in diesen dreieckförmigen Schmierkeil gepresst wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass die Querstege aus zueinander parallel verlaufenden, teils innerhalb und teils außerhalb eines Teilkreis liegenden Abschnitten bestehen, die durch schräg zur Lagerachse verlaufende Abschnitte miteinander verbunden sind. Dieser an sich bekannte gekröpfte Käfig zeichnete durch eine besonders hohe Haltbarkeit und durch eine gute Führung der Nadelrollen aus.
Dabei kann dieser gekröpfte Käfig gemäß Anspruch 4 M-förmig oder gemäß Anspruch 5 W-förmig ausgebildet sein und nach Anspruch 6 kann er außen-, innen- oder wälzkörpergeführt sein. Die Gestaltung des Käfigs spielt im Rahmen der Erfindung eine eher untergeordnete Bedeutung, es kommt lediglich darauf an, dass die axiale Reibung des Käfigs zwischen der Stirnseite der Seitenringe und der Anschlusskonstruktion in entscheidender Weise verringert ist.
Wie im einleitenden Teil der Erfindungsbeschreibung bereits ausgeführt, sind insbesondere bei Planetenübersetzungsgetrieben für Kraftfahrzeuge höchste Anforderungen an die Lagerung gestellt. Daher ist nach der Erfindung vorgesehen, dass eine Lageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Planetenrades auf einem Planetenradbolzen, der von einem Planetenradträger aufgenommen ist, wobei das Planetenrad auf dem Planetenradbolzen über ein Radialwälzlager gehalten ist, dessen Wälzkörper in einem Käfig aufgenommen sind, der entsprechend nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6 gestaltet ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Form dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigs,
2 einen teilweisen Axialschnitt durch den erfindungsgemäßen Lagerkäfig nach 1 und
3 einen Längsschnitt durch eine Planetenradlagerung mit erfindungsgemäßem Käfig.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in den 1 und 2 dargestellte Käfig 1 besteht aus den beiden Seitenringen 2, 3, die durch eine Anzahl gleichmäßig um den Umfang verteilt angeordnete profilierte Stege 4 miteinander verbunden sind. Die so entstandenen Taschen 5 zur Aufnahme von Wälzkörpern 6 werden einerseits durch die Seitenringe 2, 3 und andererseits durch die Stege 4 begrenzt. Die Stege 4 sind in Richtung Lagermittelpunkt über den Wälzkörperteilkreis durchkröpft und bestehen aus zwei an die Seitenringe 2, 3 sich anschließende Abschnitte 7, 8, die parallel zur Lagerachse 9 verlaufen. Die Abschnitte 7, 8 liegen außerhalb der Teilkreises und gehen in je einen schräg zur Lagerachse 9 gerichteten Abschnitt 10, 11 über, die sich wiederum zu einem parallel zur Lagerachse 9 verlaufenden und innerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitt 12 vereinen. Die inneren Kanten der Stegabschnitte 12 begrenzen das radiale Spiel der Wälzkörper 6 nach innen, während das radiale Spiel nach außen durch die äußeren Stegabschnitte 7, 8 begrenzt ist. 1 ist weiter zu entnehmen, dass im Bereich der schräg verlaufenden Abschnitte 10, 11, d. h., im Profilierungsbereich der Stege 4 beidseitig vom Wälzkörper 6 je ein Freiraum 13 vorhanden ist. Dieser freigestellte Bereich ist erforderlich, um ein Klemmen der Wälzkörper 6 in den Taschen 5 zu vermeiden.
Wie aus den 1 und 2 weiter ersichtlich, sind die Seitenringe 2, 3 an ihren Stirnflächen angefast, sodass eine obere Berührungsfläche 2.1, 3.1 gebildet ist, mit der der Käfig 1 an der nicht dargestellten Anschlusskonstruktion anliegt. Die zurückgesetzten Teile 2.2, 3.2 der Seitenringe 2, 3 liegen demnach nicht an der Anschlusskonstruktion an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die beiden Seitenringe 2, 3 nach innen um den Neigungswinkel α zur Lagerachse 9 geneigt, sodass beidseitig ein dreieckförmiger Schmierspalt 14 gebildet ist. Im Sinne der Erfindung ist der Neigungswinkel α einerseits durch den Schenkel 25 definiert, der von der oberen Berührungsfläche 2.1, 3.1 in radialer Richtung nach innen verläuft und die Lagerachse 9 unter einem rechten Winkel trifft. Der zugehörige andere Schenkel 26 folgt andererseits der sich nach innen neigenden Stirnfläche beider Seitenringe 2, 3. Dieser so gebildete dreieckförmige, in radialer Richtung nach außen sich verringernde Schmierspalt 14 ist besonders vorteilhaft, weil durch die im Lager herrschende Fliehkraft das Schmiermittel an die Berührungsfläche 2.1, 3.1, der beiden Seitenringe 2, 3 gebracht wird.
Der in 3 teilweise gezeigte Planetenradträger 15 weist zwei Seitenwände 16, 17 auf, in denen in nicht bezeichneten Aufnahmebohrungen Planetenradbolzen 18 festgelegt sind. Auf diesen sind über in erfindungsgemäß ausgebildeten Käfigen 1 angeordnete Lagernadeln 6 Planetenräder 19 drehbar gelagert, deren Zähne 20 einerseits mit einem nicht gezeigten Hohlrad und andererseits mit einem ebenfalls nicht gezeigten Sonnenrad kämmen. Auf dem Planetenradbolzen 18 sind beidseitig der Planetenräder 19 Anlaufscheiben 21, 22 angeordnet, die üblicherweise aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen, wie zum Beispiel mit Bronze plattiertem Blech, um die Reibung zwischen Planetenrädern 20 und den Seitenwänden 16, 17 des Planetenradträgers 15 zu vermeiden. Der Planetenradbolzen 18 besitzt eine axiale Schmiermitteldurchtrittsbohrung 23 und eine davon abzweigende radiale Schmiermitteldurchtrittsbohrung 24. Wie erkennbar, ist der die Wälzkörper 6 aufnehmende Käfig 1 in erfindungsgemäßer Weise so ausgebildet, dass beidseitig zwischen den Stirnflächen des Käfigs 1 und den Anlaufscheiben 21, 22 dreieckförmig ausgebildete Schmierspalte 14 gebildet sind. Das dem Lager über die axiale Schmiermitteldurchtrittsbohrung 23 und die davon in radialer Richtung abzweigende Schmiermitteldurchtrittsbohrung 24 zugeführte Schmiermittel verteilt sich somit über die Laufflächen bei Rotation der Planetenräder 19 auch in axialer Richtung, sodass es in den dreieckförmigen ausgebildeten Schmierspalt gelangt, durch die Fliehkraft radial nach außen gefördert und so die Reibung zwischen den Seitenringen 2, 3 des Käfigs 1 und den Anlaufscheiben 21, 22 verringert.

1: Käfig
2: Seitenring
2.1: obere Berührungsfläche
2.2: zurückgesetzter Teil
3: Seitenring
3.1: obere Berührungsfläche
3.2: zurückgesetzter Teil
4: Steg
5: Tasche
6: Wälzkörper
7: Abschnitt
8: Abschnitt
9: Lagerachse
10: Abschnitt
11: Abschnitt
12: Abschnitt
13: Freiraum
14: Schmierspalt
15: Planetenradträger
16: Seitenwand
17: Seitenwand
18: Planetenradbolzen
19: Planetenrad
20: Zahn
21: Anlaufscheibe
22: Anlaufscheibe
23: Schmiermitteldurchtrittsbohrung
24: Schmiermitteldurchtrittsbohrung
25: Schenkel
26: Schenkel
α: Neigungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4192560 [0003]
- DE 19738331 A1 [0004]
- US 5328277 [0004]

Claims

Käfig (1) für Wälzkörper (6), insbesondere Nadelkäfig, bestehend aus zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten Seitenringen (2, 3) mit Stirnflächen, wobei die Seitenringe (2, 3) zur Bildung von Wälzkörper (6) aufnehmenden Taschen (5) mit gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Querstegen (4) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen wenigstens teilweise einen unter einem Neigungswinkel (α) von 90° zu einer Lagerachse (9) abweichenden Verlauf nehmen.
Käfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) einen Betrag ≤ 10° annimmt.
Käfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege (4) aus zueinander parallel verlaufenden, teils innerhalb und teils außerhalb eines Teilkreises liegenden Abschnitten (12, 7, 8,) bestehen, die durch schräg zur Lagerachse (9) verlaufende Abschnitte (10, 11) miteinander verbunden sind.
Käfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er M-förmig ausgebildet ist, wobei seine an den Seitenringen (2, 3) sich anschließenden parallel zur Lagerachse (9) verlaufenden Abschnitte (7, 8) außerhalb des Teilkreises angeordnet sind.
Käfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er W-förmig ausgebildet ist, wobei seine an den Seitenringen (2, 3) sich anschließende parallel zur Lagerachse (9) verlaufenden Abschnitte innerhalb des Teilkreises angeordnet sind.
Käfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er außen-, innen- oder wälzkörpergeführt ist.
Lageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Planetenrades (19) auf einem Planetenradbolzen (18), der von einem Planetenradträger (15) aufgenommen ist, wobei das Planetenrad (19) auf dem Planetenradbolzen (18) über ein Radialwälzlager gehalten ist, dessen Wälzkörper (6) in einem Käfig (1) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) wenigstens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.