DE102011084836A1

DE102011084836A1 - Wälzlagerkäfig

Info

Publication number: DE102011084836A1
Application number: DE102011084836A
Authority: DE
Inventors: Rainer Messerschmidt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Wälzlagerkäfig (1, 14) mit durch Querstegen (15) miteinander verbundenen ringförmigen Käfigseitenscheiben (2, 3), die Absätze (4, 5) aufweisen, in denen die Querstege (15) direkt oder indirekt mittels Führungssegmenten (7, 8) formschlüssig aufgenommen sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig mit durch Querstegen miteinander verbundenen ringförmigen Käfigseitenscheiben.
Hintergrund der Erfindung
Bei Großlagerkäfigen für Kegelrollenlager wird häufig ein so genannter Bolzenkäfig eingesetzt. Ein Bolzenkäfig besteht aus zwei parallel angeordneten Käfigscheiben, die durch eine Vielzahl von Bolzen miteinander verbunden sind. Jeder Bolzen trägt dabei einen Wälzkörper, beispielsweise eine Zylinderrolle. Zur Aufnahme des Bolzens weist ein Wälzkörper eine zentrische Bohrung auf. An einem Ende weist ein Bolzen ein Gewinde auf, das in eine der Käfigscheiben eingeschraubt wird. Nach der Montage des Käfigs und nach dem Einsetzen der Wälzkörper wird das andere Ende des Bolzens an der anderen Käfigscheibe verschweißt. Obwohl Bolzenkäfige sich insbesondere bei Großlagerkäfigen, die zur Aufnahme großer Lasten geeignet sind, bewährt haben, wird der hohe Herstellungsaufwand als nachteilig angesehen. Es sind daher bereits unterschiedliche Alternativen vorgeschlagen worden, um auf das Durchbohren der Wälzkörper verzichten zu können.
In der DE 10 2007 002 360 A1 wird ein Kammseitenscheibenkäfig vorgeschlagen, bei dem die Wälzkörper in Stegansätzen, die aus Käfigseitenscheiben hervorragen, gelagert ist. Querbolzen dienen lediglich der Verbindung der beiden Käfigseitenscheiben, nicht jedoch der Lagerung. Nachteilig ist bei einem derartigen Kammseitenscheibenkäfig jedoch die aufwändige Herstellung der Stegansätze aufgrund der Integration in die Kammseitenscheiben, was unter anderem ein hohes Zerspanvolumen zur Folge hat.
Eine weitere Alternative zur Verwendung eines Bolzenkäfigs ist aus der DE 10 2007 020 113 A1 bekannt. Dort wird ein Wälzlagerkäfig vorgeschlagen, der aus zwei ringförmigen Umfangselementen besteht, zwischen denen axiale Stegelemente vorgesehen sind, die stoffschlüssig mit den ringförmigen Umfangselementen verbunden werden. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Verschweißen erzielt werden. Nachteilig ist dabei, dass das montierte Wälzlager durch Schlacke oder Schweißspritzer verschmutzt sein kann. Wenn der Wälzlagerkäfig andererseits zunächst komplett geschweißt und erst anschließend eingebaut wird, darf dessen Innenring keinen kleinen Bord aufweisen.
Bei dem in der WO 2009/056310 A2 vorgeschlagenen Wälzlagerkäfig wird eine Vielzahl von kleinen Einzelteilen zusammengesetzt, um einen Wälzlagerkäfig zu bilden, durch den Wälzkörper geführt werden. Da eine Vielzahl von Segmenten verbunden, insbesondere verschweißt werden muss, ist die Herstellung aufwändig, zudem ist es fraglich, ob ein derartiger Wälzlagerkäfig die an Großlagerkäfige gestellten Festigkeitsanforderungen erfüllt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wälzlagerkäfig anzugeben, der die Nachteile von Bolzenkäfigen vermeidet und einfach herzustellen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Wälzlagerkäfig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Käfigseitenscheiben Absätze aufweisen, in denen die Querstege direkt oder indirekt mittels Führungssegmenten formschlüssig aufgenommen sind.
Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig zeichnet sich dadurch aus, dass geschlossene, ringförmige Käfigseitenscheiben verwendet werden, die durch ihre Form bedingt bereits eine hohe Steifigkeit und Stabilität aufweisen. Zwei Käfigseitenscheiben werden durch Querstege formschlüssig verbunden, indem die Käfigseitenscheiben Absätze aufweisen, in denen die Querstege direkt oder indirekt mittels Führungssegmenten aufgenommen sind. Da die Querstege bzw. die Führungssegmente mittels Verbindungsmitteln mit den Käfigseitenscheiben verbunden werden, kann ein Innenring eines Wälzlagers unverändert belassen werden, sodass auf besondere Gestaltungen wie einen kleinen Haltebord, oder eine zusätzliche Käfigsicherung auf dem Innenring verzichtet werden kann.
Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn die Absätze der Käfigseitenscheiben bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig rechteckig oder U-förmig oder V-förmig oder trapezförmig ausgebildet sind. In derart geformte Absätze können die Querstege direkt oder indirekt mittels Führungssegmenten eingesetzt sein, um den Wälzlagerkäfig zu bilden.
Eine noch größere Festigkeit und Stabilität ergibt sich, wenn die Absätze der Käfigseitenscheiben Durchgangslöcher für Befestigungsmittel aufweisen. Die in Axialrichtung angeordneten Käfigseitenscheibenbohrungen (oder Löcher) dienen zur Verbindung der Käfigseitenscheiben mit den Querstegen mittels der Befestigungsmittel.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig können Befestigungsmittel als Schrauben, Spannstifte oder Kerbstifte ausgebildet sein. Sämtliche Befestigungsmittel bewirken eine feste Verbindung der einzelnen Komponenten, sodass die von den Wälzkörpern übertragenen Kräfte mittels Formschluss übertragen werden können.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs sieht vor, dass die Querstege als Gewindebolzen ausgebildet sind, die in Gewindebohrungen gegenüber liegender Führungssegmente geschraubt sind. Demnach werden jeweils einzelne Führungssegmente (Einzelsegmentstege) verwendet, die einander gegenüber liegen und mittels eines Gewindebolzens verbunden sind. Jeder Gewindebolzen (Quersteg) ist mit zwei Führungssegmenten verschraubt, jedes Führungssegment ist seinerseits in einem Absatz einer Käfigseitenscheibe formschlüssig aufgenommen.
Um die Reibung bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig zu verringern und die vorzugsweise zylinderförmigen Wälzkörper zu führen, kann es vorgesehen sein, dass die Führungssegmente eine an zylinderförmige Wälzkörper angepasste Außenkontur aufweisen. Zweckmäßig weist jedes Führungssegment zwei gegenüberliegende Abschnitte mit der Außenkontur auf, durch die eine Führung der Wälzkörper gewährleistet wird.
Um eine lange Lebensdauer des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, dass die Führungssegmente aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen und vorzugsweise durch ein spanendes Verfahren oder durch Druckguss, Feinguss oder Sintern hergestellt sind.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig Querstege aufweisen, die beiderseits Endabschnitte aufweisen, die gegengleich zu den Absätzen der Käfigscheiben ausgebildet sind. Es handelt sich dabei um einteilige, durchgehende Segmentstege, deren Endabschnitte direkt in den gegenüberliegenden Absätzen der Käfigseitenscheiben formschlüssig aufgenommen sind. Um eine besonders gute Führung der Wälzkörper zu gewährleisten, kann es bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig vorgesehen sein, dass die Querstege eine an zylinderförmige Wälzkörper angepasste Außenkontur aufweisen. Vorzugsweise weist jeder Quersteg zwei derart geformte Flächenabschnitte auf, um benachbarte Wälzlagerkäfig zu führen.
Ähnlich wie die Führungssegmente können auch die Querstege aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen. Vorzugsweise sind sie durch ein spanendes Verfahren, durch Druckguss, Feinguss oder Sintern hergestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Detail eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs;
2 eine geschnittene Ansicht des Wälzlagerkäfigs von 1;
3 ein Detail der Absätze des Wälzlagerkäfigs von 1;
4 ein Detail eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs;
5 eine geschnittene Ansicht des Wälzlagerkäfigs von 4;
6 ein Detail der Absätze des Wälzlagerkäfigs von 4; und
7 ein Detail der Absätze des Wälzlagerkäfigs von 4 ohne Querstege.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wälzlagerkäfig 1, der im Wesentlichen aus zwei miteinander verbundenen ringförmigen Käfigseitenscheiben 2, 3 besteht, die durch Querstege miteinander verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Querstege direkt in Absätzen 4, 5 der Käfigseitenscheiben 2, 3 formschlüssig aufgenommen.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Querstege als Gewindebolzen 6 ausgebildet, die in einander gegenüberliegenden Führungssegmenten 7, 8 gehalten sind. Zwischen benachbarten Gewindebolzen 6 ist jeweils ein Wälzkörper 9 aufgenommen. Der Wälzlagerkäfig 1 und die Wälzkörper 9 bilden gemeinsam mit einem Innenring und einem Außenring ein Wälzlager. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Kegelrollenlager. Der Wälzlagerkäfig kann jedoch ebenso für Zylinderrollenlager oder Pendelrollenlager eingesetzt werden.
Der Aufbau des Wälzlagerkäfig 1 wird anhand der geschnittenen Darstellung von 2 erläutert. In 2 erkennt man, dass die beiden Führungssegmente 7, 8 durch den Gewindebolzen 6 miteinander verbunden sind. In den Käfigseitenscheiben 2, 3 sind einander gegenüberliegende stufenartige Absätze 4, 5 ausgebildet, in die Führungssegmente 7, 8 formschlüssig eingesetzt sind. Die Führungssegmente 7, 8 weisen an ihren den Wälzkörpern 9 zugewandten Seiten an die Wälzkörper 9 angepasste Außenkonturen auf, wodurch die Wälzkörper 9 bei einer Drehbewegung des Wälzlagers geführt werden. Auf diese Weise werden die von den Wälzkörpern 9 übertragenen Kräfte durch Formschluss an die Führungssegmente 7, 8 und damit an die Käfigseitenscheiben 2, 3 übertragen.
Die Führungssegmente 7, 8 sind mittels Schrauben (nicht gezeigt) mit den Käfigseitenscheiben 2, 3 verbunden. Dazu weisen die Käfigseitenscheiben 2, 3 sich axial erstreckende Durchgangsöffnungen 10 auf, um die Schrauben in ein Innengewinde 11 eines Führungssegments 7, 8 einzuschrauben. Bei anderen Ausführungen kann das Befestigungsmittel alternativ als Spannstift oder Kerbstift ausgebildet sein.
Die Montage eines Wälzlagers erfolgt derart, dass jeweils zwei Führungssegmente 7, 8 mit einem Gewindebolzen 6 verbunden werden, sodass vormontierte Querstege erhalten werden. Diese Querstege (Querverbindungen) werden mit den Käfigseitenscheiben 2, 3 verbunden, insbesondere verschraubt, wobei lediglich jeder zweite Quersteg montiert wird. Dadurch wird ein vormontierter Wälzlagerkäfig erhalten, der problemlos über einen Haltebord auf einen Innenring 12 geschoben werden kann.
Anschließend werden die Wälzkörper 9 (Rollen) eingelegt und die restlichen vormontierten Querstege eingesetzt und verschraubt.
Im dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Führungssegmente 7, 8 aus Metall, insbesondere aus Stahl hergestellt. Die Führungssegmente können sowohl spanend als auch durch Druckguss, Feinguss oder ein Sinterverfahren hergestellt sein.
3 zeigt ein Detail der Absätze des Wälzlagerkäfig 1, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen mehrere Wälzkörper sowie ein Führungssegment nicht dargestellt sind. Der Absatz 5 weist eine im Wesentlichen rechteckige Form auf, die Durchgangsöffnung 10 befindet sich näherungsweise im Zentrum einer Absatzfläche 13. Die Form und Größe der Führungssegmente 7, 8 ist so gewählt, dass diese formschlüssig in dem Absatz 5 gehalten werden, nach dem Sichern bzw. Verschrauben sind die Führungssegmente 7, 8 verliersicher in den Absätzen 4, 5 gehalten. Der in 3 gezeigte rechteckige Absatz 5 ist lediglich beispielhaft zu verstehen, da auch anders geformte Absätze möglich sind, von denen U-förmige oder V-förmige oder trapezförmige Absätze bevorzugt werden.
Die 4 bis 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wälzlagerkäfigs, wobei für übereinstimmende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Übereinstimmende Komponenten und deren Funktion werden an dieser Stelle nicht nochmals im Einzelnen erläutert.
In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Wälzlagerkäfig 14 Käfigseitenscheiben 2, 3, die durch Querstege 15 miteinander verbunden sind. Anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die Querstege keine Führungssegmente auf, stattdessen sind die Querstege 15 direkt mit ihren Endabschnitten in die Absätze 4, 5 der Käfigseitenscheiben 2, 3 eingesetzt, wodurch sich ein formschlüssiger Halt ergibt. Die einteiligen Querstege 15 sind analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel mittels Schrauben (nicht gezeigt), die durch Durchgangsöffnungen 10 gesteckt sind, mit den Käfigseitenscheiben 2, 3 verschraubt.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel weist den Vorteil eines reduzierten Montageaufwands auf, während die bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Gewindebolzen für unterschiedliche Käfigbreiten bei gleichem Führungssegment verwendet werden können. Die Absätze in den Käfigseitenscheiben sind bei beiden Varianten gleich ausgebildet, ebenso sind die Führungssegmente des ersten Ausführungsbeispiels geometrisch wie die Endabschnitte der Querstege des zweiten Ausführungsbeispiels geformt.
5 ist eine geschnittene Ansicht des Wälzlagerkäfig 14 von 4 nach der Montage auf einem Innenring 12. Der Wälzlagerkäfig 14, der Innenring 12 bilden gemeinsam mit Wälzkörpern 9 und einem nicht gezeigten Außenring ein Wälzlager.
6 zeigt ein Detail der Absätze des Wälzlagerkäfig 14, 7 ist eine ähnliche perspektivische Ansicht und zeigt die Käfigseitenscheibe 3 ohne Querstege. Die in 7 gezeigten Absätze stimmen mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels überein, das heißt die Absätze sind rechteckig ausgebildet und weisen die Durchgangsöffnung 10 auf, sodass die Querstege 15 an beiden Endabschnitten mit der Käfigseitenscheibe 3 verschraubt werden können.
Die Montage des in den 4 bis 7 gezeigten Wälzlagerkäfig 14 entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlagerkäfig
2: Käfigseitenscheibe
3: Käfigseitenscheibe
4: Absatz
5: Absatz
6: Gewindebolzen
7: Führungssegment
8: Führungssegment
9: Wälzkörper
10: Durchgangsöffnung
11: Innengewinde
12: Innenring
13: Absatzfläche
14: Wälzlagerkäfig
15: Quersteg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007002360 A1 [0003]
DE 102007020113 A1 [0004]
WO 2009/056310 A2 [0005]

Claims

Wälzlagerkäfig (1, 14) mit durch Querstegen (15) miteinander verbundenen ringförmigen Käfigseitenscheiben (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigseitenscheiben (2, 3) Absätze (4, 5) aufweisen, in denen die Querstege (15) direkt oder indirekt mittels Führungssegmenten (7, 8) formschlüssig aufgenommen sind.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absätze (4, 5) der Käfigseitenscheiben (2, 3) rechteckig oder U-förmig oder V-förmig oder trapezförmig ausgebildet sind.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absätze (4, 5) der Käfigseitenscheiben (2, 3) Durchgangsöffnungen (10) für Befestigungsmittel aufweisen.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel als Schrauben, Spannstifte oder Kerbstifte ausgebildet sind.
Wälzlagerkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege als Gewindebolzen (6) ausgebildet sind, die in Gewindebohrungen gegenüberliegender Führungssegmente (7, 8) geschraubt sind.
Wälzlagerkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssegmente (7, 8) eine an zylinderförmige Wälzkörper (9) angepasste Außenkontur aufweisen.
Wälzlagerkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungssegmente (7, 8) aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen und vorzugsweise durch ein spanendes Verfahren, Druckguss, Feinguss oder Sintern hergestellt sind.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege (15) beiderseits Endabschnitte aufweisen, die gegengleich zu den Absätzen (4, 5) der Käfigseitenscheiben (2, 3) ausgebildet ist.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege (15) eine an zylinderförmige Wälzkörper (9) angepasste Außenkontur aufweisen.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstege (15) aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen und vorzugsweise durch ein spanendes Verfahren, Druckguss, Feinguss oder Sintern hergestellt sind.