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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Wälzkörperkäfig nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1, welcher insbesondere vorteilhaft bei Kugellagern anwendbar ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Wälzlager umfassen bekanntlich zumeist einen Innen- und einen Außenring sowie eine Mehrzahl zwischen diesen beiden Ringen in entsprechenden Laufbahnen abwälzende Wälzkörper, die zumeist in einem Wälzkörperkäfig geführt sind. Dieser Wälzkörperkäfig weist eine Vielzahl an Durchbrechungen oder Taschen auf, in die jeweils ein Wälzkörper eingesetzt und in denen er geführt wird. Wälzlagerkäfige können spanlos aus Blech geformt sein, es sind jedoch auch spanend gefertigte massiv Käfige aus Messing und durch Spritzgießen hergestellte Kunststoffkäfige üblich. Je nach Bauform und Taschengeometrie ist der Schmiermittelzufluss zu bestimmten Bereichen, wie den Wälzkörper-Käfig-Kontakten und den Wälzkörper-Laufbahn-Kontakten, erschwert bzw. gehemmt. Es gilt deshalb, die Schmiermittelzuführung zu diesen besonders schmierkritischen Bereichen zu verbessern.
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Wichtig ist üblicherweise eine Schmiermittelversorgung der Wälzkörper. Hierzu ist es aus
JP 2008-128404 A bekannt, an einem Steg des Wälzkörperkäfigs, der zwei axiale Seitenringe oder Seitenwangen des Käfigs miteinander verbindet, eine entsprechende radiale Bohrung vorzusehen, durch die Schmiermittel zum Wälzkörper treten kann. Der Wälzkörperkäfig weist natürlich eine Vielzahl solcher Stege auf, wobei in zumindest einem dieser Stege eine entsprechende Bohrung vorgesehen wird. Die Schmierwirkung wird hierdurch jedoch nur begrenzt verbessert.
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Durch die
JP 2005-180 671 A ist darüber hinaus ein Wälzkörperkäfig bekannt, der einen ringförmigen Käfigkörper mit mehreren in Umfangsrichtung nacheinander angeordneten radialen Durchbrechungen umfasst, in denen jeweils ein zur Führung von Wälzkörpern vorgesehener Einsatz form- und/oder kraftschlüssig fixiert ist. Der Einsatz weist die gleiche Dicke wie der Käfigkörper auf und ist mit mehreren Schmiermittelkanälen ausgebildet, die das Schmiermittel von der Innenseite des Käfigs zur Außenseite des Käfigs leiten.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiter entwickelten Wälzkörperkäfig anzugeben, der eine verbesserte Schmiermittelführung ermöglicht.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzkörperkäfig nach Anspruch 1 derart gelöst, dass jedes Leitelement ein ringkanalförmiges Schmiermittelreservoir und eine Hohlstruktur umfasst, wobei die Hohlstruktur eine am Außenumfang des Leitelementes angeordnete Gitterstruktur aufweist, die als Sammelstruktur für von außerhalb zugeführtes oder anstehendes Schmiermittel ausgebildet ist, welches in dem ringkanalförmigen Schmiermittelreservoir, das der Gitterstruktur folgt, gespeichert wird, und wobei die Hohlstruktur die Schmiermittelkanäle umfasst, welche mit ihren Einlassöffnungen einerseits in das Schmiermittelreservoir münden und mit ihren Auslassöffnungen andererseits in die Innenseite des Leitelements in dem Bereich, in dem der Wälzkörper an dem Leitelement anliegt, münden.
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Das bedeutet, dass wenigstens eine Durchbrechung, vorzugsweise natürlich alle Durchbrechungen, mit jeweils einem in sie eingesetzten Leitelement für ein Schmiermittel versehen sind. Dieses Leitelement weist eine entsprechende Hohlstruktur auf, um ein gezieltes Führen und Zuleiten des Schmiermittels zu einer Stelle, an der gerade ein Schmiermittelzufluss erforderlich ist, zu ermöglichen. Auch wird hierüber, da eine gezielte Führung vorgesehen ist, eine kontinuierliche Schmiermittelzufuhr erreicht.
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Um die Hohlstruktur im Leitelement auszubilden, mithin also das Leitelement entsprechend herzustellen respektive zu strukturieren, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Leitelement ein durch 3D-Druck hergestelltes Bauteil aus Kunststoff und/oder Metall ist. Über eine solche 3D-Druckherstellung, also einen schichtweisen Aufbau des herzustellenden Leitelements, ist es möglich, verschiedene, nahezu beliebige Strukturen auszubilden, mithin also auch entsprechende Hohlstrukturen wie Kanäle oder dergleichen, was es ermöglicht, eine für den erfindungsgemäßen Zweck, nämlich die Schmiermittelzuführung, entsprechend konzipierte Hohlstruktur auszubilden.
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Das Leitelement selbst kann verschiedenartige Formen aufweisen, letztlich abhängig von der Geometrie der Durchbrechung, in die es eingesetzt wird, im Fall einer taschenartigen, der Wälzkörperführung dienenden Durchbrechung dann natürlich auch abhängig von der Geometrie der Wälzkörper selbst. Das Leitelement kann eine Ringform aufweisen, eine viereckige Rahmenform, eine Rechteckform oder eine Zylinderform. Die Durchbrechung ist entsprechend ausgebildet, so dass das Leitelement formschlüssig und kraftschlüssig eingesetzt werden kann.
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Ein zentrales Element des Leitelements ist die Hohlstruktur. Diese weist erfindungsgemäß wenigstens einen Schmiermittelkanal auf, der an einer oder an zwei Seiten des Elements mündet. Mündet der Schmiermittelkanal an zwei Seiten, so tritt das Schmiermittel an einem Kanalende ein und am anderen aus, wobei das Austrittsende natürlich dem Bereich, dem das Schmiermittel definiert zuzuführen ist, zugeordnet ist. Mündet der Schmiermittelkanal nur an einer Elementseite, so ist dem Schmiermittelkanal eine entsprechende Schmiermittelsammelgeometrie, auf die nachfolgend noch eingeschaltet wird, vorgeschaltet, beispielsweise in Form einer Sammelnut oder Sammelvertiefung oder ähnliches. Auch kann die Hohlstruktur in diesem Abschnitt als Sammelstruktur, beispielsweise gitterartig, ausgeführt sein, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Der Schmiermittelkanal selbst kann entweder an einer in Umfangsrichtung gerichteten Seite und an einer in radialer Richtung gerichteten Seite des Leitelements münden, mithin also quasi an zwei nicht parallelen, letztlich senkrecht zueinanderstehenden Seiten, er verläuft dann gewinkelt oder gebogen. Alternativ ist es auch denkbar, dass er an zwei einander gegenüberliegenden radialen Seiten mündet, das heißt, dass er geradlinig durch das Leitelement läuft.
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Denkbar ist es des Weiteren, dass mehrere an gleichen oder an unterschiedlichen Seiten mündende Schmiermittelkanäle vorgesehen sind, das heißt, dass die Hohlstruktur also nicht nur einen, sondern mehrere Schmiermittelkanäle aufweist. Diese können um den Umfang des Leitelements versetzt angeordnet sein, letztlich jedoch vergleichbare Ausrichtungen aufweisen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hohlstruktur eine Gitterstruktur ist, die zu wenigstens einer Seite des Leitelements hin offen ist. Diese Gitterstruktur, die durch insbesondere den 3D-Druck ebenfalls auf einfache Weise auch mit komplexer Formgebung hergestellt werden kann, stellt quasi eine Schmiermittelsammelstruktur dar, sie kann entsprechend großflächig und größervolumig ausgestaltet werden, so dass in ihr ein hinreichendes Schmiermittelvolumen aufnehmbar ist, das sodann unmittelbar in den Schmiermittelkanal geführt werden kann, der bevorzugt natürlich an dieser Gitterstruktur mündet. In diesem Fall mündet also der Schmiermittelkanal nur in einer Leitelementseite, nachdem er mit dem anderen Ende an der Gitterstruktur mündet.
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Weitere zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind es, dass die Gitterstruktur durch Wände oder Stege gebildet ist, mit denen über einen Kapillareffekt Schmiermittel sammelbar ist und dass die Gitterstruktur entweder an der Innenseite oder an der Außenseite des Käfigkörpers angeordnet ist.
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Ebenso ist es von Vorteil, die Schmiermittelkanäle dabei derart in der Hohlstruktur anzuordnen, dass die Fließrichtung des Schmiermittels durch im Lagerbetrieb wirkende Fliehkräfte unterstützt wird und dass in jedem Leitelement vier Schmiermittelkanäle vorgesehen sind, die äquidistant um den Umfang versetzt angeordnet sind.
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Neben dem Wälzkörperkäfig selbst betrifft die Erfindung ferner ein Wälzlager umfassend wenigstens einen Wälzkörperkäfig der beschriebenen Art.
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Figurenliste
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Wälzkörperkäfig wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine vergrößerte Perspektivansicht eines Leitelements,
- 3 eine Schnittansicht durch das Leitelement entlang der Linie III-III,
- 4 eine Perspektivansicht eines Leitelements einer zweiten Ausführungsform,
- 5 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs einer zweiten Ausführungsform,
- 6 eine Perspektivansicht eines weiteren Leitelements,
- 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII aus 6,
- 8 eine Perspektivansicht eines Wälzkörperkäfigs einer dritten Ausführungsform mit unterschiedlichen Leitelementen,
- 9 eine Schnittansicht durch ein Leitelement entlang der Linie IX-IX in 8,
- 10 eine Schnittansicht durch ein Leitelement entlang der Linie X-X,
- 11 eine Perspektivansicht eines weiteren nicht erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs,
- 12 eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII in 11,
- 13 eine weitere Ausgestaltung eines nicht erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs mit zusätzlichen Durchbrechungen und darin eingesetzten Leitelementen,
- 14 eine Schnittansicht entlang der Linie XIV-XIV,
- 15 eine weitere Perspektivansicht eines nicht erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs mit länglichen, rechteckigen Durchbrechungen und eingesetzten Leitelementen, und
- 16 eine Schnittansicht durch ein Leitelement entlang der Linie XVI-XVI.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfig 1 aus Metall oder Metallblech. Der Käfigkörper 2 weist eine Mehrzahl von Durchbrechungen 3 auf, in die, wie bei den meisten in 1 gezeigt, jeweils ein Leitelement 4 eingesetzt ist. Die Durchbrechungen 3 sind rund, auch die Leitelemente 4 sind demgemäß ringförmig ausgeführt und form- und kraftschlüssig in der jeweiligen Durchbrechung 3 fixiert. Sie weisen bevorzugt die gleiche Dicke auf wie der Käfigkörper 2. Jedes Leitelement 4 dient der gezielten Führung von Schmiermittel zu einem definierten Abgabepunkt, der gezielt mit Schmiermittel zu versorgen ist. Hierzu weist jedes Leitelement eine Hohlstruktur 5 auf, wie sie insbesondere der Schnittansicht gemäß 3 zu entnehmen ist. Jedes Leitelement 4 - und dies gilt für alle in den folgenden Beispielen beschriebenen Leitelemente 4 - ist aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt, in jedem Fall aber in einem 3D-Druckverfahren, was die Ausbildung auch komplexer Strukturen oder Geometrien ermöglicht.
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Wie 3 zu entnehmen ist, umfasst die Hohlstruktur 5 zum einen eine Gitterstruktur 6, die, bezogen auf die Montagestellung, an der Außenseite, also am Außenumfang positioniert ist. Diese Gitterstruktur 6, die durch entsprechende, das Gitter bildende Wände oder Stege gebildet ist, die im 3D-Druck ohne weiteres hergestellt werden können, dient als Sammelstruktur für von außerhalb zugeführtes oder anstehendes Schmiermittel. Der Gitterstruktur 6 folgt ein Reservoir 14, das optional ist. Über die Gitterstruktur 6 wird über einem Kapillareffekt Schmiermittel gesammelt und im Reservoir 14 gespeichert.
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Die Hohlstruktur 5 umfasst des Weiteren wenigstens einen Schmiermittelkanal 7, der mit seinem Einlass 10 einerseits an dem Reservoir 14 mündet, wobei die Gitterstruktur 6 und gegebenenfalls das Reservoir 14 im gezeigten Beispiel um den gesamten Umfang des Leitelements 4 verläuft. An dieser Mündung des Schmiermittelkanals 7 an dem Reservoir 14 kann das Schmiermittel in den Schmiermittelkanal 7 eindringen. Der Schmiermittelkanal 7 mündet, siehe die 2 und 3, mit seinem Auslass 11 an der Innenseite 8 des Leitelements 4, also in dem Bereich, in dem der Wälzkörper, hier eine Kugel, an dem Leitelement 4 anliegt, nachdem das Leitelement 4 letztlich eine Tasche bildet, in der der Wälzkörper aufgenommen respektive geführt ist.
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Hierüber ist es möglich, einerseits an der Außenseite anstehendes oder zugeführtes Schmiermittel in der Hohlstruktur 5 zu sammeln, andererseits aber auch gezielt in den eigentlichen, zu schmierenden Bereich im Kontakt zum Wälzkörper zu fördern und über den Schmiermittelkanal 7 dorthin abzugeben. Bevorzugt wird der Schmierkanal so gestaltet, dass Fliehkräfte die Fließrichtung unterstützen. Denn infolge der Biegung mit dem Verlauf des Schmiermittelkanals 7 wird das Schmiermittel über die Fliehkräfte unterstützend durch den Kanal getrieben.
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Die Leitelemente 4 werden beispielsweise von außen in die entsprechenden Durchbrechungen 3 eingesetzt respektive eingepresst und darin fixiert. Sie dienen letztlich der Führung der Wälzkörper, bilden also die entsprechende Tasche aus.
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Wenngleich 2 nur einen Schmiermittelkanal 7 zeigt, ist es natürlich denkbar, bei gleicher Ausgestaltung der Hohlstruktur respektive der Gitterstruktur 6 mehrere Schmiermittelkanäle 7 um den Umfang verteilt vorzusehen, siehe beispielsweise 4. Dort sind insgesamt beispielsweise vier Schmiermittelkanäle 7 vorgesehen, wenngleich in dieser Ansicht nur drei zu sehen sind. Die Schmiermittelkanäle 7 sind bevorzugt äquidistant um den Umfang versetzt. Dies ermöglicht es, an mehreren Punkten gezielt das über die ringförmige Gitterstruktur 6 gesammelte Schmiermittel den Wälzkontakten zuzuführen.
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5 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Auch dieser umfasst einen Käfigkörper 2 mit einer Vielzahl von Durchbrechungen 3, in die jeweils ein Leitelement 4 eingesetzt ist.
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Anders als bei der Ausgestaltung gemäß 1 sind hier die Leitelemente 4, die im Aufbau ähnlich zu den Leitelementen gemäß der 2 oder 4 sind, andersrum eingesetzt, das heißt, dass hier die Gitterstruktur 6 an der Innenseite respektive dem Innenumfang des Käfigkörpers 2 positioniert ist. Der jeweilige Schmiermittelkanal 7 mündet nach wie vor am Innenumfang des Leitelements 4, also in Umfangsrichtung bezogen auf den Käfigkörper 2.
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Bei dieser Erfindungsausgestaltung wird das Schmiermittel quasi am Innenumfang gesammelt, was besonders einfach ist, nachdem im Betrieb herrschende Zentrifugalkräfte das Schmiermittel quasi in die Gitterstruktur 6 treiben und durch den Schmiermittelkanal 7 zu dem Abgabepunkt fördern. Hier ist also die Gitterstruktur 6 an der Käfiginnenseite vorgesehen.
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Die 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform eines Leitelements 4, das ebenfalls eine Hohlstruktur 5 aufweist, diese jedoch lediglich aus einem Schmiermittelkanal 7 besteht. Dieser Schmiermittelkanal 7, siehe die Schnittansicht gemäß 7, mündet einerseits an einer radialen Außenseite 9, wobei diese Mündung an der Innenseite oder Außenseite sein kann, je nach gewünschter Anordnung des Leitelements 4 im Käfigkörper 2. Die andere Mündung befindet sich in Umfangsrichtung an der Innenseite 8 respektive am Innenumfang des Leitelements 4, das heißt, dass der Einlass 10 radial und der Auslass 11 umfangsmäßig orientiert ist. Aus 7 wird besonders deutlich, dass sich der Schmiermittelkanal 7 vom Einlass 10 zum Auslass 11 verjüngt. Dies ist auch, wenngleich in etwas geringerem Maß, da der Schmiermittelkanal 7 deutlich kürzer ist, bei den vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen der Fall. Dort mündet wie beschrieben der Kanaleinlass 10 an der Gitterstruktur 6, während der Kanalauslass 11 an der Innenseite respektive dem Innenumfang 8 des Leitelements 4 mündet.
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Die 8 bis 10 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs 1 mit Käfigkörper 2 und einer Vielzahl von Durchbrechungen 3 und darin eingesetzten Leitelementen 4.
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Diese Leitelemente 4 weisen wiederum jeweils eine entsprechende Hohlstruktur 5 auf, umfassend eine ringförmig um den gesamten Umfang umlaufende hohle Gitterstruktur 6, die, siehe 8, wiederum, ähnlich wie in 5, am Innenumfang des Käfigkörpers 2 positioniert ist, so dass über die Zentrifugalkraft im Betrieb das Schmiermittel in die Gitterstruktur 6 eingedrückt wird.
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Des Weiteren umfasst die Hohlstruktur 5 zwei unterschiedliche Schmiermittelkanäle 7a, 7b, wie sie in den Schnittansichten gemäß der 9 und 10 gezeigt sind.
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Der Schmiermittelkanal 7a entspricht dem Schmiermittelkanal 7 aus 3, das heißt, dass in diesem Bereich, wo der jeweilige Schmiermittelkanal 7a verläuft, die Querschnittsgeometrie der Form entspricht, wie bereits in 3 gezeigt. Der Schmiermittelkanal 7a mündet mit seinem Einlass 10a an der Gitterstruktur 6 und mit seinem Auslass 11a an der inneren Umfangsfläche 8.
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Dem gegenüber erstreckt sich der Schmiermittelkanal 7b, siehe 10, radial von der innenliegenden Gitterstruktur 6 an die Außenseite 9 des Leitelements 4 und mündet dort. Sein Einlass 10b mündet an der Gitterstruktur, der Auslass 11b in radialer Verlängerung an der Außenseite 9. Dies ermöglicht es, einerseits über den Schmiermittelkanal 7a Schmiermittel in den Wälzkontaktbereich zu fördern, andererseits aber über den Schmiermittelkanal 7b auch Schmiermittel in den Bereich zwischen dem Käfig 1 und einem nicht näher gezeigten Außenring.
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Die 11 und 12 zeigen schließlich eine Ausgestaltung eines nicht erfindungsgemäßen Wälzkörperkäfigs 1 mit einem Käfigkörper 2 und einer Mehrzahl von Durchbrechungen 3, die hier nicht mit einem Leitelement versehen sind. Vielmehr bilden diese Durchbrechungen 3 unmittelbar die Taschen für die Wälzkörper.
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Benachbart zu den Durchbrechungen 3 sind weitere Durchbrechungen 12 in Form einfacher Bohrungen vorgesehen, in die jeweils ein Leitelement 4 eingesetzt ist. Diese Durchbrechungen 12 befinden sich benachbart zu den entsprechenden Durchbrechungen 3.
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Jedes Leitelement 4 weist eine der Form der Durchbrechung zweckentsprechende zylindrische Form auf und umfasst eine Hohlstruktur 5 umfassend eine Gitterstruktur 6, die auch hier am Innenumfang des Käfigkörpers 2 positioniert ist. Die Hohlstruktur 5 umfasst des Weiteren einen Schmiermittelkanal 7, der sich hier radial erstreckt und ersichtlich an der Außenseite des Käfigkörpers 2 mündet. Auch hier erfolgt ein Transport des Schmiermittels von innen nach au-ßen, nachdem über die Zentrifugalkräfte das Schmiermittel auch hier in den innenliegenden Bereich der Gitterstruktur 6 gedrückt und über diese und den Schmiermittelkanal 7 radial nach außen gefördert wird. Genutzt werden hier sowohl Zentrifugalkräfte als auch Kapillareffekte.
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13 zeigt einen Wälzkörperkäfig 1 mit Käfigkörper 2 und mehreren Durchbrechungen 3 zur Aufnahme der Wälzkörper, wobei auch hier benachbart zu den Durchbrechungen 3 zusätzliche Durchbrechungen 12 in Form von Bohrungen vorgesehen sind, in die wiederum jeweils ein Leitelement 4 eingesetzt ist. Jedes dieser zylindrischer Leitelemente 4 weist wiederum eine Hohlstruktur 5 auf, die hier jedoch als einfacher, sich radial erstreckender Kanal 7 ausgeführt ist, der sich radial nach außen im Durchmesser verjüngt. Auch hier erfolgt ein Schmiermitteltransport von innen nach außen.
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15 und 16 zeigen schließlich eine letzte Ausführungsform eines Wälzkörperkäfigs 1 mit Käfigkörper 2 und Durchbrechungen 3 zur Aufnahmeführung der Wälzkörper, auch hier Kugeln.
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Benachbart zu den Durchbrechungen 3 sind hier entsprechende Durchbrechungen 13 in Rechteckform vorgesehen, in die jeweils ein ebenfalls rechteckförmiges Leitelement 4 eingesetzt ist.
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Das Leitelement 4 ist auch hier mit einer Hohlstruktur 5 ausgeführt, umfassend eine Gitterstruktur 6, die sich, siehe 15, über die gesamte Länge des Leitelements 4 erstreckt und auch hier an der Innenseite des Käfigkörpers 2 angeordnet ist.
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Die Leitstruktur 5 umfasst des Weiteren zwei Schmiermittelkanäle 7, die einerseits an der Gitterstruktur 6 münden, andererseits an der radial außen liegenden Seite des Leitelements 4. Auch hier erfolgt also ein Transport des Schmiermittels von innen nach außen, über die Schmiermittelkanäle 7 erfolgt eine definierte, positionsbestimmte Schmiermittelabgabe.
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Selbstverständlich wäre es auch denkbar, zur Förderung des Schmiermittels in den Bereich innerhalb des Käfigkörpers 2 die Leitelemente 4 der entsprechenden Ausgestaltungen auch umgekehrt anzuordnen, sofern erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzkörperkäfig
- 2
- Käfigkörper
- 3
- Durchbrechungen
- 4
- Leitelement
- 5
- Hohlstruktur
- 6
- Gitterstruktur
- 7
- Schmiermittelkanal
- 7a
- Schmiermittelkanal
- 7b
- Schmiermittelkanal
- 8
- Innenseite des Leitelements
- 9
- Radiale Außenseite
- 10
- Einlass
- 10a
- Einlass
- 10b
- Einlass
- 11
- Auslass
- 11a
- Auslass
- 11b
- Auslass
- 12
- Durchbrechungen
- 13
- Durchbrechungen
- 14
- Reservoir
