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Die Erfindung betrifft einen für ein Wälzlager, insbesondere Kugellager, geeigneten Wälzlagerkäfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Wälzlagerkäfig ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 213 115 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen Drahtkäfig, welcher zwei mäanderförmig gebogene, zu einem Ring geformte Drahtkäfigelemente umfasst. Durch die Drahtkäfigelemente sind Wälzkörpertaschen gebildet, welche jeweils zur Aufnahme eines Wälzkörpers vorgesehen sind. In Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpertaschen sind die beiden Drahtkäfigelemente miteinander verbunden.
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Ein weiterer als Drahtkäfig ausgebildeter Wälzlagerkäfig ist in der
DE 20 2008 011 753 U1 offenbart. In diesem Fall sind durch einen Draht U-förmige Haltebügel zum Halten von Kugeln gebildet.
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Aus der
DE 10 2015 223 975 A1 ist eine Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese Ausgleichswelle ist mit Hilfe einer Wälzlagerung gelagert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Möglichkeit der Lagerung einer Welle, insbesondere Ausgleichswelle, anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Wälzlagerkäfig umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption mehrere miteinander verbundene, jeweils zu einem Ring gebogene Käfigelemente, wobei zwischen den Käfigelementen Wälzkörpertaschen gebildet sind. Die Käfigelemente sind insbesondere aus Draht gebogen. Ebenso kommt die Fertigung der Käfigelemente aus bandförmigen Ausgangsprodukten in Betracht. Bei den Käfigelementen handelt es sich um Metallteile. Erfindungsgemäß sind die Käfigelemente durch Schnappverbinder elastisch miteinander verbunden. Auch die Schnappverbinder, welche die Käfigelemente elastisch miteinander koppeln, sind vorzugsweise aus Metall gefertigt. Durch die Schnappverbinder sind formschlüssige Verbindungen hergestellt.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich bei der Lagerung eines rotierenden Teils, beispielsweise einer Ausgleichswelle, in einer Umgebungskonstruktion, insbesondere einem Hubkolbenmotor, geometrische Relationen zwischen Wälzkörpern und Lagerringen belastungsabhängig ändern können. Derartige belastungsabhängige geometrische Änderungen können auch damit zusammenhängen, dass verschiedene Teile der Umgebungskonstruktion der Wälzlagerung aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind und somit in unterschiedlichem Maße thermisch bedingten Abmessungsänderungen ausgesetzt sind. Derartige Abmessungsänderungen können unter anderem zu Axiallasten oder Kippbelastungen führen.
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Es hat sich gezeigt, dass ein Wälzlager, welches den erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig aufweist, besonders gut zur Aufnahme von Belastungen geeignet ist, welche aus einem Betrieb unter geometrisch nicht idealen Bedingungen resultieren. Der Wälzlagerkäfig ist besonders zur Verwendung in einem Radiallager, insbesondere Rillenkugellager, geeignet. In diesem Fall bedeutet die elastische Kopplung der Käfigelemente, dass an Verbindungsstellen zwischen den jeweils ringförmigen Käfigelementen der in Axialrichtung des Wälzlagers gemessene Abstand zwischen den Käfigelementen variabel ist.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung sind die Schnappverbinder, welche die ringförmigen Käfigelemente in elastischer Weise zusammenhalten, jeweils aus zwei gebogenen Verbindungselementen aufgebaut, wobei ein erstes Verbindungselement an seinen Enden Öffnungen aufweist, in welche hakenförmig umgebogene Endabschnitte eines zweiten Verbindungselementes eingehängt sind.
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Die verschiedenen gebogenen Verbindungselemente weisen typischerweise eine U-Form auf, wobei die offenen U-Enden miteinander verbunden sind, so dass insgesamt ein näherungsweise ovaler Querschnitt des Schnappverbinders gebildet ist. Der Öffnungswinkel eines jeden U-förmigen Verbindungselementes ist variabel. Unter einer hohen Axialkraft zwischen den beiden Käfigelementen nimmt der Schnappverbinder somit eine schmale ovale Form an. Je geringer die über den Schnappverbinder zu übertragende Axialkraft zwischen den beiden Käfigelementen ist, desto mehr nähert sich der Querschnitt des Schnappverbinders einer Kreisform an. Die Verbindungselemente sind vorzugsweise als gebogene, federnde Blechstreifen gestaltet. Alternativ ist die Fertigung eines Verbindungselementes oder beider Verbindungselemente aus Federdraht möglich.
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Der Wälzlagerkäfig umfasst in vorteilhafter Ausgestaltung vier ringförmige Käfigelemente. Bei Verwendung in einem Rillenkugellager sind zwei Käfigelemente der ersten Stirnseite des Kugellagers und zwei weitere Käfigelemente der zweiten Stirnseite des Kugellagers zugewandt. Das der ersten Stirnseite zugewandte Paar an Käfigelementen weist ebenso wie das hierzu spiegelbildlich angeordnete, der zweiten Stirnseite zugewandten Paar an Käfigelementen ein radial inneres und ein radial äußeres Käfigelement auf. Jedes ringförmige Käfigelement kontaktiert einen Wälzkörper vorzugsweise an zwei Stellen. Insgesamt ist jeder Wälzkörper damit achtfach durch den Wälzlagerkäfig abgestützt. Die Lage der acht Kontaktstellen zwischen dem Wälzlagerkäfig und dem Wälzkörper sind von Kräften, die im Wälzlagerkäfig wirken, abhängig.
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Der Wälzlagerkäfig ist besonders zur Verwendung in einer Lagerung einer Ausgleichswelle eines Verbrennungsmotors geeignet. Bei dem Verbrennungsmotor kann es sich insbesondere um einen Einzylindermotor, beispielsweise in einem Motorrad, handeln.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ausschnittsweise einen Wälzlagerkäfig mit darin geführtem Wälzkörper,
- 2 einen Ausschnitt der Anordnung nach 1 in einer Draufsicht,
- 3 bis 5 die Montage des Wälzlagerkäfigs nach 1,
- 6 eine Ausgleichswelle eines Motorrads, welche mit Wälzlagern gelagert ist, die jeweils einen Wälzlagerkäfig gemäß 1 umfassen,
- 7 die Einbausituation der Anordnung nach 6 in einem Motorradmotor,
- 8 und 9 ein Wälzlager der Anordnung nach 6 in unterschiedlichen Belastungszuständen,
- 10 die Anordnung nach 1 und 2 in einer weiteren Ansicht,
- 11 und 12 verschiedene, sich belastungsabhängig einstellende Zustände des Wälzlagerkäfigs nach 1 einschließlich eines mehrere Käfigelemente elastisch miteinander verbindenden Schnappverbinders.
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Zwei gleich aufgebaute, als Rillenkugellager ausgebildete Wälzlager 1, 2 sind zur Lagerung einer Ausgleichswelle 3 eines Motorradmotors, nämlich Einzylindermotors, vorgesehen. Die Einbausituation der Ausgleichswelle 3 ist in den 6 und 7 veranschaulicht. Die Ausgleichswelle 3, welche ein Ausgleichsgewicht 4 aufweist, wird mittels einer Zahnradanordnung 5 durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, das heißt Motorradmotors, angetrieben. Die Zahnradanordnung 5 umfasst, wie aus 6 hervorgeht, zwei axial nebeneinander angeordnete Zahnräder 6, 7, welche in Umfangsrichtung durch Federkraft gegeneinander verspannt sind. Der Kurbeltrieb des Motorradmotors ist in 7 mit dem Bezugszeichen 8, ein Pleuel mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. Bei den mit 10 bezeichneten Außenringen der Wälzlager 1, 2 handelt es sich um nicht rotierende Lagerringe.
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Jedes Wälzlager 1, 2 umfasst einen Wälzlagerkäfig 12, in welchem die mit 11 bezeichneten Wälzkörper, nämlich Kugeln, des Wälzlagers 1, 2 geführt sind. Der Wälzlagerkäfig 12 ist als Drahtkäfig ausgebildet. Durch den Wälzlagerkäfig 12 sind Wälzkörpertaschen 13 gebildet, in denen jeweils eine Kugel 11 aufgenommen ist.
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Der Wälzlagerkäfig 12 ist aus insgesamt vier ringförmigen Käfigelementen 15, 16, 17, 18 zusammengesetzt, welche jeweils zwischen zwei Wälzkörpertaschen 13 durch Schnappverbinder 14 in elastischer Weise zusammengehalten sind. Jedes Käfigelement 15, 16, 17, 18 ist aus Draht gebogen.
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Die Schnappverbinder 14 sind jeweils aus einem ersten Verbindungselement 19 und einem zweiten Verbindungselement 20 zusammengesetzt. Bei jedem Verbindungselement 19, 20 handelt es sich um einen Blechstreifen aus Federstahl. Der Querschnitt eines jeden Verbindungselementes 19, 20 ist zumindest näherungsweise U-förmig. In den U-Schenkeln eines jeden Verbindungselementes 19 erster Art befinden sich Öffnungen 21, 22, in welche hakenförmige Endabschnitte 23, 24 des zugehörigen zweiten Verbindungselementes 20 einschnappbar sind. Der Einschnappvorgang ist in den 3 bis 5 veranschaulicht.
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In 8 ist der Idealzustand des Wälzlagers 1 skizziert. In diesem Zustand ist die Ebene, in welcher die Mittelpunkte der Wälzkörper 11 angeordnet sind, das heißt die Ebene, in der der Teilkreis des Wälzlagers 1 liegt, normal zur Rotationsachse des Wälzlagers 1 sowie zur Mittelachse der Ausgleichswelle 3 ausgerichtet. Jeder Wälzkörper 11 kontaktiert den Lagerring 10 in der Mitte der Kugellaufbahn. Im Unterschied hierzu ist im Betriebszustand nach 9 eine Verkippung zwischen dem Außenring 10 und dem hier nicht dargestellten Innenring des Wälzlagers 1 gegeben. Dieser nicht ideale Zustand führt zu einer Änderung der im Wälzlager 12 wirkenden mechanischen Belastungen. Die geänderten Belastungen werden schadlos aufgenommen, indem sich die Schnappverbinder 19 elastisch aufweiten, wie in 9 illustriert ist.
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Das Maß der Aufweitung der Schnappverbinder 14 hat auch Einfluss auf die Kontakte zwischen den Wälzkörpern 11 und den vier Käfigelementen 15, 16, 17, 18. In 10 ist der Schnappverbinder 14 in nicht aufgeweitetem Zustand dargestellt. Die in 10 sichtbaren Käfigelemente 15, 16, das heißt die radial äußeren Käfigelemente, kontaktieren die Kugel 11 an insgesamt vier Kontaktstellen KS1, KS2, KS3 und KS4. Die Lage dieser Kontaktstellen KS1 bis KS4 ist ebenso wie die Lage von vier weiteren Kontaktstellen KS5, KS6, KS7 und KS8, welche an den inneren Käfigelementen 17, 18 gebildet sind, von in Umfangsrichtung im Wälzlagerkäfig 12 wirkenden Kräften und der Aufweitung der Schnappverbinder 14 abhängig, wie aus den 11 und 12 hervorgeht. In den 10 bis 12 sind ferner Einschnürungen 25 erkennbar, welche durch die Käfigelemente 15, 16, 17, 18 jeweils zwischen einem Schnappverbinder 14 und einer Wälzkörpertasche 13 gebildet sind. Unabhängig von der belastungsbedingten Verformung des Schnappverbinders 14 verbleiben in der Wälzkörpertasche 13 Freiräume 26, die im Fall des Käfigelementes 15 zwischen den Kontaktstellen KS1 und KS3, im Fall des Käfigelementes 16 zwischen den Kontaktstellen KS2 und KS4, im Fall des Käfigelementes 17 zwischen den Kontaktstellen KS5 und KS7, sowie im Fall des Käfigelementes 18 zwischen den Kontaktstellen KS6 und KS8 gebildet sind. Auf diese Weise ist der Wälzkörper 11 achtfach abgestützt. Die zwischen dem Wälzlagerkäfig 12 und dem Wälzkörper 11 wirkenden Kräfte sind derart ausgelegt, dass in jedem Betriebszustand des Wälzlagers 1, 2 eine ungehinderte Rotation der Wälzkörper 11 möglich ist. Die Vermeidung von Wälzkörperschlupf trägt maßgeblich zu einer langen Lebensdauer der Wälzlager 1, 2 bei.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Wälzlager
- 3
- Ausgleichswelle
- 4
- Ausgleichsgewicht
- 5
- Zahnradanordnung
- 6
- Zahnrad
- 7
- Zahnrad
- 8
- Kurbeltrieb
- 9
- Pleuel
- 10
- Lagerring
- 11
- Wälzkörper, Kugel
- 12
- Wälzlagerkäfig
- 13
- Wälzkörpertasche
- 14
- Schnappverbinder
- 15
- ringförmiges Käfigelement
- 16
- ringförmiges Käfigelement
- 17
- ringförmiges Käfigelement
- 18
- ringförmiges Käfigelement
- 19
- Verbindungselement
- 20
- Verbindungselement
- 21
- Öffnung
- 22
- Öffnung
- 23
- hakenförmiger Endabschnitt
- 24
- hakenförmiger Endabschnitt
- 25
- Einschnürung
- 26
- Freiraum
- KS1 ... KS8
- Kontaktstellen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015213115 A1 [0002]
- DE 202008011753 U1 [0003]
- DE 102015223975 A1 [0004]
- DE 102010022321 A1 [0005]
- DE 102008009556 A1 [0005]
