DE102019106495A1 - roller bearing - Google Patents

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Mario Bruckmann
Robert Dreßel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1) mit einem Innenring (2) und einem Außenring (3), wobei zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) ein Satz Wälzkörper (4) angeordnet ist, wobei die Wälzkörper (4) von einem Käfig (5) gehalten werden, wobei der Käfig (5) einen Käfigring (6) umfasst, von dem aus sich eine Anzahl Stege (7) in axiale Richtung (a) des Wälzlagers (1) erstrecken, wobei zwei benachbarte Stege (7) eine seitlich offene Aufnahmetasche für einen Wälzkörper (4) bilden.Um insbesondere bei Betrieb des Wälzlagers mit hoher Drehzahl den Käfig zu stabilisieren, sieht die Erfindung vor, dass zumindest ein Steg (7) in seinem seitlichen Endbereich (8) eine Anlauffläche (9) zum Anlauf an einer Gegenanlauffläche (10) am Außenring (3) aufweist.The invention relates to a rolling bearing (1) with an inner ring (2) and an outer ring (3), a set of rolling elements (4) being arranged between the inner ring (2) and the outer ring (3), the rolling elements (4) from a cage (5), wherein the cage (5) comprises a cage ring (6) from which a number of webs (7) extend in the axial direction (a) of the roller bearing (1), two adjacent webs (7 ) form a laterally open receiving pocket for a rolling element (4). In order to stabilize the cage, especially when the rolling bearing is operating at high speed, the invention provides that at least one web (7) has a contact surface (9) in its lateral end region (8) ) has to run against a counter-contact surface (10) on the outer ring (3).

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring ein Satz Wälzkörper angeordnet ist, wobei die Wälzkörper von einem Käfig gehalten werden, wobei der Käfig einen Käfigring umfasst, von dem aus sich eine Anzahl Stege in axiale Richtung des Wälzlagers erstrecken, wobei zwei benachbarte Stege eine seitlich offene Aufnahmetasche für einen Wälzkörper bilden.The invention relates to a rolling bearing with an inner ring and an outer ring, a set of rolling elements being arranged between the inner ring and the outer ring, the rolling elements being held by a cage, the cage comprising a cage ring, from which a number of webs in axial Extend towards the roller bearing, with two adjacent webs forming a laterally open receiving pocket for a roller body.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die DE 10 2014 201 442 A1 offenbart einen Kugelschnappkäfig wie er in einem gattungsgemäßen Wälzlager vorgesehen werden kann. Eine ähnliche Lösung zeigt die DE 10 2015 207 660 A1 . Derartige Kugelschnappkäfige, insbesondere eingesetzt in einem Rillenkugellager, haben die Neigung, sich bei steigender Drehzahl radial nach außen zu verformen. Hierdurch verändert sich die ursprüngliche Geometrie insbesondere der Aufnahmetasche für die Wälzkörper, so dass es zu Problemen und frühzeitigen Lagerausfällen kommen kann.The DE 10 2014 201 442 A1 discloses a ball snap cage as it can be provided in a roller bearing of the generic type. A similar solution shows the DE 10 2015 207 660 A1 . Ball snap cages of this type, used in particular in a deep groove ball bearing, have a tendency to deform radially outward as the speed increases. This changes the original geometry, in particular of the receiving pocket for the rolling elements, so that problems and premature bearing failures can occur.

Es ist daher schon bekannt geworden, bei derartigen Käfigen an verschiedenen Stellen Versteifungen anzuordnen, um die Verformung infolge von Zentrifugalkräften zu vermindern. Eine andere Möglichkeit, die schon ins Auge gefasst wurde, besteht darin, an bestimmten Stellen Material zu entfernen, so dass die Zentrifugalkräfte geringer werden. Hierdurch sollen dann gleichermaßen die Verformungen bei hohen Drehzahlen verringert werden. Allerdings ist durch diese Maßnahmen nicht immer ein hinreichender Effekt zu erzielen. Vielmehr können bei entsprechend großen radialen Verformungen des Käfigs die Spannungen so hoch werden, dass es zu einem Bruch des Käfigs kommt.It is therefore already known to arrange stiffeners at various points in such cages in order to reduce the deformation due to centrifugal forces. Another possibility, which has already been considered, is to remove material from certain points so that the centrifugal forces are reduced. This is intended to reduce the deformations at high speeds in the same way. However, these measures cannot always achieve a sufficient effect. Rather, with correspondingly large radial deformations of the cage, the stresses can become so high that the cage breaks.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, dass insbesondere bei Betrieb des Wälzlagers mit hoher Drehzahl der Käfig stabilisiert wird. Dadurch sollen die Spannungen im Käfig auch bei hohen Fliehkräften reduziert werden; entsprechend soll die Gefahr eines Käfigbruchs eliminiert werden.The present invention is based on the object of designing a roller bearing of the generic type in such a way that the cage is stabilized, particularly when the roller bearing is operated at high speed. This is intended to reduce the stresses in the cage even with high centrifugal forces; accordingly, the risk of the cage breaking should be eliminated.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass zumindest ein Steg in seinem seitlichen Endbereich eine Anlauffläche zum Anlauf an einer Gegenanlauffläche am Außenring aufweist; bevorzugt weisen sämtliche Stege des Käfigs eine solche Anlauffläche auf.According to the invention, this object is achieved in a roller bearing according to the preamble of claim 1 in such a way that at least one web in its lateral end region has a contact surface for contact with a counter-contact surface on the outer ring; preferably all of the webs of the cage have such a contact surface.

Die Anlauffläche sowie die Gegenanlauffläche sind dabei bevorzugt eben ausgebildet. In diesem Falle ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass die Oberflächennormale auf der Anlauffläche sowie auf der Gegenanlauffläche in eine radiale Richtung des Wälzlagers weist.The contact surface and the counter contact surface are preferably flat. In this case, it is further preferably provided that the surface normal on the contact surface and on the counter contact surface points in a radial direction of the roller bearing.

Die Gegenanlauffläche am Außenring schließt vorzugsweise unmittelbar an die Laufbahn für die Wälzkörper an.The counter-contact surface on the outer ring preferably adjoins the raceway for the rolling elements.

Die Wälzkörper sind nach einer Ausführungsform der Erfindung Kugeln; dies ist allerdings nicht zwingend.According to one embodiment of the invention, the rolling elements are balls; however, this is not mandatory.

Der Käfig ist vorzugsweise als Kugelschnappkäfig ausgebildet.The cage is preferably designed as a ball snap cage.

Das Wälzlager ist insbesondere, allerdings nicht ausschließlich, ein Rillenkugellager.The roller bearing is in particular, but not exclusively, a deep groove ball bearing.

Der Käfig besteht bevorzugt aus Kunststoff. Er kann als einstückiges Spritzgießformteil ausgebildet sein.The cage is preferably made of plastic. It can be designed as a one-piece injection molded part.

Die vorliegende Erfindung stellt also auf eine spezielle geometrische Ausgestaltung des Käfigs ab, bei der eine Anlauffläche für den Käfig bzw. dessen Stege am Außenring vorgesehen ist. Hierdurch kommt es bei hohen Verformungen infolge von Zentrifugalkräften zu einer Begrenzung der Verformung und damit der im Käfig wirksam werdenden Spannungen.The present invention is therefore based on a special geometric configuration of the cage in which a contact surface for the cage or its webs is provided on the outer ring. In the case of high deformations due to centrifugal forces, this results in a limitation of the deformation and thus of the stresses that become effective in the cage.

Das vorgeschlagene Prinzip kann bei allen Käfigen eingesetzt werden, die einseitig „offen“ ausgebildet sind und bei denen grundsätzlich die oben genannte Problematik auftreten kann.The proposed principle can be used for all cages that are designed to be “open” on one side and in which the above-mentioned problems can arise.

Bei hohen Drehzahlen und der infolge dieser auftretenden hohen Zentrifugalkräfte bewegen sich die Stege an ihrem freien Ende radial nach außen. Erfindungsgemäß wird die hierdurch bedingte Verformung begrenzt und somit die Spannung im Käfig limitiert.At high speeds and the resulting high centrifugal forces, the webs move radially outward at their free end. According to the invention, the deformation caused by this is limited and thus the tension in the cage is limited.

FigurenlisteFigure list

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 den Radialschnitt durch ein Rillenkugellager nach dem Stand der Technik, wobei sich das Lager noch im Ruhezustand befindet,
  • 2 das Rillenkugellager nach 1, wobei das Lager nun mit hoher Drehzahl rotiert,
  • 3 den Radialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rillenkugellager,
  • 4 in perspektivischer Darstellung einen Teil des Käfigs des Lagers gemäß 3 und
  • 5 in perspektivischer Darstellung einen Käfig gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
A preferred embodiment of the roller bearing designed according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show:
  • 1 the radial section through a deep groove ball bearing according to the state of the art, the bearing still being at rest,
  • 2 the deep groove ball bearing 1 the bearing now rotating at high speed,
  • 3 the radial section through a deep groove ball bearing according to the invention,
  • 4th in a perspective view a part of the cage of the bearing according to 3 and
  • 5 a perspective view of a cage according to a further embodiment of the invention.

Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

In 1 ist ein Wälzlager 1 in Form eines Rillenkugellagers dargestellt, welches einen Innenring 2 und einen Außenring 3 aufweist. Zwischen den Ringen befindet sich eine Reihe Kugeln 4, die von einem Käfig 5 in Form eines Kugelschnappkäfigs gehalten werden. Demgemäß weist der Käfig 5 einen seitlich angeordneten Käfigring 6 auf, an den sich in axiale Richtung a Stege 7 erstrecken, die zwischen sich die Aufnahmetaschen für die Kugeln 4 bilden.In 1 is a rolling bearing 1 shown in the form of a deep groove ball bearing, which has an inner ring 2 and an outer ring 3 having. There is a row of balls between the rings 4th by a cage 5 be held in the form of a ball snap cage. Accordingly, the cage 5 a laterally arranged cage ring 6th on, on the webs in the axial direction a 7th extend between them the receiving pockets for the balls 4th form.

Während in 1 das Lager noch im Stillstand ist, illustriert 2, wie sich die Situation verändert, wenn das Lager rotiert. Infolge der Zentrifugalkräfte werden die freien Enden der Stege 7 in radiale Richtung r nach außen gezogen, so dass sich die dargestellte Verformung des Käfigs ergibt.While in 1 the warehouse is still at a standstill, illustrated 2 how the situation changes when the bearing rotates. As a result of the centrifugal forces, the free ends of the webs 7th pulled outward in the radial direction r, so that the deformation of the cage shown results.

In diesem Betriebszustand wird die Führung der Kugeln beeinträchtigt. Ansonsten ergeben sich auch im Material des Käfigs hohe Spannungen, die zum Bruch des Käfigs und somit zum Lagerausfall führen können.In this operating state, the guidance of the balls is impaired. Otherwise, high stresses also arise in the material of the cage, which can lead to breakage of the cage and thus to bearing failure.

In 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Wälzlager 1, wiederum ausgebildet als Rillenkugellager, ist wie vorstehend beschrieben mit einem Kugelschnappkäfig 5 ausgestattet, der demgemäß wiederum freie Endbereiche der Stege 7 aufweist. Besagte seitliche Endbereiche sind mit der Bezugsziffer 8 versehen. Wesentlich ist, dass die Stege 7 im genannten seitlichen Endbereich 8 eine Anlauffläche 9 aufweisen. Diese liegt mit radialem Spalt einer Gegenanlauffläche10 am Außenring 3 gegenüber.In 3 and 4th an embodiment according to the present invention is shown. The roller bearing 1 , again designed as a deep groove ball bearing, is as described above with a ball snap cage 5 equipped, which accordingly in turn free end regions of the webs 7th having. Said side end areas are indicated by the reference number 8th Mistake. It is essential that the webs 7th in the mentioned lateral end area 8th a contact surface 9 exhibit. This lies with a radial gap of a counter contact surface 10 on the outer ring 3 across from.

Kommt es infolge von Zentrifugalkräften wiederum zur Auslenkung der freien Enden der Stege 7 in radiale Richtung, begrenzt der radiale Spalt zwischen der Anlauffläche 9 und der Gegenanlauffläche10 die radiale Auslenkung der Stege 7 und somit auch die maximal im Käfig auftretenden Spannungen. Bei entsprechend hoher Drehzahl legt sich vielmehr die Anlauffläche 9 an die Gegenanlauffläche10 an, so dass eine weitergehende Verformung des Käfigs und insbesondere ein Bruch desselben ausgeschlossen sind.If centrifugal forces cause the free ends of the webs to deflect 7th in the radial direction, limits the radial gap between the contact surface 9 and the counter contact surface 10 the radial deflection of the webs 7th and thus also the maximum stresses occurring in the cage. Rather, at a correspondingly high speed, the contact surface settles 9 to the counter contact surface 10, so that further deformation of the cage and in particular a breakage of the same are excluded.

In 4 sind die dort dargestellten Anlaufflächen 9 mit einem Kreis markiert.In 4th are the contact surfaces shown there 9 marked with a circle.

Wie in 3 zu erkennen ist, grenzt die Gegenanlauffläche10 unmittelbar an die Laufbahn 11 an, die in den Außenring 3 eingearbeitet ist und in der die Kugeln 4 anlaufen.As in 3 can be seen, the counter contact surface 10 is directly adjacent to the raceway 11 to that in the outer ring 3 is incorporated and in which the balls 4th start up.

Die Senkrechte (Oberflächennormale) auf der Anlauffläche 9 sowie auf der Gegenanlauffläche10 weisen in radiale Richtung r des Lagers. Beide Flächen 9 und 10 sind eben ausgebildet.The vertical (surface normal) on the contact surface 9 as well as on the counter surface 10 point in the radial direction r of the bearing. Both surfaces 9 and 10 are just trained.

Wie in 4 gesehen werden kann, kann der Steg 7 eine Materialrücknahme aufweisen, was nicht nur den Vorteil hat, dass für die Herstellung des Käfigs weniger Material benötigt wird. Ferner sind durch die infolge der Rücknahme fehlenden Masse des Käfigs 5 geringere Fliehkräfte gegeben, was dem hier gewünschten Zweck zu Gute kommt.As in 4th can be seen the footbridge 7th have a material return, which not only has the advantage that less material is required for the production of the cage. Furthermore, due to the lack of mass of the cage due to the withdrawal 5 Given lower centrifugal forces, which benefits the purpose here.

In 5 ist ein etwas modifiziertes Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen. Zu erkennen ist hier, dass die Bereiche der Stege 7, die die Anlaufflächen 9 aufweisen, von den Bereichen der Stege 7, die die Wälzkörper 4 umschließen, etwas abgesetzt sind. Hierdurch lässt sich Material einsparen und die gewünschte Funktionalität des vorgeschlagenen Käfigs dennoch vollumfänglich realisieren.In 5 a slightly modified embodiment of the invention can be seen. It can be seen here that the areas of the webs 7th that are the contact surfaces 9 have, from the areas of the webs 7th who have favourited the rolling elements 4th enclose, are somewhat separated. This enables material to be saved and the desired functionality of the proposed cage to be fully implemented.

Das vorgeschlagene Konzept kann stets eingesetzt werden, wenn der Käfig 5 einseitig „offen“ ausgebildet ist, also seitlich offene Aufnahmetaschen für die Wälzkörper aufweist. Die dargestellten Wälzkörper in Form von Kugeln sind dabei bevorzugt, allerdings nicht zwingend.The proposed concept can always be used when the cage 5 is designed "open" on one side, that is, has laterally open receiving pockets for the rolling elements. The rolling elements shown in the form of balls are preferred, but not mandatory.

Der Käfig kann kostengünstig als einstückiges Spritzgieß-Formteil aus Kunststoff hergestellt werden. Die Herstellung der Gegenanlauffläche10 erfolgt kostenneutral beim Schleifen der radial innenliegenden Kontur des Außenrings 3.The cage can be manufactured inexpensively as a one-piece injection-molded part made of plastic. The production of the counter contact surface 10 is cost-neutral when grinding the radially inner contour of the outer ring 3 .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Wälzlagerroller bearing
22
InnenringInner ring
33
AußenringOuter ring
44th
WälzkörperRolling elements
55
KäfigCage
66th
KäfigringCage ring
77th
Stegweb
88th
seitlicher Endbereich des Stegslateral end area of the bridge
9 9
AnlaufflächeContact surface
1010
Gegenanlauffläche am AußenringCounter surface on the outer ring
1111
Laufbahn career
aa
axiale Richtungaxial direction
rr
radiale Richtungradial direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014201442 A1 [0002]DE 102014201442 A1 [0002]
  • DE 102015207660 A1 [0002]DE 102015207660 A1 [0002]

Claims (10)

Wälzlager (1) mit einem Innenring (2) und einem Außenring (3), wobei zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) ein Satz Wälzkörper (4) angeordnet ist, wobei die Wälzkörper (4) von einem Käfig (5) gehalten werden, wobei der Käfig (5) einen Käfigring (6) umfasst, von dem aus sich eine Anzahl Stege (7) in axiale Richtung (a) des Wälzlagers (1) erstrecken, wobei zwei benachbarte Stege (7) eine seitlich offene Aufnahmetasche für einen Wälzkörper (4) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Steg (7) in seinem seitlichen Endbereich (8) eine Anlauffläche (9) zum Anlauf an einer Gegenanlauffläche(10) am Außenring (3) aufweist.Rolling bearing (1) with an inner ring (2) and an outer ring (3), a set of rolling elements (4) being arranged between the inner ring (2) and the outer ring (3), the rolling elements (4) being supported by a cage (5 ), wherein the cage (5) comprises a cage ring (6) from which a number of webs (7) extend in the axial direction (a) of the roller bearing (1), two adjacent webs (7) one laterally open Form receiving pocket for a rolling element (4), characterized in that at least one web (7) in its lateral end region (8) has a contact surface (9) for contact with a counter-contact surface (10) on the outer ring (3). Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steg (7) eine Anlauffläche (9) aufweist.Roller bearings after Claim 1 , characterized in that each web (7) has a contact surface (9). Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (9) sowie die Gegenanlauffläche (10) eben ausgebildet sind.Roller bearings after Claim 1 or 2 , characterized in that the contact surface (9) and the counter contact surface (10) are flat. Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächennormale auf der Anlauffläche (9) sowie auf der Gegenanlauffläche (10) in radiale Richtung (r) des Wälzlagers (1) weist.Roller bearings after Claim 3 , characterized in that the surface normal on the contact surface (9) and on the counter-contact surface (10) points in the radial direction (r) of the roller bearing (1). Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenanlauffläche (10) am Außenring (3) unmittelbar an die Laufbahn (11) für die Wälzkörper (4) anschließt.Rolling bearings according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the counter-contact surface (10) on the outer ring (3) directly adjoins the raceway (11) for the rolling elements (4). Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (4) Kugeln sind.Rolling bearings according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the rolling elements (4) are balls. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) als Kugelschnappkäfig ausgebildet ist.Rolling bearings according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the cage (5) is designed as a ball snap cage. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Rillenkugellager ist.Rolling bearings according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that it is a deep groove ball bearing. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) aus Kunststoff besteht.Rolling bearings according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the cage (5) consists of plastic. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (5) als einstückiges Spritzgießformteil ausgebildet ist.Rolling bearings according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the cage (5) is designed as a one-piece injection molded part.
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