DE10246825A1

DE10246825A1 - Käfig für ein Wälzlager

Info

Publication number: DE10246825A1
Application number: DE10246825A
Authority: DE
Inventors: Günter Neder; Matthias Gessendorfer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: EP2264325B2; DE10246825B4; EP2264325A1; ES2744387T3; EP1408248A3; EP2264325B1; DK2264325T3; EP1408248B1; EP1408248A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, der aus Kunststoff gefertigt ist und mehrere Segmente (1) aufweist, die an ihren entgegengesetzten Enden über je eine Stirnseite (8) verfügen. Bei einer spaltfreien Aneinanderreihung der Segmente (1) des Käfigs an ihren Stirnseiten (8) in einer Art, wie der Käfig im Wälzlager angeordnet wird, verbleibt zwischen den benachbarten Stirnseiten (8) eines letzten und eines ersten Segments (1) ein Zwischenraum. Die mittlere Ausdehnung des Zwischenraums in Umfangsrichtung weist bei Raumtemperatur einen Wert auf, der zwischen 0,15% und 1% des Umfangs eines Kreises (9) beträgt, der mittig durch die aneinander gereihten Segmente (1) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, der aus Kunststoff gefertigt ist und mehrere Segmente aufweist. Aus Kunststoff gefertigte Käfige sind bereits vielfach bekannt und kommen in den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz. Sie zeichnen sich insbesondere durch ihr geringes Gewicht, ihre kostengünstige Herstellung und vergleichsweise hohe Flexibilität aus. In der Regel sind die Kunststoff-Käfige jeweils als ein einteiliges Bauteil gefertigt. Es sind allerdings auch schon Kunststoff-Käfige bekannt geworden, die aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sind.

Ein derartiger Segmentkäfig ist aus der DE-U 84 20 133 bekannt. Die Segmente weisen jeweils eine geschlossene Käfigtasche und zwei halbe Käfigtaschen zur Aufnahme von Wälzkörpern auf. Benachbarte Käfigsegmente ergänzen sich mit den halben Käfigtaschen, die durch eingesetzte Rotationskörper aus Gummi auf Abstand gehalten werden. Die Rotationskörper haben ferner die Aufgabe, das Aneinanderschlagen der Käfigsegmente zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfig bereitzustellen, der sich für einen Einsatz bei sehr großen Wälzlagern mit verhältnismäßig kleinen Rollen eignet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Käfig für ein Wälzlager ist aus Kunststoff gefertigt und weist mehrere Segmente auf, die an ihren entgegengesetzten Enden über je eine Stirnseite verfügen. Bei einer spaltfreien Aneinanderreihung der Segmente des Käfigs an ihren Stirnseiten in einer Art, wie der Käfig im Wälzlager angeordnet wird, verbleibt zwischen den benachbarten Stirnseiten eines letzten und eines ersten Segments ein Zwischenraum. Die mittlere Ausdehnung des Zwischenraums in Umfangsrichtung weist bei Raumtemperatur einen Wert auf, der zwischen 0,15 und 1 % des Umfangs eines Kreises beträgt, der mittig durch die aneinander gereihten Segmente verläuft.

Der erfindungsgemäße Käfig hat den Vorteil, dass ein ausreichender Raum für die verglichen mit Stahl höhere Wärmeausdehnung des Käfigs vorgesehen ist. Dieser Raum ist aber gleichzeitig klein genug bemessen, dass es nicht zu einem unvertretbaren Aufeinanderschlagen der Stirnflächen benachbarter Segmente und damit zu einer unzulässig hohen Geräuschentwicklung kommt. Insgesamt zeichnet sich der Käfig durch seine reibungsarmen Laufeigenschaften und seine gute Montierbarkeit bei gleichzeitig geringen Kosten und geringem Gewicht aus.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jedes Segment zwei in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsstege und wenigstens zwei Verbindungsstege auf, die die beiden Umfangsstege miteinander verbinden und die gemeinsam mit den Umfangsstegen wenigstens eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers ausbilden. Die Taschenform ermöglicht eine sichere Aufnahme des Wälzkörpers und eine zuverlässige Führung des Käfigs am Wälzkörper. An den Verbindungsstegen sind vorzugsweise Führungsflächen zur Führung der Segmente auf den Wälzkörpern ausgebildet. Über diese Führungsflächen können die Führungsverhältnisse präzise vorgegeben werden. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn an den Verbindungsstegen Vorsprünge ausgebildet sind, zur Führung der Segmente auf einer Laufbahn des Wälzlagers für den Fall, dass keine ausreichende Wälzkörperführung mehr vorliegt oder zur Abstützung der Segmente auf der Laufbahn beim Stillstand des Wälzlagers. Dadurch können das Anlaufverhalten und die Notlaufeigenschaften wesentlich verbessert werden. Insbesondere kann jeder Verbindungssteg, auf seinen beiden den Laufbahnen des Wälzlagers zugewandten Seiten, jeweils wenigstens einen Vorsprung aufweisen.

Die Stirnflächen der Segmente sind zwischen den Umfangsstegen vorzugsweise konkav ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass benachbarte Segmente beim Anlaufen im Bereich der Umfangsstege aneinander liegen, so dass die aufeinander ausgeübten Kräfte jeweils in einem durch die Umfangsstege abgestützten Bereich eingeleitet werden und somit eine Verformung der Verbindungsstege und ein damit verbundenes Klemmen der Wälzkörper vermieden werden kann.

Die einzelnen Segmente sind untereinander vorzugsweise nicht mechanisch verbunden und somit relativ zueinander verschiebbar, so dass eine Verformung, und eine dabei auftretende erhöhte Reibung sowie ein erhöhter Verschleiß vermieden werden können.

Der Käfig ist vorzugsweise aus Poly-Phenyl-Sulfid (PPS) oder aus Poly-Ether-Ether-Keton hergestellt. Beide Materialien zeichnen sich durch eine sehr gute Alterungsbeständigkeit und eine hohe Lebensdauer aus, so dass der erfindungsgemäße Käfig über einen sehr langen Betriebszeitraum eingesetzt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
1 ein Segment des erfindungsgemäßen Käfigs in perspektivischer Darstellung,
2 den erfindungsgemäßen Käfig in einer schematischen Aufsicht und
3 das Segment in einer Schnittdarstellung.
Der erfindungsgemäße Käfig besteht aus mehreren Segmenten, die in Umfangsrichtung ohne feste Verbindung aneinandergereiht sind. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Käfigs beschrieben, das für einen Einsatz in einem Kegehollenlager vorgesehen ist, d.h. die einzelnen Segmente liegen nicht plan in einer Ebene, sondern sind alle um den gleichen Winkel zu der Ebene geneigt.
1 zeigt ein Segment 1 des erfindungsgemäßen Käfigs in perspektivischer Darstellung. Das Segment 1 weist zwei in einem Abstand parallel zueinander verlaufende Umfangsstege 2 und 3 auf. Die Umfangsstege 2 und 3 sind leicht gebogen oder besitzen eine Polygonform, die einer leichten Biegung folgt. Dabei weist die Biegung des ersten Umfangsstegs 2 einen kleineren Krümmungsradius als die Biegung des zweiten Umfangsstegs 3 auf. Zwischen den Umfangsstegen 2 und 3 erstrecken sich Verbindungsstege 4, die ungefähr senkrecht zu den Umfangsstegen 2 und 3 orientiert sind. Insgesamt werden durch die Umfangsstege 2 und 3 und die Verbindungsstege 4 mehrere Taschen 5 ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel der Aufnahme konischer Wälzkörper dienen. Zur Führung des Segments 1 an den Wälzkörpern weisen die Verbindungsstege 4 jeweils seitlich angeformte Führungsflächen 6 auf. Die Führungsflächen 6 sind in dem Bereich der Verbindungsstege 4, der näher am zweiten Umfangssteg 3 als am ersten Umfangssteg 2 angeordnet ist, besonders stark ausgeprägt.
Die Verbindungsstege 4 erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu der Ebene, in der die Taschen 5 angeordnet sind, so weit, dass sie beim Betrieb des Wälzlagers nur geringfügig hinter den Wälzkörpern zurückstehen und somit die Laufbahnen des Wälzlagers gerade nicht berühren. Dies führt dazu, dass sich die Käfigsegmente 1 beim Stillstand des Lagers auf die Laufbahnen abstützen können und eine derartige Abstützung auch bei einem übermäßigen Verschleiß erfolgt, um die dann nicht mehr vorhandene Wälzkörperführung der Segmente 1 zu ersetzen. Hierzu sind auf den Verbindungsstegen 4 Vorsprünge 7 ausgebildet. Die Vorsprünge 7 sind nicht nur auf der in 1 sichtbaren Oberseite des Segments 1 ausgebildet, sondern auch auf der Unterseite.
Der erste und der letzte Verbindungssteg 4 des Segments 1 weisen auf ihren nach außen gerichteten Stirnflächen 8 jeweils keine Führungsflächen 6 auf, da in diesem Bereich kein Wälzkörper angeordnet wird, sondern das nächste Segment 1. Weiterhin sind die Stirnflächen 8 der Verbindungsstege 4 zwischen den Umfangsstegen 2 und 3 konkav ausgebildet. Dadurch ist sichergestellt, dass einander benachbarte Segmente sich im Bereich der Umfangsstege 2 und 3 berühren. Auf diese Art und Weise kann vermieden werden, dass es durch die Einwirkung benachbarter Segmente 1 aufeinander zu einer Verformung der Verbindungsstege und damit zu einem Klemmen der Wälzkörper kommt, die in den Taschen 5 zwischen den Verbindungsstegen 4 angeordnet sind.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Dimensionierung der Segmente 1 des Käfigs. Diese Dimensionierung ist so zu wählen, dass bei einer spaltfreien Aneinanderreihung der Segmente 1 an ihren Stirnseiten 8 in einer Art, wie der Käfig im Wälzlager angeordnet wird, zwischen den benachbarten Stirnseiten 8 eines letzten und eines ersten Segments 1 ein Zwischenraum verbleibt. Die mittlere Ausdehnung des Zwischenraums in Umfangsrichtung muss bei Raumtemperatur einen Wert aufweisen, der zwischen 0,15 % und 1,0 % des Umfangs eines Kreises beträgt, der mittig durch die aneinandergereihten Segmente 1 verläuft. Diese Geometrie wird im einzelnen anhand von 2 erläutert.
2 zeigt den erfindungsgemäßen Käfig in Aufsicht, wobei die einzelnen Segmente 1 stark schematisiert dargestellt sind. Durch eine gestrichelte Linie ist ein mittig zwischen dem ersten Umfangssteg 2 und dem zweiten Umfangssteg 3 verlaufender Kreis 9 dargestellt. Der Kreis 9 verläuft derart mittig durch die Taschen 5 der Segmente 1, dass er in die Taschen 5 eingesetzte Wälzkörper 10 jeweils auf ihrer Rotationsachse und in der Mitte ihrer axialen Längenausdehnung durchdringt. Um die Dimensionen des Kreises 9 und damit auch die Abmessungen der Segmente 1 präzise zu ermitteln, wird das Wälzlager herangezogen, bei dem der Käfig eingesetzt wird. Der Kreis 9 verläuft dort in der Mitte der axialen Längenausdehnung der Wälzkörper 10 durch deren Rotationsachsen. Auf den Umfang dieses Kreises 9 ist bei der Dimensionierungsregel der in 2 mit x bezeichnete Abstand der Stirnflächen 8 bezogen. Die Einhaltung der Dimensionierungsregel, die auf die Verhältnisse bei Raumtemperatur bezogen ist, ist von größter Bedeutung für eine einwandfreie Funktionsweise. Würde man auf den Abstand x ganz verzichten, d.h. sämtliche Segmente 1 würden spaltfrei aneinander stoßen, so würden sich bei einer Temperaturerhöhung starke Spannungen im Käfig ausbilden, da sich das Kunststoffmaterial des Käfigs wesentlich stärker thermisch ausdehnt als das aus Stahl gefertigte Wälzlager. Die Spannungen würden zu einer Erhöhung der Reibung, zu einem Verklemmen oder gar zu einem Bruch des Käfigs führen. Entsprechendes gilt auch, wenn ein unterer Grenzwert von 0,15 % für das Verhältnis zwischen dem Abstand x und dem Umfang des Kreises 9 wesentlich unterschritten wird. Wählt man den Abstand x dagegen größer als einen oberen Grenzwert in Höhe von 1,0 %, so schlagen die Segmente 1 insbesondere bei einem Betrieb des Wälzlagers bei niedrigen Temperaturen stark aneinander und verursachen dadurch ein hohes Geräusch- und Schwingungsniveau, was zum einen störend wirkt und zum anderen Schäden verursachen kann. Außerdem besteht die Gefahr, dass es durch das Aufeinanderschlagen zu einem Verschleiß kommt. In dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Intervall für den Abstand x lässt sich ein optimaler Ausgleich zwischen der Gefahr der Entstehung von Spannungen und den negativen Auswirkungen eines unzulässig starken Aneinanderschlagens der Segmente 1 erzielen.
3 zeigt das Segment 1 in Schnittdarstellung. Der Schnitt ist quer zu den Verbindungsstegen 4 geführt. Zum besseren Verständnis ist in einer der Taschen 5 der Umriss eines Wälzkörpers 10 innerhalb der Schnittebene eingezeichnet. Der Wälzkörper 10 liegt an den Führungsflächen 6 der Verbindungsstege 4 an und überragt die Verbindungsstege 4 geringfügig. Dadurch ist zum einen eine gute Wälzkörperführung des Käfigs gegeben und zum anderen die Möglichkeit einer Laufbahnführung bei zunehmendem Verschleiß vorgesehen. In der Darstellung der 3 sind die Vorsprünge 7 auf der Oberseite und auf der Unterseite des Segments zu erkennen.

1: Segment
2: erster Umfangssteg
3: zweiter Umfangssteg
4: Verbindungssteg
5: Tasche
6: Führungsfläche
7: Vorsprung
8: Stirnfläche
9: Kreis durch die Mitte des Käfigs
10: Wälzkörper

Claims

Käfig für ein Wälzlager, der aus Kunststoff gefertigt ist und mehrere Segmente (1) aufweist, die an ihren entgegengesetzten Enden über j e eine Stirnseite (8) verfügen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer spaltfreien Aneinanderreihung der Segmente (1) des Käfigs an ihren Stirnseiten (8) in einer Art, wie der Käfig im Wälzlager angeordnet wird, zwischen den benachbarten Stirnseiten (8) eines letzten und eines ersten Segments (1) ein Zwischenraum verbleibt, dessen mittlere Ausdehnung in Umfangsrichtung bei Raumtemperatur einen Wert aufweist, der zwischen 0,15 % und 1 % des Umfangs eines Kreises (9) beträgt, der mittig durch die aneinander gereihten Segmente (1) verläuft.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment (1) zwei in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsstege (2, 3) und wenigstens zwei Verbindungsstege (4) aufweist, die die beiden Umfangsstege (2, 3) miteinander verbinden und gemeinsam mit den Umfangsstegen (2, 3) wenigstens eine Tasche (5) zur Aufnahme eines Wälzkörpers (10) ausbilden.
Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungsstegen (4) Führungsflächen zur Führung der Segmente (1) auf den Wälzkörpern (10) ausgebildet sind.
Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungsstegen (4) Vorsprünge (7) ausgebildet sind zur Führung der Segmente (1) auf einer Laufbahn des Wälzlagers, wenn keine ausreichende Wälzkörperführung mehr vorliegt, oder zur Abstützung der Segmente (1) auf der Laufbahn beim Stillstand des Wälzlagers.
Käfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (4) auf ihren beiden den Laufbahnen des Wälzlagers zugewandten Seiten jeweils wenigstens einen Vorsprung (7) aufweisen.
Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (8) der Segmente (1) zwischen den Umfangsstegen (2, 3) konkav ausgebildet sind.
Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente (1) untereinander nicht mechanisch verbunden sind.
Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (5) zur Aufnahme von konischen Wälzkörpern (10) ausgebildet sind.
Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig aus Poly-Phenyl-Sulfid oder aus Poly-Ether-Ether-Keton gefertigt ist.