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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kugellager mit einem Käfig, um zwischen den Kugeln einen angemessenen Umfangsabstand sicherzustellen. Die Erfindung betrifft auch Kugellagerkäfige für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb.
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Derartige Käfige weisen eine im Allgemeinen ringförmige Form mit sphärischen Vertiefungen auf, in denen die Kugeln teilweise aufgenommen sind. Die Kugeln werden durch Klemmen in den Vertiefungen paarweise gegenüber dem Endstück des Käfigs festgehalten. Die sphärischen Vertiefungen weisen einen Durchmesser auf, der etwas größer als der der Kugeln ist, so dass ein gewisses funktionsmäßiges Spiel zwischen den Kugeln und den Vertiefungen verbleibt.
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Die Druckschrift
JP 2003-035 317 (NSK) oder die Patentanmeldung
US 2002/114550 offenbaren einen Käfig, der zwischen zwei Vertiefungen mit einer tiefen Nut versehen ist, die sich von einer radialen Seite gegenüber den Klemmen bis in die Nähe der Klemmen erstreckt. Von der Nut bis zur Käfigbohrung werden Kerben bereitgestellt.
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Das Patent
US 4 938 613 und die Patentanmeldung
JP 2005-5 142 259 beschreiben Käfige konstanter Dicke.
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Wenn sich das Lager auf hoher Geschwindigkeit dreht, wird der Käfig unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft Belastungen ausgesetzt, die dazu neigen, den Käfig hauptsächlich in der radialen Richtung zu verformen und ihn regenschirmförmig zu gestalten, d. h. sie geben dem Käfig eine konische Form, indem sie den Durchmesser auf der Seite der Klemmen vergrößern. Solche Verformungen haben Konsequenzen, die für den richtigen Betrieb des Lagers schädlich sind. Insbesondere verspannen sich die Ränder der Vertiefungen gegen die Kugeln, was eine Erhöhung des Reibungsmoments und einen Schabeffekt des Schmiermittels verursacht, was schnell zu einer beschleunigten Beeinträchtigung der Schmierbedingungen des Lagers führt. Auch besteht das Risiko, dass die Enden der Klemmen mit der Bohrung des äußeren Kugelrings des Lagers in Berührung kommen, was übermäßigen Verschleiß des Käfigs verursachen könnte.
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Auf Grund der hohen Drehgeschwindigkeiten, denen das Lager ausgesetzt ist, neigt das Schmiermittel zudem dazu, nach außen in Bereiche geschleudert zu werden, wo es dazu neigt zu stagnieren, oder wo das Schmierfett nur sehr wenig zur effektiven Schmierung der Rollkontakte beiträgt.
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Die französische Patentanmeldung
FR 2 911 934 (SKF), deren Ziel es ist, diese Probleme zu lösen, offenbart einen Käfig für ein Kugellager, das einen Körper mit einer allgemeinen ringförmigen Form und Klemmen umfasst. Der Körper umfasst ein Endstück und einen im Wesentlichen axialen Teil, der mit dem Endstück verbunden ist, und in dem Vertiefungen für die Kugeln angeordnet sind. Der im Wesentlichen axiale Teil trägt die Klemmen auf der Seite axial gegenüber dem Endstück. Der Käfig umfasst einen axialen Teil, der zwischen den Vertiefungen angeordnet ist und sich axial vom Ende des Endstücks bis zu den Klemmen erstreckt und dabei radial externe und interne Freiräume bestimmt. Dies macht somit den Käfig leichter und erstellt Behälter für Schmiermittel und Umlaufkanäle erstellt.
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Ein derartiger Käfig hält die Kugeln axial und umfangsmäßig, jedoch nicht radial. Die Verteilung von radialen Belastungen kann somit in manchen Fällen unzureichend sein und zur Verformung des Käfigs führen. Zudem sind ein hochwertiger Umlauf und eine hochwertige Verteilung des Schmiermittels während der Drehung des Käfigs wesentlich, um einen guten Betrieb des Wälzlagers bereitzustellen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Käfig für Wälzlager mit einer axialen, umfangsmäßigen und radialen Halterung der Kugeln in dem Käfig bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die radiale Verformung des Käfigs zu reduzieren und dabei einen guten Umlauf und eine gute Verteilung des Schmiermittels innerhalb des Lagers sicherzustellen.
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Bei einer Ausführungsform stellt die Erfindung einen Käfig für ein Kugellager bereit, das einen Körper mit einer im Allgemeinen ringförmigen Form und Klemmen umfasst, wobei der Körper ein Endstück mit einer im Wesentlichen ringförmigen Form aufweist und ein im Wesentlichen axialer Teil mit dem Endstück verbunden ist, und wobei Vertiefungen für die Kugeln angeordnet sind, wobei der im Wesentlichen axiale Teil die Klemmen auf der Seite axial gegenüber dem Endstück trägt.
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Der Käfig umfasst Vorsprünge, die sich radial nach außen erstrecken.
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Diese Vorsprünge ermöglichen die radiale Halterung der Kugeln in dem Käfig und eine Selbstzentrierung des Käfigs. Während der Drehung des Käfigs ermöglichen diese Vorsprünge eine gute Verteilung der Belastungen, wodurch die Verformung des Käfigs verhindert wird.
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Der im Wesentlichen axiale Teil kann angepasst sein, um die Vorsprünge zu tragen, und kann eine Rippe umfassen, welche die Klemmen verbindet, die mit zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen verknüpft sind.
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Bevorzugt sind die Vorsprünge, die mit zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen verknüpft sind, mit einem konkaven Teil verbunden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder Vorsprung Klauen, die sich um die Kugel herum erstrecken. Die Klauen ermöglichen eine gute Verteilung des Schmiermittels im Innern des Lagers.
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Vorteilhaft umfasst der axiale Teil ein Durchgangsloch, das sich umfangsmäßig zwischen zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen befindet, die für die Kugeln durch die Dicke des axialen Teils hindurch angeordnet sind. Dies macht den Käfig leichter und erstellt Schmiermittelbehälter.
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Der externe Durchmesser des im Wesentlichen axialen Teils kann kleiner als der externe Durchmesser des Endstücks sein.
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Der interne Durchmesser des im Wesentlichen axialen Teils kann größer als der interne Durchmesser des Endstücks sein.
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Bevorzugt umfasst das Endstück freie Räume, welche die Form eines bogenförmigen Schlitzes aufweisen, welcher der Gesamtkrümmung des Endstücks folgt.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kugellager bereitzustellen, das Kugeln umfasst, die in den Vertiefungen eines Käfigs eingebaut sind, wie es zuvor beschrieben wurde, und zwischen zwei Lagerringen des Lagers angeordnet sind.
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Vorteilhaft umfasst das Kugellager ein Schmiermittel, das in jedem Durchgangsloch angeordnet ist.
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Das Kugellager kann ein Tiefnut-Kugellager oder ein Winkelkontakt-Kugellager sein.
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Das Kugellager kann auch eine Kupplungsführungslagereinheit zum Betätigen der Kupplungsmembran eines Kraftfahrzeug-Kupplungsmechanismus sein.
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Anhand der Erfindung wird jede Kugel dank der Vorsprünge, die sich radial um die dazugehörige Vertiefung herum erstrecken, umfangsmäßig, axial und radial gehalten.
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Da zudem der Aufbau des Käfigs eine Verbindung von sphärischen Bögen durch drei Zylinder ist, haben die Zentrifugalkräfte, die auf die Drehung des Käfigs zurückzuführen sind, somit eine eingeschränkte Wirkung und verursachen bei hohen Drehgeschwindigkeiten nur geringfügige Verformungen oder lokale Belastungen an dem Käfig.
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Ferner ist dank der Klauen, die sich am Ende jedes Vorsprungs befinden, um sich um die dazugehörige Kugel herum zu erstrecken, die externe Form des Käfigs pseudo-sinusförmig, wodurch sie den Umlauf eines Schmiermittels um die Kugeln herum verbessert.
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Zudem dienen die Durchgangslöcher, die sich zwischen zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen befinden, als Schmiermittelbehälter, wodurch das Schmiermittel um die Kugeln umlaufen kann.
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Der allgemeine Aufbau des Käfigs wird durch seine Durchgangslöcher leichter gemacht; daraus ergibt sich eine Materialersparnis und eine Gewichtsreduzierung des Käfigs, was bewirkt, dass sich der Zentrifugaleffekt bei hohen Drehgeschwindigkeiten reduziert.
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Für eine bestimmte Geschwindigkeit kann der Käfig somit bei Betriebstemperaturen verwendet werden, die höher sind als bei einem herkömmlichen Käfig, dank der Reduzierung der Verformung und des Gewichts. Zudem hat die Reduzierung der Menge des Materials, das den Käfig bildet, einen wesentlichen Reduzierungseffekt auf die Rohmaterialkosten.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der ausführlichen Beschreibung einer Reihe von Ausführungsformen besser verständlich werden, die als nicht einschränkendes Beispiel angegeben werden und in den beiliegenden Zeichnungen abgebildet sind. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kugellagers;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Käfigs des Kugellagers aus 1;
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3 eine Ansicht entlang der Linie III-III aus 2;
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4 eine Ansicht entlang der Linie IV-IV aus 3;
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5 eine Ansicht entlang der Linie V-V aus 4.
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kugellagers 1 abbildet; das Kugellager 1 umfasst einen inneren Ring 2 und einen äußeren Ring 3 mit einer Reihe Kugeln 4, die von einem Käfig 5 gehalten werden, der sich zwischen dem inneren Ring 2 und dem äußeren Ring 3 befindet. Der Käfig 5 hält die umfangsmäßige Beabstandung der Kugeln 4 ein. Dichtflansche oder Dichtungen 6 können an dem äußeren Ring 3 angebracht sein und eine Reibdichtung oder eine Dichtung mit einem schmalen Durchgang zu einer Lagerfläche 2a des inneren Rings 2 bilden.
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Der innere Ring 2 und der äußere Ring 3 sind von der Art eines Tiefnut-Kugelrings, der beispielsweise durch Bearbeitung eines Röhrenteils oder eines geschmiedeten oder gewalzten ringförmigen Rohlings erzielt wird. Der innere Ring 2 umfasst eine zylindrische Bohrung 2b, zwei gegenüberliegende radiale Querflächen 2c und eine externe Oberfläche, aus der ein Kugelring 2d für die Kugeln 4 gebildet wird. Der äußere Ring 3 umfasst eine zylindrische axiale externe Oberfläche 3a, zwei gegenüberliegende radiale Querflächen 3b und 3c und eine Bohrung, von der aus ein Lagerring 3d für die Kugeln 4 gebildet ist. Der äußere Ring 3 ist mit zwei symmetrischen Nuten 3e ausgestattet, in welche die Dichtflansche 6 auf der Seite jeder radialen Oberfläche 3b und 3c eingepasst werden können.
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Der Käfig 5 ist in 2 und 3 besser zu sehen und umfasst einen Körper 7 mit einer im Allgemeinen ringförmigen Form und Klemmen 8a, 8b. Der Käfig 5 kann ein einstückiges Teil sein, das beispielsweise aus spritzgegossenem Polyamid, wie etwa PA 6,6, hergestellt wird. Der Körper 7 umfasst ein Endstück 9 mit einer im Allgemeinen ringförmigen Form und einen axialen Teil 10, der eine Vielzahl von Vertiefungen 11 für die Kugeln 4 definiert. Die Vertiefungen 11 sind sphärisch geformt.
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Zudem begrenzen die Klemmen 8a, 8b ferner die Vertiefungen 11.
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Es wird hiermit auf die Patentanmeldung
FR 2 911 934 Bezug genommen, deren Beschreibung in die vorliegende Beschreibung übernommen wird.
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Das Endstück 9 weist einen externen Durchmesser auf, der größer als der externe Durchmesser des axialen Teils 10 ist, und weist einen internen Durchmesser auf, der kleiner als der des axialen Teils 10 ist. Als Variante wäre es jedoch möglich, ein Endstück 9 bereitzustellen, das einen internen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich dem des axialen Teils 10 ist. Der axiale Teil 10 weist eine Axiallänge auf, die mindestens gleich der Hälfte des Durchmessers der Vertiefungen 11 ist, so dass die Kugelelemente 4 richtig in den Vertiefungen 11 gehalten werden können.
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Zwischen zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen 11 bildet der axiale Teil 10 einen axialen Vorsprung, der zwei Schenkel 10a, 10b in einem Kreisbogen umfasst, die jeweils in einer Klemme 8a, 8b gegenüber dem Endstück 9 enden. Der axiale Teil 10 umfasst auch eine Rippe 12, welche die Enden der Schenkel 10a, 10b verbindet, die mit zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen 11 verknüpft sind. Die Klemmen 8a, 8b erstrecken sich über die Rippe 12 hinaus und um die Kugeln 4 herum. Die Schenkel 10a, 10b, die Klemmen 8a, 8b und die Rippe 12 können im Wesentlichen die gleiche radiale Dicke aufweisen. Dank der Klemmen 8a, 8b, werden die Kugeln 4 axial und umfangsmäßig im Innern des Käfigs 5 gehalten.
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Jeder Schenkel 10a, 10b umfasst einen radialen Vorsprung 13a, 13b, der sich radial nach außen erstreckt. Der axiale Teil 10 umfasst einen konkaven Teil 13, der das Ende der beiden Vorsprünge 13a, 13b verbindet, die mit zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen 11 verknüpft sind. Der konkave Teil 13 befindet sich zwischen dem Endstück 9 und der Rippe 12. Jeder Vorsprung 13a, 13b endet mit einer Klaue 14a, 14b, die sich um die Kugeln 4 herum erstreckt, um die Kugeln 4 radial im Innern des Käfigs 5 zu halten.
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Der axiale Teil 10 umfasst auch ein Durchgangsloch 15 zwischen dem konkaven Teil 13 und dem Endstück 9. Das Durchgangsloch 15 weist eine im Wesentlichen dreieckige Form auf. Das Durchgangsloch 15 erstreckt sich radial durch die Dicke des axialen Teils 10 und ist in der Umfangsrichtung durch die Schenkel 10a, 10b von zwei nebeneinanderliegenden Vertiefungen 11 begrenzt. Ein derartiges Durchgangsloch 15 kann als Schmiermittelbehälter dienen. Das verwendete Schmiermittel kann beispielsweise Schmierfett sein.
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Der Käfig 5 kann aus synthetischem oder metallischem Material hergestellt sein.
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Die Kugeln 4 kommen hauptsächlich in Kontakt mit einem Bereich 16 der Vertiefungen 11, dessen Mantelfläche relativ eingeschränkt ist und sich axial auf Höhe der Rippen 12 und des konkaven Teils 13 befindet. Die Kräfte, die von einer Kugel 4 auf den Kontaktbereich 16 eines Käfigs 5 ausgeübt werden, werden daher nicht nur von dem entsprechenden Schenkel 10a getragen, sondern auch von der Rippe 12, dem konkaven Teil 13 und dem Schenkel 10b der nächsten Vertiefung 11. Der Käfig 5 weist daher eine ausgezeichnete Steifigkeit gegenüber den umfangsmäßigen, radialen und axialen Kräften auf, die von den Wälzelementen 4 auf den Käfig 5 ausgeübt werden.
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Ferner ermöglicht es der ausgehöhlte Aufbau des Käfigs 5 dank der Durchgangslöcher 15, das Gewicht des Käfigs 5 zu erleichtern, indem die verwendete Materialmenge reduziert wird, also eine Reduzierung der Zentrifugalkräfte während der Hochgeschwindigkeitsdrehung. Die axiale und radiale Steifigkeit ist vollkommen zufriedenstellend dank der Rippen 12 und der konkaven Teile 13, was eine Verformung des Käfigs 5 verhindert.
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Das Vorliegen der Durchgangslöcher 15 ermöglicht es, über eine wesentliche Schmiermittelreserve in der Nähe der Vertiefungen 11 und der Wälzelemente 4 zu verfügen. Das Schmiermittel, das aus dem Durchgangsloch 15 austritt, kann sich durch die Zentrifugalkraft nach außen bewegen und den Lagerring 3d des äußeren Rings 3 erreichen.
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Die Klauen 14a, 14b, welche die Kugeln 4 umgeben, können dann das Schmiermittel abschaben, das sich auf den Kugeln 4 befindet. Dank des konkaven Teils 13, der die beiden nebeneinanderliegenden Klauen 14a, 14b verbindet, läuft das Schmiermittel mühelos von einem Wälzelement 4 zu einer anderen Kugel 4 in Umfangsrichtung um.
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Der Umlauf und die Verteilung des Schmiermittels werden auch dank der Klemmen 8a, 8b und der Rippe 12, die zwei nebeneinanderliegende Klemmen 8a, 8b verbindet, verbessert.
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Der Käfig 5 bietet auch den Vorteil, dass das Lager einfacher zu reinigen ist, beispielsweise während des Prozesses des Zusammenbaus des Lagers, während eines Reinigungsschritts, der stattfindet, nachdem der Käfig 5 installiert wurde. In der Tat kann die Reinigungsflüssigkeit, die in das Lager 1 eingeführt wird, einfacher zwischen dem inneren Ring 2 und dem äußeren Ring 3 umlaufen und dadurch die Schmutzpartikel wirksamer austragen, die ansonsten in dem Lager 1 bleiben könnten und für seinen richtigen Betrieb schädlich sein könnten.
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Wie in 4 abgebildet, die eine Ansicht entlang der Linie IV-IV auf 3 abbildet, und in der identische Elemente die gleiche Referenz haben, können freie Räume 17 in dem Endstück 9 angeordnet sein. Die freien Räume 17 haben die Form eines gebogenen Schlitzes, welcher der Gesamtkrümmung des Endstücks 9 folgt, das aus einer Endfläche 9a des Endstücks 9 in eine Öffnung länglicher Form austritt und aus der gegenüberliegenden Seite in das Durchgangsloch 15 in eine Öffnung austritt, die ebenfalls länglich geformt ist.
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Solche freien Räume 17 können auch als Schmiermittelbehälter dienen. Das Schmiermittel, das aus der Öffnung des freien Raums 17 austritt, kann sich entweder durch den Zentrifugaleffekt nach außen bewegen und den Lagerring 3d des äußeren Kugelrings 3 erreichen, oder kann sich winkelmäßig bewegen und auf die Kugeln 4 treffen, die in den Vertiefungen 11 angeordnet sind.
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Das Schmiermittel, beispielsweise Schmierfett, wird dann in jedem Durchgangsloch 15 und jedem freien Raum 17 angeordnet.
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Wie in 5 abgebildet, die eine ausführliche Ansicht eines Teils eines Käfigs entlang den Linien V-V von 4 abbildet, ist das Durchgangsloch 15 zwischen zwei axialen Teilen 10, dem Endstück 9 und der Rippe 12 begrenzt. Der konkave Teil 13, der die Klauen 14a, 14b verbindet, die sich radial auf der konkaven Rippe 12 befinden, verbessert die Steifigkeit des axialen Teils 10. Das Durchgangsloch 15 weist eine dreieckige Form auf, die abgerundete Ränder aufweist.
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Der spezifische Aufbau des erfindungsgemäßen Kugellagers 1 ist insbesondere versteift, da die axialen Teile 10 des Käfigs radial durch die konkaven Teile 13 versteift werden, welche die Klauen 14a, 14b verbinden, die eine größere radiale Dicke aufweisen. Die Verformung des Käfigs 5 wird somit vermieden.
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Zudem werden Umlauf und Verteilung von Schmiermittel im Innern des Lagers dank der Klauen 14a, 14b und der konkaven Teile 13 und dank der Durchgangslöcher 15 verbessert.
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Ferner ermöglicht es der ausgehöhlte Aufbau des Käfigs 5, insbesondere dank der Durchgangslöcher 15 und der freien Räume 17, dass das Gewicht des Käfigs 5 erleichtert wird, indem die verwendete Materialmenge reduziert wird, somit eine Reduzierung der Zentrifugalkräfte während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung.
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Das Vorliegen der Durchgangslöcher ermöglicht es, über eine wesentliche Schmiermittelreserve in der Nähe der Vertiefungen 11 und der Wälzelemente 4 zu verfügen. Das Schmiermittel, das aus den Durchgangslöchern austritt, wird durch die Zentrifugalkraft nach außen bewegt und erreicht den Lagerring 3d des äußeren Rings 3 und wird dann von den Klauen 14a, 14b abgeschabt. Der konkave Teil 13 ermöglicht es dem Schmiermittel, das von einer der Klauen 14a, 14b abgeschabt wurde, sich bis zu einer angrenzenden Kugel 4 zu bewegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-035317 [0003]
- US 2002/114550 [0003]
- US 4938613 [0004]
- JP 2005-5142259 [0004]
- FR 2911934 [0007, 0041]
