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Käfig für zylindrische Wälzkörper, insbesondere Nadelkäfig Die Erfindung
betrifft einen Fensterkäfig für zylindrische Wälzkörper eines Radiallagers, insbesondere
Nadellagers, in dessen Fenstern die Wälzkörper einzeln geführt und durch beiderseits
des Teilkreises liegende achsparallele Teile von im, Bereich ihrer Mitte einfach
durchgekröpften Stegen in beiden radialen Richtungen gehalten sind.
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Bei einer Ausführung dieser bekannten Käfige erfolgt die Führung der
in den Käfigtaschen untergebrachten Wälzkörper nur an den abgewinkelten, durch den
Teilkreis gehenden Stegabschnitten. Es bedarf einer besonderen Formung dieser Stegteile
sowohl in bezug auf den Stegquerschnitt als auch in bezug auf die die Wälzkörper
führenden Seitenflächen. Der Querschnitt dieser abgewinkelten Stegteile ist trapezförrnig
gestaltet, und die Seitenflächen des Trapezes besitzen eine stark gewölbte Form,
die verhältnismäßig schwierig zu berechnen und herzustellen ist, wenn die Führung
der Wälzkörper längs einer Linie erfolgen und nicht nur eine Punktberührung erreicht
werden soll. Selbst wenn jedoch die exakte Fonngebung dieser Führungsfläche erreichbar
wäre, so wäre trotzdem eine einwandfreie Führung der Wälzkörper auf die Dauer nicht
gewährleistet, da die Führungsflächen infolge ihrer hohen spezifischen Belastungen
einem sehr großen Verschleiß unterworfen sind.
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Zum Stand der Technik zählt ferner die Maßnahme, die Wälzkörper an
solchen Stegteilen zu führen, die achsparallel verlaufen und beiderseits des Teilkreises
angeordnet sind. Es ist jedoch praktisch unmöglich, die hierfür erforderliche außergewöhnlich
große Genauigkeit mit wirtschaftlich vertretbaren Fertigungsmethoden zu erzielen,
um die Wälzkörper, wie es bei diesen bekannten Käfigen gefordert wird, auf jeder
Seite an zwei übereinanderliegenden Zonen gleichzeitig zu führen.
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Darüber hinaus ist eine weitere Ausführungsform bekannt
' bei der die Wälzkörper noch zusätzlich zu den achsparallelen innerhalb
und außerhalbdes Teilkreises angeordneten Stegteilen der eben beschriebenen Käfigausführung
an den abgewinkelten Stegteilen im Teilkreis geführt werden. Die Wälzkörper werden
hierbei auf jeder Seite an drei übereinander-Jegenden Zonen mit insgesamt fünf verschiedenen
Stellen eines Käfigsteges gleichzeitig geführt, d. h., es st gegenüber dem
vorbeschriebenen Käfig noch eine veitere Führungszone vorhanden, so daß die Anbrderungen
an die Genauigkeit und die Fertigungs-;chwierigkeiten erheblich viel größer sind.
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Bekannt ist schließlich ein Käfig, bei dem die Zollen von achsparallelen
Stegteilen in einer radialen Richtung gehalten und von anderen achsparallelen i
Stegteilen im Bereich des Teilkreises geführt sind.
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Dieser Käfig ist einfach herstellbar, und mit ihm wird auch eine gute
Führungsgenauigkeit erzielt. Er ist aber dann nicht anwendbar, wenn die Rollen in
beiden radialen Richtungen zu halten sind und mit dem Käfig als in sich geschlossenes
Bauelement zur Anwendung gelangen sollen. Ziel der Erfindung ist deshalb, einen
Käfig so auszubilden, daß er gleich einfach herstellbar ist wie der die Rollen im
Teilkreis an achsparallelen Stegteilen führende Käfig und bei ebenfalls guter Führung
der Wälzkörper darüber hinaus den Vorteil der übrigen bekannten Käfige aufweist,
die Rollen in beiden radialen Richtungen zu halten.
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Es sind ferner Wälzkörperkäfige bekannt, die aus einer ebenen Platte
ausgestanzt, dann unter Bilden von schrägen Verbindungsstücken zwischen den oberen
und unteren achsparallelen Stegteilen ausgerollt und schließlich zu einem runden
Käfig gebogen werden. Beim Ausstanzen erhalten die oberen und unteren Stegteile
verschiedene Breiten, die ungleiche Abstände zwischen diesen Stegteilen bedingen.
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Die Abmessungen werden hierbei so gehalten, daß beim Rundbiegen des
Käfigs die engeren Abstände zwischen den oberhalb des Teilkreises zu liegen kommenden
Stegteilen sich verbreitern, während die breiteren Abstände zwischen den unterhalb
des Teilkreises zu liegen kommenden Stegteilen sich verengen, mit der Endwirkung,
daß beim fertig rundgebogenen Käfig ein über die gesamte Käfigbreite durchgehender
Schlitz von gleicher Breite entsteht. Bei diesen Stegteilen handelt es sich nicht
um Führungen im Sinne der Erfindung, sondern lediglich um Halterungen für die Wälzkörper,
um deren Herausfallen aus dem Käfig zu verhindern.
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Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Käfigausführungen
mit in beiden radialen Richtungen gehaltenen Wälzkörpern, die im besonderen
durch
die schwer zu erzielende Genauigkeit der Führung der Wälzkörper und durch die schwierige
und umständliche Käfigherstellung gegeben sind, vermieden.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Wälzkörper ausschließlich durch
die innerhalb oder außerhalb des Teilkreises liegenden achsparallelen Stegteile
geführt sind. Damit ergeben sich eindeutige Führungsverhältnisse, und die Herstellungsgenauigkeit
hält sich in einem Rahmen, der es ermöglicht, den erfindungsgemäßen Käfig mit wirtschaftlich
vertretbaren Methoden herzustellen.
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Als besonders zweckmäßig erweist es sich, die Führung der Wälzkörper
durch die beiden axial äußeren achsparallelen Stegteile zu bewirken, an die sich
die Käfigstimringe anschließen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu
sehen, die die Wälzkörperführung übernehmenden achsparallelen Stegteile mit Führungskanten
bzw. Führungsflächen zu versehen, an denen die Wälzkörper anliegen. Die Erfindung
läßt sich zweckmäßigerweise dadurch vervollständigen, daß die Führungsflächen der
achsparallel verlaufenden Stegteile gleichzeitig zum Führen des Käfigs auf den Wälzkörpern
dienen und daß die Führungsflächen mit den Wälzkörpern einen Schmierkeil bilden.
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Für die in den Unteransprüchen genannten Merkmale wird Schutz nur
im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch begehrt. In den Zeichnungen ist die Erfindung
beispielsweise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 den Längsschnitt durch einen
Käfig für zylindrische Wälzkörper in vergrößertem Maßstab, bei dem die achsparallele
Führung der Wälzkörper ausschließlich innerhalb des Teilkreises erfolgt, F i
g. 2 den Querschnitt durch eine Tasche dieses Käfigs gemäß der Linie
11-11 der F i g. 1 in nochmaliger Vergrößerung, F i g. 3 den
Querschnitt durch eine Käfigtasche gemäß der Linie II-11 der F i g. 1 in
nochmaliger Vergrößerung, wobei in der linken Hälfte der gestanzte und in der rechten
Hälfte der mit bearbeiteten Führungsflächen versehene Käfigquerschnitt dargestellt
ist, F i g. 4 den Längsschnitt durch einen Käfig für zylindrische Wälzkörper
in vergrößertem Maßstab, bei dem die achsparallele Führung der Wälzkörper außerhalb
des Teilkreises und gleichzeitig die radiale Führung des Käfigs auf den Wälzkörpern
erfolgt, F i g. 5 den Teilquerschnitt dieses Käfigs gemäß der Linie V-V der
F i g. 4 in nochmaliger Vergrößerung.
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Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Käfig wird beispielsweise
aus einer zylindrischen Hülse oder einem Rohrstück mit einer Wandstärke von etwa
einem Viertel des Wälzkörperdurchmessers hergestellt, wobei zur Herstellung dieses
Ausgangswerkstückes jedes geeignete Verfahren, also spanlos oder spanabhebend, angewandt
werden kann. Indiese zylindrische Hülse werden die zur Aufnahme der Wälzkörper
1 erforderlichen Fenster 2 eingestanzt, deren Länge so bemessen ist, daß
durch die nachfolgende spanlose Verformung eine Kürzung der Fenster 2 eintreten
kann und trotzdem im Endzustand noch genügend axiales Spiel für die Wälzkörper
1 gegeben ist. Durch seitliche Stimringe 3 werden die zwischen den
Fenstern 2 über den Umfang des Zylinders verbleibenden Stege 4 gehalten und zueinander
fixiert. Die Fenster 2 sind auf ihrer Länge mit einer jeweils unterschiedlichen
Breite ausgeführt, und zwar so,daß sie an beiden Enden 5 eine geringere Breite
besitzen als der Wälzkörperdurchmesser, dann je ein Bereich 6
kommt,
welcher breiter ist als der Wälzkörperdurchmesser und im mittleren Teil
7 wieder eine geringere Breite folgt. Die mit solchen Fenstern versehene
zylindrische Hülse wird anschließend durch spanlose Verforinung in ihren Bereichen
6 und 7 so verformt, daß die mit größerer Breite als der Wälzkörperdurchmesser
versellenen beiden Abschnitte 6 als Durchkröpfung dienen und der mittlere
Teil 7 außerhalb des Teilkrcises 8 zu liegen kommt, wobei die zylindrische
Form erhalten bleibt. Während also die an den Enden der Fenster 2 engeren Abschnitte
5 innerhalb des Teilkreises 8 und die in der Mitte der Fenster 2 ebenfalls
engeren Abschnitte 7 außerhalb des Teilkreises 8 liegen, werden die
diesen beiden Ab-
schnitten 5 und 7 zugeordneten Stegteile
9 und 10
durch parallel zueinander verlaufende Stegteile
11
verbunden. Diese Stegteile 11 können dabei schräg oder radial zur
Drehachse 12 des Käfigs stehen und berühren die Wälzkörper 1 im Teilkreis
8 nicht.
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Da die innerhalb und außerhalb des Teilkreises 8
liegenden Abschnitte
5 und 7 der Fenster 2 schmäler als der Wälzkörperdurchmesser sind,
wird damit die radiale Halterung der von außen in die Fenster 2 eingefederten Wälzkörper
1 sichergestellt.
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Der Abstand der in und außerhalb des Teilkreises 8
liegenden
einzelnen Teile 10 -und 11 der Stege 4 von der Mantelfläche
13 der Wälzkörper 1 ist größer als der der innerhalb des Teilkreises
8 liegenden Stegteile, wodurch die Wälzkörper 1 nur an den tangential
zum Wälzkörpermantel 13 gerichteten Führungsflächen 14 zur Anlage kommen
und damit geführt werden. Die radiale Freiheit des zwischen einer Innenlaufbahn
15 und einer Außenlaufbahn 16 befindlichen Käfigs ist kleiner als
die radiale Freigängigkeit je zweier einander zugeordneter Führungsflächen
14 gegenüber dem Mantel 13 der Wälzkörper 1. Der Käfig kann, wie beispielsweise
dargestellt, auf der Innenlaufbahn 15 oder an der Außenlaufbahn
16 geführt sein.
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Wie in der F i g. 3 links dargestellt, können die innerhalb
des Teilkreises 20 in axialer Richtung verlaufenden Abschnitte Zl der Stege
17 eine zum Mantel 22 der Wälzkörper 23 gerichtete, durch Stanzen
entstandene Stegkante 24 besitzen oder aber eine, wie in F i g. 3 rechts
dargestellt, durch Anprägen erzeugte Führungsfläche 25 haben. Je zwei gegenüberliegende
Stegkanten 24 oder Führungsflächen 25 haben unter Berücksichtigung der zwischen
den Führungsflächen und dem Käfig erforderlichen Schmierfilmstärken und des üblichen
Spiels einen so geringen Abstand zum Mantel 22 der Wälzkörper 23, daß der
Käfig seinerseits exakt auf den Wälzkörpern radial geführt und damit zentriert ist.
Die radiale Freiheit des Käfigs gegenüber der Innen- oder Außenlaufbahn ist größer
als der radiale Abstand je zweier einander zugeordneter Stegkanten 24 oder
Führungsflächen 25. Eine Führung des Käfigs an einer seiner beiden Laufbahnen
oder an einem anderen Teil ist daher nicht gegeben.
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Die F i g. 4 und 5 zeigen, daß das Käfigprofil auch
umgekehrt sein kann. In eine zylindrische Hülse werden zur Aufnahme der Wälzkörper
47 Fenster 48 eingestanzt, zwischen welchen über den Umfang des Zylinders Stege
49 verbleiben, die durch seitliche
Stimringe 50 gehalten
und zueinander fixiert sind. Die Fenster 48 besitzen wiederum über ihre gesamte
Länge eine jeweils unterschiedliche Breite. Durch spanlose Verformung wird die zylindrische
Hülse dann in ihrem mittleren Teil 51 und 52 so geformt, daß die mit einer
größeren Breite als der Wälzkörperdurchmesser versehenen Abschnitte 53 der
Fenster 48 im Bereich der Durchkröpfung liegen und sich der mittlere Abschnitt 54,
welcher schmäler als der Wälzkörperdurchmesser ist, innerhalb des Teilkreises
55 befindet. Die außerhalb des Teilkreises an den ,Enden der Wälzkörper 47
befindlichen Abschnitte 56
der Fenster 48 sind ebenfalls enger als der Wälzkörperdurchmesser.
Zur Führung der Wälzkörper auf breiter Basis sind die erforderlichen, zweckmäßig
tangential zum Wälzkörpermantel 57 verlaufenden Führungsflächen
58 außerhalb des Teilkreises 55 angeordnet. Der radiale Abstand
je zweier einander zugeordneter Führungsflächen 58 zum Wälzkörpermantel
57 ist geringer als die Freigängigkeit des Käfigs gegenüber seinen beiden
Laufbahnen, so daß neben der Führuno, der Wälzkörper an den Führungsflächen auch
der Käfig selbst über diese Führungsflächen auf den Wälzkörpern geführt und zugleich
zentriert ist.
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In den dargestellten Figuren erfolgt die Führung der Wälzkörper an
ihren Enden. Dies erbringt bei den beschriebenen Ausführungsformen die Vorteile,
daß einmal die führenden Stegteile in steifer Verbindung mit den seitlichen Stimringen
stehen und selbst bei sehr hohen Drehzahlen durch irgendwelche Krafteinflüsse, z.
B. durch Entstehen von Schwingungen in ihrer Lage und ihrer Führung nicht beeinträchtigt
werden, daß sie ferner am Einfedem der Wälzkörper nicht beteiligt sind und ihre
Lage somit ständig beibehalten. Je nach Erfordernis sind sie überdies in einer optimalen
Länge bemessbar, so daß sie die Wälzkörper an zwei weit auseinanderliegenden Stellen
mit Linienberührung absolut sicher parallel führen.
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In besonderen Fällen kann es natürlich auch zweckmäßig sein, wenn
die mittleren Stegteile an Stelle der äußeren sich an die Stimringe anschließenden
Stegteile zur Führung herangezogen werden.
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Bei der Herstellung der Käfige entsprechend den dargestellten Ausführungsformen
ist es möglich, die die Wälzkörper führenden Stegteile so genau herzustellen, daß
ohne zusätzliche Bearbeitung der Stegkanten eine genaue achsparallele Führung der
Wälzkörper gewährleistet und der Käfig auf diesen geführt ist. In den Fällen, in
denen eine absolut genaue Maßhaltung der Führungsflächen sowie das Einhalten genau
bemessener Abstände zwischen den führenden Stegteilen notwendig ist, können bei
allen gezeigten Ausführungsformen die Ste,-kanten noch besonders geformt werden.
So ist es z. B. möglich, auf einfache Weise die axial verlaufenden, beim Stanzen
entstehenden Kanten 24 zu Führungsflächen 25 umzuprägen (F i g. 3).
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Die angeforinten, z. B. angeprägten Führungsflächen verlaufen zweckmäßig
tangential zum Wälzkörpermantel und bilden damit zur Berührungslinie mit den Wälzkörpern
keilförmige öffnungen 26
(F i g. 3), durch welche sich, zumindest in
der Drehrichtung der Wälzkörper, zwischen diesen und den Führungsflächen das Schmiermittel
anstaut, so daß sich hierdurch ein Druckpolster ausbildet. Es ist auch möglich,
die Führungsflächen der Kreisform des Wälzkörpermantels anzupassen oder ihnen, im
Querschnitt gesehen, einen größeren Radius als den der Wälzkörper zu geben, derart,
daß zumindest in der Drehrichtung der Wälzkörper ein Anstauen des Schmiermittels
und somit das Ausbilden eines Druckpolsters bewirkt wird. Die genaue Lage des Druckpolsters
kann in allen Varianten, z. B. mittels Einprägen erzeugter geringer Vertiefungen
bzw. durch parallel zu den Wälzkörpern gelegte Stauschwellen bestimmt werden.