DE3141813C2

DE3141813C2 -

Info

Publication number: DE3141813C2
Application number: DE3141813T
Authority: DE
Inventors: Charles W. East Sparta Ohio Us Faigley Jun.
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1989-01-12
Also published as: GB2083573A; WO1981002918A1; GB2083573B; EP0049274A1; EP0049274A4; DE3141813T1; EP0049274B1; SE8107079L; US4317601A; SE433655B

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollenkäfig für ein Kegel rollenlager, der einteilig aus einem Kunstharz ausgebil det ist und einen großen Stirnring, einen kleinen Stirn ring sowie Stege aufweist, die einteilig mit den Stirn ringen ausgebildet sind und zwischen diesen verlaufen, wobei die Stege jeweils eine einwärts weisende und eine auswärts weisende Fläche und Seitenflächen aufweisen, die den Manteflächen der Kegelrollen zugewandt sind, wobei jede Seitenfläche innere und äußere geschrägte Flächenteile aufweist, die im wesentlichen ebenflächig verlaufen und einander schneiden, wobei der innere geschrägte Flächenteil näher am inneren Laufring als der äußere geschrägte Flächenteil liegt und die inneren und äußeren geschrägten Flächenteile so angeordnet sind, daß im zusammengesetzten Kegelrollenlager der Winkel zwischen dem inneren geschrägten Flächenteil und einer Tangente am Teilkreis der Rollen größer ist als der Winkel zwischen dem äußeren geschrägten Flächenteil und einer Tangente am Teilkreis, so daß der äußere geschrägte Flächenteil weiter über die Mantelfläche der angrenzen den Rolle verläuft als die innere geschrägte Fläche.

Bei einem bekannten derartigen Rollenkäfig für ein Kegelrollenlager (US-PS 41 36 916) erstrecken sich die Stege des Rollenkäfigs bis unterhalb des Teilkreises der Rollen und die geschrägten Flächenteile der Stege passen zur Kante der Rollen und sollen gegen diese anliegen. Da bei diesem Rollenkäfig nur die größeren Teile der Stege außerhalb des Teilkreises der Rollen liegen, ist die Halterung der Rollen bei Trennung des inneren Laufringes vom äußeren Laufring nicht optimal.

Bei einem anderen bekannten Rollenkäfig für ein Kegel rollenlager (US-PS 34 77 773) sind die Stege verhältnis mäßig dick ausgeführt und verlaufen vom Teilkreis der Rollen aus so weit nach innen wie nach außen. Weiterhin weisen die Stege zwei sich schneidende Schrägflächen auf, wobei nur die äußere der zwei Schrägflächen an den Seiten jedes Steges dazu dient, die Rollen in den Rollentaschen zu halten. Die verhältnismäßig dicken Stege beeinträchtigen zudem den Schmiermittelumlauf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Rollen käfig für ein Kegelrollenlager der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine sichere Halterung der Rollen gegeben ist, bei der die Rollen an einer wesentlichen Bewegung von der Lauffläche des innern Laufringes weg gehindert sind, wenn der innere Laufring vom äußeren Laufring getrennt wird, und bei der gleichzeitig für eine verbesserte Schmierung gesorgt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) die Stege vollständig außerhalb des Teilkreises der Rollen liegen, und
b) daß der Winkel zwischen dem inneren geschrägten Flächenteil jedes Steges und einer durch die Mitte des Steges und durch die Drehachse des Lagers verlaufenden Radialebene zwischen etwa 20° und etwa 30° liegt und daß der Winkel zwischen dem äußeren geschrägten Flächenteil jedes Steges und der Radialebene zwischen etwa 40° und 50° liegt.

Vorteilhafterweise verlaufen die äußeren geschrägten Flächen nicht über die volle Länge der jeweiligen Stege. Weiterhin sind vorzugsweise die Stege in jeder Quer schnittsebene über ihre gesamte Länge maximal etwa 40% des Durchmessers der Rollen in der gleichen Querschnitt ebene dick.

Vorteilhafterweise verlaufen sowohl die inneren geschräg ten Flächenteile beiderseits jeder Rolle als auch die äußeren geschrägten Flächenteile beiderseits jeder Rolle so, daß sie die Rolle zwischen ihrem Schnittpunkt und ihren jeweiligen Kanten allgemein tangential berühren.

Der erfindungsgemäße Rollenkäfig sorgt für eine ausge zeichnete Halterung der Rollen des Kegelrollenlagers, der die Rollen an einer wesentlichen Bewegung von der Lauf fläche des inneren Laufringes weg hindert, wenn der innere Laufring vom äußeren Laufring getrennt wird. Gleichzeitig wird für eine sehr zuverlässige Schmierung gesorgt, da die tangentiale Berührung zwischen den geschrägten Flächenteilen und den Rollen zur Bildung eines Gleitmittelkeils bzw. einer sehr dünnen hydrodyna mischen Gleitmittelschicht führt. Das Gleitmittel wird somit im Kegelrollenlager in der erforderlichen Schicht dicke gleichmäßig über die Oberflächen der Rollen verteilt.

Der erfindungsgemäße Rollenkäfig nimmt keinen wesentlich größeren Anteil des Lagerinneren ein als ein herkömmli cher gestanzter Metallkäfig, ist fest und biegsam genug, um ein einfaches Aufsetzen auf einen Lagerkegel mit den Kegelrollen zu erlauben, und eignet sich besonders für Kegelrollenlager in der Kfz-Industrie.

Der erfindungsgemäße Rollenkäfig wird nun an Hand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist

Fig. 1 ein Schnitt durch ein einreihiges Kegelrollen lager mit einem Rollenkäfig;

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene und teilweise geschnittene Perspektivdarstellung des Rollen käfigs;

Fig. 3 ein Schnitt auf der Ebene 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 ein Schnitt auf der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 ein Schnitt auf der Ebene 5-5 der Fig. 3; und

Fig. 6 eine Teildraufsicht des Rollenkäfigs aus der Ebene 6-6 der Fig. 5, wobei die Ausgestaltung einer der Rollentaschen und der sie einfassen den Stege gezeigt ist.

Aus den Fig. 1 und 2 geht ein Kegelrollenlager B hervor, das größtenteils herkömmlich aufgebaut ist, jedoch einen verbesserten Rollenkäfig C enthält, der ein Formstück aus einem leichten Polymerisatharz ist. Während das Kegelrollenlager B ein einreihiges Lager ist, wie es vielfach als Radlager von Kraftfahrzeugen Verwendung findet, ist der Rollenkäfig C für fast alle Kegelrollen lager geeignet, deren Rollen weit genug beabstandet sind, um den Rollenkäfig aufzunehmen.

Abgesehen vom Rollenkäfig C weist das Kegelrollenlager B einen inneren Laufring 2, einen äußeren Laufring 4 sowie die Kegelrollen 6 auf, die zu einer einzigen Rollenreihe zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring 2 bzw. 4 angeordnet sind. Um die Rollen 6 aufnehmen zu können, ist der innere Laufring 2 mit einer konischen Lauffläche 8 und der äußere Laufring 4 entsprechend mit einer konischen Lauffläche 10 ausgerüstet, wobei letztere der Lauffläche 8 des inneren Laufringes 2 unmittelbar gegen überliegt und sie umgibt. Die Konizität der beiden Laufflächen 8, 10 ist derart gewählt, daß beim Verlän gern der beiden Laufflächen bis zu ihren Scheiteln diese in einem gemeinsamen Punkt auf der Drehachse X des Kegelrollenlagers B liegen. Weiterhin weist der innere Laufring 2 eine Druckkante 12 an der großdurchmeßrigen Stirnseite und eine Haltekante 14 an der kleindurchmeß rigen Stirnseite der Lauffläche 8 auf.

Die großdurchmeßrigen Enden der Rollen 6 liegen an der Druckkante 12 an, wenn das Kegelrollenlager B unter Last steht. Die Druckkante 12 verhindert nicht nur, daß die Rollen 6 aus dem Raum zwischen dem inneren Laufring 2 und dem äußeren Laufring 4 herausgedrückt werden. In begrenztem Ausmaß hält die Druckkante 12 auch die Rollen 6 in der erforderlichen Winkelausrichtung bezüglich der Achse X. Die Haltekante 14 hindert die Rollen 6 und den Rollenkäfig C nur daran, vom inneren Laufring 2 abzurut schen, wenn der innere und der äußere Laufring 2 bzw. 4 voneinander gelöst werden.

Der Rollenkäfig C befindet sich - wie auch die Rollen 6 - im Ringraum zwischen dem inneren Laufring 2 und dem äußeren Laufring 4 und dient primär dazu, den Sollab stand zwischen den Rollen 6 aufrechtzuerhalten, so daß sie bei arbeitendem Kegelrollenlager B gleichmäßig beabstandet entlang der Laufflächen 8, 10 liegen. Wei terhin hält der Rollenkäfig C die Rollen 6 mit in der erforderlichen Winkelausrichtung und die Rollen 6 auf dem inneren Laufring 2, wenn dieser vom äußeren Laufring 4 getrennt wird, so daß der innere Laufring 2, sein Kegelrollenansatz 6 sowie der Rollenkäfig C eine Einheit bilden. Schließlich unterstützt der Rollenkäfig C das Verteilen des Gleitmittels im Kegelrollenlager B, indem er das Gleitmittel zu einer hydrodynamischen Gleitmit telschicht auf den Mantelflächen der Rollen 6 ausbreitet und es zu den weiten Enden der Rollen 6 und zur Druck kante 12 hin kanalisiert, an der die großen Stirneseiten der Rollen anliegen.

Der Rollenkäfig C ist ein Spritzkunststoffstück aus einem Polymerisatkunststoff mit hoher Festigkeit, einer gewissen Biegsamkeit und der Fähigkeit, den bei anhal endem Lagerbetrieb auftretenden Temperaturen von minde stens 120°C zu widerstehen. Ein geeignetes Polymerisat ist wärmestabilisiertes Nylon 6/6, ein häufig vorkommen des und handelsübliches thermoplastisches Harz. Weiter hin wird der Rollenkäfig C als einheitliches Formstück ausgebildet und der Form als solches entnommen.

Der Rollenkäfig C weist, wie die Fig. 2 bis 6 zeigen, einen großen Stirnring 20, einen kleinen Stirnring 22 sowie Stege 24 auf, die zwischen den beiden Stirnringen 20, 22 gleichbeabstandet verlaufen, so daß im Rollenkä fig C Taschen 26 für die Rollen 6 entstehen. Die Taschen 26 sind so groß und so geformt, daß die Rollen 6 in ihnen verhältnismäßig locker aufgenommen, jedoch hinrei chend sicher gehaltert werden können, so daß die Rollen 6 um den inneren Laufring 2 herum gleichbeabstandet liegen. In dieser Anordnung der Rollen 6 umfaßt der große Stirnring 20 die Druckkante 12 und verläuft über die großen Stirnflächen der Rollen 6 (Fig. 1). Der kleine Stirnring 22 umgibt andererseits die Haltekante 14 und verläuft über die kleinen Stirnflächen der Rollen 6. Die Stege 25, die die beiden Stirnflächen 20, 22 miteinander verbinden, passen zwischen die Rollen 6 und halten sie auf den Laufflächen 8, 10 in gleichen Abstän den. Die Durchmesser der beiden Stirnringe 20, 22 sind derart, daß die zwischen ihnen verlaufenden Stege 24 allgemein der Konizität der axialen Mittellinie der Rollen 6 folgen. Die axialen Mittellinien der Rollen 6 beschreiben bei arbeitendem Kegelrollenlager einen gedachten Kegel, dessen Scheitel in den gemeinsamen Scheitelpunkt der Lauffläche 8, 10 fällt. Jeder Kreis entlang dieses Kegels ist als Teilkreis P (Fig. 1, 4 und 5) bekannt. Der Teilkreis P am großen Stirnring 20 hat einen größeren Durchmesser als ein Teilkreis P am klei nen Stirnring 22. Die Stege 24 des Rollenkäfigs C liegen vollständig außerhalb des Teilkreises P, und zwar unab hängig von der Ebene, in der dieser genommen wird, und haben eine Querschnittsdicke von nicht mehr als etwa 30- 40% des Rollendurchmessers in der gleichen Schnitt ebene.

Die nach außen gewandten Flächen der Stege 24 verlaufen bündig mit der nach außen weisenden Fläche des kleinen Stirnrings 22; das gleiche gilt bezüglich der nach innen weisenden Flächen der Stege 24 und des kleinen Stirn rings 22 (Fig. 3). Weiterhin verlaufen die aus- und einwärts weisenden Flächen der Stege 24 von der Lager- und Käfigachse X verjüngt weg und parallel über die gesamte Länge der Stege 24, obgleich die äußere Fläche nahe dem großen Stirnring 20 schmaler wird. Weiterhin verlaufen in diesem Bereich die Stege 24 entlang ihren Kanten, aber nicht ihren Mitten, parallel zur Achse X und bilden schmale dreieckige Segmente 28 eines gedach ten Zylinders, dessen Mitte auf der Achse A liegt. Die einwärts weisenden Flächen der Stege 24 behalten die Verjüngung bis zum großen Stirnring 20 bei. Infolge der dreieckigen Segmente 28 sind die Stege 24 einwärts zum großen Stirnring 20 hin zu Hälsen eingeschnürt, so daß am Übergang der Stege 24 zu den großen Stirnringen 20 Aussparungen 30 entstehen. Am Übergang der Stege 24 in den großen Stirnringen 20 haben die dreieckigen Segmente 28 entlang der auswärts weisenden Flächen der Stege 24 etwa den gleichen Durchmesser wie die einwärts weisende Fläche des großen Stirnringes 20 und die einwärts wei senden Flächen der Stege 24 sind von den einwärts weisenden Flächen des großen Stirnringes 20 weg einwärts versetzt. Um die Stege 24 sicher mit dem großen Stirn ring 20 zu verbinden, werden verhältnismäßig schmale Verbindungsrippen 32 von letzterem in erstere vorgezo gen. Die Aussparungen 30 und die Konfiguration, die sie erzeugen, sind erforderlich, damit der Rollenkäfig C aus einer zweiteiligen Teleskop-Spritzform herausgenommen werden kann, in der er gefertigt wird.

Die Seitenflächen der Stege 24 bilden die Seitenflächen der Taschen 26 und jede Seitenfläche weist einen ge schrägten inneren Flächenteil 34 sowie einen geschrägten äußeren Flächenteil 36 auf, wobei letzterer weiter vom Teilkreis P entfernt liegt als ersterer (Fig. 5). Wei terhin sind beide Flächenteile 34, 36 ebenflächig und schneiden sich in einer Linie 38, so daß eine allgemein V-förmige Ausnehmung 40 entsteht. Die beiden Flächentei le 34, 36 verlaufen gemeinsam allgemein entsprechend den Mantelflächen der Rollen 6 in den Taschen 26 und tangen tial zu den Mantelflächen der Rollen 6. Weiterhin liegen der innere Flächenteil 34 und der äußere Flächenteil 36 so, daß konvergierende bzw. keilförmige Hohlräume von den Kanten dieser Flächtenteile bis zum Berührungspunkt führen. Während die inneren Flächenteile 34 über die gesamte Länge der Stege 24 verlaufen, laufen die äußeren Flächenteile infolge des Vorliegens der dreieckigen Segmente 38 kurz vor dem großen Stirnring 20 aus. Die äußeren Flächenteile 36, die unter einem kleineren Winkel zum Teilkreis P weisen als die inneren Flächen teile 34, dienen im Effekt als Lippen, die die Halte rungseigenschaften des Rollenkäfigs C verbessern. Bezüg lich der Radien (r), die von der Drehachse X des Kegel rollenlagers B durch die Mitten der Stege 24 verlaufen, verlaufen die äußeren geschrägten Flächenteile 36 unter einem signifikant größeren Winkel als die inneren ge schrägten Flächenteile. Normalerweise beträgt der Winkel (m) der inneren geschrägten Flächenteile 34 20° bis 30°, der Winkel (n) der äußeren geschrägten Flächenteile 36 40° bis 50°, wobei die bevorzugten Winkel von der im Einzelfall vorliegenden Lagergeometrie abhängen. An ihren kleindurchmeßrigen Enden werden daher die Rollen 6 von sowohl den inneren als auch den äußeren geschrägten Flächenteilen 34, 36 auf den Stegen 24 gehaltert, während sie an ihren großdurchmeßrigen Enden im wesentlichen von den inneren geschrägten Flächenteilen 34 gehaltert werden.

Schließlich enthält der kleine Stirnring 22 dort, wo er von den Stegen 24 geschnitten wird, Unterschneidungen 42 (Fig. 5 und 6), die der allgemeinen Kontur der geschräg ten Flächenteile 34, 36 auf den Seiten der Stege 24 folgen und entlang diesen Flächenteilen verlaufen, so daß sie begrenzt diese Flächenteile in den Körper des kleinen Stirnrings 22 hinein fortsetzen. Die Unterschei dungen 42 dienen als Kanäle, die einen Ölumlauf um die Rollen 6 herum erlauben und diese in die Lage versetzen, das Gleitmittel zu ihren großdurchmeßrigen Enden und der Druckkante 12 hin zu pumpen, an der diese Enden anlie gen. Weiterhin beseitigen die Unterschneidungen 42 jede Neigung der Enden der Taschen 26, d. h. der Flächen der Taschen 26 entlang dem kleinen Stirnring 22, die Rollen 6 zu führen.

Das Kegelrollenlager B läßt sich im wesentlichen auf die in der US-PS 41 36 916 beschriebene Weise zusammenset zen. Gemäß dieser Arbeitsweise werden jedoch die Rollen, nachdem der Polymerisatkäfig in eine Vorrichtung einge setzt worden ist, in die Taschen hineingedrückt und der Rollenkäfig ungreift die Rollen und hält sie in der Sollage, während der innere Laufring eingedrückt wird. Der Rollenkäfig C kann die Rollen 6 infolge der Lage der Stege 24 außerhalb des Teilkreises und der starken Schrägung der äußeren Flächenteile 36 entlang der Stege 24 nur mit Schwierigkeiten umgreifen. Damit die Rollen 6 nicht aus den Taschen 26 herausfallen können, wird beim Einsetzen der Rollen 6 in den Rollenkäfig C ein Stempel eingeführt, auf dessen Umfangsfläche sich Ausnehmungen befinden, die die Rollen aufnehmen. Dieser Stempel wird dann abgezogen, während der innere Laufring 2 in den Rollenkäfig C eingefahren wird. Der Rollenkäfig C wird sich infolge seiner Biegsamkeit und Elastizität ausbie gen, um die zeitweilige Lageveränderung der Rollen 6 beim Durchgang der Haltekante 14 des inneren Laufringes 2 aufzunehmen.

Im Betrieb des Kegelrollenlagers B läuft der Rollenkäfig C zwischen dem äußeren und dem inneren Laufring 4 bzw. 2 um und folgt dabei dem Rollensatz, während dieser auf den Laufflächen 8, 10 des inneren und des äußeren Laufringes 2 bzw. 4 abrollt. Die Stege 24 des Rollenkä figs C zwischen den nebeneinanderliegenden Rollen 6 gewährleisten, daß die Rollen 6 gleiche Abstände entlang den Laufflächen 8, 10 einnehmen. Da der Rollenkäfig C verhältnismäßig dünn ist, d. h. nicht mehr als etwa 40% des Durchmessers der Rollen 6 ausmacht, läßt er um die Rollen 6 herum genug Raum für den Gleitmittelumlauf. Der Umstand, daß die geschrägten Flächenteile 34, 36 eben flächig und tangential zu den Mantelflächen der Rollen kegel verlaufen, verhindert, daß die beiden geschrägten Flächenteile 34, 36 sich der Kontur der Rollenmantelflä che präzise anpassen. Als Konsequenz kann das die Man telflächen entlangfließende Gleitmittel in die sich verjüngenden Räume zwischen den inneren und äußeren geschrägten Flächenteilen 34, 36 einerseits und den Rollenmantelflächen andererseits fließen, wo es eine sehr dünne Schicht bildet und so zum Schmieren der Rollenoberflächen ideal geeignet ist. Mit anderen Wor ten: Die tangentiale Berührung zwischen den Flächenteilen 34, 36 und den Rollen 6 führt zur Bildung eines Gleit mittelkreises bzw. einer sehr dünnen hydrodynamischen Gleitmittelschicht, wodurch ein sehr zuverlässiges Schmierverfahren gegeben ist. Demgegenüber würden Ober flächen, die der Rollenkontur präzise folgen und zu scharfen Kanten auslaufen, praktisch das gesamte Gleit mittel von den Mantelflächen der Rollen abschaben, so daß sich dort bei arbeitendem Kegelrollenlager ein Gleitmittelmangel entwickelt. Schließlich nehmen auch die V-förmigen Ausnehmungen 40 in den Stegen 24 Gleit mittel auf, so daß die Dicke der Gleitmittelschicht erhalten bleibt.

Falls das Rollenlager B auseinandergenommen wird und die Inneneinheit eine rauhe Behandlung ertragen muß, bleiben die Rollen 6 dennoch im Rollenkäfig C sitzen. Die äußeren geschrägten Flächenteile 36 entlang den Seiten der Stege 24 übergreifen die Rollen 6 und bewirken eine Breitenreduzierung der Taschen 26. Als Konsequenz hat der Rollenkäfig C erheblich bessere Rollenhalterungsei genschaften als herkömmliche Polymerisatkäfige.

Claims

1. Rollenkäfig für ein Kegelrollenlager, der ein teilig aus einem Kunstharz ausgebildet ist und einen großen Stirnring (20), einen kleinen Stirnring (22) sowie Stege (24) aufweist, die einteilig mit den Stirnringen (20, 22) ausgebildet sind und zwischen diesen verlaufen, wobei die Stege (24) jeweils eine einwärts weisende und eine auswärts weisende Fläche und Seitenflächen aufweisen, die den Man telflächen der Kegelrollen (6) zugewandt sind, wobei jede Seitenfläche innere (34) und äußere (36) geschrägte Flä chenteile aufweist, die im wesentlichen ebenflächig verlau fen und einander schneiden, wobei der innere geschrägte Flächenteil (34) näher am inneren Laufring (2) als der äußere geschrägte Flächenteil (36) liegt und die inneren und äußeren geschrägten Flächenteile (34, 36) so angeordnet sind, daß im zusammengesetzten Kegelrollenlager der Winkel zwischen dem inneren geschrägten Flächenteil (34) und einer Tangente am Teilkreis (p) der Rollen (6) größer ist als der Winkel zwischen dem äußeren geschrägten Flächenteil (36) und einer Tangente am Teilkreis (p), so daß der äußere geschrägte Flächenteil (36) weiter über die Mantelfläche der angrenzenden Rolle (6) verläuft als die innere ge schrägte Fläche (34), dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Stege (24) vollständig außerhalb des Teil kreises (p) der Rollen (6) liegen und
(b) daß der Winkel zwischen dem inneren ge schrägten Flächenteil (34) jedes Steges (24) und einer durch die Mitte des Steges (24) und durch die Drehachse des Lagers verlaufenden Radialebene (r) zwischen etwa 20° und etwa 30° liegt und daß der Winkel zwischen dem äußeren geschrägten Flächenteil (36) jedes Steges (24) und der Radialebene (r) zwischen etwa 40° und 50° liegt.

2. Rollenkäfig nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die äußeren geschrägten Flächen (36) nicht über die volle Länge der jeweiligen Stege (34) verlaufen.

3. Rollenkäfig nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stege (24) in jeder Querschnittsebene über ihre gesamte Länge maximal etwa 40% des Durchmessers der Rollen (6) in der gleichen Querschnittsebene dick sind.