DE4222185A1

DE4222185A1 - Wälzlagerkäfig aus elastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE4222185A1
Application number: DE19924222185
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Christmayr
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 1994-01-13

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig aus elastischem Kunst stoff, insbesondere für Zylinderrollenlager bzw. Nadellager in Losrad lagerungen, der die Wälzkörper zur Verhinderung der Riffelbildung federnd gegen eine Laufbahn drückt, der zumindest an einer Stelle seines Umfanges einen durch einander gegenüberliegende Begrenzungs flächen gebildeten axial verlaufenden Schlitz aufweist, wobei im Bereich des Schlitzes elastische Verbindungs- bzw. Federelemente an geordnet sind.

Derartige bekannte Käfige werden häufig zur Losradlagerung von Zahnrä dern auf Wellen in Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen verwendet. Diese Zahnräder laufen teils ohne Belastung gegenüber den Wellen um, während sie in einem anderen Betriebszustand, in dem sie ein Drehmo ment übertragen, starr mit der Welle gekuppelt sind. In diesem letzte ren Betriebszustand, in dem Zahnrad und Nadelkranz mit ähnlichen Umlaufgeschwindigkeiten wie die Welle rotieren, d. h. sie stehen relativ still zueinander, führt der Nadelkranz kaum eine eigene Rota tionsbewegung um seine Achse aus. Es besteht die Gefahr, daß sich die Wälzkörper in ihre Laufbahnen einarbeiten und diese damit beschädigen, was zum vorzeitigen Lagerausfall führt. Diese sog. Riffelbildung kann durch Wälzlagerkäfige, die einen Schlitz aufweisen, beseitigt werden, weil sich diese unter Wirkung ihrer Eigenelastizität mittels angeform ter Federelemente im Schlitzbereich etwas aufweiten und dabei spiel frei gegen die Wälzkörper anlegen können. Dadurch wird erreicht, daß auch in diesem Betriebszustand die Wälzkörper eine Abwälzbewegung durchführen.

So wird beispielsweise in der deutschen Patentschrift 10 40 852 eine Vorrichtung zur Verhinderung der Riffelbildung in Wälzlagern beschrie ben, bei der ein in axialer Richtung geteilter Käfig in sogenannten Teilfugen Schraubenfedern aufnimmt, die die Käfighälften auseinander drücken. Der Nachteil dieses Käfigs besteht darin, daß beide Käfig hälften jeweils mit einer Teilfuge zur Aufnahme der Federn versehen werden müssen, was ihre Herstellung erschwert. Außerdem lassen sich die Schraubenfedern bis zur Montage des Wälzlagers auch nicht aus reichend in den Teilfugen fixieren.

Nach dem deutschen Gebrauchsmuster 90 06 526 ist auch ein geschlitzter Wälzlagerkäfig bekannt, der in seinem Schlitzbereich angeformte Feder elemente besitzt, die mit den freien Käfigenden verbunden sind. Der Nachteil eines derartigen Käfigs besteht einerseits darin, daß auf grund der kompliziert geformten Federelemente bei der Herstellung ebenso kompliziert geformte Spritzwerkzeuge erforderlich sind und andererseits die angeformten Federelemente eine undefinierte Feder kraft aufbringen. Die undefinierte Federkraft wird durch den sehr stark temperaturabhängigen Elastizitätsmodul von gebräuchlichen Poly merwerkstoffen bewirkt. Dies kann dazu führen, daß geschlitzte Wälz lagerkäfige aus Kunststoff mit angespritzten Federelementen das Pro blem der Riffelbildung aufgrund des Vorspannungsverlustes unter Tempe ratureinfluß nur mangelhaft lösen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Wälzlagerkäfig zu entwickeln, der eine definierte Federkraft aufweist. Darüber hinaus soll der Wälzlagerkäfig einfach und wirtschaftlich in seiner Fertigung sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einer der Begrenzungsflächen eine Blattfeder aus Stahl kraft- und/oder form schlüssig mit dem Wälzlagerkäfig verbunden ist und an der gegenüber liegenden Begrenzungsfläche federnd anliegt.

Die beiden Begrenzungsflächen des Wälzlagerkäfigs werden durch die im Schlitzbereich integrierte Stahlfeder in Umfangsrichtung voneinander weggedrückt, so daß der Wälzlagerkäfig in weiten Grenzen entsprechend der aufgebrachten Federkraft in Umfangsrichtung elastisch vorgespannt ist. Auf diese Weise wird der Wälzlagerkäfig aus elastischem Kunst stoff mit Hilfe des erfindungsgemäßen Federelementes verspannt und mit einer relativ großen Federkraft radial nach außen gedrückt, so daß sich die Wälzkörper an den Käfig andrücken, so das Wanderverhalten des Nadelkranzes fördern und auf diese Art und Weise eine Riffelbildung verhindern. Dies setzt allerdings voraus, daß die Taschen des Wälz lagerkäfigs in bekannter Weise ein Querschnittsprofil aufweisen, das eine radial nach innen gerichtete Bewegung der Wälzkörper begrenzt, d. h. ein Herausfallen der Wälzkörper nach innen verhindert.

Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig mit integrierter Stahlfeder im Schlitzbereich hat den Vorteil, daß die Federvorspannung der inte grierten Stahlfeder über einen weiten Temperaturbereich annähernd konstant ist. Somit kann auch bei erhöhten Betriebstemperaturen eines Wälzlagers mit einem Käfig gerechnet werden, der die Wälzkörper radial federnd gegen eine Laufbahn drückt und somit zur sicheren Verhinderung der Riffelbildung beiträgt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den An sprüchen 2 bis 8 beschrieben.

Aus Anspruch 2 geht hervor, daß die Blattfeder vorzugsweise als gleichschenkeliges Trapez ausgebildet ist, deren Ende kraft- und/oder formschlüssig mit dem Wälzlagerkäfig verbunden ist, während sie mit ihren gespreizten Schenkeln, d. h. dem anderen Ende an der gegenüber liegenden Begrenzungsfläche federnd anliegt.

Auch soll nach Anspruch 3 die Blattfeder an ihrem einen Ende mit einem sattelförmigen Aufnahmeelement verbunden sein. Dieses Aufnahmeelement ist mit seinen Konturen an die Geometrie der Stege des Wälzlagerkäfigs angepaßt, so daß es in einfacher Art und Weise auf diese aufgesetzt werden kann.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung gemäß Anspruch 4 und 5 sind die Schenkel der trapezförmigen Blattfeder an ihren Enden mit einem axia len Fortsatz versehen. Dieser Fortsatz greift an der der Feder gegen überliegenden zweiten Begrenzungsfläche in eine Nut ein, so daß die Blattfeder an beiden Begrenzungsflächen mit dem Wälzlagerkäfig ver bunden ist.

Dadurch wird erreicht, daß eine axiale Verschiebung der beiden Begren zungsflächen des Wälzlagerkäfigs vermieden wird und somit eine Er leichterung bei der Montage des Wälzlagers gegeben ist.

Aus Anspruch 6 geht hervor, daß an zwei Stellen des Käfigumfanges Schlitze durch einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen gebildet werden, in deren Bereich elastische Verbindungs- bzw. Federelemente angeordnet sind. Durch diese Trennung des Käfigs in zwei Halbschalen wird durch die doppelt vorhandenen Federelemente eine besonders starke Auffederung des Käfigs in Umfangsrichtung erreicht.

Nach Anspruch 7 soll ein erstes Federelement in einem ersten Schlitz an einer der Begrenzungsflächen kraft- und/oder formschlüssig mit dem Wälzlagerkäfig verbunden sein und an der gegenüberliegenden Begren zungsfläche federnd anliegen, während ein zweites Federelement in einem zweiten Schlitz an beiden Begrenzungsflächen mit dem Wälzlager käfig verbunden sein soll. Durch diese unterschiedliche Anordnung der Federelemente in beiden Schlitzbereichen des Wälzlagerkäfigs wird dessen Handhabbarkeit insbesondere für eine automatische Käfigmontage verbessert, da sich dieser aufgrund der festen Anbindung der Feder elemente in einem Schlitzbereich wie ein Käfig mit nur einem Schlitz verhält.

Schließlich sollen nach Anspruch 8 im Schlitzbereich zwischen den Begrenzungsflächen Sollbruchstellen angeordnet sein. Zunächst sind die freien Käfigenden durch die Sollbruchstellen festgelegt, so daß beim Erfassen des Käfigs beispielsweise durch den Greifer einer Montagevor richtung dieser nicht verformt werden kann. Nach Aufbrechen der Soll bruchstellen sind die freien Käfigenden gegeneinander beweglich und werden durch die im Schlitzbereich angeordneten elastischen Feder elemente voneinander weggedrückt, d. h. nach außen vorgespannt.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläu tert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Wälzlager mit geschlitztem Käfig;

Fig. 2 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung des Schlitzbereiches eines Käfigs mit formschlüssiger Ver bindung des erfindungsgemäßen Federelementes an einer Begrenzungsfläche;

Fig. 3 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung des Schlitzbereiches eines Käfigs mit kraftschlüssiger Verbindung des Federelementes an einer Begrenzungs fläche;

Fig. 4 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung des Schlitzbereiches eines Käfigs mit formschlüssiger Ver bindung des Federelementes an beiden Begrenzungsflä chen.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise eines geschlitzten Käfigs innerhalb eines Wälzlagers sei zunächst auf Fig. 1 verwiesen. Darin ist ein Wälzlagerkäfig 1 aus einem elastischen Werkstoff dargestellt, der an einer Stelle seines Umfanges einen durch einander gegenüber liegende Begrenzungsflächen 2, 3 gebildeten, axial verlaufenden Schlitz 4 aufweist. Der Wälzlagerkäfig 1 ist mit Taschen 7 für die Aufnahme von Wälzkörpern 6 ausgestattet, in denen diese radial nach innen gehalten und achsparallel geführt sind. Dazu verengt sich der Abstand beider Führungsflächen 8 an den Käfigtaschen 7 in radialer Richtung nach innen, so daß die Wälzkörper 6 bei abgezogener Welle 9 nicht herausfallen können. Durch das nicht dargestellte, im Schlitz 4 angeordnete Federelement federt der Wälzlagerkäfig 1 in radialer Richtung nach außen, so daß er einerseits die Wälzkörper 6 radial an eine Laufbahn 10 eines Zahnrades 11 anpreßt und andererseits das Bewegungsspiel der Wälzkörper 6 in ihren Taschen 7 verhindert, so daß Riffelbildungen vermieden werden.

Nach Fig. 2 ist eine trapezförmige Stahlfeder 5 formschlüssig an der Begrenzungsfläche 3 des Wälzlagerkäfigs 1 befestigt. Dazu ist die Blattfeder 5 an ihrem einen Ende mit einem sattelförmigen Aufnahme element 13 versehen. Dieses Aufnahmeelement 13 weist entsprechend der Stegform einen rechteckigen Querschnitt auf und ist nach einer Seite offen, so daß es in radialer Richtung von oben auf den der Begren zungsfläche 3 benachbarten Steg 12 aufgesetzt werden kann. Die sich beginnend vom Aufnahmeelement 13 spreizenden Schenkel der Feder 5 liegen an der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche 2 des Wälzlagerkä figs 1 federnd an.

Im eingebauten Zustand sorgt die Feder 5 dafür, daß die freien Enden des Wälzlagerkäfigs 1 in Umfangsrichtung elastisch nachgeben. Ein derartig in Umfangsrichtung verspannter Wälzlagerkäfig 1 drückt die aus Vereinfachungsgründen nicht gezeichneten Wälzkörper 6 an eine ebenfalls nicht dargestellte Laufbahn 10. Außerdem wird das Bewegungs spiel der Wälzkörper 6 in den Taschen 7 durch den angefederten Wälz lagerkäfig 1 beseitigt. Der dazu erforderliche, sich in radialer Richtung nach innen verjüngende Abstand der Führungsflächen 8 wurde aus Vereinfachungsgründen zeichnerisch nicht dargestellt. Durch diesen von Feder 5 bzw. Wälzlagerkäfig 1 erzeugten Anpreßdruck auf die Wälz körper 6 wird das Wanderverhalten von Wälzlagerkäfig 1 und Wälzkörpern 6 gefördert, so daß die unerwünschte Riffelbildung nicht eintritt.

Im Unterschied zu Fig. 2 ist in Fig. 3 die Feder 5a kraftschlüssig mit der Begrenzungsfläche 3 des Wälzlagerkäfigs 1 verbunden. Dazu ist der Steg 12 in Umfangsrichtung mit einer in Richtung der Begrenzungs fläche 3 offenen Ausnehmung 14 versehen, in die die trapezförmige Feder 5a mit ihrem einen Ende kraftschlüssig eingepreßt wird, so daß das andere Ende der Feder mit den gespreizten Schenkeln unter Vor spannung wiederum an der Begrenzungsfläche 2 des Wälzlagerkäfigs 1 anliegt.

Nach Fig. 4 ist das Federelement 5b mit beiden Begrenzungsflächen 2, 3 des Wälzlagerkäfigs 1 formschlüssig verbunden. Dazu sind die beiden Schenkeln des Federelementes 5b an ihren Enden mit einem Fortsatz 15 in axialer Richtung versehen. Dieser axiale Fortsatz 15 greift in eine in radialer Richtung nach beiden Seiten offene Nut 16 ein, die in Um fangsrichtung durch den äußeren Teil der Begrenzungsfläche 2 und durch eine an die Stirnfläche in axialer Richtung angeformte Leiste 17 begrenzt wird. Durch diese Anordnung der Feder 5b an beiden Begren zungsflächen 2, 3 des Wälzlagerkäfigs 1 wird eine Durchmesserfixierung erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind die verschiedensten Ausführungsvarianten der Stahlfeder 5, 5a, 5b einschließlich verschiedenster Befestigungs arten an einer oder beiden Begrenzungsflächen 2, 3 des Wälzlagerkäfigs 1 im Rahmen der Erfindung möglich. Auch kann der Wälzlagerkäfig 1 einen oder zwei Schlitze 4 aufweisen, in denen neben den Federelemen ten 5, 5a, 5b die Begrenzungsflächen 2, 3 verbindende Sollbruchstellen vorhanden sind.

Bezugszahlen

1 Wälzlagerkäfig
2, 3 Begrenzungsfläche
4 Schlitz
5, 5a, 5b Federelement
6 Wälzkörper
7 Käfigtasche
8 Führungsflächen
9 Welle
10 Laufbahn
11 Zahnrad
12 Steg
13 Aufnahmeelement
14 Ausnehmung
15 Fortsatz
16 Nut
17 Leiste

Claims

1. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff, insbesondere für Zylinderrollenlager bzw. Nadellager in Losradlagerungen, der die Wälzkörper (6) zur Verhinderung der Riffelbildung federnd gegen eine Laufbahn (10) drückt, der an einer Stelle seines Umfanges einen durch einander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen (2, 3) gebildeten, axial verlaufenden Schlitz (4) aufweist, wobei im Bereich des Schlit zes (4) elastische Verbindungs- bzw. Federelemente (5, 5a, 5b) an geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Begrenzungs flächen (2, 3) eine Blattfeder (5, 5a) aus Stahl kraft- und/oder form schlüssig mit dem Wälzlagerkäfig (1) verbunden ist und an der gegen überliegenden Begrenzungsfläche (2, 3) federnd anliegt.

2. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (5, 5a, 5b) als gleich schenkeliges Trapez ausgebildet ist.

3. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (5) an ihrem einen Ende mit einem Aufnahmeelement (13) verbunden ist.

4. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel der trapezförmigen Blattfeder (5b) an ihren Enden mit einem axialen Fortsatz (15) versehen sind.

5. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (5b) an beiden Begrenzungs flächen (2, 3) mit dem Wälzlagerkäfig (1) verbunden ist.

6. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei Stellen des Käfigumfanges Schlitze (4) durch einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen (2, 3) gebil det werden, in deren Bereich elastische Verbindungs- bzw. Federelemen te (5, 5a, 5b) angeordnet sind.

7. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schlitz das erste Federele ment (5, 5a) an einer der Begrenzungsflächen (2, 3) kraft- und/oder formschlüssig mit dem Wälzlagerkäfig (1) verbunden ist und an der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche (2, 3) federnd anliegt, während im zweiten Schlitz das zweite Federelement (5b) an beiden Begrenzungs flächen (2, 3) mit dem Wälzlagerkäfig (1) verbunden ist.

8. Wälzlagerkäfig (1) aus elastischem Kunststoff nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Schlitzbereich (4) zwischen den Begrenzungsflächen (2, 3) Sollbruchstellen vorhanden sind.