-
Nadelrollenkäfig Die Erfindung bezieht sich auf Nadelrollenkäfige
aus Blech, Rohr oder Massivmaterial, bei denen die Rollkörper einzeln in Käfigtaschen
achsparallel geführt sowie allseitig gegen Herausfallen gesichert sind und die für
hohe Umlaufgeschwindigkeiten und beschränkte Einbauverhältnisse besonders geeignet
sind.
-
Für Walzenrollen und tonnenförmige Rollkörper sind aus einem ringförmigen
Blechkörper von U-Querschnittsform bestehende Käfige bekannt, welche die Wälzkörper
in den ausgestanzten Käfigtaschen achsparallel führen sowie nach innen und außen
halten. Die Halterung der Wälzkörper wird durch an den Käfigtrennstegen angeformte
Lappen bewirkt, die die Wälzkörper an ihren Mantelflächen formschlüssig umfassen.
Ferner sind Walzenkäfige bekannt, bei denen die Wälzkörper in den Käfigtaschen durch
gekröpfte oder gewellte Stege achsparallel geführt werden. Als Rollenhaltemittel
sind bei dieser Ausführung an den Käfigseitenringen Haltezapfen vorgesehen, die
in axiale Bohrungen der Wälzkörper eingreifen. Derartige Käfige können nur für verhältnismäßig
dicke Walzen- oder Zylinderrollen verwendet werden, für Nadelrollen üblicher Abmessungen
sind sie dagegen nicht brauchbar.
Zum achsparallelen Führen und
Halten von dünnen Nadelrollen werden verschiedene Käfigbauarten verwendet. Bei einer
bekannten Konstruktion werden die Nadelrollen durch aus den Trennstegen herausgequetschte,
nasenartige Vorsprünge an einigen Stellen ihres Umfanges gehalten, während bei einer
anderen bekannten Konstruktion die Halterung der Nadelrollen durch Umfassen ihrer
kegelig verjüngten Enden erfolgt.
-
Ferner sind Blechkäfige für Nadellager vorgeschlagen worden, die aus
einer .konisch gezogenen Büchse mit gewellten Taschenrändern oder mit verschränkten
Taschenlappen bestehen. Derartige Käfige sind jedoch nur in Verbindung mit einem
Innenlaufring und einem Außenlaufring mit je einer Schulter zur axialen Führung
der Nadelrollen zu verwenden. Als Einzelbauelement, d. h. zum direkten Einbau zwischen
einer Welle und einer Gehäusebohrung, sind diese Käfige ungeeignet, weil sich die
Nadelrollen axial verschieben und verklemmen würden. Außerdem haben diese Käfige,
infolge ihrer konischen Gestaltung, keine einwandfreie Führung in der Laufbahn.
Bei der Ausführung mit verschränkten Taschenlappen tritt noch hinzu, daß die Anzahl
der Nadelrollen gering ist, da die Stegbreite verhältnismäßig groß gewählt werden
muß, um ein Hochbiegen der Haltelappen zu ermöglichen.
-
Es ist weiterhin bei Langrollenkäfigen, mit in Käfigtaschen einzeln
geführten und gehaltenen Rollkörpern, vorgeschlagen worden, die die Taschen bildenden
Trennstege in mehrere teils innerhalb, teils außerhalb des Rollenteilkreises liegende
Abschnitte mit axial und parallel verlaufenden Begrenzungskanten, zur bohrungs-
und mantelseitigen Rollkörperhalterung sowie schräg zur Käfigachse verlaufenden
Verbindungsabschnitten, zur Rollkörperführung, zu unterteilen. Bei dem vorbekannten
Käfig werden die Trennstege von einem breiteren Mittelabschnitt und zwei schmaleren
Seitenabschnitten gebildet. Die Stegmittelabschnitte sind radial nach außen durchgekröpft
und bilden die mantelseitige Rollkörperhalterung. Die schmaleren Stegseitenabschnitte
bilden, mit ihren axial verlaufenden äußeren Teilabschnitten, die bohrungsseitige
Rollkörperhalterung und mit ihren schräg zur Käfigachse stehenden, inneren Teilabschnitten
die Führungszone für die Rollkörper. Eine besondere Formgebung ist für die schräg
stehenden Teilabschnitte nicht vorgesehen, der erforderliche Rollenlaufraum wird
lediglich durch das Nach-außen-Biegen dieser Teilabschnitte geschaffen.
-
Für eine begrenzte Reihe von Käfigabmessungen, und zwar bis zu einem
ungefähren Verhältnis von Rollkörperdurchmesser zu Käfiginnendurchmesser dw : d
= I : 5, ist eine derartige Ausbildung der Trennstege möglich, wobei allerdings
die achsparallele Führung der Rollkörper an den schräg stehenden Stegabschnitten
ungünstig ist, da die Rollen in jedem Falle unterhalb des Rollenteilkreises an den
Stegen anliegen. Durch die Führung der Rollkörper unterhalb ihres Mittenkreises
ergibt sich eine Keilwirkung, woraus, unter Einwirkung der tangentialen Rollenlaufkräfte,
radial gerichtete Kräfte, und zwar, auf den Rollkörper bezogen, nach außen wirkend
und, auf den Käfigsteg bezogen, nach innen wirkend, entstehen. Durch diese aus der
Keilwirkung resultierenden Radialkräfte ergeben sich eine hohe Reibung, ein hoher
Verschleiß, sowohl der Käfigstege als auch der Rollkörper, und eine zusätzliche
mechanische Beanspruchung der Stege in radialer Richtung. Das gleiche gilt auch
bezüglich der axialen Rollkörperführung. Auch die axialen Anlaufflächen liegen bei
dem vorbekannten Käfig, infolge des Fehlens hochgestellter Käfigseitenringe, immer
unterhalb der Rollenachsen. Da bei Nadelrollen die Enden ballig ausgeführt sind,
ergibt sich durch den Axialschub der Rollkörper ebenfalls eine Keilwirkung, die
dazu noch stets einseitig auftritt.
-
Für Nadelrollenkäfigabmessungen, bei denen das Verhältnis dw : d =
I : 5 und darüber beträgt, ist der vorbekannte Käfig überhaupt nicht ausführbar,
da bei diesen Abmessungen durch das Hochbiegen der schmaleren Stegabschnitte kein
ausreichender Rollenlaufraum geschaffen wird. Die schräg zur Käfigachse verlaufenden
Stegabschnitte bedürfen folglich, auf dem Sondergebiet der Nadellager, einer besonderen
Formgebung, um den Nadelrollen das erforderliche tangentiale Spiel in der Käfigtasche
zu verschaffen und eine einwandfreie Führung der Nadelrollen im Bereich des Mittenkreises
sicherzustellen. Um dies zu erreichen, sind gemäß der Erfindung die schräg zur Käfigachse
verlaufenden, die äußeren und die inneren Stegabschnitte verbindenden sowie die
Nadelrollen achsparallel führenden Stegabschnitte trapezförmig gestaltet, und zwar
unter Berücksichtigung des Nadelrollendurchmessers und des Krümmungsradius des Käfigs,
d. h. die endgültige Form dieser trapezförmigen Stegabschnitte muß für die jeweiligen
Käfig- und Nadelrollenabmessungen ermittelt werden. Dabei ist zu beachten, daß die
Nadelrollen in dem Käfigtaschenraum ausreichendes Tangentialspiel haben und die
achsparallele Führung der Nadelrollen entweder auf der gesamten Höhe der schräg
stehenden Stegabschnitte erfolgt, was durch kurvenförmige Gestaltung der seitlichen
Begrenzungskanten der trapezförmigen Stegabschnitte erreicht wird, oder daß die
Führung entlang einer Linie erfolgt, die in Rollenteilkreishöhe verläuft, was durch
die trapezförmige Gestaltung der schräg stehenden Stegabschnitte bei geradlinigem
Verlauf der Begrenzungskanten erreicht wird.
-
Gegenüber den bekannten Nadelrollenkäfigen aus Blech, Rohr oder Massivmaterial
weist der Käfig gemäß der Erfindung fertigungstechnische. und funktionelle Vorteile
auf. Er ist in allen Abmessungen einfach herzustellen, insbesondere auch aus Stahl,
und seine verhältnismäßig geringe Wandungsstärke im Bereich der Taschentrennstege
gestattet die Unterbringung einer größeren Anzahl von Nadelrollen, als dies bei
einem dickwandigen Käfig, mit auf stanztechnischem Wege erzeugten Rollentaschen,
möglich ist. Die Tragfähigkeit des Lagers liegt dadurch besonders hoch. Die Stabilität
und die sichere Nadelhalterung sind weitere
hervorzuhebende Eigenschaften
des erfindungsgemäßen Käfigs. Bei der bekannten Nadelkäfigkonstruktion, mit aus
den Stegen herausgequetschten Haltevorsprüngen, besteht die Gefahr, daß die kleinen
Vorsprünge abrechen, wodurch einerseits der Nadelrückhalt verlorengeht und andererseits
durch den metallischen Abrieb auch Lagerstörungen verursacht werden können.
-
Ein weiterer Vorteil wird durch die besondere Ausbildung der schrägen
Führungsabschnitte erreicht, die eine gute achsparallele Führung der Nadeln, bei
geringem Anlaufwiderstand, ergeben. Dadurch ist der Käfig auch für sehr hohe Umlaufgeschwindigkeiten
geeignet, bei denen die Gefahr übermäßiger Wärmebildung besonders groß ist. Durch
die erfindungsgemäße Profilierung der Käfigstege werden große, günstig gelegene
Schmiermittelvorratsräume gebildet, auf Grund deren sich lange Nachschmierfristen
für das Lager ergeben. Der Käfig gemäß der Erfindung kann direkt, d. h. ohne zugeordnete
Laufringe, eingebaut werden und gewährleistet eine einwandfreie Führung in der Laufbahn.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Nadelrollenkäfigs
gemäß der Erfindung dargestellt.
-
Fig. I zeigt den Käfig in Vorderansicht und Fig. 2 in Seitenansicht;
Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab, Fig.
4 ein Schnitt nach der Linie G-H, Fig. 5 ein Schnitt nach der Linie C-D und Fig.
6 ein Schnitt nach der Linie E-F in Fig. 3; Fig.7 zeigt eine Rollentasche vor der
Verformung der Stegteile.
-
Der Käfig besteht aus einem ringförmigen Blech-, Rohr- oder Drehkörper,
dessen radial verlaufende Seitenringe I, durch gleichmäßig über den Umfang verteilte
Trennstege 2, miteinander verbunden sind. Die Trennstege 2, die zusammen mit den
Seitenringen I die Käfigtaschen 4 begrenzen, sind in mehrere Abschnitte von unterschiedlicher
Breite und Form unterteilt, und zwar in zwei seitliche Stegabschnitte a, einen verbreiterten
Mittelabschnitt b und zwei trapezförmig gestaltete Verbindungsabschnitte c. Die
breiteren Stegmittelabschnitte b sind nach der Käfigmantelseite hin bis über den
Rollenteilkreis durchgekröpft, und ihre Ränder bilden die äußeren Haltezonen für
die Wälzkörper 3, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die inneren Haltezonen
werden von den innerhalb des Rollenteilkreises liegenden Stegseitenabschnitten a
gebildet, wie Fig. 5 veranschaulicht. Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit
der Umkehrung, d. h. die Stegseitenabschnitte a können außerhalb des Rollenteilkreises
liegen und die Stegmittelabschnitte 6 nach innen durchgekröpft sein.
-
Die achsparallele Führung der Wälzkörper 3 erfolgt durch die bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel kurvenförmig gekrümmten Kanten der schräg zur
Käfigachse geneigten, trapezförmigen Verbindungsabschnitte c. Bei der Herstellung
des dargestellten Käfigs kann beispielsweise von einer zylindrischen Hülse ausgegangen
werden, die durch Ziehen eines Topfes aus einer ebenen Blechplatte gebildet wird,
von dem der Boden und der Halterand entfernt werden. Die Enden der Hülse werden
nach außen umgebördelt und bilden die Seitenringe I. In dem zwischen den Seitenringen
I liegenden Hülsenabschnitt werden sodann die Käfigtaschen 4, in der Form, wie in
Fig. 7 gezeigt, ausgestanzt. Die zwischen den Taschen 4 stehenbleibenden Trennstege
2 besitzen als Haltezone für die Wälzkörper 3 an beiden Enden schmale Abschnitte
a' mit im wesentlichen parallelen Begrenzungskanten und einen breiteren Mittelabschnitt
b', ebenfalls mit parallelen Begrenzungskanten. Die zwischen den Abschnitten a'
und b' befindlichen, trapezförmigen Stegabschnitte c' weisen dagegen, entsprechend
der Abwicklung des Wälzkörpermantels, kurvenförmig gekrümmte Begrenzungskanten auf.
Nach dem Ausstanzen der Käfigtaschen 4 wird der Mittelabschnitt b der Trennstege
2 nach außen gekröpft, wodurch die Seitenringe I näher aneinandergerückt werden.
Die Stegbreite bzw. der Abstand der gegenüberliegenden Stegwände ist so gewählt,
daß die Wälzkörper 3 nach Fertigstellung des Käfigs von außen in die Taschen eingefedert
werden können, nach dem Einfedern jedoch gegen Herausfallen allseitig gesichert
sind.
-
Bei einem aus Blech oder Rohr hergestellten Käfig weisen die Seitenringe
I die gleiche Wandstärke wie die Käfigstege 2 auf. In manchen Fällen kann es jedoch
erwünscht sein, den Seitenringen I eine größere Wandstärke zu geben, was z. B. dadurch
erreicht werden kann, daß als Ausgangswerkstück ein Drehkörper verwendet wird, welcher
aus einem dünnwandigen, zylindrischen Stegteil mit an den beiden Enden vorgesehenen
Ringflanschen von beliebiger Wandstärke besteht. Bei Verwendung eines Drehkörpers
ist es auch möglich, gleich das endgültige Käfigprofil durch Formdrehen zu erzeugen
und die Taschen 4 in dem profilierten Hülsenabschnitt mittels Profilstempel auszustanzen.
Bei dieser Art der Fertigung fällt das nachträgliche Durchkröpfen der Stegmittelabschnitte
weg.