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Dokumentenidentifikation DE3221733C2 08.10.1987
Titel Wälzlager
Anmelder SKF GmbH, 8720 Schweinfurt, DE
Erfinder Hallerbäck, Stig Lennart, Västra Frölunda, SE
DE-Anmeldedatum 09.06.1982
DE-Aktenzeichen 3221733
Offenlegungstag 05.01.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.10.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.10.1987
IPC-Hauptklasse F16C 33/56
Zusammenfassung Ein Wälzlager besteht aus einem Außenring (8), einem Innenring (9) und dazwischen angeordneten Wälzkörpern (10) mit einem Käfig- und/oder Haltebordring (12) aus einem Gießwerkstoff (13) mit mindestens einem in diesem eingebetteten Versteifungsring. Dabei ist der Außen- und/oder Innenring (8, 9) aus einem Werkstoff gefertigt, der einen gegenüber dem Gießwerkstoff (13) unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist. Damit sich das ursprünglich eingestellte radiale Spiel zwischen dem Käfig- und/oder Haltebordring (12) und dem Außen- bzw. Innenring (8, 9) trotz unterschiedlicher Wärmedehnung des Gießwerkstoffes (13) nicht ändert, weist der Käfig- und/oder Haltebordring (12) einen Gießwerkstoff (13) auf, dessen Querschnittfläche und Wärmedehnungskoeffizient der Querschnittfläche und dem unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Werkstoffs der Versteifungsringe (14) entsprechend angepaßt ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Wälzlager bekannt, bei denen der Käfigring aus Gießwerkstoff besteht. Ein Käfigring aus Gießwerkstoff ist in der Regel leichter und wirtschaftlicher herzustellen als ein solcher aus hartem, teurem metallischem Werkstoff, wie Messing und Stahl. Insbesondere kann ein Käfigring aus Kunststoff im Spritzgießverfahren fertig hergestellt werden, so daß keine weiteren Nacharbeitungen des Käfigringes nach dem Gießen vorgenommen werden müssen. Weitere Vorteile der Käfigringe aus Kunststoff bestehen darin, daß diese ein geringes Gewicht aufweisen, und daß diese im Betrieb geräuschloser funktionieren.

Käfigringe aus Kunststoff haben aber auch Nachteile. Insbesondere ist die mechanische Festigkeit der Käfigringe aus Kunststoff kleiner als die der Käfigringe aus hartem metallischem Werkstoff. Diese geringere Festigkeit wird oft durch Grenzschichten im Gießwerkstoff des Käfigringes hervorgerufen, welche beim Gießen entstehen, nämlich dann, wenn die Ströme des Gießwerkstoffes, von den einzelnen Einspritz- bzw. Gießöffnungen herkommend, in der Gießform gegenseitig aufeinanderprallen. An diesen Grenzschichten entstehen leicht schädliche Anrisse. Im übrigen ist der Gießwerkstoff (Kunststoff) im allgemeinen gegenüber hohen Temperaturen empfindlicher als z. B. Stahl und Messing.

Der größte Nachteil von Käfigringen aus Gießwerkstoff ist jedoch in dem unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Gießwerkstoffes zu sehen, welcher bei Kunststoff etwa dreimal so groß wie der von Stahl ist, aus dem der Außen- und Innenring des Wälzlagers gewöhnlich hergestellt werden. Bei Temperaturerhöhungen im Betrieb wird sich also der Käfigring aus Gießwerkstoff in seinem Durchmesser stärker vergrößern als der zugehörige Außen- und Innenring des Wälzlagers. Falls der Käfigring auf dem Innenring gleitend geführt und zentriert ist, erhält dieser dann ein unzulässig großes radiales Spiel auf dem Innenring. Wenn der Käfigring aber auf dem Außenring geführt ist, kann es sein, daß das Gleitspiel zwischen dem Käfigring und dem Außenring bei Erwärmung des Käfigringes sehr klein wird oder sogar völlig verschwindet, so daß der Käfigring radial nach außen gegen den Außenring drückt und festklemmt. Für den Fall, daß der Käfigring auf den Wälzkörpern getragen wird, vergrößert sich das Spiel zwischen den Wälzkörpern und dem Käfigring. Der Käfigring kann dann instabile axiale und radiale Bewegungen ausführen, so daß die Wälzkörper im Käfigring schädliche Zusatzbewegungen ausführen.

Es ist ein Wälzlager bekannt, welches einen Käfigring mit Taschen für die Wälzkörper aufweist, der aus einem Gießwerkstoff (Kunststoff) gefertigt ist und in dem ein aus Metallblech geformter, die Taschen bildender Versteifungsring eingebettet ist (CH-PS 3 72 509). Dieses Wälzlager hat den Nachteil, daß der Versteifungsring Lappen, Stege und Wellen an seinem Umfang aufweist, welche bei Erwärmung im Betrieb und entsprechender Wärmedehnung des sich stärker ausdehnenden Gießwerkstoffes nicht nur in Umfangsrichtung (auf Zug bzw. Druck) sondern auch auf Biegung beansprucht werden. Diese örtlich konzentrierte Biegebeanspruchung bewirkt, daß der Käfigring stellenweise wellig verformt wird, so daß dieser sich in der Bohrung des Außenringes oder auf der Mantelfläche des Innenringes verklemmen kann. Hinzu kommt, daß der aus Metallblech geformte, die Taschen bildende Versteifungsring im Stanz- und Biegeverfahren mit hoher Formgenauigkeit hergestellt werden muß, so daß die Fertigung des bekannten Wälzlagers unwirtschaftlich ist.

Bei einem bekannten Wälzlager der genannten Gattung ist ein Käfigring vorgesehen, der aus einzelnen Kunststoff- Käfigelementen besteht, die zwischen zwei seitlich angeordneten, Metall-Versteifungsringen eingebaut sind (DE-AS 10 79 899). Die Kunststoff-Elemente sind an den beiden Versteifungsringen durch Zapfen befestigt, die in seitliche Löcher der Versteifungsringe eingreifen. Bei Erwärmung des Wälzlagers im Betrieb können sich die Zapfen der Kunststoff-Elemente stärker ausdehnen, so daß diese im Loch des betreffenden Versteifungsringes verquetscht und beschädigt werden. Die Formständigkeit des Käfigringes des bekannten Wälzlagers läßt deshalb zu wünschen übrig.

Der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der genannten Art zu schaffen, bei dem der Käfig- und/oder Haltbordring auch bei Erwärmung im Betrieb eine gute Formbeständigkeit mit entsprechend guten Laufeigenschaften aufweist. Dabei soll sich das ursprünglich eingestellte radiale Spiel zwischen dem Käfig- und/oder Haltebordring und dem Außen- bzw. Innenring trotz unterschiedlicher Wärmedehnung des Gießwerkstoffes nicht ändern.

Mit dem Wälzlager der Erfindung wird erreicht, daß der Käfig- und/oder Haltebordring mit vorschriftsmäßigem Gleitspiel im Außenring oder auf dem Innenring des Wälzlagers auch dann geführt und zentrisch gehalten ist, wenn sich das Wälzlager infolge Laufreibung oder äußerer Wärmezuführung im Betrieb erwärmt. Der Käfig- und/oder Haltebordring besitzt dieselbe resultierende Wärmedehnung in Umfangsrichtung wie der bei gleicher Temperatur laufende Außen- und Innenring des Wälzlagers. Dabei können der Außen- und Innenring aus normalem Wälzlagerstahl gefertigt sein, der einen gegenüber dem Gießwerkstoff, z. B. Kunststoff oder Leichtmetall, unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist. Das Gleitspiel des Käfig- oder Halteringes im Außen- und/oder Innenring kann vorteilhaft eng gehalten werden, denn bei der Festsetzung der Fertigungstoleranzen der Gleit- und Zentrierflächen des Käfig- und/oder Haltebordringes braucht der unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizient des Gießwerkstoffs nicht beachtet zu werden. Das enge Gleitspiel zwischen dem Käfig- und/oder Haltebordring und dem Außen- und/ oder Innenring des Wälzlagers bewirkt, daß die Wälzkörper im Wälzlager immer genau geführt werden. Gleichzeitig besitzt der mit dem Versteifungsring armierte Käfig- oder Haltebordring trotz des relativ weichen Gießwerkstoffs außer eine hohe Festigkeit auch eine gute Formbeständigkeit, denn der Versteifungsring beult bei Druckbeanspruchung durch den umgebenden abkühlenden Gießwerkstoff nicht seitlich aus.

Das erfindungsgemäße Wälzlager wird in der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Draufsicht auf einen als Fensterkäfig ausgebildeten Käfigring für eine Reihe von Wälzkörpern eines zweireihigen Wälzlagers,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B durch den in Fig. 1 dargestellten Käfigring,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A durch den in Fig. 1 dargestellten Käfigring,

Fig. 4 eine teilweise Schnittansicht quer zum Schlitz eines Versteifungsringes des in Fig. 1 gezeigten Käfigringes,

Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt durch ein abgeändertes zweireihiges Wälzlager mit einem im Außenring gleitend geführten Haltebordring aus Gießwerkstoff mit eingebettetem Versteifungsring und

Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 5.

Der in Fig. 1 dargestellte Käfigring eines zweireihigen Wälzlagers (nicht gezeigt) ist als Fensterkäfig ausgebildet. Dieser besteht aus zwei Seitenringen 1, welche durch am Umfang angeordnete, längsverlaufende einstückige Stege 2 koaxial miteinander verbunden sind. Der Käfigring ist im Spritzgießverfahren aus Kunststoff als Gießwerkstoff hergestellt. Die Stege 2 des Käfigringes bestehen lediglich aus Kunststoff, der mit Glasfasern oder dgl. gefüllt und verstärkt sein kann. Die beiden Seitenringe 1 des Käfigringes bestehen aus demselben Kunststoff, der jedoch einen Versteifungsring 3 aus Stahl umgibt. Der Außenring und der Innenring (nicht gezeigt) des Wälzlagers sind aus Wälzlagerstahl gefertigt.

Jeder Versteifungsring 3 ist als geschlitzter Ring ausgehend von einem Drahtabschnitt mit rundem Querschnitt rundgebogen. Der Käfigring ist aus einem Kunststoff hergestellt, dessen Querschnittfläche und Wärmedehnungskoeffizient der im wesentlich konstanten Querschnittsfläche und dem unterschiedlichen (kleineren) Wärmedehnungskoeffizienten des Werkstoffs (Stahl) des Versteifungsringes 3 angepaßt sind, so daß der Käfigring bei Erwärmung im Betrieb eine resultierende Wärmedehnung in Umfangsrichtung erfährt, die genauso groß wie die Wärmedehnung des zugehörigen Innen- und Außenringes des Wälzlagers (nicht gezeigt) ist.

Wie aus der Darstellung in 1 zu ersehen, ist der Kunststoff der beiden Seitenringe 1 an den Verbindungsstellen 4 der Stege 2 mit den Seitenringen 1 verdickt und somit versteift. Zwischen den benachbarten Stegen 2 des Käfigrings befinden sich Schwächungsabschnitte 5 des Kunststoffs, an denen der Versteifungsring 3 mit einer relativ dünnen Schicht von Kunststoff mit einer kleinen Querschnittfläche umgeben ist. An den Schwächungsabschnitten 5 wird die resultierende Längenänderung des Käfigringes in Umfangsrichtung im wesentlichen durch die Wärmedehnungseigenschaften des Versteifungsringes 3 aus Stahl bestimmt, weil die Wärmedehnung des dünnen Kunststoffs der Schwächungsabschnitte zur Verformung des Käfigrings (Durchmesseränderung) kaum beiträgt.

Im Bereich der Verbindungsstellen 4 des Käfigrings mit den Stegen 2 haben die Versteifungsringe 3 Mulden 6 mit rechtwinkelig dazu angeordneten, quergerichteten Veränderungsvorsprüngen 7, die durch Ausquetschen des Werkstoffs beim Eindrücken der Mulden 6 entstanden sind. Sowohl die Mulden 6 als auch die Verankerungsvorsprünge 7 sind also durch Preßformen bzw. Stauchen des Versteifungsringes 3 spanlos hergestellt. Der Kunststoff der Schwächungsabschnitte 5 ist am Versteifungsring 3 mit im wesentlichen konstantem Querschnitt zwischen der Verankerungsvorsprüngen 7 nicht befestigt, so daß dieser in Umfangsrichtung entlang dem Versteifungsring 3 etwas gleiten kann. Auf diese Weise wird verhindert, daß durch relative Wärmedehnung in Umfangsrichtung zwischen dem Versteifungsring 3 und dem Kunststoff des Käfigrings schädliche Spannungsspitzen entstehen.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Schwächungsabschnitte 5 der in Fig. 1 dargestellten Seitenringe 1 des Käfigrings. Der Versteifungsring 3 ist hier mit einem Kunststoff mit verkleinertem Querschnitt beschichtet. Der Darstellung ist zu entnehmen, daß jeder Versteifungsring 3 im Bereich dieser Schwächungsabschnitte 5 mit gegenseitig radial vorspringenden, durch die dünne Schicht des Kunststoffes hindurchgehenden, zapfenförmigen Verankerungsvorsprüngen 7 versehen ist. Die Verankerungsvorsprünge 7 der Schwächungsabschnitte 5 dienen auch zum Halten der Versteifungsringe 3 in der Gießform (nicht gezeigt), so daß die Versteifungsringe 3 beim Spritzgießen an einer vorbestimmten Stelle in der Gießform festgehalten und gestützt werden können.

In Fig. 3 ist der Versteifungsring 3 im Bereich der Verbindungsstellen 4 eines Steges 2 mit den beiden Seitenringen 1 gezeigt, wo dieser von Kunststoff mit einem relativ großen Querschnitt umgeben ist.

In Fig. 4 sind die gegenseitigen Enden des geschlitzten Versteifungsringes 3 dargestellt, welche mit Hilfe des diesen umgebenden Kunststoffs fest miteinander verbunden sind. Die Schicht des Kunststoffes zwischen den Stirnflächen der beiden gegenseitigen Enden ist dünn, so daß deren umfangsseitige Wärmedehnung im Betrieb relativ klein ist. Die resultierende Wärmedehnung (Durchmesservergrößerung) des Käfigrings wird deshalb von der Wärmedehnung dieser Schicht kaum beeinflußt. Im übrigen sind die beiden Enden des Versteifungsringes 3 mit jeweils zwei in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Mulden 6 und Haltevorsprünge 7 versehen, so daß diese im Kunststoff besonders fest und sicher verankert sind.

In Fig. 5 ist ein abgeändertes zweireihiges Wälzlager (Pendelrollenlager) dargestellt, welches einen Außenring 8, einen Innenring 9 und dazwischen angeordnete Wälzkörper 10 aufweist. Jede Reihe von Wälzkörpern 10 ist in einem herkömmlichen Käfigring 11 eingebaut.

Zwischen den beiden Reihen von Wälzkörpern 10 ist ein loser Haltebordring 12 für die gegenseitige axiale Führung der Wälzkörper 10 der zwei Reihen eingebaut. Dieser Haltebordring 12 besteht aus einem Kunststoff 13, welcher im Gießverfahren auf den Versteifungsring 14 aus Stahl aufgebracht ist. Der an einer Umfangsstelle geschlitzte Versteifungsring 14 ist mit gegenseitig vorstehenden Haltevorsprüngen 15 versehen, damit dieser sich im Kunststoff 13 verkrallt und in derselben Weise verankert wird, wie dies beim Versteifungsring 3 des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiels der Fall ist.

Die Schnittdarstellung in Fig. 6 zeigt den in Fig. 5 dargestellten Haltebordring 12 von der Seite. Der Haltebordring 12 besteht aus einem Versteifungsring 14, welcher an den gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten, im Außenring 8 gleitenden Tragabschnitten 16 durch eine dicke Kunststoffschicht mit großem Querschnitt verstärkt ist. Mit Hilfe von quergerichteten Verankerungsvorsprüngen 15 in diesen Tragabschnitten 6 ist der Versteifungsring 3 im Kunststoff 13 verankert. Zwischen den einzelnen Tragabschnitten 16 des Haltebordringes 12 sind Schwächungsabschnitte 17 des Kunststoffs mit verkleinertem Querschnitt vorhanden. Im Bereich dieser Schwächungsabschnitte 17 verursacht lediglich der Versteifungsring 3 mit seiner eigenen Wärmedehnung eine Durchmesseränderung des Haltebordringes 12, die genauso groß ist wie die Durchmesseränderung des Innen- und Außenringes 8, 9, welche aus demselben Werkstoff (Stahl) gefertigt sind.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich im Rahmen der Erfindung konstruktiv abändern. Also braucht der Versteifungsring des Käfig- und/oder Haltebordringes nicht drahtförmig ausgebildet zu sein. Vielmehr kann dieser auch vom Bandwerkstoff abgeschnitten und rundgebogen sein. Auch kann der Versteifungsring aus mehreren Ringsegmenten, die miteinander durchgehende Schlitze am Umfang des Versteifungringes bilden, zusammengesetzt sein. Die einander gegenüberliegenden Enden jedes Schlitzes sind dann durch den umgebenden Gießwerkstoff des Käfig- und/oder Haltebordringes fest miteinander verbunden.

Anstelle einer dünnen Schicht von Kunststoff kann der Versteifungsring im Bereich der Schwächungsabschnitte vom Gießwerkstoff befreit (nicht umgeben) sein. Der Querschnitt des Gießwerkstoffes des Käfig- und/oder Haltebordringes ist dann im Bereich der Schwächungsabschnitte des Gießwerkstoffs unterbrochen.

Schließlich kann das Wälzlager auch einen Käfigring und einen Haltebordring für die Wälzkörper besitzen, welche beide zum Erzielen einer gegenüber der Wärmedehnung des Außen- und Innenringes gleichgroßen umfangsseitigen Wärmedehnung (Durchmesseränderung) einen Gießwerkstoff aufweisen, dessen Querschnittfläche und Wärmedehnungskoeffizient der Querschnittfläche und dem unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Werkstoffs des Versteifungsringes entsprechend angepaßt sind.

Für den Fall, daß bei Erwärmung des Käfig- und/oder Haltebordringes durch den Gießwerkstoff (Kunststoff) größere in Umfangsrichtung wirkende Zugkräfte auf den bzw. die Versteifungsringe ausgeübt werden, kann der Werkstoff der Versteifungsringe einen kleineren Wärmedehnungskoeffizienten gegenüber dem Werkstoff des Außen- und/oder Innenringes aufweisen, damit die umfangsseitige, durch die Zugkräfte verursachte Dehnung der Versteifungsringe durch die entsprechend kleinere Wärmedehnung der Versteifungsringe kompensiert wird. Die resultierende Wärmedehnung (Durchmesseränderung) des Käfig- und/oder Haltebordringes ist dann genauso groß wie die Wärmedehnung des Außen- und/oder Innenringes des Wälzlagers.


Anspruch[de]
  1. Wälzlager bestehend aus einem Außenring, einem Innenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern mit einem Käfig und/oder Haltebordring für die Wälzkörper, wobei der Käfig- und/oder Haltebordring aus einem Gießwerkstoff besteht und mit mindestens einem an diesem befetigten Versteifungsring versehen ist, der einen gegenüber dem Werkstoff des Käfigs unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, der ungefähr so groß wie der Wärmedehnungskoeffizient des Werkstoffes des Außen- und/oder Innenringes ist, und wobei der Werkstoff des Käfig- und/oder Haltebordringes an seinem Umfang mit mehreren, seinen Querschnitt verkleinernden oder unterbrechenden Schwächungsabschnitten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Versteifungsringe (3, 4) im Gießwerkstoff durch Einbetten befestigt sind und an mindestens einer Umfangsstelle einen durchgehenden Schlitz aufweisen, wobei die einander gegenüberliegenden Enden jedes Schlitzes durch den umgebenden Gießwerkstoff (13) des Käfig- und/oder Haltebordringes (12) fest miteinander verbunden sind.






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