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Dokumentenidentifikation DE3904242C2 15.10.1992
Titel Ringförmiger Käfig für ein Rollenlager
Anmelder The Torrington Co., Torrington, Conn., US
Erfinder Podhajecki, S. T., Norfolk, Conn., US
Vertreter Schroeter, H., Dipl.-Phys., 7070 Schwäbisch Gmünd; Fleuchaus, L., Dipl.-Ing.; Lehmann, K., Dipl.-Ing., 8000 München; Wehser, W., Dipl.-Ing., 3000 Hannover; Holzer, R., Dipl.-Ing.; Gallo, W., Dipl.-Ing. (FH), Pat.-Anwälte, 8900 Augsburg
DE-Anmeldedatum 13.02.1989
DE-Aktenzeichen 3904242
Offenlegungstag 12.10.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.10.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.10.1992
IPC-Hauptklasse F16C 33/66
IPC-Nebenklasse F16C 33/46   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen ringförmigen Käfig für ein Rollenlager entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Solche Käfige werden in Wälzlagern zwischen einem inneren und einem äußeren Laufring eingesetzt. Im allgemeinen ist das Querschnittsprofil des Käfigs am Außendurchmesser quadratisch oder rechteckig, wobei die Seiten der Käfigquerstege im allgemeinen senkrecht zu der äußeren Oberfläche sind. Die äußere Oberfläche ist im allgemeinen flach, um eine Spielpassung zwischen der äußeren Käfigoberfläche und der sie umgebenden äußeren Laufbahn des Lagers zu bilden. Beispiele solcher Rollenkäfige sind in den US-PS 29 33 803 und 31 14 960 offenbart. Andere dem Stand der Technik entsprechende Käfige haben Außenprofile mit konturierter Außenoberfläche auf den Käfigquerstegen. Beispiele dieses Käfigtyps offenbaren die US-PS 35 82 165, 36 26 565 und 36 75 292.

Aus der zuletzt genannten Druckschrift sind Wälzlagerkäfige bekannt, deren äußere Umfangsoberflächen der Endränder abgewinkelt sind. Diese Ausbildung ist offenbar vorgesehen, um ein Verhaken der Käfige mit der Außenlaufbahn zu vermeiden.

Ein Problem bei den bekannten Käfigen besteht in dem Mangel an angemessener Schmierung zwischen der äußeren Laufbahn und der äußeren Oberfläche des Käfigs. Mit der voruaswandernden Kante der Querstegglieder streichen die Profile der Rollenkäfige Schmiermittel von der äußeren Laufbahn ab, bevor die übrige Außenoberfläche des Käfigs die entsprechenden Stellen an der äußeren Laufbahn passiert. Dies führt zu erhöhter Reibung, erhöhter Wärmeentwicklung und verringerter Lagerlebensdauer.

Ein ringförmiger Käfig für ein Rollenlager entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist aus der DE-OS 21 21 679 bekannt. Bei dem in den Fig. 6 und 7 dieser Druckschrift dargestellten Käfig weisen die Querstege seitliche Rampenflächen entsprechend den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen auf. Hierdurch wird am Außendurchmesser des Käfigs ein Profil gebildet, durch das das Schmiermittel in den Raum zwischen der äußeren Oberfläche des Käfigs und der benachbarten äußeren Laufbahn des Lagers gedrückt wird. Es bildet sich also an der jeweils vorauslaufenden Kante der Käfigquerstege ein hydrodynamischer Schmierkeil aus, der den Schmierdruck erhöht und dadurch die Schmierwirkung an den betreffenden Flächen verbessert. Bei diesem bekannten Rollenkäfig besteht die Möglichkeit, daß die dicht an der Außenlaufbahn geführten Endränder des Käfigs an der Außenlaufbahn anstoßen und schleifen, insbesondere wenn die axialen Enden der äußeren Laufbahn unregelmäßig ausgebildet sind und/oder wenn sich der Käfig gegenüber der Außenlaufbahn verkantet.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei einem dicht an der Außenlaufbahn geführten Rollenkäfig mit Schmierkeileffekt eine Reibung zwischen den axialen Enden des Käfigs und der Außenlaufbahn zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs dadurch gelöst, daß die radial außen liegenden Umfangsoberflächen der Querstege sich radial weiter nach außen erstrecken als die radial außen liegenden Umfangsoberflächen der Endränder.

Die äußeren Umfangsoberflächen der Querstege, an denen sich die Schmierkeile ausbilden und an denen der Käfig geführt ist, erstrecken sich also radial am weitesten nach außen, und die axial benachbarten äußeren Umfangsoberflächen der Endränder sind demgegenüber radial nach innen zurückgenommen. Somit besteht für die äußeren Umfangsoberflächen der Endränder genügend Freiraum, damit bei Unregelmäßigkeiten am äußeren Ende der Außenlaufbahn die äußeren Umfangsflächen am Ende des Käfigs dort nicht anstreifen und zu Verschleiß führen oder sich gar verklemmen können. Dies ist deswegen besonders vorteilhaft, weil die Außenlaufbahnen von Rollenlagern an den axialen Enden oft ungleichförmig hergestellt oder bearbeitet sind und weil andererseits auch die Käfige sich gegenüber der Außenlaufbahn verkanten können, wobei die axialen Käfigenden am ehesten in Berührung mit der Außenlaufbahn gelangen. Durch die Zurücknahme der axial äußeren Umfangsflächen gegenüber den der Käfigführung dienenden Umfangsoberflächen an den Querstegen werden diese Gefahren wirkungsvoll vermieden.

Der erfindungsgemäße Käfig ist besonders gut geeignet für die Anwendung bei Kurbelwellenlagern in Verbrennungskraftmaschinen. Von noch größerem Interesse ist die Anwendung bei einem Zweitaktmotor, bei dem ein fein zerstäubtes Benzin-Öl-Gemisch die Schmierfunktion übernimmt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Axialschnittansicht einer Rollenkäfiganordnung;

Fig. 2 ist eine Radialansicht des Käfigteils der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, auf die äußere Oberfläche des Käfigs gesehen;

Fig. 3 ist eine perspektivische Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Käfigs;

Fig. 4 ist eine vergrößerte abgebrochene Ansicht des Käfigs allein, wobei man auf einen radial nach innen gerichteten Winkel an der äußeren Oberfläche des Käfigs wie in Fig. 2 sieht;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht desselben Käfigs entlang der Linie 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Käfig- und Rollenanordnung ähnlich zu Fig. 5 mit inneren und äußeren Laufringen, die die Wälzkörper umschließen, um die relativen Positionen der einzelnen Komponenten zu verdeutlichen;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht der Anordnung, in Axialrichtung gesehen, entlang der Linie 7-7 der Fig. 6.

Gemäß Fig. 1 weist eine Rollenkäfiganordnung 10 einen Käfig 30 und mehrere Rollen 20 auf, die Stirnflächen 22 und Umfangs- oder Außenseitenflächen 24 haben.

Wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt, bilden mehrere Komponenten den Käfig 30, der mehrere Querstege 32, zwei Endränder 34 und Taschen 36, die durch die Querstege 32 und Endränder 34 definiert sind, enthält. Einige Oberflächen auf dem Käfig 30 sind wichtig und umfassen äußere Oberflächen 38 des Mittelteils des Querstegs, vorspringende Oberflächen 40 des Querstegs, äußere Oberflächen 42 der Endränder, Seitenflächen 44 des Querstegs und innere Oberflächen 46 des Käfigs. Der Käfig 30 ist vorzugsweise aus zwei Teilen konstruiert, die je einen halben Käfig bilden, die zueinander identisch sind.

Jede Tasche 36 ist so geformt, daß eine Rolle 20 lose aufgenommen wird. Die Seitenflächen 44 der Querstege auf jeder Seite der Tasche 36 sind in Verbindung mit vorspringenden Oberflächen 40 und inneren Oberflächen 46 des Käfigs so angeordnet, daß die Rollen 20 von radialer Bewegung aus der Tasche 36 heraus abgehalten werden, und zwar in radialer Richtung sowohl nach außen als auch nach innen. Die Endränder 34 begrenzen die Bewegung der Rolle in axialer Richtung. Das erlaubt der Käfig- und Rollenanordnung 10, vollständig von ihrem Einsatzort entfernt zu werden, z.B. in einer Kurbelwelle, ohne daß die Rollen aus dem Käfig herausfallen. Die Anordnung 10 ist eine völlig selbsthaltende Einheit.

Bei Betrachtung der Fig. 6 und 7 ist die Anordnung der Oberflächen 40, 42, 44 und 46 klar dargestellt, um zu zeigen, wie der Käfig 30 die Rollen 20 in den Taschen 36 hält, und um weiterhin die überlegene Schmierwirkung, die unten näher beschrieben wird, zu zeigen. Die vorspringenden Oberflächen 40 jedes Querstegs sind aufgeprägt, dadurch werden zwei eingeprägte Rampenflächen 48 angrenzend an jede Oberfläche 40 geformt. Die vorspringenden Oberflächen 40 gleiten an einem äußeren Laufring 50, der eine äußere Laufbahn 52 besitzt. Die innere Oberfläche 46 ist näher zu einem inneren Laufring 54, der eine innere Laufbahn 56 hat. Die vorspringenden Oberflächen 40 haben einen größeren Durchmesser als die äußeren Oberflächen 38 der Mittelteile der Querstege und die äußeren Oberflächen 42 der Endränder (s. Fig. 5 und 6), um den Oberflächen 42 in bestimmten Ausführungsbeispielen genügend Freiraum zu bieten, bei denen die äußere Laufbahn 52 Unregelmäßigkeiten aufweist, die dazu tendieren, an den Oberflächen 42 zu streifen, wodurch die Reibung zwischen der Laufbahn 52 und der Anordnung 10 erhöht würde.

Der Prägeprozeß spreizt auch die Oberfläche 40 in Umfangsrichtung, wobei Rampenflächen 48 entstehen, die weiter in die beiden benachbarten Taschen 36 hineinreichen. Diese Ausweitung der Oberflächen 48 formt Kanten 58 und trägt dazu bei, den Seitenflächen 44 der Querstege ein etwa konkaves Querschnittsprofil (s. Fig. 7) zu geben, das besser zu dem runden, konvexen Querschnittsprofil der Rollen 20 paßt, wodurch die radial nach innen oder außen gerichtete Bewegung der Rollen 20 begrenzt wird.

Die wichtigste gegenständliche Eigenschaft der Erfindung ist der geringe Abstand der vorspringenden Oberflächen 40 der Querstege zu der äußeren Laufbahn 52. Die vorspringenden Oberflächen 40 laufen praktisch auf der äußeren Laufbahn 52 zusammen mit den Rollen 20. Ein sehr dünner Film von unter Druck stehendem Schmiermittel (nicht gezeigt), ist das einzige, was die Oberflächen 40 von der Laufbahn 52 trennt. Wenn sich die Oberflächen 40soweit radial nach außen erstrecken, daß sie fast 100% des Durchmessers des Rollensatzes erreichen, tragen die Kanten 58 dazu bei, einen besseren Schmierfilm zwischen der äußeren Laufbahn 52 und den vorspringenden Oberflächen 40 zu entwickeln, indem sie trichterartig Schmiermittel zwischen die äußere Laufbahn 52 und die Rampenflächen 48 einführen. Das Schmiermittel kann irgendein geeignetes Fluid sein, wie ein flüssiges Schmiermittel oder wie ein gas- oder dampfförmiges Schmiermittel. In einem Zweitaktmotor übernimmt z.B. eine Mischung aus Öl und Benzin die Schmierfunktion.

In der Umgebung der Kurbelwellenlager ist die Mischung aus Benzin und Öl fein zerstäubt, so daß das Schmiermittel ein sehr feiner Nebel ist. Der Nebel ist tatsächlich ein Fluid, bestehend aus einer Mischung von Flüssigkeitspartikeln und Dampf. Die trichterförmig einführende oder schöpfende Bewegung führt zu einer Druckerhöhung des Schmiermittels, wenn dieses über die Kante 58 in Richtung auf die vorspringende Oberfläche 40 über die Rampenfläche 48 strömt. Der hydrodynamische Keileffekt erzeugt eine relativ hoch verdichtete Schmierfilmschicht zwischen der Laufbahn 52 und den vorspringenden Oberflächen 40, der den Lagerverschleiß minimiert und dadurch den Betrieb der zugehörigen Komponenten, z.B. einer Kurbelwelle, begünstigt.

Mögliche Modifikationen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung beinhalten den Gebrauch von Querstegen, deren äußere Oberfläche durch andere Mittel als Prägung geformt wurde. Zum Beispiel wären bearbeitete Oberflächen , die den Rampenflächen 48 entsprechen, genauso effektiv, die Schmierung zu begünstigen. Eine weitere mögliche Modifikation ist die Variation der Anzahl der Teile, die den Käfig 30 bilden. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine Konstruktion aus zwei Teilen bildet, könnte der Käfig aus einem ungeteilten Stück, einem geschlitzten Stück, aus drei Teilen, oder jeglicher Anzahl von mehreren Teilen bestehen, die passend zusammengefügt sind, um einen 360°-Käfig zu bilden.


Anspruch[de]
  1. Ringförmiger Käfig (30) für ein Rollenlager,
    1. - mit zwei Endrändern (34) mit radial außen liegenden Umfangsoberflächen (42) und mit mehreren Querstegen (32) zwischen den Endrändern (34) zur Bildung von Rollentaschen (36), in denen jeweils eine Rolle (20) radial innerhalb einer äußeren Lagerlaufbahn (52) angeordnet ist,
    2. - wobei jeder Quersteg (32) zwei den Rollen zugewandte Seitenflächen (44), zwei den Endrändern (34) benachbarte radial außen liegende Umfangsoberflächen (40) und dazwischen eine mittlere, radial nach innen zurückversetzte äußere Umfangsoberfläche (38) aufweist,
    3. - und wobei die radial außen liegenden Umfangsoberflächen (40) am Übergang zu den Seitenflächen (44) axial verlaufende Rampenflächen (48) aufweisen, die jeweils einen Winkel mit den radial außen liegenden Umfangsoberflächen (40) bilden und sich in Umfangsrichtung von diesen zur Begrenzung der radial nach außen gerichteten Bewegung der Rollen (20) in die Rollentaschen (36) hinein erstrecken,
  2. dadurch gekennzeichnet, daß die radial außen liegenden Umfangsoberflächen (40) der Querstege (32) sich radial weiter nach außen erstrecken als die radial außen liegenden Umfangsoberflächen (42) der Endränder (34).






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