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Dokumentenidentifikation DE10103168A1 01.08.2002
Titel Rollenlager
Anmelder INA-Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Ploetz, Volker, Dipl.-Ing., 91074 Herzogenaurach, DE;
Straub, Frank, Dipl.-Ing., 97618 Hohenroth, DE;
Fugel, Wolfgang, 90453 Nürnberg, DE
DE-Anmeldedatum 25.01.2001
DE-Aktenzeichen 10103168
Offenlegungstag 01.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.08.2002
IPC-Hauptklasse F16C 33/46
Zusammenfassung Ein Rollenlager, insbesondere ein Nadellager, weist einen Käfig (1) auf, der profilierte Stege (8) besitzt, die mehrere in unterschiedlichen Abständen von der Lagerachse (3) verlaufende Abschnitte (10, 11, 12, 13, 14) aufweisen. In erfindungsgemäßer Weise sind die im Anschluss an die Seitenringe (6, 7) des Käfigs (1) verlaufenden Abschnitte (10, 11) der Stege (8) wenigstens über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung gegenüber den Seitenringen (6, 7) in radialer Richtung nach innen zurückgesetzt, so dass sie unter Berücksichtigung ihrer elastischen Verformung auch bei hoher Drehzahl des Rollenlagers nicht an der Außenlaufbahn (4) anlaufen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Käfigs wird dieser nur im rechts- und linksseitigen stabilen Bereich der Seitenringe (6, 7) abgestützt, so dass die Ausbildung des Schmierfilms nicht behindert ist.

Beschreibung[de]
Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager, insbesondere Nadellager, dessen in einem Käfig gehaltene zylindrische Wälzkörper auf einer Außenlaufbahn und einer Innenlaufbahn abwälzen, wobei Seitenringe des auf der Außenlaufbahn geführten Käfigs durch Taschen bildende Stege miteinander verbunden und diese derart profiliert sind, dass sie mehrere in unterschiedlichen Abständen von der Käfigachse verlaufende Abschnitte aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Rollenlager sind schon seit längerer Zeit vorbekannt. So ist beispielsweise in der DE 19 41 894 U1 ein gattungsgemäßes Rollenlager beschrieben, dessen Käfig aus zwei Seitenringen besteht, die durch gleichmäßig voneinander beabstandete Stege miteinander verbunden sind, so dass Zylinderrollen aufnehmende Taschen gebildet sind. Die Stege sind derart profiliert, dass sie mehrere in unterschiedlichen Abständen von der Käfigachse verlaufende Abschnitte aufweisen. Im Anschluss an die Seitenringe weisen die Stege zunächst rechts- und linksseitig einen Abschnitt auf, die den gleichen Durchmesser wie die Seitenringe besitzen. Dieser Stegabschnitt liegt außerhalb des Teilkreises. Über zwei sich anschließende schräg nach innen verlaufende Zwischenabschnitte werden diese Stegabschnitte in einem Mittelabschnitt zusammengeführt, der innerhalb des Teilkreises liegt.

Wird ein solcher Käfig radial durch die Außenlaufbahn geführt, d. h. weist er einen Käfigaußendurchmesser auf, der fast so groß wie der Durchmesser der Außenlaufbahn ist, liegt er zumindest teilweise an der Außenlaufbahn an. Ein Nachteil dabei ist, dass durch den Kontakt von Käfig und Außenlaufbahn über einen großen Teil der Lagerbreite der Ölfilm abgerissen wird. Dies ist besonders dann von Nachteil, wenn ein solcher Käfig bei hohen Umdrehungen starken Flieh- und Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, wie sie beispielsweise in Kurbelzapfenlagerungen auftreten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Käfig für ein gattungsgemäßes Rollenlager so zu verbessern, dass insbesondere bei hochtourigen Drehzahlen der Schmierfilm nicht abgerissen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die im Anschluss an die Seitenringe verlaufenden Abschnitte der Stege wenigstens über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung gegenüber den Seitenringen in radialer Richtung derart nach innen zurückgesetzt sind, dass sie unter Berücksichtigung ihrer elastischen Verformung auch beim hoher Drehzahl des Rollenlagers nicht an der Außenlaufbahn anlaufen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Abschnitte der Stege nahezu über ihre gesamte axiale Ausdehnung zurückgesetzt sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei hohen auf die Stege des Käfigs wirkenden Zentrifugal- und Beschleunigungskräften die Abstützung des Käfigs an der Außenlaufbahn nur im stabilen Bereich, d. h. im Bereich der Seitenringe realisiert ist. Ein Anliegen von Stegbereichen, die zwischen den beiden Seitenringen liegen, ist somit verhindert. Dabei ist von Vorteil, dass der Ölfilm über die gesamte Breite der Wälzkörper nicht abgerissen wird bzw. die Laufbahn nicht durch anliegende Stegteile beschädigt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass der radiale Versatz der Abschnitte über seine gesamte axiale Ausdehnung einen gleichen Durchmesser aufweist. Diese weisen dann einen achsparallelen Verlauf auf. Aus Anspruch 3 geht hervor, dass der radiale Versatz der Abschnitte in axialer Richtung von außen nach innen einen abnehmenden Durchmesser aufweist. In diesem Fall nehmen die Abschnitte einen leicht nach innen abfallenden Verlauf.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Käfigs ist in Anspruch 4 beschrieben. Danach sind die Seitenringe des Käfigs mit einem radial nach innenweisenden Flansch versehen. Auf diese Weise wird dessen Stabilität wesentlich verbessert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 soll der Käfig mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Phosphatschicht, einer Kupfer- oder einer Silberschicht, versehen sein.

Schließlich geht aus Anspruch 6 hervor, dass das Rollenlager als ein Kurbelzapfen- oder als ein Planetenradlager ausgebildet sein soll.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Nadelkäfigs nach dem bisherigen Stand der Technik,

Fig. 2 eine Seitenansicht auf ein Rollenlager mit außengeführtem Käfig,

Fig. 3 und 4 einen teilweisen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Käfig und

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Kurbelzapfenlagers, teilweise geschnitten.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in Fig. 2 mit der Lagerachse 3 gezeigte Rollenlager besteht aus dem Käfig 1, in dem zylindrische Wälzkörper 2 angeordnet sind, die auf der Außenlaufbahn 4 und der Innenlaufbahn 5 abrollen. Wie Fig. 2 weiter zeigt, weist der Käfig 1 einen Durchmesser auf, der nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der Außenlaufbahn 4 ist, d. h. der Käfig 1 läuft bei Rotation des Lagers zumindest teilweise an der Außenlaufbahn 4 an und ist somit durch diese geführt.

Wie die Fig. 1 zeigt, besteht der Käfig 1 nach dem bisherigen Stand der Technik aus zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten, mit radial nach innen gerichteten Flanschen 15, 16 versehenen Seitenringen 6 und 7, die durch eine Anzahl gleichmäßig um den Umfang verteilte profilierte Stege 8 miteinander verbunden sind, so dass die Wälzkörper 2 aufnehmende Taschen 9 gebildet sind. Diese Taschen 9 werden einerseits durch die Stege 8 und andererseits durch die Seitenringe 6 und 7 begrenzt. Die Stege 8 sind in Richtung der Lagerachse 3 durchgekröpft und bestehen aus zwei an die Seitenringe 6, 7 sich anschließende Abschnitte 10, 11, die außerhalb des Teilkreises verlaufen und den gleichen Durchmesser wie die Seitenringe 6, 7 aufweisen. Diese Abschnitte 10, 11 gehen in einen schräg zur Käfigachse 3 geneigten Abschnitt 12, 13 über, die sich wiederum zu einem parallel zur Käfigachse 3 verlaufenden und innerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitt 14 vereinen. Es liegt auf der Hand, dass ein solcher Käfig 1 die Ausbildung des Schmierfilms über einen weiteren Lagerbereich verhindert, da er mit der Mantelfläche von Seitenring 6 und sich anschließendem Stegabschnitt 10 sowie der Mantelfläche von Seitenring 7 und sich anschließendem Stegabschnitt 11 an der Außenlaufbahn 4 anliegt. Nur im Mittelbereich des Käfigs 1, der von den nicht an der Außenlaufbahn 4 anliegenden Abschnitten 12, 13, 14 gebildet ist, ist die Ausbildung des Schmiermittelfilms nicht behindert.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Käfigs 1 dargestellt. So ist Fig. 3 entnehmbar, dass die Abschnitte 10, 11 des Steges 8 durch eine Stufe 17 in Richtung der Lagerachse 3 zurückgesetzt sind. In diesem Fall verlaufen die Abschnitte 10, 11 achsparallel, bevor sie durch die beiden schrägverlaufenden Abschnitte 12, 13 zum ebenfalls achsparallel verlaufenden Abschnitt 14 vereint werden.

Nach Fig. 4 fallen die Stegabschnitte 10, 11 in Richtung Käfiginneres unter einem Winkel α ab, der einerseits von den beiden Abschnitten 10, 11 und andererseits von einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Seitenringen 6, 7 gebildet ist. In diesem Falle verlaufen die Abschnitte 10, 11 nicht achsparallel. Genau wie in Fig. 3 werden die Abschnitte 10, 11 von den noch stärker abfallenden Abschnitten 12, 13 fortgesetzt, die sich wiederum zum achsparallel verlaufenden Abschnitt 14 vereinen. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Lagers (z. B. Umdrehungszahl, Geschwindigkeit, Temperatur, Belastung) und dem verwendeten Käfigwerkstoff (Elastizitätsmodul) ist dieser so zu gestalten, dass er nur im elastischen Bereich reversibel aufgeweitet wird, wobei die Anlage der Käfigabschnitte 10, 11 an die Außenlaufbahn 4 unter allen Umständen zu vermeiden ist.

Wie die beiden letztgenannten Figuren weiter erkennen lassen, ist der Käfig 1 so zu gestalten, dass unter allen Umständen eine Verformung im plastischen Bereich vermieden wird. Im Falle einer plastischen Verformung würde durch Einwirkung der Flieh- und Beschleunigungskräfte auf den achsparallel verlaufenden Abschnitt 14 des Steges 8 der Käfig 1 irreversibel aufgeweitet. Dies würde bedeuten, dass nach Fig. 3 die beiden Punkte 18, 19 des Steges 8 an die Außenlaufbahn 4 zur Anlage kommen und im Extremfall Partikel aus dieser herausreißen würden. Plastische irreversible Aufweitung von Käfig 1 bedeutet nach Fig. 4, dass die beiden Abschnitte 10, 11 in ihrer Gesamtheit zur Anlage an die Außenlaufbahn 4 kommen und so den Ölfilm unterbrechen.

Fig. 5 zeigt schließlich einen Teillängsschnitt durch ein Kurbelzapfenlager, wobei auf dem Bolzen 20 des Kurbelzapfens 21 der Kurbelwelle 22 über ein erfindungsgemäßes Nadellager das Pleuel 23 gelagert ist. Die äußere Laufbahn 4 der im Käfig 1 geführten Nadelrollen 2 wird durch das Pleuelauge gebildet, während die innere Laufbahn 5 die Mantelfläche des Bolzens 20 ist. Im Lager selbst wirken folgende Kräfte:

  • - die Flieh- und Beschleunigungskräfte der Nadelrollen 2 auf die Käfigstege 8
  • - die Flieh- und Beschleunigungskräfte des Käfigs 1 auf die Nadelrollen 2
  • - die Verformungskräfte aus der Masse des Käfigs 1
  • - die Verformungskräfte des Pleuels 23 auf die Nadelrollen 2.

Schon diese Aufzählung lässt erkennen, dass hohe Kräfte in bzw. von diesem Lager aufgenommen werden müssen. Dies hat insbesondere zur Folge, dass an den Lagerkäfig 1 höchste Anforderungen zu stellen sind, wobei ein geringes Käfiggewicht, eine hohe Dauerfestigkeit, eine hohe Verschleißfestigkeit, eine geringe Reibung und eine hohe Tragzahl bei kleinstem Bauraum verlangt werden. Um diese Forderungen zu erfüllen, trägt der erfindungsgemäß gestaltete Lagerkäfig 1 insbesondere hinsichtlich einer verringerten Reibung durch eine verbesserte Schmierfilmausbildung bei.

Der Käfig 1 gemäß Ausführungsbeispiel ist aus dem Vergütungswerkstoff 25CrMo4 hergestellt und auf eine Mindestfestigkeit von 1300 N/mm2 vergütet. Die Käfigoberfläche ist phosphatiert. Aber auch verkupferte oder versilberte Ausführungen zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften, insbesondere bei hohen Beschleunigungen, sind üblich. Die Nadelrollen 2 sind aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6 hergestellt und gehärtet, wobei die Kernhärte etwa 700 + 140 HV10 beträgt. Für extrem hochdrehende Motoren, d. h. für Umdrehungen im Bereich von 16.000 bis 18.000 pro Minute sind auch Käfige aus legiertem Einsatzstahl 100CrNi6 mit hoher Biegewechselfestigkeit denkbar. Bezugszeichen 1 Käfig

2 Wälzkörper

3 Lagerachse

4 Außenlaufbahn

5 Innenlaufbahn

6 Seitenring

7 Seitenring

8 Steg

9 Tasche

10 Abschnitt

11 Abschnitt

12 Abschnitt

13 Abschnitt

14 Abschnitt

15 Flansch

16 Flansch

17 Stufe

18 Punkt

19 Punkt

20 Bolzen

21 Kurbelzapfen

22 Kurbelwelle

23 Pleuel

α Neigungswinkel


Anspruch[de]
  1. 1. Rollenlager, insbesondere Nadellager, dessen in einem Käfig (1) gehaltene zylindrische Wälzkörper (2) auf einer Außenlaufbahn (4) und einer Innenlaufbahn (5) abwälzen, wobei Seitenringe (6, 7) des auf der Außenlaufbahn (4) geführten Käfigs (1) durch Taschen (9) bildende Stege (8) miteinander verbunden und diese derart profiliert sind, dass sie mehrere in unterschiedlichen Abständen von der Lagerachse (3) verlaufende Abschnitte (10, 11, 12, 13, 14) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die im Anschluß an die Seitenringe (6, 7) verlaufenden Abschnitte (10, 11) der Stege (8) wenigstens über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung gegenüber den Seitenringen (6, 7) in radialer Richtung derart nach innen zurückgesetzt sind, dass sie unter Berücksichtigung ihrer elastischen Verformung auch bei hoher Drehzahl des Rollenlagers nicht an der Außenlaufbahn (4) anlaufen.
  2. 2. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Versatz der Abschnitte (10, 11) über seine gesamte axiale Ausdehnung einen gleichen Durchmesser aufweist.
  3. 3. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Versatz der Abschnitte (10, 11) in axialer Richtung von außen nach innen einen abnehmenden Durchmesser aufweist.
  4. 4. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenringe (6, 7) des Käfigs (1) mit einem radial nach innen weisenden Flansch (15, 16) versehen sind.
  5. 5. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Phosphatschicht, einer Kupfer- oder einer Silberschicht, versehen ist.
  6. 6. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Kurbelzapfen- oder als ein Planetenradlager ausgebildet ist.






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