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Dokumentenidentifikation DE10031427C2 25.09.2003
Titel Käfig für ein Wälzlager
Anmelder SKF GmbH, 97421 Schweinfurt, DE
Erfinder Sontheimer, Rüdiger, 64668 Rimbach, DE;
Peuschel, Thomas, 97453 Schonungen, DE
DE-Anmeldedatum 28.06.2000
DE-Aktenzeichen 10031427
Offenlegungstag 17.01.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 25.09.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.09.2003
IPC-Hauptklasse F16C 33/46
IPC-Nebenklasse F16C 33/50   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager mit einer ersten Käfigscheibe, einer zweiten Käfigscheibe und einer Vielzahl von Bolzen, wobei jeder Bolzen mit beiden Käfigscheiben verbunden ist, wobei jeder Bolzen mindestens einen Wälzkörper mit einer zentrischen Axialbohrung führt und wobei die Verbindung des Bolzens mit mindestens einer Käfigscheibe über eine Hülse erfolgt, die mit dem Bolzen über eine Presspassung verbunden ist und selber mit der Käfigscheibe formkraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.

Bei großen Wälzlagern, die beispielsweise in Walzwerken oder deren Antrieben eingesetzt werden, kommen gelegentlich sogenannte Bolzenkäfige zum Einsatz, wie sie der obengenannten Gattung entsprechen. Der Käfig besteht dabei aus zwei parallel angeordneten Käfigscheiben, die durch eine Vielzahl von Bolzen verbunden sind. Jeder Bolzen trägt bzw. führt dabei einen Wälzkörper, beispielsweise eine Zylinderrolle, die eine zentrische Bohrung aufweist. Der Bolzen wird üblicherweise an einem Ende mit einem Gewinde versehen, das in die eine Käfigscheibe eingeschraubt wird. Das andere Ende des Bolzens wird nach Montage des Käfigs samt Rollen an der anderen Käfigscheibe festgeschweißt. Es ergibt sich hierbei ein relativ einfacher und stabiler Verbund, der im Betrieb zwischen einem Außen- und Innenring angeordnet ist und so das Lager bildet.

Ein Bolzenkäfig der eingangs genannten Art ist aus der JP 11201170 A sowie aus der US 6 022 147 A bekannt. In der letztgenannten Schrift hat der Bolzen an seinem einen Ende einen vergrößerten Durchmesser; er wird durch die erste Käfigscheibe und den Wälzkörper gesteckt und an der zweiten Käfigscheibe angeschraubt (siehe Fig. 11 dieser Schrift).

Verschiedene andere Ausgestaltungen von Bolzenkäfigen sind durch die DE 19 17 141 U, die DE 17 22 510 U, die US 2 013 123, die US 2 267 708, die US 5 281 036 A und die DE 196 17 247 A1 bekannt.

Bei hohen Belastungen des Lagers ist jedoch beobachtet worden, dass diese nach einer unbefriedigend kurzen Gebrauchsdauer bereits ausfallen. Schadensursache ist, dass die Schweißnähte, die den Bolzen mit der einen Käfigscheibe fixieren, infolge ständiger Biegewechselbeanspruchung reißen und so zum Lösen des Bolzens führen. Das Lager fällt dann in kürzester Zeit aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bolzenkäfig der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auch unter hoher Lagerbelastung eine gute Fixierung der Bolzen in den Käfigscheiben gewährleistet ist, damit auch bei ständiger Biegewechselbeanspruchung kein Lagerausfall zu befürchten ist. Des weiteren soll ein Bolzenkäfig geschaffen werden, der sich auch durch einfache Montierbarkeit auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen an einem Ende ein Gewinde aufweist, das mit einem Gewinde in der ersten Käfigscheibe zusammenwirkt und an der zweiten Käfigscheibe über die Hülse, die mit der zweiten Käfigscheibe mittels einer Schraubverbindung verbunden ist, festgelegt ist.

Eine hohe Gebrauchsdauer und große Widerstandskraft gegen Biegewechselbelastung wird dadurch erzielt, dass die Hülse einen ersten Bereich mit einem ersten Durchmesser aufweist sowie einen zweiten Bereich mit einem zweiten Außendurchmesser, wobei der zweite Außendurchmesser größer ist als der erste Außendurchmesser, vorzugsweise mindestens 1,25 mal so groß; in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Außendurchmesser mindestens 1,5 mal, vorzugsweise mindestens 2 mal, so groß wie der erste Außendurchmesser.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Schraubverbindung nur im ersten Bereich der Hülse angeordnet ist.

Mit Vorteil kann vorgesehen werden, dass die Aufnahme für die Hülse in der oder den Käfigscheiben der Geometrie der Hülse angepasst ist, wobei Käfigscheibe und Hülse an der dem Wälzkörper abgewandten Seite bündig abschließen. Namentlich kann die Käfigscheibe eine seitliche Anschlagsfläche für die Hülse aufweisen.

Die Montage wird dadurch wesentlich erleichtert, dass die Hülse an der dem Wälzkörper zugewandten Seite eine oder zwei Abschrägungen aufweist.

Eine Erhöhung der Stabilität ergibt sich, wenn der Bolzen mit der Hülse an der dem Wälzkörper abgewandten Seite miteinander stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt, ist. Weiterhin wird die eingangs genannte Verbindung der Hülse mit der Käfigscheibe dadurch bewerkstelligt, dass die Hülse mit der Scheibe verschweißt ist. Die Verschweißung ist dabei bevorzugt am Außendurchmesser des zweiten Hülsenbereichs angeordnet.

Das vorgeschlagene Käfigkonzept wird bevorzugt bei Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern oder Tonnenrollenlagern eingesetzt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bolzenkäfigs dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Ausschnitt eines Schnitts durch den Käfig;

Fig. 2 den rechten Bereich der Fig. 1 gemäß einer alternativen Ausgestaltung.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Käfigs 1 in Form eines Bolzenkäfigs zu erkennen, der eine erste Käfigscheibe 2 sowie eine zu dieser parallel angeordnete zweite Käfigscheibe 3 aufweist. Die beiden Käfigscheiben 2, 3 werden durch Bolzen 4 verbunden. Jeder Bolzen 4 führt bzw. trägt einen Wälzkörper 5 in Form einer Zylinderrolle; der Wälzkörper 5 weist eine zentrische Bohrung auf, mittels der der Bolzen 4 den Wälzkörper 5 aufnimmt. Die zentrische Aalbohrung im Wälzkörper 5 ist mit 6 bezeichnet. Die Anzahl der zum Einsatz kommenden Bolzen 4 korrespondiert mit der Zahl der Wälzkörper 5. Vorliegend ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Bolzenkäfigs bei einem Zylinderrollenlager beschrieben. Er kann aber auch genauso an anderen Lagertypen, beispielsweise bei Kegelrollenlagern, zum Einsatz kommen.

Jeder Bolzen 4 ist auf einer Seite (links) mit einem Gewinde versehen. Dieses wird in die eine Käflgscheibe 2 eingeschraubt, so dass eine Schraubverbindung 9 für einen stabilen Verbund von Bolzen 4 und Käfigscheibe 2 sorgt.

Zur Fixierung der Bolzen 4 in der anderen Käfigscheibe 3 dienen Hülsen 7, wobei für jeden Bolzen 4 eine Hülse 7 vorgesehen ist.

Die Hülse 7 weist einen ersten, sich axial erstreckenden Bereich 10 sowie einen sich daran anschließenden zweiten, sich axial erstreckenden Bereich 11 auf. Der erste Bereich 10 ist dabei mit einem Außendurchmesser d ausgeführt, während der zweite Bereich 11 einen demgegenüber größeren Außendurchmesser D aufweist. Vorliegend ist der größere Durchmesser D etwa zweimal so groß wie der kleinere Durchmesser d.

Weiterhin ist zu erkennen, dass die zweite Käfigscheibe 3 zur Aufnahme der Hülse 7 eine rotationssymmetrische Aussparung aufweist, die der Form der Hülse 7 (erster Bereich 10 bzw. zweiter Bereich 11) entspricht. Namentlich weist die Käfigscheibe 3 eine seitliche Anschlagsfläche 12 für die Hülse 7 auf. Im montierten Zustand fluchtet die (rechte) Außenfläche von Hülse 7 und Käfigscheibe 3.

Zur sicheren Verbindung des Bolzens 4 mit der Hülse 7 ist zwischen Bolzen und Hülse eine Preßpassung 8 vorgesehen. Preßpassungen sind im Maschinenbau bestens bekannt, so dass diesbezüglich auf den Stand der Technik verwiesen wird. Entscheidend ist, dass im montierten Zustand infolge der Preßpassung 8 eine Widerstandskraft erzeugt wird, wenn versucht wird, die zweite Käflgscheibe 3 in Achsrichtung von der ersten Käfigscheibe 2 abzuziehen.

Die Hülse 7 ist im Ausführungsbeispiel mit der zweiten Käfigscheibe 3 durch eine Schweißverbindung 16 stoffschlüssig verbunden. Durch die Anordnung der Schweißnaht 16 am vergrößerten Durchmesser D ist sichergestellt, dass Biegeumlaufkräfte nicht zu einem Versagen bzw. Reißen der Schweißnaht 16 führen können.

Um die Montage einfach zu gestalten, weist die Hülse 7 an der den Wälzkörpern 5 zugewandten Seite Abschrägungen 13 und 14 auf, die ein problemloses Einführen der Hülse 7 auf die vormontierten Bolzen 4 bzw. die zweite Käfigscheibe 3 ermöglicht.

Weiterhin kann zur Erhöhung der Stabilität vorgesehen sein, dass nach erfolgter Montage des Käfigs auch eine weitere umlaufende Schweißnaht 15 zwischen Bolzen 4 und Hülse 7 angebracht wird.

Das erfindungsgemäße Konzept ist detailliert in Fig. 2 dargestellt. Hier ist zu sehen, dass die Hülse am Außendurchmesser des ersten Hülsenbereichs ein Gewinde aufweist, dass mit einem entsprechenden Gewinde in der zweiten Käfigscheibe zusammenwirkt und die Schraubverbindung 18 darstellt.

Durch die Schraubverbindung 18 ist es möglich, eine vereinfachte Montage zu bewerkstelligen: Während üblicherweise ein Einpressen - infolge der Preßpassung - der Hülsen 7 auf die Bolzen 4 notwendig ist, kann dies bei der erfindungsgemäßen Lösung umgangen werden; hier kann die Preßpassung zwischen Bolzen und Innendurchmesser der Hülse durch Anziehen der Schraubverbindung 18 überwunden werden.

Die vorgeschlagene Ausgestaltung eines Bolzenkäfigs gewährleistet eine hohe Stabilität des Käfigs auch bei größter Lagerbelastung und umlaufender Biegung. Der Käfig weist daher eine erheblich höhere Gebrauchsdauer auf als vorbekannte Bolzenkäfige. Bezugszeichenliste 1 Käfig

2 erste Käfigscheibe

3 zweite Käfigscheibe

4 Bolzen

5 Wälzkörper

6 zentrische Aalbohrung im Wälzkörper

7 Hülse

8 Preßpassung

9 Schraubverbindung

10 erster Bereich der Hülse

11 zweiter Bereich der Hülse

12 seitliche Anschlagsfläche

13, 14 Abschrägungen

15 Verschweißung des Bolzens mit der Hülse

16 Verschweißung der Hülse mit der Käfigscheibe

18 Schraubverbindung

d Außendurchmesser des ersten Hülsenbereichs

D Außendurchmesser des zweiten Hülsenbereichs


Anspruch[de]
  1. 1. Käfig (1) für ein Wälzlager, mit

    einer ersten Käfigscheibe (2),

    einer zweiten Käfigscheibe (3) und

    einer Vielzahl von Bolzen (4),

    wobei jeder Bolzen (4) mit beiden Käfigscheiben (2, 3) verbunden ist,

    wobei jeder Bolzen (4) mindestens einen Wälzkörper (5) mit einer zentrischen Axialbohrung (6) führt und

    wobei die Verbindung des Bolzens (4) mit mindestens einer Käfigscheibe (3) über eine Hülse (7) erfolgt, die mit dem Bolzen (4) über eine Preßpassung (8) verbunden ist und selber mit der Käfigscheibe (3) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    der Bolzen (4) an einem Ende ein Gewinde (9) aufweist, das mit einem Gewinde (9) in der ersten Käfigscheibe (2) zusammenwirkt und an der zweiten Käfigscheibe (3) über die Hülse (7), die mit der zweiten Käfigscheibe (3) mittels einer Schraubverbindung (18) verbunden ist, festgelegt ist.
  2. 2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) einen ersten Bereich (10) mit einem ersten Außendurchmesser (d) aufweist sowie einen zweiten Bereich (11) mit einem zweiten Außendurchmesser (D), wobei der zweite Außendurchmesser (D) größer ist als der erste Außendurchmesser (d), vorzugsweise mindestens 1,25 mal so groß.
  3. 3. Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Außendurchmesser (D) mindestens 1,5 mal, vorzugsweise mindestens 2 mal, so groß wie der erste Außendurchmesser (d).
  4. 4. Käfig nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (18) nur im ersten Bereich (10) der Hülse (7) angeordnet ist.
  5. 5. Käfig nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme für die Hülse (7) in der oder den Käfigscheiben (3) der Geometrie der Hülse (7) angepasst ist, wobei Käfigscheibe (3) und Hülse (7) an der dem Wälzkörper (5) abgewandten Seite bündig abschließen.
  6. 6. Käfig nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigscheibe (3) eine seitliche Anschlagsfläche (12) für die Hülse (7) aufweist.
  7. 7. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) an der dem Wälzkörper (5) zugewandten Seite eine oder zwei Abschrägungen (13, 14) aufweisen.
  8. 8. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (4) mit der Hülse (7) an der dem Wälzkörper (5) abgewandten Seite miteinander stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt (15), ist.
  9. 9. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) mit der Käfigscheibe (3) verschweißt (16) ist.
  10. 10. Käfig nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweißung (16) am Außendurchmesser (D) des zweiten Hülsenbereichs (11) angeordnet ist.
  11. 11. Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5) Zylinderrollen, Kegelrollen oder Tonnenrollen sind.






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