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Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Rollenlagerkäfig und ein Rollenlager mit Käfig.

Käfige erfüllen in Wälzlagern vielfältige Aufgaben. Sie halten die Wälzkörper zwischen den Laufbahnen, sie verhindern ein Berühren der Wälzkörper untereinander, sie halten die Wälzkörper in sich fest, sie führen die Wälzkörper, sie beeinflussen die Lagerdrehzahl sowie die Lagerschmierung und/oder dämpfen Schwingungen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Rollenlagerkäfig bzw. ein verbessertes Rollenlager mit Käfig zu schaffen, so dass ein kostengünstiger Aufbau mit hochwertigen Lagereigenschaften einhergeht.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 4, 5 und 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass mit den allen Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 1, 4, 5 und 18 gemeinsam Merkmalen, dass der Käfig frei von Mitteln für ein verliersicheres Halten der Rollen im Käfig und sich zwischen zwei benachbarten Rollen vom Rollenteilkreis aus nach innen oder außen erstreckend ausgebildet ist, insbesondere hinsichtlich Käfig und auch Rollen ein sehr einfacher und damit auch kostengünstiger Aufbau gewählt ist, und in Verbindung mit den jeweils weiteren Merkmalen der Ansprüche 1, 4, 5 und 18 trotzdem hinsichtlich Geräuschentwicklung, Verschleiß und auch Notlaufeigenschaften besonders günstige Ergebnisse erzielbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

1 einen Querschnitt durch einen Käfig eines Rollenlagers und

2 einen Längsschnitt des Käfigs der 1.

Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch ein Rollenlager mit einem Käfig 10. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich zwei zylinderartige Rollen 20 dargestellt und es ist auf eine Darstellung des Innen- und Außenrings des Rollenlagers verzichtet. Das Rollenlager kann dabei als N-, NU- oder NJ-Lager oder gemäß jedwedem anderen möglichen Lagerdesign ausgebildet sein.

Der Käfig 10 ist dabei frei von Mitteln für ein verliersicheres Halten der Rollen 20 im Käfig 10 ausgebildet, d.h. er besitzt weder Mittel zum Einschnappen der Rollen 20 in den Käfig 10 noch an den Taschenstirnseiten ausgebildete Dimpel zum Eingreifen in Rollen mit stirnseitigen Vertiefungen. Dies bedingt beispielsweise, dass für eine Lieferung und Montage des Käfigs 10 mit darin eingesetzten Rollen 20 samt dem Innenring eine die Rollen 20 umgebende Montagehülse notwendig ist, damit die Rollen 20 nicht herausfallen. In anderen Ausführungen ist dazu mit gleicher Wirkungsweise auch ein Sprengring verwendbar, der am Rand einer Laufbahn des Innen- oder Außenrings in den Innen- oder Außenring einsetzbar ist. Dabei wird in manchen Ausführungen der Sprengring gleichzeitig als ein Führungsbord genutzt.

Der Käfig 10 ist weiterhin derart ausgebildet, dass er sich zwischen zwei benachbarten Rollen 20 ausschließlich in einem vom Teilkreis nach innen hin gerichteten Bereich mit einem im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt erstreckt. Auf Höhe des Teilkreises befindet sich somit zwischen zwei benachbarten Rollen 20 kein Käfigsteg.

Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Käfig 10. Die untere Schnittfläche in der 2 zeigt das Profil des Käfigs 10, das im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel stabartig glatt ausgebildet ist. In anderen Ausführungsformen kann der Käfig 10 an einem oder an beiden seiner axialen Enden nach innen und/oder außen hin ringartig verdickt ausgebildet sein, so dass sich ein L- oder U-förmiges Profil ergibt.

Der Käfig 10 ist weiterhin derart gestaltet, dass ein Öffnungswinkel &agr; einer Käfigtasche im Bogenmaß nachfolgender Dimensionierung entspricht:

für den Rollenteilkreisdurchmesser P, den Rollendurchmesser DW, den Käfiginnendurchmesser Dmin und den Käfigaußendurchmesser Dmax deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind. Durch vorgenannte Dimensionierung wird dabei sichergestellt, dass zwischen den Rollen 20 und Führungsflächen des Käfigs 10 immer ein tangentialer Kontakt auftritt. Die vorgenannte erste Dimensionierungsvorschrift gilt dabei insbesondere für eine Ausbildung des Käfigs 10 nahezu ohne Spiel bzw. für ein Lager das im wesentlichen frei von Toleranzen und/oder Lagerlüften ausgebildet ist. Die vorgenannte zweite Dimensionierungsvorschrift berücksichtigt diejenige Ausbildung, bei der der Käfig 10 bei Betrieb ein Käfigspiel aufweist, das heißt, dass sich die Kontaktpunkte zwischen den Rollen 20 und dem Käfig 10 in Grenzen verändern können. Dabei wird durch die zweite Dimensionierungsvorschrift, die gegenüber der ersten enger ist, ein unerwünschter nicht tangentialer Kontakt und damit einhergehend ein Abstreifen eines Schmierstoffs sicher verhindert.

In einer anderen Ausführungsform, bei der sich ein Käfig zwischen benachbarten Rollen ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach außen hin gerichteten Bereich erstreckt, gehorcht der Öffnungswinkel &agr; einer Käfigtasche im Bogenmaß nachfolgender Dimensionierung:

für den Rollenteilkreisdurchmesser P, den Rollendurchmesser DW, den Käfiginnendurchmesser Dmin und den Käfigaußendurchmesser Dmax wiederum deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.

Der Käfig 10 der 1 und 2 ist weiterhin derart ausgebildet ist, dass bei einer gleichmäßigen Verteilung der Rollen auf dem Rollenteilkreis ein minimaler Rollenabstand RAmin nachfolgender Dimensionierung entspricht: RAmin ≤ 0,13·(log10(P·DW))2,7; wobei für den Rollenteilkreisdurchmesser P und den Rollendurchmesser DW deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind. Vorgenannte das Design des Käfigs 10 mitbestimmende Dimensionierung bezieht sich wie gesagt auf eine angenommene gleichmäßige Verteilung der Rollen 20 auf dem Rollenteilkreis. Nach Einbau des Käfigs 10 und der Rollen 20 in das Lager findet sich besagter Abstand zwischen den Rollen 20 so in der Regel nicht wieder.

Weiterhin ist der Käfig 10 derart gestaltet, dass eine Anzahl von Rollen 20 einem auf eine ganze Zahl abgerundeten Wert Z plus wenigstens einer weiteren Rolle 20 entspricht, wobei

mit
Y = 0,55, falls 0,06·DW ≤ 0,5 , ansonsten Y = 0,06·DW und
wobei für den Rollenteilkreisdurchmesser P und den Rollendurchmesser DW deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind. Dadurch kommt man in die Nähe eines vollrollig ausgebildeten vergleichbaren Lagers, so dass eine Tragfähigkeit des Lagers mit Vorteil groß ist, verhindert aber sicher ein gegenseitiges Berühren der Rollen 20, so dass negative Eigenschaften eines vollrolligen Lagers, wie eine Eignung nur für geringe Drehzahlen infolge eines gegenseitigen Kontakts der Rollen und der damit einhergehenden Gefahr von Anschmierungen, ausgeschlossen sind.

Das Lager der 1 und 2 kann für eine reine Schulterführung des Käfigs 10 an wenigstens einer Schulter des Innen- und/oder Außenrings des Lagers, für eine Rollenführung oder für eine Mischführung, die uneindeutig zwischen reiner Schulterführung und reiner Rollenführung liegt, ausgebildet sein. Auf alle Fälle ist aber das Lager derart gestaltet, dass ein auf Durchmessergrößen zu beziehendes Spiel SC des Käfigs 10 als mm-Wert nachfolgender Dimensionierung entspricht: 0,005·(log10(P·DW))2,55 ≤ SC ≤ 0,1·(log10(P·DW))2,55; wobei für den Rollenteilkreisdurchmesser P und den Rollendurchmesser DW deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind. Dadurch wir mit Vorteil ein Überrollen des Käfigs 10 durch die Rollen 20 sicher unterbunden.

Der Käfig 10 der 1 und 2 ist einstückig aus einem Stahl hergestellt. Dazu wird zunächst ein ringartiger Rohling ohne die Käfigtaschen benötigt, der beispielsweise durch Abschneiden von einem Rohr, einem Tiefziehprozess, einer Verschweißung eines Blechs und/oder durch Drehoperationen hergestellt sein kann. Anschließend werden die Käfigtaschen durch einen Fräs-, Stanz- oder Strahlprozess, beispielsweise mittels eines Laser- oder Wasserstrahls hergestellt. In Abhängigkeit vom Verfahren zum Erzeugen der Käfigtaschen wird ein integrierter Kalibrierprozess vor- oder nachgeschaltet.

Insbesondere für vergleichsweise kleine Stückzahlen ist eine Taschenerzeugung durch Laserstrahlschneiden vorteilhaft, da keine typenspezifischen Spezialwerkzeuge, wie beim Stanzen benötigt werden. Der mittels Laserschneiden erzeugte Käfig 10 wird entgratet und kann einer weiteren Nachbehandlung, beispielsweise aus Verschleiß- oder Festigkeitsgründen einem Beschichten oder Härten, zugeführt werden. Ebenso ist es für kleine Stückzahlen von Vorteil, den Rohling durch ein Verschweißen von Stahlblechen herzustellen, da damit beliebige Käfigdurchmesser ohne käfigtypenspezifische Spezialwerkzeuge herstellbar sind.

10Käfig 20Rolle DWRollendurchmesser DminKäfiginnendurchmesser DmaxKäfigaußendurchmesser PRollenteilkreisdurchmesser &agr;Öffnungswinkel einer Käfigtasche

Anspruch[de]
  1. Rollenlagerkäfig, beinhaltend folgende Merkmale:

    – Der Käfig ist frei von Mitteln für ein verliersicheres Halten der Rollen im Käfig,

    – der Käfig erstreckt sich zwischen zwei benachbarten Rollen ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach außen oder innen hin gerichteten Bereich mit einem im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt und

    – der Käfig ist einstückig ausgebildet.
  2. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, wobei ein Öffnungswinkel &agr; einer Käfigtasche bei einem Käfig, der sich zwischen benachbarten Rollen ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach innen hin gerichteten Bereich erstreckt, im Bogenmaß nachfolgender Dimensionierung entspricht:
    für den Rollenteilkreisdurchmesser P, den Rollendurchmesser DW, den Käfiginnendurchmesser Dmin und den Käfigaußendurchmesser Dmax deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  3. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 1, wobei ein Öffnungswinkel &agr; einer Käfigtasche bei einem Käfig, der sich zwischen benachbarten Rollen ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach außen hin gerichteten Bereich erstreckt, im Bogenmaß nachfolgender Dimensionierung entspricht:
    für den Rollenteilkreisdurchmesser P, den Rollendurchmesser DW, den Käfiginnendurchmesser Dmin und den Käfigaußendurchmesser Dmax deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  4. Rollenlagerkäfig, beinhaltend folgende Merkmale:

    – Der Käfig ist frei von Mitteln für ein verliersicheres Halten der Rollen im Käfig,

    – der Käfig erstreckt sich zwischen zwei benachbarten Rollen ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach innen hin gerichteten Bereich und

    – ein Öffnungswinkel &agr; einer Käfigtasche entspricht im Bogenmaß nachfolgender Dimensionierung:
    für den Rollenteilkreisdurchmesser P, den Rollendurchmesser DW, den Käfiginnendurchmesser Dmin und den Käfigaußendurchmesser Dmax deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  5. Rollenlagerkäfig, beinhaltend folgende Merkmale:

    – Der Käfig ist frei von Mitteln für ein verliersicheres Halten der Rollen im Käfig,

    – der Käfig erstreckt sich zwischen zwei benachbarten Rollen ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach außen hin gerichteten Bereich und

    – ein Öffnungswinkel &agr; einer Käfigtasche entspricht im Bogenmaß nachfolgender Dimensionierung:
    für den Rollenteilkreisdurchmesser P, den Rollendurchmesser DW, den Käfiginnendurchmesser Dmin und den Käfigaußendurchmesser Dmax deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  6. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Käfig einstückig ausgebildet ist.
  7. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Käfig zwischen zwei benachbarten Rollen eine im wesentlichen trapezartige Querschnittsfläche aufweist.
  8. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Käfig einen Stahl umfasst.
  9. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Käfig als ein Fensterkäfig ausgebildet ist.
  10. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Käfig derart gestaltet ist, dass ein unmittelbarer Kontakt zweier benachbarter Rollen sicher verhindert wird.
  11. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Käfig derart ausgebildet ist, dass bei gleichmäßiger Verteilung der Rollen auf dem Rollenteilkreis ein minimaler Abstand RAmin zwischen zwei benachbarten Rollen als mm-Wert nachfolgender Dimensionierung entspricht: RAmin ≤ 0,13·(log10(P·DW))2,7; wobei für den Rollenteilkreisdurchmesser P und den Rollendurchmesser DW deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  12. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Käfig derart gestaltet ist, dass eine Anzahl von Rollen einem auf eine ganze Zahl abgerundeten Wert Z plus wenigstens einer weiteren Rolle entspricht, wobei
    mit
    Y = 0,55, falls 0,06·DW ≤ 0,5, ansonsten Y = 0,06·DW und
    wobei für den Rollenteilkreisdurchmesser P und den Rollendurchmesser DW deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  13. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Käfig an wenigstens einer seiner axialen Enden nach innen und/oder außen hin ringartig verdickt ausgebildet ist.
  14. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Käfig aus einem ringartigen Rohling hergestellt ist.
  15. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei Fenster des Käfigs durch ein Strahlschneiden hergestellt sind.
  16. Rollenlagerkäfig nach Anspruch 15, wobei der Strahl ein Laserstrahl ist.
  17. Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Rollen kreiszylinderartig ausgebildet sind.
  18. Rollenlager mit einem Käfig beinhaltend folgende Merkmale:

    – Der Käfig ist frei von Mitteln für ein verliersicheres Halten der Rollen im Käfig,

    – der Käfig erstreckt sich zwischen zwei benachbarten Rollen ausschließlich in einem vom Rollenteilkreis nach außen oder innen hin gerichteten Bereich und

    – das Lager ist derart gestaltet, dass ein auf Durchmessergrößen zu beziehendes Spiel SC des Käfigs als mm-Wert nachfolgender Dimensionierung entspricht: 0,005·(log10(P·DW))2,55 ≤ SC ≤ 0,1·(log10(P·DW))2,55; wobei für den Rollenteilkreisdurchmesser P und den Rollendurchmesser DW deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  19. Rollenlager mit einem Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
  20. Rollenlager nach Anspruch 19, wobei das Lager derart gestaltet ist, dass ein auf Durchmessergrößen zu beziehendes Spiel SC des Käfigs als mm-Wert nachfolgender Dimensionierung entspricht: 0,005·log10(P·DW))2,55 ≤ SC ≤ 0,1·(log10(P·DW))2,55; wobei für den Rollenteilkreisdurchmesser P und den Rollendurchmesser DW deren mm-Werte als dimensionslose Größen einzusetzen sind.
  21. Rollenlager nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Lager für eine Schulterführung des Käfigs an wenigstens einer Schulter eines Innen- oder Außenrings des Wälzlagers ausgebildet ist.
  22. Rollenlager nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Lager für eine Rollenführung des Käfigs ausgebildet ist.
  23. Rollenlager nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das Lager für eine Mischführung des Käfigs, die uneindeutig zwischen reiner Schulterführung und reiner Rollenführung liegt, ausgebildet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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