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.
10Käfig20RolleDWRollendurchmesserDminKäfiginnendurchmesserDmaxKäfigaußendurchmesserPRollenteilkreisdurchmesser&agr;Öffnungswinkel einer Käfigtasche
Anspruch[de]
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.
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.
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.
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.
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.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Käfig
einstückig ausgebildet ist.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Käfig
zwischen zwei benachbarten Rollen eine im wesentlichen trapezartige Querschnittsfläche
aufweist.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Käfig
einen Stahl umfasst.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Käfig
als ein Fensterkäfig ausgebildet ist.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Käfig
derart gestaltet ist, dass ein unmittelbarer Kontakt zweier benachbarter Rollen
sicher verhindert wird.
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.
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.
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.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Käfig
aus einem ringartigen Rohling hergestellt ist.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei Fenster
des Käfigs durch ein Strahlschneiden hergestellt sind.
Rollenlagerkäfig nach Anspruch 15, wobei der Strahl ein Laserstrahl
ist.
Rollenlagerkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Rollen
kreiszylinderartig ausgebildet sind.
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.
Rollenlager mit einem Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
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.
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.
Rollenlager nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Lager für
eine Rollenführung des Käfigs ausgebildet ist.
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.