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Dokumentenidentifikation DE19738331B4 04.05.2006
Titel Lagerkäfig
Anmelder The Torrington Co., Torrington, Conn., US
Erfinder Prock, David M., Torrington, Conn., US;
Hayward, John S., Harwinton, Conn., US;
Senger, Christopher G., Torrington, Conn., US
Vertreter Schroeter Lehmann Fischer & Neugebauer, 81479 München
DE-Anmeldedatum 02.09.1997
DE-Aktenzeichen 19738331
Offenlegungstag 30.04.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse F16C 33/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16C 33/56(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Lagerkäfige zur Verwendung mit Wälzlagern und insbesondere auf einen Lagerkäfig aus einem Polymer, der für Anwendungen geeignet ist, die hohe begrenzte Schmierungstemperaturen und hohe Belastungen erfordern.

Die Lagerungsbedingungen für Kurbelzapfen bei Zweitakt- und Viertakt-Verbrennungsmotoren und bei Planeten-Übersetzungsgetrieben für Automobile stellen u.a. die höchsten Anforderungen. Die Belastungen, die Geschwindigkeiten, die Beschleunigungen, die Schmierung, die Wellenausrichtung- oder -fehlausrichtung und die Temperaturen machen die Wahl des richtigen Lagers kritisch. Anordnungen mit Nadelrollen und Käfigen sind allgemein als optimale Wahl zur Befriedigung dieser extremen Anforderungen akzeptiert.

Typischerweise verwenden solche Lagerungen einen starken gehärteten Käfig, der aus Stahl geformt oder herausgearbeitet, mit Silber beschichtet und verstemmt ist, um die Wälzkörper zu halten. Bei weniger anspruchsvollen Anwendungen wurden Lagerkäfige für Wälzlager aus verschiedenen Polymeren hergestellt, um das Gewicht zu minimieren und die Herstellungskosten zu vermindern. Jedoch waren solche polymeren Lagerkäfige bei Anwendungen mit strengen Anforderungen nicht erfolgreich, weil sie nicht ausreichende Stärke aufweisen und/oder weil sie einen angemessenen Schmiermittelfluß verhindern.

Aus dem Vorstehenden ergeben sich Beschränkungen, die bei gegenwärtigen Käfigen für Rollenlager bestehen. Es ist somit ersichtlich, daß es vorteilhaft wäre, eine Alternative zu schaffen, mit der eine oder mehrere der oben genannten Beschränkungen beseitigt werden können. Eine geeignete alternative Lösung wird durch die Erfindung mit den im folgenden beschriebenen Merkmalen geschaffen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lagerkäfig entsprechend dem Patentanspruch 1 geschaffen.

Radial nach außen gerichtete Ansätze auf Querstegen oder auf Endrändern von Wälzlagerkäfigen sind an sich zur Halterung der Wälzkörper gegen ein Herausfallen radial nach außen, also für einen anderen Zweck, aus US 5,328,277 A oder US 4,874,260 bekannt.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung ersichtlich.

1 veranschaulicht bildlich ein Ausführungsbeispiel eines Lagerkäfigs gemäß der Erfindung;

2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Ausführungsbeispiels des Lagerkäfigs von 1 längs der Linie 2-2 von 1 und zeigt zusätzlich einen Teil einer äußeren Lagerlaufbahn.

1 veranschaulicht einen Lagerkäfig 10 mit ersten und zweiten ringförmigen Endrändern 12 und 14, die axial längs einer gemeinsamen Achse 16 beabstandet sind. Querstege 18 verbinden die Endränder 12 und 14 derart, daß längliche Wälzkörpertaschen 20 zwischen den Endrändern und den Querstegen zum Halten von Wälzkörpern oder Rollen 21 gebildet sind, die in 2 angedeutet sind. Halterungsflächen 22 und 24 begrenzen die Wälzkörper radial, wie es unten beschrieben wird.

Die Endränder 12 und 14 und die Querstege 18 sind mit radial nach außen gerichteten T-förmigen Führungsflächen 26 und 28 ausgebildet. Der Schaft des "T" der Flächen erstreckt sich axial längs der Querstege und längs eines Teils der Endränder, und die Arme des "T" der Flächen erstrecken sich in Umfangsrichtung längs eines Teils der Enden der benachbarten Wälzkörpertaschen 20. Die Taschen 20 sind mit abgerundeten Ecken 30 ausgebildet, um Beanspruchungen zu vermindern, und sie sind durch die Führungsflächen 26 und 28 verstärkt, die um die abgerundeten Ecken 30 herumgehen.

Vorzugsweise sind die T-förmigen Führungsflächen 26 und 28 miteinander verbunden, um eine doppel-T-förmige Gestalt zu bilden, wie es in 1 veranschaulicht ist. Alternativ könnte eine Ausnehmung zwischen den T-förmigen Führungsflächen 26 und 28 gebildet sein, die es einem Schmiermittel gestatten würde, zwischen benachbarten Wälzkörpertaschen zu fließen.

Der Lagerkäfig 10 kann als ein voller runder Käfig ausgebildet sein, der sich vollständig um eine Welle herum als ein einziges kontinuierliches Stück erstreckt. Alternativ kann der Lagerkäfig 10 ein voller runder Käfig mit einem Schlitz sein, der es gestattet, den Käfig über eine Welle zu spreizen. Zusätzlich kann der Lagerkäfig 10 ein bogenförmiges Segment sein, was es dem Lagerkäfig erlaubt, seitlich gegen eine Laufbahn angelegt zu werden. Das bogenförmige Segment kann in Kombination mit anderen Segmenten einen mehrteiligen, vollen, runden Käfig bilden, oder es kann allein in einem oszillierenden Lager verwendet werden.

Eine radial äußere Oberfläche der Endränder 12 und 14, die nicht durch die Führungsflächen 26 und 28 abgedeckt ist, ist zurückgesetzt und bietet ringförmige Schmiermittelkanäle 32 und 34 längs der axial äußeren Abschnitte der Endränder 12 und 14. Axial verlaufende Schmiermittelkanäle 36 und 38 zwischen benachbarten T-förmigen Führungsflächen 26 und 28 ermöglichen eine Schmiermittelströmung durch die ringförmigen Schmiermittelkanäle 32 und 34 zu jedem Wälzkörper hin. Abgeschrägte Oberflächen 40 und 42 trennen die Schmiermittelkanäle von den Führungsflächen 26 und 28 und fördern die Bildung eines Pilot-Schmierfilms.

Vorzugsweise sind die Arme der T-förmigen Führungsflächen 26 und 28 abgeschrägt, um geneigte Rampen 44 und 46 zu bilden, wie es in 2 gezeigt ist. Während des Betriebs wirken die geneigten Rampen 44, 46 mit den abgeschrägten Oberflächen 40 und 42 zusammen, um Schmiermittel in einen Film zu formen und zwischen die Führungsflächen 26 und 28 und die äußere Laufbahn eines Lagers oder einer Komponente 45 zu richten. Um die Bildung dieses Films von Schmiermittel weiter zu verbessern, können die Führungsflächen 26 und 28 eine zentrale zylindrische Oberfläche 47 haben, die mit den Querstegen 18 ausgerichtet ist und die einen Radius hat, der kleiner ist als derjenige des Lagerkäfigs 10, um eine sogenannte "Krone" zu bilden.

2 veranschaulicht auch eine bevorzugte Gestaltung der Halterungsflächen 22 und 24. Radial äußere Rampenflächen 48 und 50 verengen die Öffnung der Wälzkörpertaschen 20, um eine radial nach außen gerichtete Bewegung der Wälzkörper oder Rollen 21 zu verhindern, und radial innere zylindrische Oberflächen 52 und 54 verengen die Öffnung der Wälzkörpertasche, um eine radial nach innen gerichtete Bewegung der Rollen 21 zu verhindern. Die Nachgiebigkeit des Lagerkäfigs 10 gestattet es, daß die Rollen 21 in die Wälzkörpertaschen eingesetzt werden können.

Der Lagerkäfig 10 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, einschließlich Stahl, Bronze oder andere Metalle, mit oder ohne Silberbeschichtung oder anderen Beschichtungen. Jedoch besteht ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß die Gestaltung des Käfigs es ermöglicht, diesen aus einem Polymer herzustellen, was Vorteile bezüglich des Gewichts und der Herstellungskosten zur Folge hat. Ein bevorzugtes Material ist ein durch Glasfasern verstärktes Polyetheretherketon (PEEK), wegen der hohen Festigkeit und der Stabilität bei hohen Temperaturen dieses Polymers. Andere Polymere mit geeigneten Eigenschaften können auch verwendet werden, um den Lagerkäfig herzustellen.

Da die Führungsfläche gemäß der Erfindung kleiner ist als die volle axiale Länge des Lagerkäfigs, steht es dem Schmiermittel frei, die Schmiermittelkanäle zu erreichen, selbst wenn die Führungsfläche gegenüber der äußeren Laufbahn oder in diese hinein verschleißt. Die Ausnehmung in den Endrändern an den Enden der Wälzkörpertaschen stellt sicher, daß das Schmiermittel die Rollen erreicht. Im Gegensatz hierzu kann bei Konstruktionen nach dem Stand der Technik ein Verschleiß labyrinthartige Abdichtungen zur Folge haben, die das Schmiermittel daran hindern, die Rollen zu erreichen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung einen Lagerkäfig, insbesondere aus einem Polymer, schafft, der erhöhte Festigkeit und verbesserte Schmiermittelströmung aufweist, und der für hoch beanspruchte Anwendungen geeignet ist. Zusätzlich verstärken die Führungsflächen gemäß der Erfindung die Querstege derart, daß Momentenbelastungen (Verdrehen der Querstege um eine Längsachse), die mit der Käfigführung einhergehen, durch den Endrand und den Quersteg statt nur durch den Quersteg abgefangen werden. Dies vermindert Eckbeanspruchungen an den Enden der Wälzkörpertaschen.


Anspruch[de]
  1. Lagerkäfig (10) für ein Wälzlager mit

    – ersten und zweiten ringförmigen Endrändern (12, 14), die längs einer gemeinsamen Achse (16) beabstandet sind,

    – Querstegen (18), die die Endränder (12, 14) derart miteinander verbinden, daß längliche Wälzkörpertaschen (20) zwischen den Endrändern (12, 14) und den Querstegen (18) gebildet sind,

    – wobei die Endränder (12, 14) und die Querstege (18) mit radial nach außen gerichteten, T-förmigen Führungsflächen (26, 28) zum Führen des Lagerkäfigs (10) ausgestattet sind, wobei sich die Führungsflächen (26, 28) axial längs der Querstege (18) und längs eines Teils der Endränder (12, 14) erstrecken und in Umfangsrichtung längs eines Teils der Wälzkörpertaschen (20) erstrecken, so daß eine verbleibende radial äußere Oberfläche (32, 34, 36) der Endränder (12, 14) in bezug auf die Führungsflächen (26, 28) zurückgesetzt ist und einen Schmiermittelkanal bietet, der die Wälzkörpertaschen (20) verbindet.
  2. Lagerkäfig nach Anspruch 1, bei dem die T-förmigen Führungsflächen (26, 28) miteinander verbunden sind, um doppel-T-förmige Flächen zu bilden, die sich über die volle axiale Länge der Querstege (18) erstrecken.
  3. Lagerkäfig nach Anspruch 1, bei dem die T-förmigen Führungsflächen (26, 28) radial nach innen geneigt sind, um Rampenflächen (44, 46) zu bilden.
  4. Lagerkäfig nach Anspruch 1, bei dem die T-förmigen Führungsflächen (26, 28) und die Schmiermittelkanäle (32, 34, 36) durch abgeschrägte Oberflächen (40, 42) voneinander getrennt sind.
  5. Lagerkäfig nach Anspruch 1, bei dem die T-förmigen Führungsflächen (26, 28) einen kronenförmigen zentralen Abschnitt (47) haben, der mit den Querstegen (18) fluchtet.
  6. Lagerkäfig nach Anspruch 1, bei dem die zurückgesetzte Oberfläche der Endränder (12, 14) einen ringförmigen Kanal (32, 34) an jedem axialen Ende des Lagerkäfigs (10) aufweist.
  7. Lagerkäfig nach Anspruch 6, bei dem die zurückgesetzte Oberfläche der Endränder (12, 14) axial gerichtete Kanäle (36) zwischen den Wälzkörpertaschen (20) und dem ringförmigen Kanal (32, 34) aufweist.
  8. Lagerkäfig nach Anspruch 1, der aus einem Polymer geformt ist.
  9. Lagerkäfig nach Anspruch 8, bei dem das Polymer mit Fasern verstärkt ist.
  10. Lagerkäfig nach Anspruch 8, bei dem das Polymer ein faserverstärktes Polyetheretherketon ist.
  11. Lagerkäfig nach Anspruch 1, der eine vollständige runde Gestalt aufweist.
  12. Lagerkäfig nach Anspruch 11, bei dem die vollständige runde Gestalt einen Schlitz derart aufweist, daß der Käfig (10) über eine Welle gespreizt werden kann.
  13. Lagerkäfig nach Anspruch 1, der ein Segment einer vollständigen runden Gestalt derart aufweist, daß der Lagerkäfig (10) seitlich über eine Laufbahn gelegt werden kann.
  14. Lagerkäfig nach Anspruch 1, der aus Stahl hergestellt ist und eine Oberflächenschicht aus Silber aufweist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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