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Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Käfig für Wälzlager und insbesondere für Wälzlager, die einen Innenring mit einer gegenüber der Lagerachse geneigten Laufbahn aufweisen. Daneben ist die Erfindung auf ein entsprechendes Wälzlager gerichtet. Derartige Wälzlager sind im Stand der Technik als Kegelrollenlager bekannt und weisen einen Innenring mit einer gegenüber einer Lagerachse geneigten Laufbahn auf. Um den Innenring ist ein Außenring angeordnet und zwischen dem Innenring und dem Außenring eine Vielzahl von Wälzkörpern. Auch der Außenring weist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen eine gegenüber der Lagerachse geneigte Laufbahn auf.

Zwischen dem Innenring und dem Außenring ist weiterhin ein Käfig vorgesehen, der zur Führung der Wälzkörper dient. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kegelrollenlagern sind am Innenring oder am Außenring Borde vorgesehen, die zur Führung der Wälzkörper dienen. Bei manchen Ausführungsformen sind jedoch derartige Borde am Innen- oder Außenring nicht vorgesehen.

Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einem Käfig zu schaffen, der die Wälzkörper auch in deren axialer Richtung führt.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Wälzlager nach Anspruch 1 und einen Käfig nach Anspruch 18 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Wälzlager weist einen Innenring auf, einen Außenring und eine Vielzahl von zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Wälzkörpern mit vorgegebenen Wälzkörperoberflächen. Dabei weist der Innenring eine kegelstumpfförmige Außenoberfläche auf, die gegenüber einer geometrischen Längsrichtung des Wälzlagers um einen vorgegebenen Winkel geneigt ist und der Außenring weist eine kegelstumpfförmige Innenoberfläche auf, die ebenfalls gegenüber der Längsrichtung des Wälzlagers geneigt ist.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Innenring und dem Außenring ein Käfig vorgesehen, der eine Vielzahl von Stegen aufweist, zwischen denen die Wälzkörper angeordnet sind. Dabei weist der Käfig wenigstens eine Führungseinrichtung auf, die die Wälzkörper in deren axialer Richtung führt.

Durch die Verwendung eines Käfigs als Abstandshalter zwischen den Wälzkörpern kann das Wälzlager bzw. in Ausgestaltung als Schrägrollenlager im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Kegelrollenlagern als bordloses Lager ausgeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Schrägrollenlager werden die bei einer Relativverschiebung von Innen- zu Außenring, beispielsweise einer Verkippung, entstehenden Radial- und Axialkräfte von den Laufbahnen der Wälzkörper und dem verwendeten Käfig aufgenommen.

Wie eingangs erwähnt, weisen einige der oben erwähnten Wälzlager weder an den Innenringen noch an den Außenringen Borde auf, so dass die Wälzkörper durch zusätzliche Einrichtung in ihrer axialen Richtung geführt werden müssen. Diese Führung in axialer Richtung übernimmt bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Käfig.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Innenoberfläche des Außenrings und die Außenoberfläche des Innenrings wenigstens abschnittsweise zueinander parallel. Durch diese Ausführungsform kann erreicht werden, dass der Abstand zwischen der Innenoberfläche des Außenrings und der Außenoberfläche des Innenrings in Längsrichtung des Lagers konstant bleibt. Damit können als Wälzkörper zylinderförmige Wälzkörper eingesetzt werden und nicht, wie im Stand der Technik, Wälzkörper, die selbst ein kegelstumpfförmiges Profil aufweisen. Durch den Einsatz dieser Wälzkörper kann in besonders vorteilhafter Weise auf Führungsborde am Innen- bzw. Außenring verzichtet werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Stege des Käfigs unter dem vorgegebenen Winkel gegenüber der Längsrichtung. Dies bedeutet, dass die Neigung der Stege der Neigung der kegelstumpfförmigen Innenfläche entspricht. Bei dieser Ausführungsform kann, insbesondere wenn die Innenoberfläche des Außenrings zu der Außenoberfläche des Innenrings parallel ist, der Wälzkörper entlang seiner Längsrichtung auf einer in wesentlicher konstanten Höhe geführt bzw. gehalten werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Käfig im Wesentlichen ringförmige Borde auf, die eine Bewegung der Wälzkörper in deren axialer Richtung begrenzen. Diese ringförmigen Borde sind bevorzugt einteilig mit den einzelnen Stegen ausgeführt, d.h. die Stege erstrecken sich von dem einem Bord in Richtung des anderen Bords. Die jeweiligen axialen Endflächen der Wälzkörper treten wenigstens zeitweise mit diesen ringförmigen Borden in Kontakt, was dazu führt, dass, wie oben ausgeführt, eine Bewegung der Wälzkörper in deren axialer Richtung verhindert bzw. eingeschränkt wird. Durch die Borde und die Stege werden Taschen gebildet, in denen die Wälzkörper angeordnet sind.

Vorzugsweise sind an den Borden in Richtung der Wälzkörper ragende Vorsprünge angeordnet. Dies bedeutet, dass die Stirnseiten der Wälzkörper nicht mit den vollständigen Borden in Berührung stehen, sondern nur mit den in ihrer Richtung ragenden Vorsprüngen. Durch diese Gestaltung der Vorsprünge kann die Öldurchflussmenge erhöht und damit die Reibung im Kontaktbereich zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig verringert werden. Vorzugsweise weisen die Vorsprünge eine abgerundete Form auf. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Kontaktfläche zwischen den Borden und dem Wälzkörpern gering gehalten wird.

In einer weiteren Ausführungsform sind auch an den Stegen des Käfigs in Richtung der Wälzkörper weisende Nasen angeordnet. Dies bedeutet, dass die Wälzkörper nicht an der vollständigen Längsrichtung der Stege zu liegen kommen, sondern die jeweiligen Nasen berühren. Auch auf diese Weise wird die Ölzufuhr zu dem erfindungsgemäßen Lager erleichtert.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Steg einen ersten Stegbereich auf, der unterhalb der Symmetrieachse der Wälzkörper liegt und einen zweiten Stegbereich, der oberhalb der Symmetrieachse der Wälzkörper liegt. Vorzugsweise sind zwei erste Bereiche vorgesehen, die unterhalb der Symmetrieachse der Wälzkörper liegen und zwischen diesen zwei ersten Bereichen ein zweiter Bereich, der oberhalb der Symmetrieachse der Wälzkörper liegt. Bei dieser Ausführungsform sind bevorzugt an den beiden ersten Bereichen in Richtung der Wälzkörper ragende Nasen vorgesehen, die als Haltenasen dienen und an dem zweiten Bereich ist eine Nase vorgesehen, die als Führungsnase dient.

Umgekehrt könnte jedoch auch der erste Stegbereich oberhalb der Symmetrieachse liegen und die zweiten Stegbereiche unterhalb der Symmetrieachse. Auf diese Weise können die zwei ersten Bereiche mit entsprechenden Haltenasen einen Halt des Wälzkörpers übernehmen und der dazwischen liegende zweite Bereich vorzugsweise mittels einer Führungsnase eine Führung der Wälzkörper.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Stege im Wesentlichen geradlinig zwischen den beiden Borden und weisen besonders bevorzugt an ihren den Wälzkörpern zugewandten Oberflächen Krümmungen auf, die an die Krümmung der Wälzkörper angepasst sind. Vorzugsweise ist die Breite dieser Stege gegenüber derjenigen der oben beschriebenen Ausführungsformen erhöht.

Vorzugsweise ist der Käfig aus einem Metall hergestellt. Es ist jedoch auch möglich, den Käfig aus einem Kunststoff zu fertigen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Käfig eine Vielzahl von in radialer Richtung ragenden Vorsprüngen auf. Diese Vorsprünge dienen dazu, um den Käfig mit den Wälzkörpern gegenüber dem Außen- bzw. Innenring zu halten. Bei einer Ausführungsform sind lediglich 3 dieser Vorsprünge vorgesehen, die zueinander besonders bevorzugt um einen Winkel von im Wesentlichen 120° beabstandet sind. Bei einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Vielzahl von Vorsprüngen vorgesehen sein, wobei die Anzahl der Vorsprünge der Anzahl der Wälzkörper entspricht. Auch sind andere Anzahlen an Vorsprüngen möglich.

Anstelle der Vorsprünge könnte auch ein in radialer Richtung nach außen bzw. innen ragender Kragen vorgesehen sein.

Vorzugsweise liegt der Winkel, um den die kegelstumpfförmige Außenoberfläche des Innenrings gegenüber der Längsrichtung des Wälzlagers geneigt ist, zwischen 2° und 50° und bevorzugt zwischen 5° und 30°. Dieser Winkelbereich hat sich als besonders günstig bei der Optimierung der Reibungsverhältnisse herausgestellt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Wälzkörper als Nadelrolle ausgeführt. Bevorzugt sind alle Wälzkörper als Nadelrollen ausgeführt. Durch den Entfall der Halteborde müssen stirnseitig von den Wälzkörpern keine Kräfte mehr übertragen werden. Aus diesem Grunde können bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager Nadelrollen zum Einsatz kommen.

Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Nadelrollen und der Länge der Nadelrollen zwischen 1:1,5 und 1:20 und bevorzugt zwischen 1:2 und 1:10. Dieses Größenverhältnis der Nadelrollen hat sich ebenfalls als besonders günstig zur Reibungsminimierung erwiesen.

Alternativ zu Nadelrollen können als Wälzkörper auch Zylinderrollen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Zylinderrollen eingesetzt. Vorzugsweise ist das Wälzlager entweder einheitlich mit Zylinderrollen oder einheitlich mit Nadelrollen bestückt. Bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Zylinderrollen und der Länge der Zylinderrollen zwischen 1:0,8 und 1:4 und bevorzugt zwischen 1:1 und 1:2,5. Auch diese Größenverhältnisse der Zylinderrollen, welche die Gesamtgeometrie der Zylinderrollen bestimmen, haben sich besonders günstig erwiesen, um die Reibung zu minimieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Wälzkörper wenigstens eine unbearbeitete Stirnfläche auf. Vorzugsweise sind beide Stirnflächen wenigstens eines Wälzkörpers und vorzugsweise aller Wälzkörper unbearbeitet. Wie oben erwähnt, ist es bei den erfindungsgemäßen Wälzkörpern möglich, auf einen Bordanlauf mit dem Innen- bzw. Außenring zu verzichten. Damit ist es auch möglich, Wälzkörper mit unbearbeiteten Stirnflächen einzusetzen. Auf diese Weise können die Herstellungskosten für die erfindungsgemäßen Schrägrollenlager herabgesetzt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Breite des Innenrings wenigstens so groß wie die Länge der Wälzkörper. Bei dieser Ausführungsform können in Längsrichtung des Lagers die Wälzkörper im Wesentlichen vollständig durch den Innenring abgedeckt und damit vollständig zwischen dem Innenring und dem Außenring aufgenommen werden.

Vorzugsweise ist die Bauhöhe des Wälzlagers größer als die Summe aus der Breite des Innenrings und dem Produkt aus dem Durchmesser des Wälzkörpers und dem Sinus des vorgegebenen Winkels. Unter der Bauhöhe des Wälzlagers wird die Länge des vollständigen Wälzlagers unter Berücksichtigung sowohl des Innenrings als auch des Außenrings als auch der Wälzkörper in Längsrichtung des Lagers verstanden. Durch das Produkt aus dem Durchmesser des Wälzkörpers und des Sinus des vorgegebenen Winkels wird gleichzeitig der Versatz festgelegt, den der Außenring gegenüber dem Innenring aufweist. Die Bauhöhe muss mindestens so groß sein, wie die Summe dieses Versatzes und die Breite des Innenrings.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens ein Wälzkörper sich in Längsrichtung des Wälzkörpers verjüngende Endbereiche auf.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf einen Käfig für ein Wälzlager gerichtet. Dieser Käfig weist eine Vielzahl von Stegen auf, wobei die Längsrichtungen der Stege wenigstens in einem kegelstumpfförmigen Profil verlaufen. Daneben sind zwei Borde vorgesehen, welche die Stege endseitig begrenzen und bevorzugt einteilig mit den Stegen ausgebildet sind. Durch die Stege und die Borde wird eine Vielzahl von Taschen für Wälzkörper gebildet. Erfindungsgemäß weist der Käfig wenigstens ein Führungsmittel auf, welches in den Taschen angeordnete Wälzkörper in deren axialer Richtung führt. Vorzugsweise ist als Führungsmittel an wenigstens einem Bord ein in Richtung der Stege weisender Vorsprung vorgesehen.

Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Vorsprüngen an beiden Borden vorgesehen, wobei diese Vorsprünge jeweils in Richtung der Stege weisen. Damit weisen die einzelnen Borde in die durch die Borde und die Stege gebildeten Öffnungen hinein. Die erfindungsgemäßen Vorsprünge dienen als Führungselemente für Wälzkörper, die in den einzelnen Öffnungen des Käfigs angeordnet werden.

Vorzugsweise sind auch an den Stegen in Richtung der Wälzkörper weisende Vorsprünge bzw. Nasen vorgesehen. Durch diese Nasen kann die Schmierbarkeit eines Lagers, das einen erfindungsgemäßen Käfig aufweist, verbessert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine Nase eine in Richtung der Wälzkörper gekrümmte Oberfläche auf.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

1 ein Kegelrollenlager nach dem Stand der Technik;

2 ein erfindungsgemäßes Schrägrollenlager;

3 das Schrägrollenlager aus 2 mit geometrischen Angaben;

4 eine Teildarstellung eines Wälzkörpers;

5 eine Teilansicht des Wälzkörpers aus 3.

6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers;

7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers;

8 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers;

9 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers; und

10 eine schematische Darstellung eines Käfigs

1 zeigt ein Kegelrollenlager nach dem Stand der Technik. Dieses weist einen Innenring 2 auf, dessen Außenoberfläche 7 in einem vorgegeben Winkel gegenüber der Längsrichtung L des Wälzlagers geneigt ist. Ein Außenring 3 des Wälzkörpers weist eine Innenoberfläche 8 auf, die ebenfalls um einen weiteren Winkel gegenüber der Längsrichtung L geneigt ist. Dieser Winkel, um den die Außenoberfläche 7 des Innenrings 2 gegenüber der Längsrichtung geneigt ist und derjenige, um den die Innenoberfläche 8 des Außenrings 3 geneigt ist, sind unterschiedlich. Aus diesem Grunde ändert sich der Abstand zwischen der Außenoberfläche 7 und der Innenoberfläche 8 in Längsrichtung L des Wälzlagers. Daher muss der Wälzkörper 5 mit einer kegelstumpfförmigen Manteloberfläche ausgebildet werden. Dies wiederum führt dazu, dass es nötig ist, den Innenring 2 mit Borden 2a und 2b zu versehen, um den Wälzköper 5 zu führen. Damit kommt es zu einem Bordanlauf der Wälzkörper und damit zu zusätzlichen ungewollten Reibungsverlusten.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Schrägrollenlager 1. Dieses Lager weist ebenfalls einen Innenring 2 und einen Außenring 3 auf, zwischen denen die Wälzkörper 5 angeordnet sind. Die Außenoberfläche 7 des Innenrings 2 ist in einem vorgegebenen Winkel &agr; gegenüber der Längsrichtung L geneigt. Die Innenoberfläche 8 des Außenrings 3 ist ebenfalls um den selbem Winkel &agr; gegenüber der Längsrichtung L des Lagers geneigt. Bei der Betrachtung dieser Winkel bleiben etwaige leichte Krümmungen der Oberflächen 7,8 unberücksichtigt bzw. es wird bei der Bestimmung des Winkels &agr; ein Zentralbereich des Lagers betrachtet, in dem die Oberflächen des Außen- bzw. Innenrings bei der in 2 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen eben sind.

Durch die gleichen Neigungen &agr; der Innenoberfläche 8 und der Außenoberfläche 7 ist es möglich, dass die Wälzkörper 5 mit einem wesentlichen konstanten Durchmesser Dw ausgeführt werden. Das Bezugszeichen 4 bezieht sich auf einen Käfig, durch den die einzelnen Wälzkörper 5 in Abstand zueinander gehalten werden. Die Bezugszeichen 12 beziehen sich auf Nasen, die an den jeweiligen Stegen 6 der Käfige 4 angebracht sind. Wie in 2 gezeigt, ist der Steg 6 des Käfigs 4 ebenfalls um den Winkel &agr; gegenüber der Längsrichtung L des Wälzlagers 1 geneigt.

Bei dem Käfig 4 handelt sich es sich bei dieser Ausführungsform um einen Metallkäfig. Man erkennt, dass der Steg 6 des Käfigs 4 unterhalb der Symmetrie- bzw. Drehachse M des Wälzkörpers 5 angeordnet ist. Da der Steg unterhalb der Symmetrieachse M angeordnet ist, werden die Wälzkörper bei dieser Ausführungsform innen, d.h. zum Innenring 2 hin gehalten.

Das Bezugszeichen 9 bezieht sich auf einen radial nach außen ragenden Vorsprung, der an dem Käfig 4 angeordnet ist. Anstelle eines oder einer Vielzahl von Vorsprüngen 9 könnte auch ein radial nach außen gerichteter Kragen vorgesehen sein. Diese in radialer Richtung nach außen weisenden Vorsprünge 9 verhindern ein Auseinanderfallen des Schrägrollenlagers beispielsweise während der Montage. Genauer wird durch den Vorsprung 9 verhindert, dass der Käfig 4 mit den Wälzkörpern in 2 nach rechts herausgezogen werden kann. Ohne die Vorsprünge oder den Kragen könnten der Käfig 4 und die Wälzkörper nach rechts abgezogen werden und die Wälzkörper würden aus den zwischen den Stege 6 gebildeten Zwischenräumen nach oben herausgleiten. Ein Abziehen des Käfigs nach links in 2 ist ebenfalls nicht möglich, da bei einer derartigen Bewegung die Wälzkörper tiefer in die Taschen, d.h. die Bereiche zwischen den Stegen 6 gedrückt würden und auf diese Weise die Bewegung verhindert würde.

Anstelle der hier gezeigten Ausführungsform sind auch weitere Ausführungsformen denkbar, etwa solche, bei denen der Vorsprung 9 auf der rechten Seite angeordnet ist, radial nach innen ragt und mit dem Innenring in formschlüssiger Verbindung steht. Der hier gezeigte Käfig ist bevorzugt aus Metall, kann aber aus Kunststoff gefertigt sein.

Die Bezugszeichen 10a und 10b beziehen sich auf ringförmige Borde des Käfigs, zwischen denen sich die einzelnen Stege 6 erstrecken. Diese Borde 10a und 10b und die Stege sind einteilig ausgebildet. Die Borde dienen zur Führung der Wälzkörper in deren axialer Richtung.

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind in Richtung des Wälzkörpers 5 ragende Vorsprünge 11a und 11b an den links- und rechtsseitigen Borden 10a, 10b des Käfigs vorgesehen. Diese Vorsprünge 11a und 11b weisen in Richtung des Wälzkörpers eine gekrümmte Oberfläche auf. Auf diese Weise kann der Kontakt zwischen den Vorsprüngen 11a und 11b bzw. den Borden einerseits und den Wälzkörpern 5 beziehungsweise deren Stirnflächen andererseits verbessert werden. Auch kann auf diese Weise der Öldurchfluss durch das Wälzlager erhöht werden, da Schmiermittel leichter in die Kontaktflächen zwischen den Vorsprüngen 11a, 11b und den Stirnflächen der Wälzkörper 5 eintreten kann.

Die Vorsprünge 11a und 11b können punktmäßig ausgeführt sein, oder aber in Form eines im Wesentlichen kreisförmig an den Borden 10a, 10b angeordneten Vorsprungs. Mittels dieser Vorsprünge wird der Wälzkörper 5 in seiner axialen Richtung geführt, da die im Stand der Technik vorhandenen Borde am Innen bzw. Außenring nicht vorhanden sind. Damit stellen die Vorsprünge 11a und 11b gegenüber dem Stand der Technik eine erheblich verbesserte Ausführungsform dar.

3 zeigt eine Darstellung ähnlich derjenigen in 2 wobei jedoch zur Veranschaulichung diverse Abmessungen eingezeichnet sind.

Die Innenringbreite IB ist vorzugsweise größer als die Länge Lw des Wälzkörpers 5 oder dieser gleich. Auf diese Weise kann in wesentlichen die vollständige Oberfläche- bzw. Mantelfläche des Wälzkörpers 5 in Kontakt mit der Außenoberfläche 7 des Innenrings treten. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser Dw des Wälzkörpers und der Länge des Lw Wälzkörpers liegt bei der in 2 gezeigten Ausführungsform bevorzugt zwischen 0,1 und 1. Für die Bauhöhe BH des Lagers gilt folgende Beziehung: BH ≥ Dw·sin(&agr;) + IB, wobei IB auch hier die Innenringbreite ist. Durch das Produkt aus dem Wälzkörperdurchmesser Dw und dem Sinus des Winkels &agr; wird die Verschiebung x bestimmt, die zwischen den Innenring 2 und den Außenring 3 auftritt.

4 zeigt eine Detaildarstellung eines Wälzkörpers. Dieser Wälzkörper 5 weist eine Mantelfläche 14 auf. Diese Mantelfläche weist den eingangs beschriebenen konkav gekrümmten Verlauf auf. Zu den Endbereichen hin nimmt der Durchmesser Dw des Wälzkörpers jedoch ab, wobei für diese Abnahme ein logarithmischer Zusammenhang gilt. Dieser Verlauf des Durchmessers verhindert, dass durch auftretende radiale Belastungen eine verstärkte Abnutzung des Lagers auftritt. Anstelle einer logarithmischen Abnahme wäre auch eine lineare Abnahme des Durchmessers möglich. Auch wären weitere funktionale Zusammenhänge für die Abnahme des Durchmessers möglich, wie etwa solche Zusammenhänge, die sich aus einem linearen und einem logarithmischen Anteil zusammensetzen.

An den links- und rechtsseitigen Enden weist der Wälzkörper jeweils eine Abschrägung 15 auf. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform verläuft die Abschrägung 15 in einem Winkel zwischen 30 und 60 Grad und bevorzugt zwischen 40 und 50 Grad gegenüber der Längsrichtung L.

5 zeigt eine Teildarstellung des Endbereichs eines Wälzkörpers 5. Man erkennt, dass der Durchmesser des Wälzkörpers nach außen hin zunächst geringfügig und dann im Endbereich 15 relativ steil abnimmt (logarithmischer Verlauf). Bevorzugt weist der Wälzkörper 15 bei der in 4 gezeigten Ausführungsform eine verstärkte Endprofilierung auf.

Die Endbereiche 15 weisen gekrümmte Oberflächen auf. Auch dadurch sollen starke Abnutzungen des Lagers durch einseitige Belastungen verhindert werden. Der Krümmungsradius R dieser Krümmungen liegt bevorzugt unter 1 mm.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers.

Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist bei der in 6 gezeigten Ausführungsform der Steg 6 oberhalb der Symmetrieachse M des Wälzkörpers angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform handelt es sich bevorzugt um einen Metallkäfig.

Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform wird der Wälzkörper 5 außen, d.h. zu dem Außenring 3 hin gehalten. Der Vorsprung 9, der in diesem Falle am rechten Rand angeordnet ist, verhindert auch hier ein Auseinanderfallen des Wälzlagers. Genauer gesagt verhindert der Vorsprung 9, dass der Käfig 4 in 6 nach links aus dem Lager herausgezogen werden kann. Ein Herausziehen des Käfigs 4 nach rechts wird, wie oben angemerkt, durch die Anordnung des Stegs 6 oberhalb der Symmetrieachse M verhindert. Das Bezugszeichen 12 bezieht sich auch bei dieser Ausführungsform auf Nasen, an welchen der Wälzkörper anlaufen kann. Durch das Vorsehen dieser Nasen 12 wird der Öldurchfluss, und damit die Schmierbarkeit des gesamten Lagers erheblich verbessert.

Auch bei der in 6 gezeigten Ausführungsform sind Vorsprünge 11a und 11b vorgesehen, die den Wälzkörper 5 in dessen axialer Richtung führen. Diese Vorsprünge sind an den beiden Borden 10a und 10b angeordnet.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers. In diesem Falle weist der Steg einen ersten Stegbereich 6a auf, der unterhalb der Symmetrieachse M des Wälzkörpers liegt, und zwei zweite Stegbereiche 6b, die oberhalb dieser Symmetrieachse M liegen. Daneben ist zwischen den Stegbereichen 6a und 6b ein schräg verlaufender Übergangsbereich 6c vorgesehen. Durch diesen schrägen Verlauf wird die Stabilität des Käfigs während des Betriebs erhöht.

Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform verlaufen sowohl die Stegbereiche 6a und 6b als auch die Übergangsbereiche 6c in geraden Linien und schließen sich aneinander an. Es wäre jedoch auch ein gekrümmter bzw. kreisbogenförmiger Verlauf des Stegs denkbar. Die beiden ersten Stegbereiche 6a dienen, ähnlich wie bei der in 6 gezeigten Ausführungsform, zum Halten des Wälzkörpers 5. Genauer gesagt wird der Wälzkörper, falls der Käfig in axialer Richtung des Wälzkörpers nach rechts verschoben wird, enger an Haltenasen 12b gedrückt, und damit eine weitere Verschiebung verhindert.

Der erste Stegbereich 6a, der unterhalb der Symmetrieachse M angeordnet ist, dient zur Führung der Wälzkörper. Dabei ist dieser Stegbereich 6a, bzw. auch die entsprechenden Stegbereiche an den anderen Stegen so ausgeführt, dass der Abstand zwischen den Führungsnasen 12a, die in diesen Stegbereichen vorgesehen sind, ein wenig geringer ist, als der Durchmesser des Wälzkörpers. Damit wird zumindest während der Montage ein Herausfallen des Wälzkörpers nach unten verhindert.

Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform, sind die Stegbereiche 6a und die Stegbereiche 6b in radialer Richtung des Wälzlagers jeweils gleich weit von der Symmetrieachse der Wälzkörper entfernt. Daher ist bei dieser Ausführungsform der Abstand, den sich zwei bzgl. eines Wälzkörpers 5 gegenüberliegende Haltenasen 12b und derjenige Abstand, den sich zwei bzgl. eines Wälzkörpers 5 gegenüberliegende Führungsnasen 12a aufweisen, im Wesentlichen gleich.

Bei anderen Ausführungsformen sind die ersten Stegbereiche 6a in radialer Richtung des Wälzlagers weiter von der Symmetrieachse der Wälzkörper entfernt, als die der zweite Stegbereich. In diesem Fall ist der Abstand zwischen zwei sich gegenüberliegenden Haltenasen geringer als der Abstand zwischen zwei sich gegenüberliegenden Führungsnasen.

Die Führungsnase 12a, die an dem Stegbereich 6a angeordnet ist, übernimmt weiterhin die Führung der Wälzkörper in deren axialer Richtung. Man erkennt, dass die Nase 12a eine Anlaufoberfläche 17 aufweist, die in 7 schräg nach oben gerichtet ist, und an die der Wälzkörper 5 anlaufen kann. Die Anlaufoberfläche 17 verläuft im Wesentlichen tangential bzgl. der Mantelfläche der Wälzkörper durch diese Anordnung der Anlauffläche wird die ebenfalls die Schmierbarkeit des Lagers erhöht, da ein Schmiermittel leichter in den Kontaktbereich zwischen dem Wälzkörper 5 und der Anlauffläche 17 eintreten kann und nicht durch eventuelle Kanten der Anlauffläche verwischt wird. Entsprechende Geometrien gelten auch für die Anlaufflächen anderer Halte- oder Führungsnasen.

Die Führungsnase 12a weist in axialer Richtung des Wälzkörpers 5 eine größere Länge auf als die beiden Haltenasen 12b. Durch diese größere Länge kann die Führung der Wälzkörper 5 vereinfacht werden.

Aus diesem Grunde ist bei der in 7 gezeigten Ausführungsform das Vorsehen eines seitlichen Vorsprungs bzw. Kragens 9 nicht unbedingt nötig, weshalb die Vorsprünge bzw. Krägen 9 hier lediglich gestrichelt eingezeichnet sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch gleichwohl entsprechende Vorsprünge bzw. Krägen 9 vorgesehen und hier insbesondere der rechte Vorsprung 9, der ein Herausziehen des Käfigs 4 nach links gegenüber dem Lager verhindert.

Mit anderen Worten ist auf Grund der in 7 gezeigten Lagergeometrie ein axialer Anlauf des Käfigs an einem der Lagerringe 2, 3 nicht zwingend nötig. Der axiale Anlauf des Käfigs kann jedoch, wie oben erwähnt, auch in diesem Fall zur Vereinfachung der Lagermontage vorgesehen werden.

8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers, bzw. Käfigs 4. Auch hier ist ein erster Stegbereich 6a vorgesehen, der zwischen zwei zweiten Stegbereichen 6b angeordnet ist. Im Gegensatz zu der in 7 gezeigten Ausführungsform ist hier jedoch der erste Stegbereich 6a oberhalb der Symmetrieachse M des Wälzkörpers angeordnet und die beiden Stegbereiche 6b unterhalb der Symmetrieachse M. Damit wird bei dem in 8 gezeigten Lager der Wälzkörper außen gehalten und innen geführt. Auch hier kann prinzipiell auf die seitlichen Vorsprünge bzw. Krägen 9 verzichtet werden. Es empfiehlt sich jedoch, wie oben, auch bei dieser Ausführung, zumindest den linksseitigen Vorsprung 9 vorzusehen, der ein Abziehen des Käfigs nach rechts verhindert.

Anstelle der hier gezeigten Ausführungsformen für den Steg sind noch weitere Ausführungsformen denkbar, etwa Stege, bei denen zwei Stegbereiche parallel zueinander angeordnet sind, und jeweils zwei Nasen aufweisen, um den Wälzkörper zu halten bzw. zu führen. Daneben könnten auch beispielsweise zwei erste Bereiche 6a und drei diesen gegenüber versetzte zweite Bereiche 6b vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die Bereiche 6a und 6b jeweils abwechselnd angeordnet wären.

9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers, bzw. eines erfindungsgemäßen Käfigs 4. Bei dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Stegen 6 vorgesehen, die jedoch gegenüber den Stegen in den oben gezeigten Ausführungsformen eine erhöhte Breite in radialer Richtung aufweisen. Genauer gesagt sind die Stege bei der in 9 gezeigten Ausführungsform so angeordnet, dass sie mit einem Großteil ihrer Breite oberhalb der Symmetrieachse M der Wälzkörper 5 angeordnet sind, und nur mit einem geringen Anteil unterhalb dieser Symmetrieachse M. Damit wird bei dem in 9 gezeigten Käfig, bei dem es sich bevorzugt um einen Kunststoffkäfig handelt, ebenfalls der Wälzkörper außen gehalten und innen geführt.

An den dem Wälzkörper 5 zugewandten Oberflächen weisen die Stege 6 bei der in 9 gezeigten Ausführungsform gekrümmte Oberflächen auf, die den ebenfalls gekrümmten Oberflächen der Wälzkörper angepasst sind. Durch diese Oberflächen wird verhindert, dass der Wälzkörper nach oben aus dem Käfig heraustritt. Die in 9 gezeigte Ausführungsform eignet sich insbesondere für Kunststoffkäfige. Die Bezugszeichen 10a und 10b beziehen sich auf links-, bzw. rechtsseitige Borde des Käfigs, die zur axialen Führung der Wälzkörper 5 dienen. Zwischen diesen Borden sind die einzelnen Stege 6 angeordnet.

Umgekehrt wäre es auch möglich, die Stege so auszuführen, dass sie geringfügig oberhalb der Symmetrieachse M des Wälzkörpers 5 verlaufen und mit einen größeren Anteil unterhalb. In diesem Falle würden die Wälzkörper in erster Linie innen, d.h. vom Innenring 2 her gehalten werden. Auch wäre eine symmetrische Variante denkbar, bei der die einzelnen Stege im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse M der Wälzkörper angeordnet sind.

Zusätzlich können auch bei der in 9 gezeigten Ausführungsform (nicht gezeigte) Vorsprünge 11a, 11b, der in den vorangegangenen Figuren gezeigten Art vorgesehen sein.

10 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Käfigs 4. Man erkennt, dass neben den Nasen 12, die an der Mantelfläche der Wälzkörper 5 anliegen, auch Vorsprünge 11a und 11b vorgesehen sind, die die jeweiligen Endflächen des Wälzkörpers 5 berühren können. Dabei gewährleisten die in 10 gezeigten Käfigtaschen 19 die größtmögliche Öldurchflussmenge für das Lager, und minimieren durch ihre Formgebung die Reibung an den Kontaktflächen zwischen dem Käfig 4 und dem Wälzkörper 5. Die einzelnen Vorsprünge können auch jeweils gekrümmte Oberflächen in Richtung des Wälzkörpers aufweisen.

Wie eingangs erwähnt, besteht bei Schrägrollenlagern prinzipiell die Möglichkeit, die Lagerringe bordlos auszuführen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Montageabfolge der Lagerkomponenten zu verändern, und auf den jeweiligen Einbaufall anzupassen. So ist es bei Schrägrollenlagern im Vergleich zu Kegelrollenlagern möglich, dass auch der Außenring mit den Wälzkörpern und dem Käfig zu einem Bauteil zusammengefügt wird. Bei den in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen ist es auch ferner möglich, die aus dem Wälzkörper und Käfig bestehende Baugruppe als einzelnes Bauteil auszuführen, da die Wälzkörper durch die Haltenasen 12b und die Führungsnase 12a an einem Herausfallen aus dem Käfig gehindert werden.

Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1
Schrägrollenlager
2
Innenring
2a, 2b
Bord des Innenrings (Stand der Technik)
3
Außenring
4
Käfig
5
Wälzkörper
6
Steg
6a
erster Stegbereich
6b
zweiter Stegbereich
6c
Übergangsbereich
7
Außenoberfläche des Innenrings 2
8
Innenoberfläche des Außenrings 3
9
Vorsprung
10a, 10b
Bord des Käfigs
11a, 11b
Vorsprung
12
an dem Steg 6 angeordnete Nase
12a
Führungsnase
12b
Haltenase
13
in Längsrichtung äußerer Bereich des Wälzkörpers 5
14
Mantelfläche des Wälzkörpers 5
15
Endbereich des Wälzkörpers 5
15a
gekrümmte Oberfläche des Endbereichs Anlauffläche
19
Käfigtasche
Dw
Durchmesser des Wälzkörpers 5
IB
Breite des Innenrings 2
Lw
Länge des Wälzkörpers 5
BH
Bauhöhe des Wälzlagers Neigungswinkel der Wälzkörper
L
Längsrichtung des Wälzlagers
R
Krümmungsradius
M
Symmetrieachse des Wälzkörpers 5


Anspruch[de]
Wälzlager mit einem Innenring (2), einem Außenring (3) und einer Vielzahl von zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) angeordneten Wälzkörpern (5) mit vorgegebenen Wälzkörperoberflächen (14), wobei der Innenring eine kegelstumpfförmige Außenoberfläche (7) aufweist, die gegenüber einer geometrischen Längsrichtung (L) des Wälzlagers um einen vorgegebenen Winkel (&agr;) geneigt ist und der Außenring eine kegelstumpfförmige Innenoberfläche (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) ein Käfig (4) vorgesehen ist, der eine Vielzahl von Stegen (6) aufweist, zwischen denen die Wälzkörper angeordnet sind und wobei der Käfig (4) wenigstens eine Führungseinrichtung (10a, 10b, 11a, 11b, 12a) aufweist, die die Wälzkörper (5) in deren axialer Richtung führt. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenoberfläche (8) des Außenrings (3) und die Außenoberfläche (7) des Innenrings (2) wenigstens abschnittsweise zueinander parallel sind. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stege (6) unter dem vorgegebenen Winkel (&agr;), insbeondere dem vorgegebenen Winkel (&agr;) zwischen 2° und 50°, gegenüber der Längsrichtung (L) erstrecken. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (4) zwei im Wesentlichen ringförmige Borde (10a, 10b) aufweist, die eine Bewegung der Wälzkörper in axialer Richtung begrenzen. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Borden (10a, 10b) in Richtung der Wälzkörper ragende Vorsprünge (11a, 11b) angeordnet sind. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stegen (6) in Richtung der Wälzkörper weisende Nasen (12, 12a, 12b) angeordnet sind. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Steg (6) einen ersten Stegbereich (6a) aufweist, der unterhalb der Symmetrieachse (M) der Wälzkörper liegt und einen zweiten Stegbereich (6b) der oberhalb der Symmetrieachse der Wälzkörper liegt. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig wenigstens einen in radialer Richtung ragenden Vorsprung (9) aufweist. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Winkel (&agr;) zwischen 2° und 50° und bevorzugt zwischen 5° und 30° liegt. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wälzkörper (5) eine Nadelrolle ist. Wälzlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser (Dw) der Nadelrollen und der Länge der Nadelrollen (Lw) zwischen 1:1,5 und 1:20 und bevorzugt zwischen 1:2 und 1:10 liegt. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wälzkörper (5) eine Zylinderrolle ist. Wälzlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser (Dw) der Zylinderrollen und der Länge (Lw) der Zylinderrollen zwischen 1:0,8 und 1:4 und bevorzugt zwischen 1:1 und 1:2,5 liegt. Wälzlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5) wenigstens ein unbearbeitete Stirnfläche (15) aufweisen. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Breite (IB) des Innenrings wenigstens so groß ist wie die Länge (Lw) der Wälzkörper. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauhöhe (BH) des Wälzlagers größer ist als die Summe aus der Breite (IB) des Innenrings und dem Produkt aus dem Durchmesser (DW) des Wälzkörpers und dem Sinus des vorgegebenen Winkels (&agr;). Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein Wälzkörper (5) sich in der Längsrichtung des Wälzkörpers (5) verjüngende Endbereiche aufweist. Käfig (4) für ein Wälzlager mit einer Vielzahl von Stegen (6), wobei die Längsrichtungen der Stege (6) in einem kegelstumpfförmigen Profil verlaufen, mit zwei ringförmigen Borden (10a, 10b), welche die Stege endseitig begrenzen, wobei durch die Stege (6) und die Borde (10a, 10b) eine Vielzahl von Taschen (19) für Wälzkörper gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Führungseinrichtung (10a, 10b, 11a, 11b, 12a) zur Führung von in den Taschen angeordneten Wälzkörpern in deren axialer Richtung vorgesehen ist. Käfig nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Führungseinrichtung ein an wenigstens einem Bord in Richtung der Stege (6) weisender Vorsprung (11a, 11b) vorgesehen ist. Käfig (4) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stegen Nasen (12, 12a, 12b) vorgesehen sind. Käfig (4) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 18–20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Vorsprung (11a, 11b) in Richtung der Stege eine gekrümmte Oberfläche aufweist.






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