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Dokumentenidentifikation DE112005003459T5 10.01.2008
Titel Wälzlager und Kunststoffkäfig für ein Wälzlager
Anmelder NTN Corp., Osaka, JP
Erfinder Oya, Yosuke, Kuwana, Mie, JP;
Hiramatsu, Kengo, Kuwana, Mie, JP
Vertreter Patentanwälte Eder & Schieschke, 80796 München
DE-Aktenzeichen 112005003459
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, KE, KG, KM, KN, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 30.11.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2005/021994
WO-Veröffentlichungsnummer 2006087861
WO-Veröffentlichungsdatum 24.08.2006
Date of publication of WO application in German translation 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse F16C 33/44(2006.01)A, F, I, 20051130, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16C 33/41(2006.01)A, L, I, 20051130, B, H, DE   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager und einen Kunststoffkäfig für das Wälzlager, insbesondere einen Käfig eines ultradünnen Wälzlagers, wie es bei einem Industrieroboter, einer Werkzeugmaschine, einem medizinischen Gerät und Ähnlichem verwendet wird, obwohl die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.

STAND DER TECHNIK

3 zeigt ein Beispiel für eine CT-Scannervorrichtung, d.h. eine Art eines medizinischen Geräts. Bei der CT-Scannervorrichtung werden in einer Röntgenröhrenanordnung 1 erzeugte Röntgenstrahlen auf ein Objekt 4 gerichtet, und zwar durch einen Keilfilter 2, um die Verteilung der Intensität der Röntgenstrahlung auszugleichen, und durch einen Schlitz 3, um die Verteilung der Intensität zu begrenzen. Ein Detektor 5 nimmt die Röntgenstrahlen auf, die durch das Objekt 4 hindurchgegangen sind, um sie in elektronische Signale umzuwandeln und an einen Computer zu senden, der hier nicht dargestellt ist. Jedes Bauteil der Röntgenröhrenanordnung 1, des Keilfilters 2, des Schlitzes 3, des Detektors 5 usw. ist an einer annähernd zylindrischen, drehbaren Basis 8 befestigt, die von einer ortsfesten Basis 7 über ein Lager 6 drehbar gestützt wird, so dass die Bauteile sich in Übereinstimmung mit der Rotation der drehbaren Basis 8 um das Objekt 4 drehen. Die Rotation der Röntgenröhrenanordnung 1 und des Detektors 5, die einander gegenüberliegen, um das Objekt 4 herum ermöglicht es, Projektionsdaten zu erhalten, die alle Winkel jedes Punktes in einem Untersuchungsabschnitt des Objekts 4 abdecken, und aus den Daten erhält man unter Verwendung eines vorher programmierten Rekonfigurationsprogramms ein tomographisches Bild.

Bei der CT-Scannervorrichtung ist die innere Umfangsfläche der ortsfesten Basis 7 so ausgebildet, dass sie einen großen Durchmesser von etwa 1m hat, damit das Objekt 4 in sie hineingeführt werden kann. Daher wird das sogenannte ultradünne Wälzlager, dessen Querschnitt in Bezug auf den Durchmesser extrem klein ist, als Lager 6 zwischen der ortsfesten Basis 7 und der drehbaren Basis 8 verwendet.

4 zeigt eine Vorderansicht eines Käfigs 22, der bei dem Lager 6 der CT-Scannervorrichtung gemäß 3 verwendet wird. Der Käfig 22 besteht aus einem Kunststoff und setzt sich aus einer Mehrzahl von bogenförmigen Segmenten 24 zusammen, die so miteinander verbunden sind, dass sie einen Ring bilden. Wie in 5 dargestellt, ist das Segment 24 mit einem bogenförmigen Basisabschnitt 26, mit Polabschnitten 28, die sich in Form eines Auslegers von dem Basisabschnitt 26 erstrecken, und mit einer Vielzahl von Taschen 30a und 30b versehen, die zwischen den benachbarten Polabschnitten 28 ausgebildet sind. Die Polabschnitte 28 erstrecken sich in einer axialen Richtung über einen Teilkreis eines Wälzkörpers (Kugel) hinaus, wie in 5 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt. Bei dem dargestellten Beispiel haben die Taschen 30a und 30b zwei Arten von Formen. So gibt es die erste Tasche 30a, deren Wandung auf einer Kugeleinsatzseite (Oberseite in 5) bezogen auf eine Taschenmitte (in dem vorstehenden Teilkreis in 5) in Draufsicht die Form einer ausgesparten Bogenfläche hat, und die zweite Tasche 30b, deren Wandung in axialer Richtung als gerade Fläche ausgebildet ist. Die ersten Taschen 30a und die zweiten Taschen 30b treten in Umfangsrichtung abwechselnd auf. Bei jeder Tasche ist ein Querschnitt in einer radialen Richtung (ein Querschnitt senkrecht zur Ebene von 5) eine ausgesparte gekrümmte Fläche, deren Krümmungsmittelpunkt die Taschenmitte ist.

Um Kugeln in die Taschen 30a und 30b einzusetzen, wird die Kugel durch einen Kugeleinsatzabschnitt der Taschen 30a und 30b in einen tieferen Bereich gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, die Kugel einzusetzen, während die Polabschnitte 28 auf der Einsatzseite in der ersten Tasche 30a ausgedehnt werden. Für die zweite Tasche 30b ist dieser Aufwand jedoch nicht erforderlich, wodurch es möglich ist, den Prozess des Einsetzens der Kugeln in den Käfig 22 zu vereinfachen. Die Form und der Aufbau der Taschen 30a und 30b, wie sie vorstehend beschrieben sind, sind nur Beispiele, d.h. es sind auch Taschen mit verschiedenen Formen und Strukturen gemäß den Betriebsbedingungen des Lagers etc. erhältlich. So können die Taschen beispielsweise in einer einzigen Form vorliegen.

An beiden Enden jedes Segments 24 sind Verbindungsabschnitte zum Verbinden der benachbarten Segmente miteinander vorgesehen. In diesem Fall dienen Verbindungsabschnitte 32a und 32b als Beispiel, die mit den Verbindungsabschnitten der in Umfangsrichtung anzuschließenden Segmente in Eingriff gebracht werden, mit Vorsprüngen und Vertiefungen. Einer der Verbindungsabschnitte 32a hat die Form eines Vorsprungs, dessen Spitze breit ist. Im Fall eines dargestellten Beispiels setzt sich der Verbindungsabschnitt 32a aus einem annähernd zylindrischen Flächenabschnitt, der sich in radialer Richtung des Käfigs erstreckt, und einem Halsabschnitt zusammen, der schmäler ist als der zylindrische Flächenabschnitt. Der andere Verbindungsabschnitt 32b ist als Vertiefung mit zylindrischer Fläche ausgebildet, die in den vorgenannten, als Vorsprung ausgebildeten Verbindungsabschnitt 32a passt. Um die benachbarten Segmente 24 miteinander zu verbinden, wird der Verbindungsabschnitt (beispielsweise 32a) eines Segments in radialer Richtung in den Verbindungsabschnitt (beispielsweise 32b) des anderen Segments gedrückt. Somit werden die Verbindungsabschnitte 32a und 32b miteinander in Eingriff gebracht, und es wird verhindert, dass sich die Segmente 24 in Umfangsrichtung voneinander lösen.

Zitierte Patentliteratur 1: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-304266.

Zitierte Patentliteratur 2: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-81442.

Zitierte Patentliteratur 3: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2004-218745.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM

Wie vorstehend beschrieben, wird ein Kunststoffkäfig, der sich aus einer Mehrzahl von Segmenten zusammensetzt, für das ultradünne Wälzlager verwendet. Dieser Käfig ist ein Spritzgussprodukt, und als Material hierfür wird im Allgemeinen ein faserverstärktes Polyamidharz (PA66) verwendet.

PA66 hat jedoch einen größeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als Stahl, aus dem die Laufringe des Lagers bestehen. Die Toleranzvariation von PA66 erweitert sich mit der Temperaturschwankung, und PA66 dehnt sich durch die Absorption von Wasser aus, so dass die Umfangslänge des Käfigs im Fall des großen Lagers beträchtlich variiert. Die Variation der Umfangslänge des Käfigs nimmt den Raum eines Führungsspiels zu den Laufringen ein und bewirkt somit eine akustische Belästigung und blockiert das Lager.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Probleme wie die akustische Belästigung und das Blockieren des Lagers zu lösen, indem ein Führungsspiel eines Kunststoffkäfigs eines Wälzlagers sichergestellt wird.

MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS

Um diese Probleme zu lösen, hat gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kunststoffkäfig keinen einstückigen Aufbau, sondern weist dadurch einen Öffnungsabschnitt auf, dass der Käfig an einem Bereich in Umfangsrichtung geteilt wird. Die Länge des Öffnungsabschnitts in Umfangsrichtung wird auf einem Betrag der Variation der Umfangslänge des Käfigs oder mehr gehalten.

Mit anderen Worten: Der Kunststoffkäfig für das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Käfig, der mit dem Öffnungsabschnitt versehen wird, indem ein Bereich in Umfangsrichtung geteilt wird. Die Umfangslänge des Öffnungsabschnitts wird auf die Gesamtsumme einer Ausdehnung durch Temperaturschwankungen, einer Ausdehnung durch Schwankungen der Wasserabsorption und einer Umfangslänge zur Sicherstellung eines Führungsspiels festgelegt.

Der Kunststoffkäfig für das Wälzlager kann ein Käfig des Segmenttyps sein, der sich aus einer Mehrzahl von Segmenten zusammensetzt.

Bei einem Wälzlager, das einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und eine Vielzahl von Wälzkörpern aufweist, die zwischen den Laufrillen des inneren und des äußeren Laufrings angeordnet sind, kann ein Kunststoffkäfig für das Wälzlager die Wälzkörper in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet halten.

Das Verhältnis dW/PCD des Durchmessers dW des Wälzkörpers zu dem Teilkreisdurchmesser PCD kann 0,03 oder weniger betragen.

WIRKUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Öffnungsabschnitt sichergestellt, wenn die Umfangslänge des Käfigs gemäß der Temperaturschwankung oder einer Schwankung der Wasserabsorption variiert, insbesondere, wenn sich der Käfig in Umfangsrichtung ausdehnt. Daher ist es möglich, das Auftreten von akustischen Belästigungen und das Blockieren des Lagers zu verhindern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung zeigen:

1 eine Vorderansicht eines Käfigs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 einen Schnitt durch ein Wälzlager gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 eine Schnittdarstellung einer CT-Scannervorrichtung;

4 eine Vorderansicht eines Käfigs gemäß der herkömmlichen Technologie; und

5 eine vergrößerte Sprengansicht eines Segments in dem Käfig gemäß 4.

10
Wälzlager
12
innerer Laufring
14
äußerer Laufring
16
Wälzkörper (Kugel)
18
Käfig

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Zunächst wird der Aufbau eines in 2 dargestellten Wälzlagers 10 beschrieben. Das Lager 10 setzt sich aus einem inneren Laufring 12, einem äußeren Laufring 14, Wälzkörpern (Kugeln) 16 und einem Käfig 18 zusammen. Der innere Laufring 12 weist in seiner äußeren Umfangsfläche eine Laufrille auf. Der äußere Laufring 14 weist in seiner inneren Umfangsfläche eine Laufrille auf. Eine Vielzahl von Wälzkörpern 16 ist drehbar zwischen den Laufrillen des inneren und des äußeren Laufrings 12 und 14 angeordnet. Der Käfig 18, der zwischen den inneren und äußeren Laufringen 12 und 14 liegt, hält die Wälzkörper 16 in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet. Im Allgemeinen existiert eine Dichtung, um den Lagerzwischenraum zwischen den inneren und äußeren Laufringen 12 und 14 abzudichten und zu verhindern, dass ein Schmiermittel austritt und dass Fremdstoffe von außen eindringen; diese Dichtung ist in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt.

Im Fall eines Lagers 6 für die vorgenannte CT-Scannervorrichtung gemäß 4 wird ein ultradünnes Wälzlager verwendet, bei dem das Verhältnis des Durchmessers dB des Wälzkörpers (Kugel) 16 zum Teilkreisdurchmesser PCD auf 0,03 oder weniger festgelegt wird (dB/PCD ≤ 0,03). Wenn beispielsweise der Durchmesser dB der Kugel S Inch (12,7 mm) beträgt und der PCD 1041,4 mm beträgt, so ist das Verhältnis zwischen diesen Werten 0,012.

Der Käfig 18 ist, wie durch das Bezugszeichen 20 in 1 dargestellt, kein Ring in perfekter Kreisform, sondern ist an einem Bereich in Umfangsrichtung geteilt. Diese Ausführungsform zeigt den Fall eines Käfigs des Segmenttyps. Ein Verbindungsverfahren zwischen den Segmenten ist hier nicht von Bedeutung. Der Käfig muss nicht notwendigerweise immer ein Käfig des Segmenttyps sein, sondern kann auch eine andere Art von Käfig sein. Der Käfig 8 weist Taschen auf, um die Wälzkörper 6 aufzunehmen (nicht dargestellt).

Nachfolgend wird ein Berechnungsbeispiel beschrieben, wobei ein Fall als Beispiel genommen wird, bei dem der PCD ∅1000 mm und das Führungsspiel zwischen dem inneren Laufring 12 und dem Käfig 18 1 mm betragen. Das Material des inneren Laufrings 12 ist Lagerstahl und das Material des Käfigs 18 ist PA66. Als repräsentative Eigenschaften ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Stahls 1,2 × 10–5, der lineare Ausdehnungskoeffizient von PA66 ist 8 × 10–5, und der Betrag der Variation der Abmessungen von PA66 ist 0,13%, wenn der Wasserabsorptionskoeffizient um 1% variiert. Es wird angenommen, dass die Umgebungstemperatur zwischen 20 und 60 Grad Celsius variiert, und dass der Wasserabsorptionskoeffizient zwischen 1,5% und 2,5% variiert.

Zunächst erhält man die Umfangslänge L (mm) des Käfigs 18 durch folgende Gleichung: L = PCD × &pgr; = 1000 × 3,14159 = 3142.

Der Betrag &dgr;t (mm) der Ausdehnung des Käfigs 18 aufgrund der Wirkung von Temperaturschwankungen, mit anderen Worten der Wert der Wärmeausdehnung, ist durch folgende Gleichung zu erhalten, wobei der Unterschied der linearen Ausdehnung zum Innenring 12 in Betracht gezogen wird: &dgr;t = (8 – 1,2) × 10 – 5 × 3142 × 40 = 8,55.

Der Betrag &dgr;w (mm) der Ausdehnung des Käfigs 18 durch die Wirkung der Schwankung der Wasserabsorption, mit anderen Worten der Betrag der Ausdehnung durch Wasserabsorption, ist durch folgende Gleichung zu erhalten: &dgr;w = 0,0013 × 3142 × 1 = 4,08.

Der Zuwachs &dgr;c (mm) der Umfangslänge des Käfigs durch die Wirkung des Führungsspiels, mit anderen Worten der Betrag, der erforderlich ist, um das Führungsspiel von 1 mm zu bilden, ist durch folgende Gleichung zu erhalten: &dgr;c = 1 × &pgr; = 3,14.

Folglich erhält man den Betrag &Dgr; (mm) der Variation der Abmessungen des Käfigs durch folgende Gleichung: &Dgr; = &dgr;t + &dgr;w + &dgr;c = 15,77.

Somit stellt sich im Fall dieses Beispiels heraus, dass die Umfangslänge des Öffnungsabschnitts (20) auf 15,77 mm oder mehr festgelegt werden sollte.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann natürlich auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Zusammenfassung

Probleme einer akustischen Belästigung und des Blockierens eines Lagers werden gelöst, indem ein Führungsspiel eines Kunststoffkäfigs 18 eines Wälzlagers 10 sichergestellt wird.

Der Kunststoffkäfig 18 wird an einem Bereich in Umfangsrichtung geteilt, um einen Öffnungsabschnitt 20 zu schaffen. Die Umfangslänge des Öffnungsabschnitts 20 wird auf die Gesamtsumme einer Ausdehnung durch Temperaturschwankungen, einer Ausdehnung durch Schwankungen der Wasserabsorption und einer Umfangslänge zur Sicherstellung des Führungsspiels festgelegt.


Anspruch[de]
Kunststoffkäfig für ein Wälzlager, der mit einem Öffnungsabschnitt versehen wird, indem ein Bereich in Umfangsrichtung geteilt wird, wobei eine Umfangslänge des Öffnungsabschnitts auf die Gesamtsumme einer Ausdehnung durch Temperaturschwankungen, einer Ausdehnung durch Schwankungen der Wasserabsorption und einer Umfangslänge zur Sicherstellung eines Führungsspiels festgelegt wird. Kunststoffkäfig für ein Wälzlager nach Anspruch 1, der eine Mehrzahl von Segmenten aufweist. Wälzlager mit einem inneren Laufring, einem äußeren Laufring und einer Vielzahl von Wälzkörpern, die zwischen den Laufrillen des inneren und des äußeren Laufrings angeordnet sind, wobei ein Kunststoffkäfig nach Anspruch 1 oder 2 die Wälzkörper in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet hält. Wälzlager nach Anspruch 3, bei dem ein Verhältnis dW/PCD eines Durchmessers dW des Wälzkörpers zu einem Teilkreisdurchmesser PCD 0,03 oder weniger beträgt.






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