Kugellagerkäfig

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen insbesondere zur Verwendung in einem Spindella- ger geeigneten Kugellagerkäfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Kugellagerkäfig ist beispielsweise aus der EP 2 787 229 A1 be- kannt. Dieser Kugellagerkäfig weist sowohl kreisrunde, als auch längliche, sich in Umfangsrichtung des Lagerkäfigs erstreckende Wälzkörpertaschen auf.

Weitere Kugellagerkäfige mit nicht kreisrunden Wälzkörpertaschen sind bei- spielsweise aus der DE 10 2010 047 962 A1, aus der US 2007/0116395 A1 , sowie aus der WO 2010/066293 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugel lagerkäfig, welcher Wälzkörpertaschen aufweist, die eine Führung von Wälzkörpem, das heißt Ku- geln, mit Spiel in Umfangsrichtung des Kugellagers ermöglichen, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein Betrieb des Kugellagers auch bei hohen Drehzahlkennwerten, wie sie beispielsweise in Spindellagern in Werkzeugmaschinen auftreten, möglich sein soll.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kugel lagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Kugellagerkäfig ist als Fensterkäfig ge- staltet, wobei vorzugsweise sämtliche Wälzlagertaschen, das heißt Fenster des Kugellagerkäfigs, identisch geformt sind.

In an sich bekannter Grundform weist der Kugellagerkäfig zwei umlaufende Sei- tenringe auf, die durch Stege vorzugsweise einstückig miteinander verbunden sind. Die einzelnen Wälzkörpertaschen werden jeweils durch Abschnitte der Seitenringe sowie durch zwei in Umfangsrichtung benachbarte Stege begrenzt. Seitliche Führungskonturen jeder Wälzkörpertasche sind zueinander sowie zu den Seitenringen parallel. Im Unterschied zu den seitlichen Führungskonturen werden die durch die Stege gebildeten Begrenzungen der Wälzkörpertaschen als Randabschnitte bezeichnet. Im Gegensatz zu den seitlichen Führungskontu- ren sind die Randabschnitte jedoch nicht zwangsläufig dafür vorgesehen, dass ein Wälzkörper, das heißt eine Kugel, an ihnen anläuft. Vielmehr ragen an den Übergängen zwischen den seitlichen Führungskonturen und den Stegen insge- samt vier Eckvorsprünge in die Wälzkörpertasche, welche zur Kontaktierung des in der Wälzkörpertasche befindlichen Wälzkörpers vorgesehen sind. Der Wälzkörper ist somit mit Hilfe der seitlichen Führungskonturen mit Spiel in Um- fangsrichtung des Kugellagers geführt, wobei zugleich die Kontaktbereiche zwi- schen den Wälzkörpern und dem Kugellagerkäfig, welche beim Anlaufen des Wälzkörpers an die Begrenzung der Wälzkörpertasche in Umfangsrichtung, hinsichtlich Käfigreibung relevant sind, mittels der Eckvorsprünge minimiert sind.

Die komplexe Geometrie der Wälzkörpertaschen mit geraden seitlichen Füh- rungskonturen und in die Wälzkörpertasche hinein ragenden Eckvorsprünge stellt zugleich Schmiermittelreservoirs bereit, so dass Schmiermittel, insbeson- dere Fett, auf sehr kurzem Weg in die Kontaktbereiche zwischen Wälzkörper und Kugellagerkäfig gelangen kann. Durch die geringe Reibung ist der Kugella- gerkäfig auch für Anwendungen mit hohen Drehzahlkennwerten geeignet, wo- bei im Unterschied zu herkömmlichen Lagerkonstruktionen selbst bei extremer Beanspruchung noch ein Betrieb ohne äußere Kühlung des Lagers möglich ist.

Die nach innen in jede Wälzkörpertasche ragenden Eckvorsprünge weisen in vorteilhafter Ausgestaltung jeweils eine Abrundung auf, deren Abrundungsradi- us mindestens einem Übergangsradius entspricht, welcher zwischen dem Eck- vorsprung und der seitlichen, durch einen Seitenring gebildeten Führungskontur existiert. Die am Eckvorsprung gebildete Abrundung beschreibt hierbei eine Krümmung, welche der Krümmung, die im Übergangsbereich zwischen dem Eckvorsprung und der seitlichen Führungskontur gegeben ist, entgegenge- richtet ist. Insgesamt sind damit am Rand der Wälzkörpertasche Wechsel zwi- schen konkaven und konvexen Konturen gegeben.

Die im Wesentlichen parallel zur Kugellagerachse ausgerichteten Randab- schnitte zwischen jeweils zwei Eckvorsprüngen bilden vorzugsweise gerade Begrenzungen der Wälzkörpertasche, welche senkrecht zu den seitlichen Füh- rungskonturen ausgerichtet sind. Dies gilt zumindest im Übergangsbereich zwi- schen dem Randabschnitt und dem Außenumfang des Stegs. In Draufsicht auf den Kugellagerkäfig radial von außen zur Lagerachse hin beschreibt die Wälz- körpertasche somit eine geschlossene rechteckige Grundform, wobei dieses Rechteck durch die auf die Mitte der Wälzkörpertasche zuweisenden Eckvor- sprünge modifiziert ist, so dass näherungsweise ein Zwölfeck gegeben ist.

Jede Wälzkörpertasche verjüngt sich in vorteilhafter Ausgestaltung radial von außen nach innen, zumindest was die seitlichen Führungskonturen betrifft. Hierbei laufen die seitlichen Führungskonturen zum Innenumfang des Kugella- gerkäfigs hin in Form von Führungsleisten aus. Die Führungsleisten sind dabei zur Führung eines Wälzkörpers in radialer Richtung unter Aufrechterhaltung ei- nes Umfangsspiels des Wälzkörpers innerhalb der Wälzkörpertasche vorgese- hen. Die Gesamtheit aller Führungsleisten liegt auf einem Kreis, welcher kleiner als der Teilkreis des Kugellagerkäfigs ist. Unter dem Teilkreis wird der durch die Mittelpunkte der Kugeln des Lagers gelegte Kreis verstanden. Der Kugellager- käfig ist damit durch die Wälzkörper auf der Innenseite der Kugeln in Radialrich- tung abgestützt. Die Differenz zwischen dem Radius des Kreises, auf welchem die Führungsleisten liegen, und dem Teilkreis des Wälzlagers ist vorzugsweise auf der einen Seite groß genug, dass eine ausreichend stabile Abstützung zwi- schen den Wälzkörpern und dem Lagerkäfig in radialer Richtung gegeben ist, und auf der anderen Seite derart gering, dass die einzelnen Kugeln nahe deren jeweiliger Rotationsachse durch den Kugellagerkäfig kontaktiert werden, so dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Kugeloberfläche und Lagerkäfig und damit auch die Reibung zwischen den Wälzkörpern und dem Kugellagerkäfig gering gehalten wird.

Die beiden äußeren Stirnseiten der Seitenringe sind vorzugsweise eben, so dass der Kugellagerkäfig insgesamt eine zylindrische, durch die ebenen Stirn- seiten begrenzte Form aufweist. Die Verjüngung der Wälzkörpertaschen radial nach innen ist gleichbedeutend damit, dass sich die Seitenringe radial nach in- nen aufweiten. Im Gegensatz hierzu nimmt die in Umfangsrichtung gemessene Stärke der Stege radial von außen nach innen vorzugsweise ab. Während am Außenumfangs des Kugellagerkäfigs die Stege vorzugsweise glatt in die Sei- tenringe übergehen, das heißt der Außenumfang der Seitenringe, welcher mit dem Außenumfang des gesamten Kugellagerkäfigs identisch ist, mit dem Um- fang eines unmittelbar um die Stege gelegten Kreises übereinstimmt, ragen die Innenseiten der Stege vorzugsweise weniger weit radial nach innen als die Sei- tenringe. Auf der Innenseite des Kugellagerkäfigs sind somit durch die Stege Aussparungen beschrieben. Diese Aussparungen stellen zusätzliche Volumina zur Aufnahme von Schmiermittel dar.

Der Kugellagerkäfig ist rationell aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, herstellbar. Der Kugellagerkäfig ist beispielsweise in einem Rillen- kugellager, einem Vierpunktlager, oder einem Schrägkugellager verwendbar. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Der erfindungsgemäß ausgebildete Kugellagerkäfig wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich- nungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 in perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel ei- nes Kugellagerkäfigs, Figur 2 ein Detail des Kugellagerkäfigs nach Figur 1 mit einer in diesem geführten Kugel,

Figur 3 in einer Schnittdarstellung Komponenten eines Kugellagers mit dem Kugellagerkäfig nach Figur 1 ,

Figur 4 ausschnittsweise eine Draufsicht auf den Kugellagerkäfig nach Fi- gur 1 in radialer Richtung, Figur 5 eine modifizierte Ausführungsform eines Kugellagerkäfigs.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich, soweit nicht anders erwähnt, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleich- wirkende Teile sind stets mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein Kugellagerkäfig 1 ist als Fensterkäfig aus Kunststoff ausgebildet und zur Verwendung in einem mit 2 bezeichneten Kugellager vorgesehen. Der Kugella- gerkäfig 1 ist aufgebaut aus zwei Seitenringen 3, 4, welche durch Stege 5 mit- einander verbunden sind, wobei zwischen Abschnitten der Seitenringe 3, 4 und den Stegen 5 Wälzkörpertaschen 6 gebildet sind, die jeweils zur Führung eines Wälzkörpers 7, das heißt einer Kugel, vorgesehen sind. Zu den Stirnseiten der Seitenringe 3, 4 parallele, eine Wälzkörpertasche 6 be- grenzende Führungskonturen 8 sind derartig ausgedehnt, dass der Wälzkörper 7 innerhalb der Wälzkörpertasche 6 Spiel in Umfangsrichtung des Kugellager- käfigs 1 hat. An der Innenseite der Seitenringe 3, 4 laufen die Führungskontu- ren 8 in Form von Führungsleisten 9 aus, welche den Wälzkörper 7 untergrei- fen. Die Führungsleisten 9 befinden sich nahe an einem mit 10 bezeichneten Innenring des Kugellagers 2, auf welchem die Wälzkörper 7 abrollen. Die am Innenumfang der Seitenringe 3, 4 ausgebildeten Führungsleisten 9 beschreiben jeweils einen Kreis, welcher radial innerhalb des Teilkreises des Kugellagers 2 liegt. Der Teilkreis ist derjenige Kreis, der durch Mittelpunkte der Wälzkörper 7 gelegt ist.

Während die Führungsleisten 9 den Kugellagerkäfig 1 an den Wälzkörpern 7 in Radialrichtung des Kugellagers 2 abstützen, sorgen in die Wälzkörpertaschen 6 hineinragende Eckvorsprünge 11 dafür, dass jeder Wälzkörper 7 unter Vermei- dung eines großflächigen Kontaktes in Umfangsrichtung spielbehaftet durch die Wälzkörpertaschen 6 geführt wird. Im Kontaktbereich zwischen Wälzkörper 7 und Eckvorsprung 11 weist der Eckvorsprung 11 eine Abrundung auf, deren Abrundungsradius mit r _E bezeichnet ist. In die Seitenringe 3, 4 gehen die Eck- vorsprünge 11 mit einem Übergangsradius rg über. Der Übergangsradius rg ist kleiner als der Abrundungsradius re eines jeden Eckvorsprungs 1 1.

Im Bereich zwischen zwei jeweils an einen Seitenring 3, 4 anschließenden Eck- vorsprüngen 11 ist die Wälzkörpertasche 6 durch einen in Axialrichtung des Kugellagers 2 verlaufenden Randabschnitt 12 begrenzt. Ein Übergangsradius zwischen dem Randabschnitt 12 und dem Eckvorsprung 11 entspricht dem Übergangsradius ru zwischen dem Eckvorsprung 11 und der seitlichen Füh- rungskontur 8. Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, kontaktiert der Wälz- körper 6, wenn er an die Eckvorsprünge 1 1 anläuft, nicht den Randabschnitt 12, so dass ein Fettraum 13 zwischen dem Wälzkörper 7 und dem Randabschnitt 12 verbleibt.

Eine Verjüngung jeder Wälzkörpertasche 6 radial nach innen ist— wie beschrie- ben - durch die Gestalt der Seitenringe 3, 4, welche radial nach innen, zu den Führungsleisten 9 hin, stärker werden, gegeben. Im Gegensatz hierzu werden die Stege 5, ausgehend von den Rand abschnitten 12, radial von außen nach innen - in Umfangsrichtung des Kugellagerkäfigs 1 gemessen - schwächer. Auf diese Weise wird ein besonders großer Fettraum 13 bereitgestellt. Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt in der Ausführungsform nach Figur 5, bei der die Stege 5 auf deren Innenseite, das heißt in Richtung zur Rotationsachse des Kugellagers 2, Aussparungen 14 aufweisen. Die in Radialrichtung gemessene Höhe der Stege 5 des Kugellagerkäfigs nach Figur 5 ist somit geringer als die in derselben Richtung gemessene Höhe der Seitenringe 3, 4.