Käfig für Wälzlager mit Rollen

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Käfig für Wälzlager mit Rollen, mit einem ersten Seitenrand, mit einem zweiten Seitenrand, mit Stegen und mit umfangsseitig zueinander benachbarte Taschen für Rollen, wobei die Stege und die Sei- tenränder einteilig miteinander ausgebildet sind und dabei:

die Stege zwischen dem ersten Seitenrand und dem zweiten Sei¬ tenrand längs der Rotationsachse des Käfigs ausgerichtet sind,

- umfangsseitig gegenüberliegenden Flanken an den Stegen jeweils eine der Taschen umfangsseitig begrenzen,

die Taschen jeweils von zwei einander längs der Rotationsachse gegenüberliegenden Innenflanken der Seitenränder begrenzt sind,

der größte tangentiale freie Abstand zwischen den sich an einer der Tasche gegenüberliegenden Flanken größer ist als der größte Durchmesser der jeweiligen Rolle in der Tasche,

an den Stegen Halterungen für die Rollen ausgebildet sind,

- der größte tangentiale freie Abstand zwischen zwei sich jeweils an einer Tasche gegenüberliegenden der Halterungen kleiner ist als der größte Nenndurchmesser der jeweiligen Rolle in der Tasche,

und wobei zumindest die Flanken eine fertige profilgefräste Kontur aufwei- sen und dabei die fertige Kontur ein negatives Abbild einer positiven äuße¬ ren Schneidkontur wenigstens eines Formfräsers ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Käfig ist in DE100 21 089 A1 beschrieben. Die Taschen des Käfigs werden mit Formfräsern bearbeitet, deren Querschnittskontur außen ein Positivprofil für ein fertiges Negativprofil der jeweiligen bearbeiteten Flä¬ che innen in der Tasche wiedergibt. Die um eine Werkzeugachse rotieren- den rotationssymmetrischen Profilfräser werden in ein vorbereitetes Loch des Käfigrohlings zunächst radial eingeführt und dann entweder in Umfangs- richtung bzw. tangential des Käfigs oder axial bewegt - in Umfangsrichtung, um die Kontur der später zu den Taschen gewandten Flanken an dem ent¬ sprechenden Steg und axial, um die Innenflanken an den zumeist ringförmig ausgebildeten Seitenrändern sowie die Eckenradien zu fräsen. Mit einem der Formfräser, zumeist mit dem für die Innenflanken, werden auch die Ecken der Taschen ausgearbeitet.

Der tangentiale bzw. umfangsseitige freie tangentiale Flankenabstand in einer Tasche zwischen den einander über eine Tasche zugewandten Flan¬ ken an den Stegen ist größer als der Nenndurchmesser der Rolle in der Ta¬ sche, zuzüglich der zulässigen Plustoleranz des Nenndurchmessers. Die Rolle ist demnach innerhalb der Tasche tangential und auch radial innerhalb eines Bewegungsspieles zwischen den zwei einander gegenüberliegenden Flanken von einer Flanke aus gegen die andere Flanke beweglich. Die Rol¬ len laufen in dem Käfig an den in die Taschen gewandten Flanken vorbe- stimmt ab. Nachteilig an der in DE100 21 089 A1 beschriebenen Konstrukti¬ on des Käfigs könnte sein, dass zwischen dem gekrümmten Käfiganlauf an dem Steg und zwischen der dort anlaufenden Rolle nicht genug Schmiermit¬ tel vorhanden ist. Die Reibung ist dann relativ hoch. Unzulässiger Verschleiß und/oder zu hohe Temperaturen infolge hoher Reibung sind die Folge.

Die an den Taschen ausgebildeten Halterungen halten die Rollen beim Transport und beim Handling in der Montage zurück. An jedem die Tasche begrenzenden der Stege ist wenigstens eine Halterung ausgebildet. Jede der Halterungen eines sich an der Tasche gegenüberliegenden und zusam- menwirkenden Paares von mindestens zwei Halterungen stehen tangential aufeinander zu aus dem jeweiligen Steg hervor. Die Rollen werden mittels der Halterungen radial in dem Käfig gehalten, weil die weiteste Entfernung zwischen den tangential oder umfangsseitig in die Taschen hervorstehenden Halterungen kleiner ist als der Nenndurchmesser der Rollen, abzüglich der zulässigen negativen Abweichung des Nenndurchmessers (zulässige Minus¬ toleranz für die Rollen). Es gibt dabei Käfige, an denen die entsprechenden Halterungen radial außen oder radial innen - aber auch Käfige an denen Halterungen sowohl radial außen und als auch Halterungen radial innen ausgebildet sind.

Insbesondere in dem zuletzt genannten Fall ist es auf jeden Fall erforderlich, die Rollen entweder radial von außen oder radial von innen in den Käfig ein¬ zuschnappen. Die Rolle wird dabei solange radial gegen die Halterungen einer Tasche gedrückt, bis diese nachgeben und die Rolle in die Tasche einschnappt. Im ungünstigsten Fall sind diese Kräfte sehr hoch, wenn zum Beispiel der tangentiale Abstand mit der unteren zulässigen Toleranz des Abstandes gefertigt ist und die Rolle den größten zulässigen Durchmesser aufweist. Die tangentiale Entfernung zwischen den einander gegenüberlie¬ genden Halterungen ist demnach nicht nur auf die Halterfunktion sondern auch auf die „Schnappfunktion" der Halterungen abzustimmen. Es ist auch darauf zu achten, dass die Halterungen möglichst nur elastisch einfedem, um Verformungen an den Halterungen und Beschädigungen der Rollen (Schürfspuren der Halterungen an den Rollen) zu vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Käfig für Rollen mit einer op¬ timalen Innengeometrie für den Anlauf der Rollen und mit einer zum Ein¬ schnappen der Rollen optimal geeigneten Anordnung von Halterungen zu schaffen. Der Käfig soll kostengünstig durch Profilfräsen(Formfräsen) her¬ stellbar sein.

Von der Erfindung sind alle Käfige insbesondere aus Stahl, Bunt- oder Leichtmetallen und deren Legierungen betroffen. Das fertige Innenprofil der Taschen ist an dem einstückig aus Seitenrändern und Stegen gebildeten Käfig durch Profilfräsen hergestellt.

Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des An¬ spruches 1 und eines weiteren unabhängigen Anspruches gelöst.

Der für den erfindungsgemäßen Käfig zum Fräsen der Flanken an den Ste- gen verwendete Formfräser weist, außen eine entlang der Formfräserdreh¬ achse betrachtete Querschnittskontur auf, die eine positive Gegenform für eine negative fertige Kontur der Flanken an den Stegen ist. Die negative Gegenform am Steg ist wird dabei in beliebigen den Käfig quer zur Rotati¬ onsachse schneidenden und von der Rotationsachse senkrecht durchstoße- nen Schnittebenen des Käfigs betrachtet.

Die in die jeweilige Tasche gerichteten Flanken an den Stegen weisen dem- nach jeweils mindestens eine zu den Taschen gewandte plane Anlauffläche für die jeweilige Rolle in der Tasche auf. Die einander zugewandten Anlauf¬ flächen einer Tasche sind vorzugsweise parallel zueinander und damit zugleich parallel zu einer von der Rotationsachse ausgehenden und mit die- ser gleichgerichtet verlaufenden Radialebene ausgerichtet. Damit sind die an einem Steg ausgebildeten, voneinander abgewandten und jeweils in eine andere Tasche weisenden Anlaufflächen bevorzugt zueinander geneigt.

Die plane Anlauffläche schließt sich radial zumindest an eine der Halterun- gen an. Die Halterung ragt zumindest in tangentiale Richtung über die An¬ lauffläche hinaus in die Tasche hinein oder alternativ ober- bzw. unterhalb der Tasche in Richtung der Rolle. Jede der Rollen läuft demnach in der Ta¬ sche gegen eine plane und nicht gegen eine gekrümmte Anlauffläche an. Der Kontakt ist im Betrieb eines Wälzlagers mit dem Käfig somit ohne Schmiegung ein reiner Linienkontakt zwischen der Mantelfläche der Rolle und der Anlauffläche ist konstant und stabil.

Aus der Krümmung der zylindrischen Oberfläche der Rolle in der Tasche ergibt sich somit, dass der kleinste Abstand freie Abstand (Summe einer Tasche) zwischen der Rolle und der Anlauffläche das Bewegungsspiel ist. Alle weiteren sich radial nach innen in Richtung der Rotationsachse des Kä¬ figs und radial nach außen von dieser weg abschließenden Abstände zwi¬ schen der Rolle und der Anlauffläche nehmen mit zunehmender Entfernung von dem kleinsten Abstand zu. Der so entstehende Luftspalt zwischen der Rolle und der jeweiligen Flanke ist somit keilförmig ausgebildet. Das Schmiermittel, Öl oder Fett, formt sich vor dem Eintritt in den Kontakt keil¬ förmig und gelangt tangential zum Rollenumfang in den Kontakt. Eine stete Zufuhr von Schmiermittel an den Kontakt ist abgesichert. Durch die aus dem Kontakt im wesentlichen nur noch tangentialen Kraftkomponenten auf den Käfig sind reibungsfördemde radiale Kraftkomponenten vermieden. Die aus der Reibung im Kontakt resultierende Wärmemenge ist wesentlich geringer. Das Schmiermittel ist aufgrund der geringeren Betriebstemperaturen gerin- ger belastet.

Die Anlauffläche erstreckt sich in dem radialen Bereich des Steges zumin¬ dest soweit, dass der vorzugsweise allen Rollen des Käfigs gemeinsamer Teilkreis die Planflächen der sich jeweils an den Taschen gegenüberliegen¬ den Stege in Umfangsrichtung an dem Kontakt durchstößt. Der Teilkreis ist ein dem Fachmann in der Wälzlagertechnik bekannter Begriff und definiert einen um die Rotationsachse des jeweiligen Lagers/Käfigs verlaufenden Kreis, der die Mittenachsen aller im Nenndurchmesser gleich großen Rollen schneidet, wenn diese an wenigstens einer Laufbahn der Lagerung radial anliegen. Die Mittenachsen der Rollen sind die Rotationsachsen der rotati¬ onssymmetrisch ausgebildeten Rolle und verlaufen in der Regel parallel zu der Rotationsachse des Käfigs/Lagers. Der tangentiale Anlauf jeder Rolle ist auch dadurch abgesichert, dass der maximale tangentiale auf dem Teilkreis liegende freie Abstand zwischen der in der Tasche befindlichen Rolle und zwischen den Stegen kleiner ist als jeder weitere beliebige sich radial ober¬ halb sowie radial unterhalb des Teilkreises anschließende tangentiale freie Abstand zwischen der Rolle und zwischen den Stegen.

Die Zufuhr von Schmiermittel wird an den Kontakt weiter verbessert, wenn die an die Anlauffläche radial anschließende Halterung eine in die Tasche gewandte Schrägfläche aufweist. Auch der Abstand der Schrägfläche zur Rolle nimmt vorzugsweise mit zunehmenden Abstand von kleinsten und durch das Bewegungsspiel definierten Abstand zwischen der Rolle und der Anlauffläche zu. Die Schrägfläche ist mit einem stumpfen Winkel zu der An¬ lauffläche geneigt. Durch die sich um ihre Mittelachse wälzenden Rollen wird an der schrägen Fläche der Halterung ein Schmierkeil vorgeformt und mittels der Rolle zwischen die Anlauffläche und Rolle eingezogen.

Alternativ dazu weist die die Halterung eine gekrümmte Fläche auf, die in die Anlauffläche übergeht. Die gekrümmte Fläche geht entweder als Übergangs¬ fläche aus einer wie zuvor erwähnten in die Tasche gewandte Schrägfläche hervor und in die Anlauffläche über, oder die Halterung ist taschenseitig ge¬ nerell durch eine derartig gekrümmte und in die Anlauffläche übergehende Fläche beschrieben. Auch der Abstand der gekrümmten Fläche zur Rolle nimmt vorzugsweise mit zunehmenden Abstand von kleinsten und durch das Bewegungsspiel definierten Abstand zwischen der Rolle und der Anlaufflä¬ che zu. Die Krümmung der Fläche ist vorzugsweise in einem Längsschnitt des Käfigs entlang der Rotationsachse durch einen Radius beschrieben. Dabei ist der Radius größer ist als die Hälfte des Nenndurchmessers der Rolle in der jeweiligen Tasche.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Gestaltung der Ta¬ schenecken. Unter Taschenecken ist in der in der Regel rechtwinklige Über¬ gang der Stege in die Seitenränder zu verstehen. Es ist bekannt, dass an belasteten Käfigen in den Taschenecken mit kleinen Übergangsradien vom Steg zum Seitenrand Spitzenspannungen auftreten, die zu Rissen und zur Zerstörung der Käfige führen können. Deshalb sollten diese Taschenecken- radien so groß wie möglich sein. Außerdem wird in profilgefrästen Taschen in den Ecken ein Auslauf für die Formfräser benötigt, durch den in der Ecke Überschneidungen zwischen der Fräskontur des axial geführten und des längs geführten Formfräsers vermieden werden. Deshalb verläuft die Anlauf¬ fläche vorzugsweise längs nicht über die gesamte Breite des Steges, son¬ dern, längs mit der Rotationsachse gleichgerichtet, von einer Taschenecke zu einer weiteren Taschenecke bis zu jeweils einer gekrümmt verlaufenden Eckfläche. Die Taschen sind an den Ecken durch die Eckflächen zumindest stellenweise konvex in den Steg ausgewölbt. Die Ecken sind von einer sich von der Anlauffläche zu den Innenflanken erstreckenden Eckfläche be¬ schrieben, deren Kontur vorzugsweise durch mindestens einen Radius vor¬ gegeben ist.

Wie anfangs erwähnt, gibt es Käfige, an denen die entsprechenden Halte¬ rungen a.) radial außen oder b.) radial innen - aber auch Käfige an denen Halterungen c.) sowohl radial außen und als auch Halterungen radial innen ausgebildet sind. Dementsprechend sehen Ausgestaltungen der Erfindung vor:

a) dass die jeweilige Rolle in der Tasche durch wenigsten ein Paar HaI- terungen radial oberhalb der Mittelachse der Rolle teilweise radial hin¬ tergriffen ist - Außenhalterungen

b) dass die jeweilige Rolle in der Tasche durch wenigstens ein Paar Hal¬ terungen radial unterhalb der Mittelachse der Rolle teilweise radial hintergriffen ist - Innenhalterungen oder

c) dass die plane Anlauffläche radial zwischen zwei der Halterungen angeordnet ist, wobei die Halterungen zumindest in tangentiale Rich¬ tung über die Anlauffläche hinausragen, so dass jeweils ein sich an der Tasche gegenüberliegendes Paar der Außenhalterungen die je¬ weilige Rolle in der Tasche radial oberhalb der Mittelachse radial teil¬ weise hintergreift sowie jeweils ein sich an der Tasche gegenüberlie¬ gendes weiteres Paar der Innenhalterungen die Rolle radial unterhalb der der Mittelachse der Rolle radial teilweise hintergreift.

Die zuvor genannten Merkmale der Erfindung sind wahlweise auch mit de¬ nen des weiteren unabhängigen Anspruches kombinierbar, wonach zumin¬ dest einige der Stege des Käfigs wenigstens eine von dem Steg aus radial über den Steg hinausragende Halterung der Halterungen aufweisen. Jedoch sieht der unabhängige Anspruch Merkmale vor, die auch von den zuvor ge¬ nannten Merkmalen losgelöst betrachtet werden können. Mit dem erfin¬ dungsgemäßen Käfig ist jedoch einheitlich die Reibung, der Verschleiß und daraus folgend die Temperatur im Kontakt der Rollen an den Flanken redu¬ ziert. Weiterhin weist der Käfig ein geringes Gewicht auf.

Dadurch, dass zumindest einige aber vorzugsweise alle der Stege wenigs¬ tens eine von dem Steg aus radial über den Steg hinausragende Halterung aufweisen, ist das Gewicht des Käfigs erheblich reduziert. Weiter lassen sich bei nachfolgend beschriebener Anordnung Spaltquerschnitte großer Abmes¬ sung für einen verbesserten Öldurchfluss im Käfig realisieren.

Wenn, wie nach einer Ausgestaltung der Erfindung, die Halterung radial über den Seitenrand und über den zweiten Seitenrand hinaus steht, ist die radiale Bauhöhe des Seitenrandes und somit sein bewegtes Gewicht geringer. Das radiale Spaltmaß zwischen dem Käfigseitenrand und einen Bord eines Lauf¬ ringes oder einer Laufbahn des Wälzlagers ist größer. Vorzugsweise sind in diesem Fall die radial gerichteten Mantelflächen an den Seitenrändern, an denen die Halterung radial über die Seitenränder hinaus steht, vorzugsweise gleich weit von der Rotationsachse entfernt. Der dadurch geschaffenen ver¬ größerte Spalt zwischen dem Seitenrand des Käfigs und einer Laufbahn ist bevorzugt mindestens ein 0,6- bis 0,9-faches des Nenndurchmessers der Rolle, wodurch der radiale Abstand der Halterung kleiner ist als das 0,6- fache bis zu 0,9-fache der Rolle.

Wenn die oder die Halterungen radial auf gleicher Höhe mit dem Seitenrand des Käfigs abschließen, steht die Halterung maximal radial soweit über den Steg hinaus, wie wenigstens einer der Seitenränder, vorzugsweise alle Sei¬ tenränder, radial gleichgerichtet mit der Halterung maximal über den Steg hinaus steht. In diesem Fall ist ein vergrößerte radialer Spalt zwischen einer Laufbahn und den Stegen geschaffen. In beiden zuvor genannten Fällen sind radial vergrößerte Spaltquerschnitte vom Käfig zur Umgebung für ver- besserte Schmierstoffzirkulation im Lager geschaffen.

Die radial hervorstehende Halterung kann - muss aber nicht mittels des die Flanken bearbeitenden Formfräsers hergestellt sein.

Der Durchfluss von Schmierstoff im Käfig ist weiter verbessert, wenn der Käfig an jedem Steg, anstelle einer sich von Taschenecke zu Taschenecke erstreckenden Halterung, mindestens zwei der Halterungen pro Steg auf- weist. Die Halterungen an dem gemeinsamen Steg sind axial des Käfigs, also in Längsrichtung der Rotationsachse, zueinander beabstandet. Zwi¬ schen den Halterungen kann zusätzlich Schmierstoff zum Kontakt im Käfig und zum Wälzkontakt an den Laubahnen zu- oder abgeführt werden. Außer- dem ist der Widerstand gegen das Einschnappen von Rollen über zwei der schmalen Halterungen geringer als bei sich längs von Ecke zu Ecke erstre¬ ckenden Halterungen. Das Abbilden von Schürfspuren an den Wälzkörpern durch das Einschnappen ist vermieden bzw. eventuelle Schürfspuren sind von der Hauptbelastungszone der Rollen ferngehalten.

Der erfindungsgemäße Käfig ist sowohl für die Aufnahme von zylindrischen aber auch für die Aufnahme von balligen Rollen geeignet. Deshalb ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung auch vorgesehen, dass der Größtwert der tangentialen Entfernung an der tangential engsten Stelle zwischen zwei sich an einer Rolle gegenüberliegenden der Halterungen zumindest kleiner ist, als das Kleinstmaß des Durchmessers der Rolle an der engsten Stelle. Der Durchmesser der Rolle ist bei zylindrischen Rollen an der engsten Stelle gleich dem Nenndurchmesser, jedoch bei ballig ausgebildeten Rollen, auf¬ grund des zu den Stirnseiten der Rollen hin abnehmenden Durchmessers, an der engsten Stelle kleiner als der Nenndurchmesser. Die Angabe Durch¬ messer schließt die üblicherweise zulässigen Durchmessertoleranzen der Rollen mit ein.

Die tangentiale Entfernung ist somit durch elastisches Verformen der einan- der gegenüberliegenden Halterungen an der engsten Stelle mittels der Rolle elastisch zumindest auf die Größe des Größtmaßes des Durchmessers der Rolle an der engsten Steile erweiterbar. Die tangentiale Entfernung ist be¬ vorzugt wenigstens Tausendstel eines Millimeters kleiner als das Kleinstmaß des Durchmessers der Rolle an der engsten Stelle.

Die Erfindung gilt für alle einteilig ausgeführten Käfige die i.) außenbordge¬ führt, ii.) innenbordgeführt oder iii.) wälzkörpergeführt sind. Die zwischen den Laufringen einer Lagerung umlaufenden Käfige sind wahlweise:

- i.) an Außenborden oder an der Außenlaufbahnen eines äußeren Laufringes der Lagerung geführt. Für diese Anordnung gilt, dass der maximale radiale Ringspalt zwischen der jeweiligen zylindrischen Au- ßenumfangsflächen der Seitenränder und dem jeweiligen radial au¬ ßen liegenden Führungsbord kleiner ist als das radiale Bewegungs¬ spiel mit dem die Rolle in der Tasche zwischen einem Paar von In¬ nen- und einem Paar von Außenhalterungen radial beweglich ist (RoI- lendurchhang). Dabei ist zugleich der radiale Ringspalt zwischen der zylindrischen Innenmantelfläche der Seitenränder und dem jeweiligen radial innen liegenden Innenbord bzw. einer Innenlaufbahn größer als die Spalte zwischen der zylindrischen Außenumfangsfläche der Sei¬ tenränder zu dem Führungsbord. Der Käfig wird demnach, z.B. auf- grund von Fliehkräften im Betrieb radial nach außen gegen die Füh¬ rungsborde gedrückt und gleitet dort durch den außen liegenden Füh¬ rungsbord geführt an diesem in Umfangsrichtung entlang, ohne dass der Käfig mittels der Innenhalterungen an den Rollen zurückgehalten wird und ohne dass der Käfig mit den Innenmantelflächen der Seiten- ränder den jeweiligen Innenbord berührt..

- ii.) am Innenbord oder an der Innenlaufbahn eines inneren Laufringes der Lagerung geführt. Für diese Anordnung gilt, dass der maximale radiale Ringspalt zwischen den zylindrischen Innenumfangsflächen der Seitenränder zu dem jeweiligen radial innen liegenden Führungs¬ bord kleiner ist als das radiale Bewegungsspiel mit dem die Rolle in der Tasche zwischen einem Paar von Innen- und einem Paar von Au¬ ßenhalterungen radial beweglich ist (Rollendurchhang). Dabei sind zugleich die radialen Ringspalte zwischen der zylindrischen Außen- mantelfläche der Seitenränder und dem jeweiligen radial außen lie¬ genden Bord bzw. einer Außenlaufbahn größer als die Spalte zwi¬ schen der zylindrischen Innenumfangsfläche der Seitenränder zu dem Führungsbord. Der Käfig wird demnach, z.B. aufgrund von Fliehkräf¬ ten im Betrieb radial an den Innenbord gedrückt und gleitet dort, durch den Führungsbord geführt an diesem in Umfangsrichtung entlang, ohne dass der Käfig mittels der Außenhalterungen an den Rollen zu- rückgehalten wird und ohne dass der Käfig mit den Außenmantelflä¬ che der Seitenränder den jeweiligen Außenbord berührt.

- Ni.) durch die Wälzkörper geführt. Für diese Anordnung gilt, dass der jeweilige maximale radiale Ringspalt zwischen den zylindrischen In- nenumfangsflächen der Seitenränder zu den jeweiligen radial innen liegenden Borden/Laufbahnen sowie der maximale radiale Ringspalt zwischen den zylindrischen Außenumfangsflächen der Seitenränder zu dem radial außen liegenden Borden/Laufbahnen größer ist als das radiale Bewegungsspiel mit dem die Rolle in der Tasche zwischen ei- nem Paar von Innen- und einem Paar von Außenhalterungen radial beweglich ist (Rollendurchhang). Der Käfig wird demnach, z.B. auf¬ grund von Fliehkräften im Betrieb radial nach außen bewegt und durch die Innenhalterungen an den Rollen gehalten, ohne dabei die Innen- oder Außenborde zu berühren.

Dadurch ergibt sich dass:

die Halterungen radial außen des Käfigs radial über den Steg hinaus- ragen - gilt vorwiegend für ii.) aber wahlweise auch für iii.)

die Halterungen radial innen des Käfigs radial über den Steg hinaus¬ ragen - gilt vorwiegend für i.) aber auch für iii.).

Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele zur Gestaltung der Hal¬ terungen sind in dem Kapitel „Beschreibung der Zeichnungen" näher be¬ schrieben. Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt vereinfacht ein Ausführungsbeispiel eines Käfigs 1 für Wälzla- ger mit Rollen 5, mit einem ersten Seitenrand 6, mit einem zweiten Seiten- rand 6, mit Stegen 7 und mit umfangsseitig zueinander benachbarte Ta¬ schen 8 für die Rollen 5. Der Käfig 1 ist einteilig mit den Stegen 7 und den Seitenrändern 6 ausgebildet. Die Stege 7 sind zwischen dem ersten Seiten¬ rand 6 und dem zweiten Seitenrand 6 längs der Rotationsachse 1 a des Kä- figs ausgerichtet.

Figur 2 zeigt beispielhaft den Längsschnitt durch eine Tasche 9 entlang der Rotationsachse, in diesem Fall für einen am Innenbord eines nicht darge¬ stellten Innenringes geführten Käfig 2. Figur 2a zeigt die Draufsicht auf die Tasche 9. Figur 2b zeigt den Querschnitt der Tasche 9 entlang quer zur Ro¬ tationsachse mit einer Rolle 5 und Figur 2c den Querschnitt nach Figur 2b vergrößert und nicht maßstäblich.

Figur 3 zeigt beispielhaft den Längsschnitt durch eine Tasche 10 entlang der Rotationsachse des Käfigs für einen, in diesem Fall am Außenbord eines nicht dargestellten Außenringes bzw. einen über die Rollen 5 geführten Kä¬ figs 3. Figur 3a zeigt den Querschnitt der Tasche, quer zur Rotationsachse geschnitten, für den außenbordgeführten Käfig 3 und Figur 4 den Schnitt der Tasche 11 quer zur Rotationsachse für den über die Rollen geführten Käfig 4, beide Darstellungen vergrößert und nicht maßstäblich.

Figur 5 ist die vereinfachten Schnittdarstellung längs einer weiteren Tasche 12, bei der die Halterungen 14 radial in Richtung der Rotationsachse über den Steg und die Seitenränder hinaus stehen. In Figur 5a ist die Tasche 12 in einer in einer quer zur Rotationsachse verlaufenden Schnittebene darge¬ stellt. Figur 6 ist die vereinfachte Schnittdarstellung längs einer weiteren Tasche 13, bei der die Halterungen 14 radial in Richtung der Rotationsachse über den Steg 7 hinaus stehen und mit den Seitenrändern 6 auf gleicher radialer Höhe abschließen. In Figur 6a ist die Tasche 13 in einer quer zur Rotations- achse verlaufenden Schnittebene dargestellt.

Figur 7 zeigt schematisch und stark vergrößert, den Kontakt einer Rolle 5 zu einer Flanke 16 eines Steges.

In Figur 8 sind die Messergebnisse zu Temperaturmessungen bei dem Be¬ trieb von Wälzlagern 17, 18, 19 an verschiedenen Ausführungen von einteilig ausgebildeten Käfigen gegenübergestellt.

Die Taschen sind umfangsseitig durch gegenüberliegenden Flanken 16 an den Stegen 7 sowie von zwei einander längs der Rotationsachse gegenüber¬ liegenden Innenflanken 20 der Seitenränder 6 begrenzt. Der größte tangen¬ tiale freie Abstand U zwischen den sich an einer der Tasche 8, 9, 10, 11 ge¬ genüberliegenden Flanken 16 ist größer als der größte Durchmesser D der jeweiligen Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11. An den Stegen 7 sind Halte- rungen 14, 15 für die Rollen ausgebildet. Der größte tangentiale freie Ab¬ stand T1 und T2 zwischen zwei sich jeweils an einer Tasche 8, 9, 10, 11 ge¬ genüberliegenden der Halterungen 14, 15 ist kleiner als der größte Nenn¬ durchmesser DN der jeweiligen Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11.

Die Flanken 16 weisen eine fertige profilgefräste Kontur auf, die ein negati¬ ves Abbild einer positiven äußeren Schneidkontur eines in Figur 6a gestri¬ chelt dargestellten Formfräsers 21 ist. Die Flanken 16 weisen jeweils min¬ destens eine zu den Taschen 8, 9, 10, 11 gewandte plane Anlauffläche 22 für die jeweilige Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11 auf, wobei die Anlaufflä- che 22 radial zwischen der radial inneren Halterung 14, 15 und der radial äußeren Halterung 14, 15 ausgebildet ist. Die Halterungen 14, 15 ragen in tangentiale Richtung über die jeweilige Anlauffläche hinaus. Die jeweilige Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11 ist durch die Halterung 14 bzw. 15 radial oberhalb der Mittelachse 5a der Rolle 5 und durch die Halte¬ rung 14 bzw. 15 radial unterhalb der Mittelachse 5a der Rolle 5 teilweise radial hintergriffen. Somit hintergreift jeweils ein sich an der Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberliegendes Paar der Halterungen 14 bzw. 15, von zwei an der Tasche 8, 9, 10, 11 zueinander benachbarten Stegen 7, die jeweilige Rolle 5 in der Tasche 8, 9, 10, 11 radial oberhalb der Mittelachse 5a sowie jeweils ein sich an der Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberliegendes weiteres Paar der Halterungen 14 bzw. 15 die Rolle 5 radial unterhalb der Mittelachse 5a radial teilweise.

Die Anlauffläche 22 verläuft längs mit der Rotationsachse gleichgerichtet, von einer Taschenecke 23 zu einer weiteren Taschenecke 23 (Figur 2a). Die Stege 7 gehen an den Ecken 23 in einen der Seitenränder 6 über. Die An¬ lauffläche 22 gehen an den Ecken 23 jeweils in eine gekrümmt verlaufende Eckfläche 23a über. Die Tasche 8, 9, 10, 11 ist an den Ecken 23 durch die Eckflächen 23a zumindest stellenweise konvex in den Steg 7 ausgewölbt. Die Wölbung ist dabei durch die Radien η und r2 sowie eine Planfläche 25 beschrieben, an der die gekrümmten Abschnitte der Eckfläche 23a auslau¬ fen. Die Radien T1 und r2 entsprechen dem 0,05 -fachen bis 0,2 -fachen des Nenndurchmessers DN der jeweiligen Rolle 5 in der Tasche.

Figur 7 den Anlauf der Rollen 5 an dem Kontakt 27 in Umfangsrichtung. Der zwischen dem Kontaktpunkt 27 und der Rolle 5 ausgebildete maximale freie Abstand Ts ist kleiner als ist als jeder weitere beliebige sich radial oberhalb sowie radial unterhalb des Teilkreises anschließende tangentiale freie Ab¬ stand TS1 - T3x zwischen der Rolle 5 zwischen den Stegen 7 in der Tasche. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in der Darstellung nach Figur 7 zur Be- Schreibung des freien Abstandes Ts (Taschenspiel) die Rolle an dem gege¬ nüberliegenden sowie nicht dargestellten Kontakt des anderen Steges der gleichen Tasche anliegt. Die Halterungen 14, 15 weisen jeweils eine in die Tasche gewandte Schräg¬ fläche 28 bzw. 29 auf, wobei jede der Schrägflächen 28, 29 mit einem stumpfen Winkel zu der Anlauffläche geneigt ist. Die Halterungen 14 gehen vorbehaltlich eines nicht nennenswerten Radius taschenseitig an der Schrägfläche 28 in die Anlauffläche 22 über. An den Halterungen 15 folgt der Schrägfläche 29 eine gekrümmte Fläche 30. Die Schrägfläche 29 und die Fläche 30 verlaufen gleichgerichtet mit der Rotationsachse längs der Tasche 8, 9, 10, 11. Die Fläche 30 ist von der Tasche 8, 9, 10, 11 aus kon- vex ausgekrümmt. Die Krümmung ist durch den Radius Rκ beschrieben, der größer als der Nenndurchmesser DN der Rolle 5 ist. Das Schmiermittel, Öl oder Fett, formt sich vor dem Eintritt in den Kontakt 27 keilförmig und gelangt tangential zum Rollenumfang in den Kontakt 27 (Fig. 7). Eine stete Zufuhr von Schmiermittel an den Kontakt 27 ist abgesichert. Durch die sich um ihre Mittelachse 5a in diesem Fall in die Pfeilrichtung wälzenden Rollen 5 wird an der Schrägfläche 28, 29 der Halterung 14, 15 der Schmierkeil 41 vorgeformt und mittels der Rolle 5 zwischen die Anlauffläche und Rolle eingezogen.

Der innenbordgeführte Käfig 2 nach den Figuren 2 bis 2c weist pro Steg 7 zwei radial über den Steg 7 und die Seitenränder 6 hervorstehende erste Halterungen 14 (in diesem Fall Außenhalterungen) sowie eine tangential in die Tasche hervorstehende zweite Halterungen 15 (in diesem Fall Innenhal- terungen) auf. Die Halterungen 14 an dem gemeinsamen Steg 7 sind axial, also in Längsrichtung der Rotationsachse, zueinander beabstandet und sind beide gleich weit von der Taschenmitte M entfernt. Beide Halterungen 14 sind gleich weit von der Rotationsachse entfernt.

Die Halterung 15 verläuft längs zwischen den Eckflächen 23a. Die radial nach außen gerichteten Mantelflächen 31 an den Seitenränder 6 und die radiale Oberkante bzw. Mantelfläche 32 zur radialen Begrenzung des Steges 7 sind gleich weit von der Rotationsachse entfernt. Wie aus Figur 2b ersichtlich ist, ist jeweils eine Rolle 5 pro Tasche 9 radial nach außen durch die Halterungen 14 und radial nach innen durch die Halte- rung 15 in der Tasche 9 gehalten. Dabei ist die Rolle 5 innerhalb eines vor¬ bestimmten Durchhanges dH radial frei in der Tasche 9 beweglich. Die HaI- terungen 14 sind jeweils durch eine zur Tasche 9 weisende Stirnfläche 33 und eine sich der Stirnfläche 33 radial nach innen anschließende Schrägflä¬ che 28 beschrieben (Figur 2c). Die Schrägfläche 28 ist um den Winkel α zu einer Ebene E geneigt, die parallel zur Längsebene des Käfigs verläuft.

Die Halterung 15 weist eine Stirnfläche 33 auf, der sich radial nach innen eine Schrägfläche 29 anschließt. Die Schrägfläche 29 ist um den Winkel ß zu einer Ebene geneigt, die parallel zur Rotationsachse des Käfigs 2 verläuft. An einer gekrümmten und durch den Radius Rκ beschriebenen Fläche 30 geht die Schrägfläche 29, tangential zu dem zylindrischen Außenmantelflä- che 5b der Rolle 5 betrachtet, in die Anlauffläche 22 über. Das tangential engste Stelle, an der sich die Halterungen 14 einer Tasche 9 gegenüberlie¬ gen ist das Schnappmaß S. Der Käfig 2 wird demnach radial von außen mit den Rollen 5 befüllt. Der engste Abstand A zwischen den Halterungen 15 ist kleiner als das Schnappmaß S.

Der außenbordgeführte Käfig 3 nach den Figuren 3 bis 3a weist pro Steg 7 zwei radial nach innen über den Steg 7 und die Seitenränder 6 hervorste¬ hende Halterungen 14 sowie eine tangential in die Tasche hervorstehende Halterung 15 auf. Die Halterungen 14 an dem gemeinsamen Steg 7 sind axial, also in Längsrichtung der Rotationsachse, zueinander beabstandet und sind beide gleich weit von der Taschenmitte M entfernt. Der axiale Ab¬ stand V zwischen den Halterungen 14 entspricht an der engsten Stelle we¬ nigstens zwei Fünfteln bis zu einem Viertel der axial gleichgerichteten Länge der jeweiligen Rolle in der Tasche. Die Halterung 15 verläuft längs zwischen den Eckflächen 23a. Die radial nach außen gerichteten Mantelflächen 31 an den Seitenrändern und die radiale Oberkante bzw. Mantelfläche 32 zur ra¬ dialen Begrenzung des Steges 7 sind gleich weit von der Rotationsachse entfernt.

Die radial innen liegenden Halterungen 14 sind jeweils durch eine zur Ta¬ sche 10 weisende Stirnfläche 33 und eine sich der Stirnfläche 33 radial nach innen anschließende Schrägfläche 28 beschrieben (Figur 3a). Die Schrägflä¬ che 28 ist um den Winkel α zu einer Ebene geneigt, die parallel zur Längs¬ ebene des Käfigs 5 verläuft.

Die Halterung 15 weist eine Stirnfläche 33 auf, der sich radial nach innen eine Schrägfläche 29 anschließt. Die Schrägfläche 29 ist um den Winkel ß zu einer Ebene E geneigt, die parallel zur Rotationsachse des Käfigs 5 ver¬ läuft. An einer gekrümmten und durch den Radius Rκ beschriebenen Fläche 30 geht die Schrägfläche 29, tangential zu dem zylindrischen Außenmantel¬ fläche 5b der Rolle 5 betrachtet, in die Anlauffläche 22 über. Der Radius Rκ ist größer als die Hälfte des Nenndurchmessers DN der Rolle 5. Das tangen¬ tial engste Stelle, an der sich die Halterungen 14 einer Tasche gegenüber¬ liegen ist das Schnappmaß S. Das Schnappmaß S ist wenigstens Tausends¬ tel eines Millimeters kleiner als das Kleinstmaß des Durchmessers der Rolle 5 an der engsten Stelle zwischen den Halterungen 14. Der Käfig 2 wird demnach radial von innen mit den Rollen befüllt. Der engste Abstand A zwi¬ schen den Halterungen 15 ist kleiner als das Schnappmaß S und entspricht dem 0,92-fachen bis 0,96-fachen des Nenndurchmessers DN der Rolle 5 in der Tasche 10.

Beim Käfig 4 nach Figur 4 weisen die beiden Halterungen 15 pro Steg die Stirnfläche 33 auf, der sich eine durch den Radius Rx beschriebene ge¬ krümmte Fläche 35 anschließt. Die Fläche 35 geht in die Anlauffläche 22 über.

Von den jeweiligen Halterungen 14, 15 an den Stegen 7 der Käfige 1 , 2, 3 weisen zumindest die einander an einer Tasche 8, 9, 10, 11 gegenüberlie¬ genden Flanken 16 eine profilgefräste Kontur auf. In den Darstellungen nach Figur 5 und 5a ist beschrieben, wie die Halterun¬ gen 14 radial nach innen über die Seitenränder 6 und den Steg 7 hinaus hervorstehen. Die radial nach innen gewandten Mantelflächen 31 , 32 der Seitenränder 6 und der Stege 7 schließen radial auf gleicher Höhe ab. Die an einem Steg 7 voneinander abgewandten und dabei jeweils einer anderen von zwei benachbarten Tasche zugewandten Halterungen 14 sind an einer gemeinsamen Rippe 36 ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten der Taschen 12 erstreckt.

Die Figuren 6 und 6a zeigen die Tasche 13 eines Käfigs, bei dem die erste Halterung 14 (in diesem Fall Innenhalterungen) maximal radial soweit über den Steg 7 hinaus steht, wie wenigstens einer der Seitenränder 6 radial gleichgerichtet mit der ersten Halterung 14 maximal über den Steg 7 hinaus steht. Die Halterungen 14 stehen demnach an diesem Käfig zwar radial nach innen über den Steg 7, jedoch nicht über die Seitenränder 6 hinaus. Die An¬ laufflächen 22 gehen an den zweiten Halterungen 15 (in diesem Fall Außen- halterungen) in eine gekrümmte Fläche 34 über.

Die Seitenränder 6 nach den Figuren 5 und 6 weisen an dem radial über die Stege 7 hinausragenden Teil der Seitenränder 6 jeweils innen und außen eine Fase 37 auf. Diese Fase 37 dient der Reduzierung von Spitzenspan¬ nungen und der Reduzierung des Gewichts der Käfige.

Aus Figur 7, ist ersichtlich, dass die Halterungen 14 radial nach innen über den Steg 7 und über die Seitenränder 6 hinaus stehen und dass der kleinste radialer Abstand 24 der Seitenränder 6 an der radialen Seite der Seitenrän¬ der 6, über die die erste Halterung 14 hinaus steht, zu einer sich den Seiten¬ rändern 6 in radiale Richtung anschließenden Oberfläche einer Laufbahn 38 der Rollen 5 mindestens einem 0,6 fachen bis zu einem 0,9 fachen des Nenndurchmessers DN der Rolle 5 entspricht. Demnach ist der radiale Ab¬ stand der ersten Halterung 14 kleiner als das 0,6 fache bis zu 0,9 fache des Nenndurchmessers DN einer Rolle 5.

Die Erfindung macht es möglich, dass für das Profilfräsen der Taschen 8, 9, 10, 11 an Käfigen 1 , 2, 3, 4 in Lagern unterschiedlicher Abmessungen und somit unterschiedlicher Tragzahlen, jedoch mit Rollen 5 gleichen Nenn¬ durchmessers DN, die gleichen Formfräser eingesetzt werden können, da der Querschnitt der Taschen 8, 9, 10, 11 gleich ist und der Längsschnitt nur von der Nennlänge der Rollen 5 abhängig ist.

Figur 8 zeigt ein Diagramm, in dem Messwerte von Wälzlagern 17, 18, 19 einteiligen Messingmassivkäfigen NU/NUP214 aus einem Lasteinfallversuch WS18 aus hausinternen Versuchen gegenübergestellt sind. Die Versuchs- bedingen waren dabei:

- radiale Last von 12kN bei

einer Drehzahl von 4800 U/min

und mit einem Öldurchlauf bei einem Volumenstrom von 0,3 l/min

mit einem vorhergehenden Einlauf bei einer Drehzahl von 1400 U/min über 24 Stunden.

Die Messergebnisse waren die Übertemperaturen T am Außenring der jewei- ligen Lager 17, 18, 19. Geprüft wurden:

ein Lager mit einem Käfig 17 des Standes der Technik mit einem ge¬ krümmten Anlauf

- ein Lager mit erfindungsgemäßem Käfig 18, bei dem die Rollen an einer planen Anlauffläche der Flanken der Stege anlaufen - bei dem jedoch noch alle Halterungen nicht radial über den Steg hinaus ste- hen und

ein Lager mit erfindungsgemäßem Käfig 19, bei dem die Rollen an einer planen Anlauffläche der Flanken der Stege anlaufen und bei dem jeweils ein Paar der Halterungen an einem Steg radial über den Steg und über die Seitenränder hinausragt.

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, liegen sowohl die statistischen Mittel- werte 39 als auch die Höchstwerte 40 der Temperaturen für das Lager 17 über den Werten der Lager 18 und 19. Das Lager 18 weist gegenüber dem Lager 17 nach Stand der Technik schon ein verbessertes Temperaturverhal¬ ten hinsichtlich sowohl der statistischen Mittelwerte 39 als auch hinsichtlich der Höchstwerte 40 auf. Die Temperaturen am Lager 19 sind vorteilhaft deutlich niedriger. Bezugszeichen

1 Käfig 21 Formfraser 1 a Rotationsachse 22 Anlauffläche 2 Käfig 23 Taschenecke 3 Käfig 23a Eckfläche 4 Käfig 24 Abstand 5 Rolle 25 Planfläche 5a Mittelachse 26 Teilkreis 5b Außenmantelfläche 27 Kontakt 6 Seitenrand 28 Schrägfläche 7 Steg 29 Schrägfläche 8 Tasche 30 Fläche 9 Tasche 31 Mantelfläche 10 Tasche 32 Mantelfläche 11 Tasche 33 Stirnfläche 12 Tasche 34 Fläche 13 Tasche 35 Fläche 14 Halterung 36 Rippe 15 Halterung 37 Fase 16 Flanke 38 Laufbahn 17 Wälzlager 39 Mittelwert 18 Wälzlager 40 Höchstwert 19 Wälzlager 41 Schmierkeil 20 Innenflanke