Massivkäfig für ein Rollenlager, insbesondere für ein zweireihiges Pendelrollen¬ lager, sowie Verfahren zur Ermittlung des Bohrwinkels der Käfigtaschen und des Längsradius der Stege eines solchen Massivkäfigs

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Massivkäfig für ein Rollenlager nach den oberbeg¬ riffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Er- mittlung des Bohrwinkels der Käfigtaschen und des Längsradius der Stege eines solchen Massivkäfigs, und sie ist insbesondere vorteilhaft an einem zweireihi¬ gen Pendelrollenlager sowie an allen Lagertypen realisierbar, bei denen die Außen- bzw. die Innenkontur des Käfigquerschnittes nicht parallel zur Wälzkör¬ perlängsachse verläuft.

Hintergrund der Erfindung

Dem Fachmann auf dem Gebiet der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass man bei Käfigbauarten für Wälzlager grundsätzlich zwischen Blechkäfigen und Massivkäfigen aus verschiedenen Materialien unterscheidet. Die üblichen Blechkäfige werden dabei zumeist aus Stahlblech oder auch aus Messingblech gestanzt bzw. gepresst und zeichnen sich gegenüber Massivkäfigen durch ein geringeres Gewicht sowie durch eine leichtere Schmierstoffzuführung in Lager¬ innere aus. Massivkäfige bestehen dagegen zumeist aus Rohlingen aus Mes¬ sing, Stahl, Leichtmetall oder Hartgewebe, die durch Drehen und Fräsen spa¬ nend bearbeitet werden und vor allem für kleine Serien und aus Festigkeits- gründen für große, hochbelastete Wälzlager vorteilhaft sind.

Ein solcher, als Kammkäfig für ein zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildeter Massivkäfig ist beispielsweise aus der DE 200 20 397 U1 vorbekannt. Dieser Massivkäfig besteht aus einem umlaufenden Käfigring, der an jeder seiner bei- den axialen Seitenflächen eine Reihe sich im Wesentlichen in Lagerachsrich¬ tung vom Käfigring wegerstreckende sowie gleichmäßig zueinander beab- standete, massive Stege aufweist. Die gegenüberliegenden Axialflächen zweier benachbarter Stege jeder Reihe sind dabei mit einer der Mantelfläche der Rol¬ len angepassten konkaven Form ausgebildet, so dass zwischen diesen Stegen jeweils eine Käfigtasche gebildet wird, in die eine Rolle des Rollenlagers ein¬ setzbar ist.

Bei einem solchen Massivkäfig für ein Pendelrollenlager ist es jedoch von Nachteil, dass dessen Käfigtaschen zumeist durch einen Formfräser mit einer senkrecht zum jeweiligen Druckwinkel des Lagers angeordneten Längsachse in den Käfigrohling eingearbeitet werden, so dass die Mantelflächen der in die Käfigtaschen eingesetzten Tonnenrollen des Rollenlagers in verschiedenen radialen Querschnittsebenen sowohl zu den äußeren als auch zu den inneren Axialkanten der Stege ihrer Käfigtasche unterschiedliche Radialabstände auf- weisen. Ausgehend von der üblichen Taschenluft zwischen den Tonnenrollen und den Stegen ihrer Käfigtasche kommt es dadurch insbesondere bei Be¬ triebstemperatur des Pendelrollenlagers in Höhe der Rollenquerschnittsebene mit dem kleinsten Radialabstand zu den Käfigtaschenstegen zu einen örtlichen Anlaufen der der Tonnenrollen an den Axialkanten der Stege ihrer Käfigtasche, mit der Folge, dass der erforderliche Schmierfilm zwischen den Rollen und dem Käfig örtlich abreißt und durch die entstehende Reibungswärme die zulässige Betriebstemperatur des Lagers bis hin zum teilweisen Verbrennen des Schmiermittels überschritten wird. Darüber hinaus kommt es durch das Anlau- fen der Tonnenrollen an den Axialkanten der Stege zu einem erhöhten Ver¬ schleiß der Stege der Käfigtaschen, der bis zum Verklemmen der Rollen in ihren Käfigtaschen und letztendlich zum Ausfall des Pendelrollenlagers führen kann. Eine einfache Maßnahme zum Abstellen dieser nachteiligen Wirkungen wäre es zwar, den Durchmesser der Käfigtaschen derart zu vergrößern, dass es auch in Höhe der Rollenquerschnittsebene mit dem kleinsten Radialabstand zu den Käfigtaschenstegen nicht zu einem Anlaufen der der Tonnenrollen an den Axialkanten der Stege ihrer Käfigtasche kommen kann, dies hätte jedoch wiederum zur Folge, dass in anderen Rollenquerschnittsebenen der Radialab- stand zu den Käfigtaschenstegen zu groß für eine optimale Rollenführung in den Käfigtaschen wäre.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Tech¬ nik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Massivkäfig für ein Rollenlager, insbesondere für ein zweireihiges Pendelrollenlager, zu konzi¬ pieren, mit welchem ohne eine Vergrößerung des Durchmessers der Käfigta¬ schen ein Anlaufen der Tonnenrollen an den Axialkanten der Stege ihrer Käfig- taschen bei Betriebstemperatur des Pendelrollenlagers wirksam vermieden wird.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Massivkäfig für ein Rollenlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Längsachse jeder Käfigtasche gegenüber dem Druckwinkel α des Rollenlagers einen derart abweichenden Bohrwinkel ß aufweist, dass die Mantelflächen der in die Käfig¬ taschen eingesetzten Rollen des Rollenlagers in jeder radialen Querschnitts- ebene der Rollen sowohl zu den äußeren als auch zu den inneren Axialkanten der Stege ihrer Käfigtasche einen annähernd konstanten minimierten Radialab¬ stand aufweisen. In zweckmäßiger Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Massivkä¬ figs ist der abweichenden Bohrwinkel ß jeder Käfigtasche dabei grundsätzlich kleiner als der Druckwinkel α des jeweiligen Rollenlagers und weist abhängig von diesem unterschiedliche Werte auf. Dies trifft jedoch nur für den größten Teil aller denkbaren Querschnitte von Massivkäfigen zu, da es bei einer be¬ stimmten Konstellation von Außen- und Innenkontur des Käfigquerschnittes auch möglich ist, dass der abweichende Bohrwinkel ß größer als der Druckwin¬ kel α des jeweiligen Rollenlagers ist. Unabhängig vom jeweiligen Lagertyp und von der Lagergröße ist dieser abweichenden Bohrwinkel ß jedoch durch ein einheitliches Verfahren ermittelbar, bei dem die relative Wärmedehnung der aus einem anderen Werkstoff als der Massivkäfig bestehenden Rollen des Rol¬ lenlagers zum Massivkäfig bei maximalem und minimalem Temperatureinsatz des Rollenlagers berücksichtigt ist. Nähere Ausführungen zu diesem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren, mit dem zugleich der Längsradius der Stege des Massivkäfigs ermittelbar ist, sind dabei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäß ausgebildeten Massivkäfigs ent¬ nehmbar.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Massivkäfig für ein Rollenlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Massivkäfigen den Vor¬ teil auf, dass dieser durch das Einarbeiten der Käfigtaschen in den Käfigrohling mit einem gegenüber dem Druckwinkel α des Rollenlagers kleineren Bohrwin¬ kel ß eine bezüglich der Lagerradialluft und der Betriebstemperatur optimale Geometrie der Käfigtaschen aufweist, durch welche die Rollen des Rollenlagers in jeder radialen Querschnittsebene der Rollen sowohl zu den äußeren als auch zu den inneren Axialkanten der Stege ihrer Käfigtasche einen gleichmäßig klei¬ nen Radialabstand aufweisen. Dadurch wird ohne eine Vergrößerung des Durchmessers der Käfigtaschen ein Anlaufen der Tonnenrollen an den Axial¬ kanten der Stege ihrer Käfigtaschen bei Betriebstemperatur des Pendelrollen- lagers wirksam vermieden und die aus diesem Anlaufen der Tonnenrollen an den Taschenstegen resultierenden Nachteile, wie ein örtliches Abreißen des Schmierfilms zwischen den Rollen und dem Käfig oder ein Verklemmen der Rollen in ihren Käfigtaschen sind ausgeschlossen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Mas¬ sivkäfigs für ein Rollenlager sowie das erwähnte Verfahren zur Ermittlung des Bohrwinkels ß der Käfigtaschen und des Längsradius der Stege eines Massivkä¬ figs wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen nä¬ her erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein vergrößerter Ausschnitt einer perspektivischen Ansicht ei- nes Pendelrollenlagers ohne Außenring mit erfindungsgemäß ausgebildetem Massivkäfig und einer Rolle;

Figur 2/I einen ersten Querschnitt durch eine Käfigtasche des erfin¬ dungsgemäß ausgebildeten Massivkäfigs gemäß der Quer- schnittsebene I in Figur 1 ;

Figur 2/II einen zweiten Querschnitt durch eine Käfigtasche des erfin¬ dungsgemäß ausgebildeten Massivkäfigs gemäß der Quer¬ schnittsebene Il in Figur 1 ;

Figur 2/III einen dritten Querschnitt durch eine Käfigtasche des erfin¬ dungsgemäß ausgebildeten Massivkäfigs gemäß der Quer¬ schnittsebene III in Figur 1 ;

Figur 3 eine Veranschaulichung des Schrittes a) des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens zur Ermittlung des Bohrwinkels ß der Käfigta¬ schen sowie des Längsradius SLR der Stege eines Massivkäfigs;

Figur 4 eine Veranschaulichung der Schritte b) und c) des erfindungs- gemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Bohrwinkels ß der Kä¬ figtaschen sowie des Längsradius SLR der Stege des Massivkä¬ figs;

Figur 5 eine Veranschaulichung der Schritte d) und e) des erfindungs- gemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Bohrwinkels ß der Kä- figtaschen sowie des Längsradius SLR der Stege des Massivkä¬ figs; Figur 6 eine Veranschaulichung des Schrittes f) des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens zur Ermittlung des Bohrwinkels ß der Käfigta- sehen sowie des Längsradius SLR der Stege des Massivkäfigs;

Figur 7 eine Veranschaulichung des Schrittes g) des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens zur Ermittlung des Bohrwinkels ß der Käfigta¬ schen sowie des Längsradius SLR der Stege des Massivkäfigs;

Figur 8 eine Veranschaulichung der Schritte I) und m) des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Bohrwinkels ß der Kä¬ figtaschen sowie des Längsradius SLR der Stege des Massivkä¬ figs;

Figur 9 eine verkleinerte Gesamtansicht des erfindungsgemäß ausge¬ bildeten Massivkäfigs;

Figur 10 eine vergrößerte Darstellung des Längsschnittes A - A gemäß Figur 9 durch eine Käfigtasche des erfindungsgemäß ausgebil¬ deten Massivkäfigs.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Figur 1 geht deutlich ein als zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildetes Rollenlager 1 hervor, welches im Wesentlichen aus einem nicht dargestellten äußeren Lagerring und einem nicht näher bezeichneten inneren Lagerring so¬ wie aus einer Anzahl zwischen den Lagerringen in zwei Reihen nebeneinander auf deren Laufbahnen abrollenden Rollen 11 besteht, die durch einen als Kammkäfig ausgebildeten Massivkäfig 2 in gleichmäßigen Abständen zueinan¬ der gehaltenen werden. Deutlich sichtbar besteht dieser Massivkäfig 2 dabei aus einem umlaufenden massiven Käfigring 3, der an jeder seiner beiden axia¬ len Seitenflächen 4, 5 eine Reihe 6, 7 sich im Wesentlichen in Lagerachsrich¬ tung vom Käfigring 3 wegerstreckende sowie gleichmäßig zueinander beab- standete, massive Stege 8 aufweist. Die gegenüberliegenden Axialflächen 9, 10 zweier benachbarter Stege 8 jeder Reihe 6, 7 sind darüber hinaus mit einer der Mantelfläche 12 der Rollen 11 des Rollenlagers 1 angepassten konkaven Form ausgebildet, so dass zwischen diesen Stegen 8 jeweils eine Käfigtasche 13 gebildet wird, in die eine Rolle 11 des Rollenlagers 1 einsetzbar ist.

Des Weiteren ist in Figur 1 dargestellt, dass zur Vermeidung des Anlaufens der Rollen 11 an den Axialkanten 15, 16, 17, 18 der Stege 8 ihrer Käfigtaschen 13 bei Betriebstemperatur des Rollenlagers 1 die Längsachse 14 jeder Käfigta- sehe 13 gegenüber dem Druckwinkel α des Rollenlagers 1 einen abweichenden Bohrwinkel ß aufweist. Dadurch wird erreicht, dass die Mantelflächen 12 der in die Käfigtaschen 13 eingesetzten Rollen 11 des Rollenlagers 1 , wie in den Fi¬ guren 2/I, 2/II und 2/III gezeigt wird, in jeder der in Figur 1 angedeuteten radia¬ len Querschnittsebenen I bis III der Rollen 11 sowohl zu den äußeren als auch zu den inneren Axialkanten 15, 16, 17, 18 der Stege 8 ihrer Käfigtasche 13 einen annähernd konstanten minimierten Radialabstand va bzw. Vj aufweisen, durch den ein Anlaufen der Rollen 11 an den Axialkanten 15, 16, 17, 18 der Stege 8 nicht mehr möglich ist. Der abweichenden Bohrwinkel ß jeder Käfigta¬ sche 13 ist dabei kleiner als der Druckwinkel α des Rollenlagers 1 und weist bei unterschiedlichen Lagergrößen abhängig von diesem unterschiedliche Werte auf. Unabhängig vom jeweiligen Lagertyp und von der Lagergröße ist dieser abweichenden Bohrwinkel ß jedoch durch ein in den Figuren 3 bis 10 veran¬ schaulichtes, einheitliches Verfahren ermittelbar, bei dem die relative Wärme¬ dehnung der aus einem anderen Werkstoff als der Massivkäfig 2 bestehenden Rollen 11 des Rollenlagers 1 zum Massivkäfig 2 bei maximalem und minima¬ lem Temperatureinsatz des Rollenlagers 1 berücksichtigt ist.

Bei diesem Verfahren erfolgt in einem ersten, in Figur 3 dargestellten Schritt zunächst das Festlegen einer ersten Querschnittsebene I durch den Mittelpunkt MR einer Rolle 11 des Rollenlagers 1 und anschließend die Anordnung des Mittelpunktes MDI des entsprechenden Rollendurchmessers DRi auf dem Schnittpunkt zwischen der senkrechten Rollenachse X und dem Teilkreis¬ durchmesser T des Käfigrings 3. Als zweiter Schritt erfolgt danach das in Figur 4 angedeutete Verschieben des Rollendurchmessers DR1 auf der senkrechten Rollenachse X aus der Teilkreis¬ lage nach außen um den Betrag vamax der Taschenluft sowie die Markierung eines Kontaktpunktes A des Rollendurchmessers Dm am Schnittpunkt zum Außendurchmesser D3 des Käfigrings 3. Dieser Kontaktpunkt A wird dann als dritter, ebenfalls in Figur 4 dargestellter Schritt nach außen entlang der verlän¬ gerten Verbindungslinie Vi zwischen diesem und dem Mittelpunkt M des Käfig¬ rings 3 um einen Betrag vtmjn verschoben, der der relativen Wärmedehnung von Rolle 11 und Massivkäfig 2 bei minimalem Temperatureinsatz des Rollenlagers 1 entspricht.

In gleicher Weise erfolgt danach in einem vierten und fünften Schritt der erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens das in Figur 5 veranschaulichte Verschieben des Rollendurchmessers DR1 auf der senkrechten Rollenachse X aus der Teilkreis¬ lage nach innen um den Betrag vimax der Taschenluft sowie die Markierung ei¬ nes Kontaktpunktes B des Rollendurchmessers DRi am Schnittpunkt zum In¬ nendurchmesser Dj des Käfigrings 3 und das Verschieben dieses Kontaktpunk¬ tes B nach innen entlang der Verbindungslinie V2 zwischen diesem und dem Mittelpunkt M des Käfigrings 3 um einen Betrag vtmax, der der relativen Wärme¬ dehnung von Rolle 11 und Massivkäfig 2 bei maximalem Temperatureinsatz des Rollenlagers 1 entspricht.

In Figur 6 ist dann dargestellt, dass als sechster Schritt das Verbinden der ver- schobenen Kontaktpunkte A und B mit einer Geraden Gi und die Bildung einer Mittelsenkrechten Li auf dieser Geraden Gi erfolgt, welche die senkrechte Rol¬ lenachse X in einem Punkt schneidet, der den Mittelpunkt Mn des Taschen¬ durchmessers Dti sowie den Radius des Taschenteilkreises TT1 in der ersten Querschnittsebene I ergibt.

Anschließend wird als siebter Schritt, wie in Figur 7 zu sehen ist, ein Kreis um den Mittelpunkt Mn mit einem Radius gezogen, der dem Abstand des Mittel¬ punktes Mt1 zu den verschobenen Kontaktpunkten A oder B entspricht, so dass sich als Ergebnis der Taschendurchmessers Du in der ersten Querschnittsebe¬ ne I durch die Rolle 11 des Rollenlagers 1 ergibt.

Danach erfolgt als zusammengefasste Schritte 8 und 9 des erfindungsgemä- ßen Verfahrens das Festlegen einer beliebigen zweiten und dritten Quer¬ schnittsebene Il und IM durch die Rolle 11 des Rollenlagers 1 innerhalb der Käfigtasche 13 sowie die Anordnung der Mittelpunkte MD2 und MD3 der ent¬ sprechenden Rollendurchmesser DR2 und DR3 auf dem Schnittpunkt zwischen senkrechter Rollenachse X und Teilkreisdurchmesser T des Käfigrings 3 mit anschließender zweifacher Wiederholung der Schritte 1 bis 7 für die zweite und dritte Querschnittsebene Il und IM, durch welche sich die Taschenmittelpunkte Mt2 und Mt3, die Taschendurchmessers Dt2 und Dt3 sowie die Radien der Ta¬ schenteilkreise TT2 und TT3 in der zweiten und dritten Querschnittsebene Il und IM durch die Rolle 11 des Rollenlagers 1 ergeben.

In einem in Figur 8 dargestellten zehnten Schritt werden dann die ermittelten Taschenmittelpunkte Mti bis Mt3 und die ermittelten Taschendurchmesser Dn bis Dt3 in eine maßstabsgerechte Schnittansicht durch die Käfigtasche 13 über¬ tragen, wobei die ermittelten Radien der Taschenteilkreise TT1 bis TT3 in jeder Querschnittsebene I bis IM den jeweiligen Bezugspunkt bilden. Durch die eben¬ falls in Figur 8 gezeigte Verbindung aller Taschenmittelpunkte Mn bis Mt3 mit einer Geraden G2 und die abschließende Vermessung des Winkels zwischen der durch die Verbindung entstandenen Geraden G2 und der Längsachse Lκ des Käfigrings 3 ergibt sich dann schließlich der Bohrwinkel ß der Käfigtaschen 13 des erfindungsgemäß ausgebildeten Massivkäfigs 2.

Zur weiteren Ermittlung des Längsradius SLR der Stege 8 jeder Käfigtasche 13 werden die ermittelten Taschendurchmesser Dti und Dt2 sowie Dt2 und Dt3 da¬ nach in einem elften, ebenfalls in Figur 8 angedeuteten Schritt zusätzlich noch mit jeweils einer Geraden G3 und G4 miteinander verbunden, auf denen die sich im Mittelpunkt MLR des Längsradius SLR der Stege 8 schneidenden jeweiligen Mittelsenkrechten L2 und L3 gebildet werden. Abschließend wird dann ein Kreis um den Mittelpunkt MLR mit einem Radius gezogen, der dem Abstand des Mit- telpunktes MLR ZU einem der Taschendurchmesser Dn bis D13 entspricht, und diese Radius um 90°um die waagerechte Rollenachse Y verschwenkt, so dass sich im Ergebnis der in den Figuren 9 und 10 zur besseren Veranschaulichung nochmals einzeln dargestellte Längsradius SLR der Stege 8 jeder Käfigtasche 13 ergibt. Bezugszahlenliste

1 Rollenlager MD2 Mittelpunkt von DR2 2 Massivkäfig 35 MD3 Mittelpunkt von DR3 3 Käfigring X senkrechte Rollenachse 4 Seitenfläche Y waagerechte Rollenachse 5 Seitenfläche T Teilkreisdurchmesser von 3 6 Reihe vamax maximale Taschenluft außen 7 Reihe 40 Vimax maximale Taschenluft innen 8 Stege A Kontaktpunkt 9 Axialfläche B Kontaktpunkt 10 Axialfläche Da Außendurchmesser von 3 11 Rollen Di Innendurchmesser von 3 12 Mantelfläche 45 Vi erste Verbindungslinie 13 Käfigtasche V2 zweite Verbindungslinie 14 Längsachse M Mittelpunkt von 3 15 äußere Axialkante Vtmax relative Wärmedehnung bei ma 16 äußere Axialkante ximaler Betriebstemperatur 17 innere Axialkante 50 Vtmin relative Wärmedehnung bei mi 18 innere Axialkante nimaler Betriebstemperatur I erste Querschnittsebene Gi erste Gerade Il zweite Querschnittsebene G2 zweite Gerade IM dritte Querschnittsebene G3 dritte Gerade α Druckwinkel von 1 55 G4 vierte Gerade ß Bohrwinkel von 13 D11 Taschendurchmesser in I

Va Radialbstand zu 15, 16 Dt2 Taschendurchmesser in Il

Vi Radialabstand zu 17, 18 D13 Taschendurchmesser in IM

SLR Längsradius von 8 M11 Mittelpunkt von Dti MR Mittelpunkt von 11 60 M,2 Mittelpunkt von Dt2 Dm Rollendurchmesser in I M13 Mittelpunkt von Dt3 DR2 Rollendurchmesser in Il TT1 Taschenteilkreisradius in I DR3 Rollendurchmesser in III TT2 Taschenteilkreisradius in Il MDI Mittelpunkt von DR1 TT3 Taschenteilkreisradius in IM FAG 1504-HZA 12 Li Mittelsenkrechte auf Gi L2 Mittelsenkrechte auf G2 L3 Mittelsenkrechte auf G3 MLR Mittelpunkt des Längsradius von 8