Bezeichnung der Erfindung

Wälzlager, insbesondere Rollenlager

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft an ein- oder mehrreihigen Zylinder-, Kegel-, Tonnen- oder Pendelrollenlagern realisierbar, deren Wälzkörper in einem Bolzenkäfig gehalten werden.

Hintergrund der Erfindung

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. 6 920 779 ist ein als einreihiges Radial-Zylinderrollenlager ausgebildetes, gattungsbildendes Rollenlager bekannt, das im Wesentlichen aus einem inneren Lagerring und einem konzentrisch zu diesem angeordneten äußeren Lagerring, einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen abrollender und mit einer axialen Durchgangsbohrung ausgebildeter rollenförmiger Wälzkörper sowie aus zumindest einem die Wälzkörper in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen haltenden La-

gerkäfig besteht. Der Lagerkäfig ist dabei als so genannter Bolzenkäfig ausgebildet, der durch zwei an den Stirnseiten der Wälzkörper angeordnete Seitenringe und durch eine Vielzahl durch die Durchgangsbohrungen der Wälzkörper hindurch geführter sowie stirnseitig mit beiden Seiteringen verbunde- ner Bolzen gebildet wird. Mit einem solchen Bolzenkäfig werden im Vergleich zu mit Wälzkörpertaschen versehenen Lagerkäfigen die Wälzkörper exakter geführt sowie die axialen Stege zwischen den Wälzkörpern vermieden, so dass der umfangsseitige Abstand der Wälzkörper zueinander verringert werden kann und bei sonst gleichen Lagerabmessungen insgesamt mehr Wälz- körper über den Umfang verteilt angeordnet werden können und damit die Tragkraft des Rollenlagers erhöht werden kann. Zur Vermeidung von Reibung zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen sowie zwischen den Wälzkörpern und den Bolzen des Lagerkäfigs ist darüber hinaus das freie Volumen zwischen den Lagerringen mit einem Schmierstoff befüllt, der durch Kapillarwirkung auch in die Durchgangsbohrungen zum Gleitkontakt der Wälzkörper mit den Bolzen eindringen soll.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass die angestrebte Kapillarwirkung des Schmierstoffes in die Durchgangsbohrungen der Wälzkörper ins- besondere bei Rollenlagern größerer Bauart bzw. bei langer Axialerstreckung der Durchgangsbohrungen nicht oder nur mangelhaft eintritt, so dass die zwischen den Bolzen des Lagerkäfigs und den Durchgangsbohrungen der Wälzkörper auftretende Gleitreibung nur mangelhaft oder gar nicht durch den Schmierstoff im Lager verringert werden konnte. Bei längerer Betriebs- dauer kam es durch die aus dieser Mangelschmierung resultierende Reibungswärme dann zum überschreiten der zulässigen Betriebstemperatur des Rollenlagers, so dass der damit einhergehende erhöhte Verschleiß am Gleitkontakt der Wälzkörper mit den Bolzen letztendlich zum vorzeitigen Ausfall des Rollenlagers führte.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde es deshalb durch die DE 35 28 138 A1 vorgeschlagen, die Bolzen des Lagerkäfigs mit einer axial verlaufenden, zentrischen Schmierbohrung auszubilden, die mindestens eine in die Durchgangsbohrung jedes Wälzkörpers mündende Schmieröffnung aufweist und somit ebenfalls durch Kapillarwirkung einen gezielten Transport des Schmiermittels zum Gleitkontakt der Wälzkörper mit den Bolzen gewährleisten soll.

Auch bei mit dieser Lösung ausgestatten Rollenlagern hat es sich anhand nach wie vor auftretender Verschleißerscheinungen jedoch gezeigt, dass der angestrebte kontinuierliche Schmierstofftransport durch die Schmierbohrungen noch nicht ausreicht, um die zwischen den Bolzen des Lagerkäfigs und den Durchgangsbohrungen der Wälzkörper auftretende Gleitreibung zufrieden stellend verringern zu können. Darüber hinaus hat sich eine solche Lö- sung durch die Vielzahl der einzuarbeitenden Bohrungen in den Bolzen als fertigungstechnisch sehr aufwändig erwiesen, so dass die Herstellungskosten solcher Rollenlager sich in nachteiliger Weise unproportional erhöhen.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager, insbesondere Rollenlager, zu konzipieren, bei dem die zwischen den Bolzen des Lagerkäfigs und den Durchgangsbohrungen der Wälzkörper auftretende Gleitreibung in kostengünstiger Weise zuverlässig durch den im Lager befindlichen Schmierstoff verringert und somit die Lebensdauer des Wälzlagers erheblich verlängert werden kann.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Bolzen des Lagerkäfigs an ihren Mantelflächen eine gewindegangartige Profilierung aufweisen, mit welcher der zwischen den Lagerringen angeordnete Schmierstoff in die axialen Durchgangsbohrungen der Wälzkörper hinein transportierbar sowie am Gleitkontakt zwischen den Wälzkörpern und den Bolzen gleichmäßig verteilbar ist.

Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es durch eine gewindegangartige Profilierung an den Mantelflächen der Bolzen in einfacher Weise möglich ist, unter Ausnutzung des Prinzips der archimedischen Schraube den Gleitkontakt zwischen den Bolzen des Lagerkäfigs und den Durchgangsbohrungen der Wälzkörper kontinuierlich mit dem zur Vermeidung von Reibungswärme erforderlichen Schmierstoff zu versorgen.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlager vorgesehen, dass die gewindegangartige Profilierung an den Mantelflächen der Bolzen durch zumindest eine in die Mantelfläche jedes Bolzens eingearbeitete Schmiernut gebildet wird, die sich mit einer Rechts- oder Links- Steigung von einem Ende zum anderen Ende jedes Bolzens erstreckt. Die Ausbildung der Schmiernut mit einer Rechts- oder Linkssteigung ist für die erwünschte Transportrichtung des Schmierstoffs durch die Durchgangsbohrungen der Wälzkörper ausschlaggebend und richtet sich somit nach der Drehrichtung der Lagerringe bzw. der daraus resultierenden Drehrichtung des Bolzenkäfigs.

Ausgehend davon ist es nach Anspruch 3 eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers, wenn die Bolzen bevorzugt mit zumindest zwei gleichmäßig umfangsverteilt zueinander angeordneten Schmiernuten mit einer Rechtssteigung sowie mit zumindest zwei weiteren ebenfalls gleichmäßig umfangsverteilt zueinander angeordneten Schmiernuten mit einer Linkssteigung ausgebildet sind. Bei einem kreisrunden Querschnitt der Bolzen hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die beiden Schmiernuten mit Rechtssteigung beispielsweise bei 0° und bei 180° beginnend sowie die beiden Schmiernuten mit Linkssteigung bei 90° und bei 270° des Vollkreises von 360° beginnend anzuordnen, wobei sich die gegenläufigen Schmiernuten am Umfang der Bolzen mehrfach kreuzen. Die Ausbildung der Bolzen mit gegenläufigen Schmiernuten gleicher Anzahl dient dabei insbesondere bei reinen Radialrollenlagern mit axial angeordneten Bolzen im Lagekäfig der Vermeidung eines auf die Wälzkörper wirkenden Schraubeffektes, der bei Anordnung einer oder mehreren Schmiernuten nur mit Rechtsteigung oder nur mit Linksteigung auftreten und ein axiales Verschieben der Wälzkörper auf ihren Bolzen in eine Vorzugsrichtung bewirken würde. Bei anderen Lagerarten mit schräg angestellten Bolzen im Lagerkäfig, wie beispielsweise bei Kegeloder Kreuzrollenlagern, kann es jedoch sogar erwünscht und vorteilhaft sein, eine solche Vorzugsrichtung des Schmierstoffes durch die Durchgangsbohrungen der Wälzkörper zu erzeugen, um einen Transport des Schmierstoffes in den Gleitkontakt zwischen den Bolzen und den Durchgangsbohrungen entgegen der Schwerkraft zu bewirken.

Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager darüber hinaus noch dadurch aus, dass sämtliche Schmiernuten durch Warm- oder Kaltwalzen in die Mantelflächen der Bolzen eingearbeitet sind und bevorzugt einen trapezförmigen Profilquerschnitt mit jeweils einer Phase oder Rundung am übergang zur Mantelfläche der Bolzen aufweisen. Das Warm- oder Kaltwalzen der Schmiernuten in den Bolzen hat sich dabei als besonders kostengünstig erwiesen, da die Bolzen des Lagerkäfigs zumeist einseitig mit einem ebenfalls durch Warm- oder Kaltwalzen eingearbeiteten

Gewinde zur Verschraubung in entsprechenden Gewindebohrungen in den Seitenringen ausgebildet werden, so dass das Gewinde und die Schmiernuten zusammen in einem Arbeitsgang ohne wesentliche Zusatzkosten in die Bolzen eingearbeitet werden können. Da der Profilquerschnitt des Gewindes an den Bolzen dabei in aller Regel trapezförmig ist, bietet es sich somit an, auch den Profilquerschnitt der Schmiernuten trapezförmig auszubilden, wobei durch unterschiedliche Walzdrücke auch unterschiedliche Walztiefen zwischen Gewinde und Schmiernuten erzielbar sind. Denkbar sind jedoch auch andere gemeinsame oder einzeln unterschiedliche Profilquerschnitte für das Gewinde und die Schmiernuten in den Bolzen, die auch durch andere gemeinsame oder einzeln unterschiedliche Fertigungsverfahren herstellbar sind. Die Phase oder Rundung am übergang der Schmiernuten zur Mantelfläche der Bolzen, die bevorzugt ebenfalls in einem Arbeitsgang mit den Schmiernuten aber auch durch einen gesonderten Arbeitsgang eingearbeitet wird, ist dagegen deshalb notwendig, damit durch den ansonsten scharfkantigen übergang der Schmierstoff nicht wieder aus den Durchgangsbohrungen in den Wälzkörpern herausgeschabt wird und sich zwischen der Mantelfläche der Bolzen und der Durchgangsbohrung in den Wälzkörpern ein tragfähiger Schmierfilm aufbauen kann.

Als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird es durch Anspruch 5 und 6 des Weiteren vorgeschlagen, dass die Tiefe der Schmiernuten mindestens 10% des Durchmessers der Bolzen entspricht, während die Breite der Schmiernuten so bemessen ist, dass die Gesamtfläche der Schmiernuten maximal 25% der verbleibenden Mantelfläche der Bolzen beträgt. Der Steigungswinkel der Schmiernuten mit Rechtssteigung und der Steigungswinkel der Schmiernuten mit Linkssteigung ist dabei über deren gesamte Länge bevorzugt gleich bleibend und identisch und beträgt abhängig von der Schmierstoffart und dem Schmierstoffbedarf etwa 30° bis 60°. Durch diese Maßnahmen soll erreicht werden, dass einerseits der Traganteil der Mantelfläche groß genug ist, um die auftretenden Kräfte aufzunehmen und andererseits ein kontinuierlicher Schmierstoffdurch-

fluss durch die Durchgangsbohrungen der Wälzkörper erzeugt wird, mit dem eine zuverlässige Versorgung des Gleitkontaktes zwischen den Bolzen und den Wälzkörpern gewährleistet ist. Dabei kann es abweichend von der angegebenen Vorzugsausbildung auch notwendig sein, an bestimmten Ab- schnitten die Breite und/oder den Steigungswinkel einzelner oder aller Schmiernuten örtlich zu variieren, um den Schmierstofftransport zum Gleitkontakt besonders effektiv zu gestalten.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälz- lagers ist es nach den Ansprüchen 7 und 8 schließlich noch, dass die Seitenringe des Lagerkäfigs an ihren zu den Stirnseiten der Wälzkörper weisenden Seitenflächen jeweils eine zu den Bolzen gerichtete umlaufende Phase sowie jeweils zu den Bolzen verlaufende Zuführnuten aufweisen, um die Schmierstoffaufnahme durch die Schmiernuten in den Bolzen zusätzlich zu erleichtern. Da bei Rollenlagern mit Bolzenkäfig die Führung der Rollen in Umfangsrichtung in aller Regel durch seitlich die Laufbahnen der Rollen in den Lagerringen begrenzende Borde erfolgt, ist es somit möglich, die Seitenringe des Lagerkäfigs geringfügig zu den Stirnseiten der Wälzkörper beabstandet anzuordnen und dadurch über den Spalt zwischen den Seiten- ringen und den Wälzkörpern sowie über die zu den Bolzen verlaufenden Zuführnuten die Aufnahme des Schmierstoffs durch die Schmierstoffnuten in den Bolzen des Lagerkäfigs zu realisieren. Die Geometrie der Phasen und der Zuführnuten sollte dabei so ausgeführt werden, dass durch die Rotation des Lagerkäfigs über die Phasen die Schmierstoffaufnahme erfolgt und über die Zuführnuten ein gezielter Schmierstoffstrom zu den Schmiernuten in den Bolzen erzeugt wird.

Zusammenfassend weist das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgleichen Wälzlagern den Vorteil auf, dass es mit einem Bolzenkäfig ausgebildet ist, bei dem durch Anordnung einer kostengünstig zusammen mit einem Einschraubgewinde herstellbaren gewindegangartigen Profilierung an den Man-

telflächen der Bolzen des Käfigs der zwischen den Lagerringen angeordnete Schmierstoff in die axialen Durchgangsbohrungen der Wälzkörper kontinuierlich hinein transportiert sowie am Gleitkontakt zwischen den Wälzkörpern und den Bolzen gleichmäßig verteilt wird. Dadurch wird die zwischen den Bolzen des Käfigs und den Durchgangsbohrungen der Wälzkörper auftretende Gleitreibung zuverlässig durch den im Lager befindlichen Schmierstoff verringert und die Lebensdauer des Wälzlagers erheblich verlängert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ra- dial-Zylinderrollenlagers;

Figur 2 den Querschnitt A - A durch das erfindungsgemäß ausgebilde- te Radial-Zylinderrollenlager gemäß Figur 1 ;

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X des erfindungsgemäß ausgebildeten Radial-Zylinderrollenlagers gemäß Figur 2;

Figur 4 eine vergrößerte Teildarstellung eines Querschnittes durch den Lagerkäfig des erfindungsgemäß ausgebildeten Radial-Zylinderrollenlagers.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Figuren 1 und 2 geht jeweils eine Ansicht eines als einreihiges Radi- al-Zylinderrollenlager ausgebildeten Wälzlagers 1 hervor, welches im Wesent- liehen aus einem inneren Lagerring 2 und einem konzentrisch zu diesem angeordneten äußeren Lagerring 3, einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen 2, 3 abrollender und mit einer axialen Durchgangsbohrung 4 ausgebildeter rollenförmiger Wälzkörper 5 sowie aus zumindest einem die Wälzkörper 5 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen haltenden Lagerkäfig 6 besteht. Der Lagerkäfig 6 ist dabei deutlich sichtbar als Bolzenkäfig ausgebildet, der durch zwei an den Stirnseiten 7, 8 der Wälzkörper 5 angeordnete Seitenringe 9, 10 und durch eine Vielzahl durch die Durchgangsbohrungen 4 der Wälzkörper 5 hindurch geführter sowie stirnseitig mit beiden Seiteringen 9, 10 verbundener Bolzen 11 gebildet wird und dadurch die Anordnung einer maximalen Anzahl von Wälzkörpern 5 zwischen den Lagerringen 2, 3 ermöglicht. Darüber hinaus ist das freie Volumen zwischen den Lagerringen 2, 3 mit einem in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Schmierstoff befüllt, der in bekannter Weise zur Vermeidung von Reibung zwischen den Wälzkörpern 5 und den Lagerringen 2, 3 sowie zwischen den Wälzkörpern 5 und den Bolzen 11 des Lagerkäfigs 6 vorgesehen ist.

Die in Figur 3 gezeigte vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß Figur 2 macht des Weiteren deutlich, dass die Bolzen 11 des Lagerkäfigs 6 an ihren Mantelflächen 12 erfindungsgemäß eine gewindegangartige Profilie- rung aufweisen, mit welcher der zwischen den Lagerringen 2, 3 angeordnete Schmierstoff unter Ausnutzung des Effektes der archimedischen Schraube in die axialen Durchgangsbohrungen 4 der Wälzkörper 5 hinein transportierbar sowie am Gleitkontakt zwischen den Wälzkörpern 5 und den Bolzen 11 gleichmäßig verteilbar ist. Die gewindegangartige Profilierung an den Mantel- flächen 12 der Bolzen 11 wird dabei in konkreter Ausführung durch zwei gleichmäßig umfangsverteilt zueinander angeordnete Schmiernuten 13, 14 mit einer Rechtssteigung sowie durch zwei weitere ebenfalls gleichmäßig um-

fangsverteilt zueinander angeordnete Schmiernuten 17, 18 mit einer Linkssteigung gebildet, die sich von einem Ende 15 zum anderen Ende 16 jedes Bolzens 11 erstrecken und durch ihre Gegenläufigkeit einen auf die Wälzkörper 5 wirkenden Schraubeffekt vermeiden, der bei ausschließlicher Anordnung von Schmiernuten 13, 14 mit Rechtsteigung oder von Schmiernuten 17, 18 mit Linksteigung ein nachteiliges axiales Verschieben der Wälzkörper 5 auf ihren Bolzen 11 in eine Vorzugsrichtung bewirken würde.

Lediglich andeutungsweise ist der Darstellung gemäß Figur 3 auch ent- nehmbar, dass sämtliche Schmiernuten 13, 14; 17, 18 einen trapezförmigen Profilquerschnitt aufweisen und zusammen mit einem zur Verschraubung der Bolzen 11 im Seitenring 13 des Lagerkäfigs 6 vorgesehenen, nicht näher dargestellten Gewinde am Ende 15 der Bolzen 11 durch Warm- oder Kaltwalzen in die Mantelflächen 12 der Bolzen 11 eingearbeitet sind. Der über- gang der Schmiernuten 13, 14; 17, 18 zur Mantelfläche 12 der Bolzen 11 ist dabei jeweils als ebenfalls nur angedeutete Rundung 19, 20 ausgebildet, damit sich zwischen der Mantelfläche 12 der Bolzen 11 und der Wandung der Durchgangsbohrung 4 in den Wälzkörpern 5 ein tragfähiger Schmierfilm aufbauen kann.

Darüber hinaus geht aus Figur 3 andeutungsweise hervor, dass die Tiefe der Schmiernuten 13, 14; 17, 18 etwa 10% des Durchmessers der Bolzen 11 entspricht, während die Breite der Schmiernuten 13, 14; 17, 18 so bemessen ist, dass die Gesamtfläche der Schmiernuten 13, 14; 17, 18 maximal 25% der verbleibenden Mantelfläche 12 der Bolzen 11 beträgt. Ebenso ist aus dieser Zeichnung klar ersichtlich, dass der Steigungswinkel der Schmiernuten 13, 14 mit Rechtssteigung und der Steigungswinkel der Schmiernuten 17, 18 mit Linkssteigung über deren gesamte Länge gleich bleibend und identisch ist und beispielhaft etwa 45° beträgt. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass einerseits der Traganteil der Mantelfläche 12 groß genug ist, um die im Wälzlager 1 auftretenden Kräfte aufzunehmen und dass andererseits ein kontinuierlicher Schmierstoffdurchfluss durch die Durchgangsboh-

rungen 4 der Wälzkörper 5 erzeugt wird, mit dem eine zuverlässige Versorgung des Gleitkontaktes zwischen den Bolzen 11 und den Wälzkörpern 5 gewährleistet ist.

Schließlich ist den Figuren 3 und 4 noch zu entnehmen, dass die Seitenringe 9, 10 des Lagerkäfigs 6 zur Erleichterung der Schmierstoffaufnahme durch die Schmiernuten 13, 14; 17, 18 in den Bolzen 11 an ihren zu den Stirnseiten der Wälzkörper 5 weisenden Seitenflächen jeweils zwei zu den Bolzen 11 gerichtete umlaufende Phasen 21 , 22 und 23, 24 sowie jeweils zu den BoI- zen 11 verlaufende Zuführnuten 25 aufweisen. Die Phasen 21 , 22 und 23, 24 sowie die Zufϋhrnuten 25 sind dabei so ausgeführt, dass durch die Rotation des Lagerkäfigs 6 über die Phasen 21 , 22 und 23, 24 die Schmierstoffaufnahme erfolgt und über die Zuführnuten 25 ein gezielter Schmierstoffstrom zu den Schmiernuten 13, 14; 17, 18 in den Bolzen 11 erzeugt wird.

Bezugszahlenliste

Wälzlager innerer Lagerring äußerer Lagerring

Durchgangsbohrung

Wälzkörper

Lagerkäfig

Stirnseite von 5

Stirnseite von 5

Seitenring von 6

Seitenring von 6

Bolzen

Mantelfläche von 11

Schmiernut

Schmiernut

Ende von 11

Ende von 11

Schmiernut

Schmiernut

Rundung

Rundung

Phase

Phase

Phase

Phase

Zuführnuten