DE10103168A1 - Rollenlager - Google Patents

Abstract

Ein Rollenlager, insbesondere ein Nadellager, weist einen Käfig (1) auf, der profilierte Stege (8) besitzt, die mehrere in unterschiedlichen Abständen von der Lagerachse (3) verlaufende Abschnitte (10, 11, 12, 13, 14) aufweisen. In erfindungsgemäßer Weise sind die im Anschluss an die Seitenringe (6, 7) des Käfigs (1) verlaufenden Abschnitte (10, 11) der Stege (8) wenigstens über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung gegenüber den Seitenringen (6, 7) in radialer Richtung nach innen zurückgesetzt, so dass sie unter Berücksichtigung ihrer elastischen Verformung auch bei hoher Drehzahl des Rollenlagers nicht an der Außenlaufbahn (4) anlaufen. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Käfigs wird dieser nur im rechts- und linksseitigen stabilen Bereich der Seitenringe (6, 7) abgestützt, so dass die Ausbildung des Schmierfilms nicht behindert ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Rollenlager, insbesondere Nadellager, dessen in ei­ nem Käfig gehaltene zylindrische Wälzkörper auf einer Außenlaufbahn und einer Innenlaufbahn abwälzen, wobei Seitenringe des auf der Außenlaufbahn geführten Käfigs durch Taschen bildende Stege miteinander verbunden und diese derart profiliert sind, dass sie mehrere in unterschiedlichen Abständen von der Käfigachse verlaufende Abschnitte aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Rollenlager sind schon seit längerer Zeit vorbekannt. So ist bei­ spielsweise in der DE 19 41 894 U1 ein gattungsgemäßes Rollenlager be­ schrieben, dessen Käfig aus zwei Seitenringen besteht, die durch gleichmäßig voneinander beabstandete Stege miteinander verbunden sind, so dass Zylin­ derrollen aufnehmende Taschen gebildet sind. Die Stege sind derart profiliert, dass sie mehrere in unterschiedlichen Abständen von der Käfigachse verlau­ fende Abschnitte aufweisen. Im Anschluss an die Seitenringe weisen die Stege zunächst rechts- und linksseitig einen Abschnitt auf, die den gleichen Durch­ messer wie die Seitenringe besitzen. Dieser Stegabschnitt liegt außerhalb des Teilkreises. Über zwei sich anschließende schräg nach innen verlaufende Zwi­ schenabschnitte werden diese Stegabschnitte in einem Mittelabschnitt zusam­ mengeführt, der innerhalb des Teilkreises liegt.

Wird ein solcher Käfig radial durch die Außenlaufbahn geführt, d. h. weist er einen Käfigaußendurchmesser auf, der fast so groß wie der Durchmesser der Außenlaufbahn ist, liegt er zumindest teilweise an der Außenlaufbahn an. Ein Nachteil dabei ist, dass durch den Kontakt von Käfig und Außenlaufbahn über einen großen Teil der Lagerbreite der Ölfilm abgerissen wird. Dies ist beson­ ders dann von Nachteil, wenn ein solcher Käfig bei hohen Umdrehungen star­ ken Flieh- und Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, wie sie beispielsweise in Kurbelzapfenlagerungen auftreten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Käfig für ein gattungs­ gemäßes Rollenlager so zu verbessern, dass insbesondere bei hochtourigen Drehzahlen der Schmierfilm nicht abgerissen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die im Anschluss an die Seitenringe verlau­ fenden Abschnitte der Stege wenigstens über einen Teil ihrer axialen Ausdeh­ nung gegenüber den Seitenringen in radialer Richtung derart nach innen zu­ rückgesetzt sind, dass sie unter Berücksichtigung ihrer elastischen Verformung auch beim hoher Drehzahl des Rollenlagers nicht an der Außenlaufbahn an­ laufen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ab­ schnitte der Stege nahezu über ihre gesamte axiale Ausdehnung zurückgesetzt sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei hohen auf die Stege des Käfigs wirkenden Zentrifugal- und Beschleunigungskräften die Abstützung des Käfigs an der Außenlaufbahn nur im stabilen Bereich, d. h. im Bereich der Seitenringe realisiert ist. Ein Anliegen von Stegbereichen, die zwischen den beiden Seitenringen liegen, ist somit verhindert. Dabei ist von Vorteil, dass der Ölfilm über die gesamte Breite der Wälzkörper nicht abgerissen wird bzw. die Laufbahn nicht durch anliegende Stegteile beschädigt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass der radiale Versatz der Abschnitte über seine gesamte axiale Ausdehnung einen gleichen Durchmesser aufweist. Diese weisen dann einen achsparallelen Verlauf auf. Aus Anspruch 3 geht her­ vor, dass der radiale Versatz der Abschnitte in axialer Richtung von außen nach innen einen abnehmenden Durchmesser aufweist. In diesem Fall nehmen die Abschnitte einen leicht nach innen abfallenden Verlauf.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Käfigs ist in Anspruch 4 beschrie­ ben. Danach sind die Seitenringe des Käfigs mit einem radial nach innenwei­ senden Flansch versehen. Auf diese Weise wird dessen Stabilität wesentlich verbessert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 soll der Käfig mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Phosphatschicht, einer Kupfer- oder einer Silberschicht, versehen sein.

Schließlich geht aus Anspruch 6 hervor, dass das Rollenlager als ein Kurbel­ zapfen- oder als ein Planetenradlager ausgebildet sein soll.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Nadelkäfigs nach dem bisherigen Stand der Technik,

Fig. 2 eine Seitenansicht auf ein Rollenlager mit außen­ geführtem Käfig,

Fig. 3 und 4 einen teilweisen Längsschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Käfig und

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Kurbelzapfenlagers, teil­ weise geschnitten.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Das in Fig. 2 mit der Lagerachse 3 gezeigte Rollenlager besteht aus dem Käfig 1, in dem zylindrische Wälzkörper 2 angeordnet sind, die auf der Au­ ßenlaufbahn 4 und der Innenlaufbahn 5 abrollen. Wie Fig. 2 weiter zeigt, weist der Käfig 1 einen Durchmesser auf, der nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der Außenlaufbahn 4 ist, d. h. der Käfig 1 läuft bei Rotation des Lagers zumindest teilweise an der Außenlaufbahn 4 an und ist somit durch diese geführt.

Wie die Fig. 1 zeigt, besteht der Käfig 1 nach dem bisherigen Stand der Technik aus zwei in axialer Richtung voneinander beabstandeten, mit radial nach innen gerichteten Flanschen 15, 16 versehenen Seitenringen 6 und 7, die durch eine Anzahl gleichmäßig um den Umfang verteilte profilierte Stege 8 miteinander verbunden sind, so dass die Wälzkörper 2 aufnehmende Taschen 9 gebildet sind. Diese Taschen 9 werden einerseits durch die Stege 8 und an­ dererseits durch die Seitenringe 6 und 7 begrenzt. Die Stege 8 sind in Richtung der Lagerachse 3 durchgekröpft und bestehen aus zwei an die Seitenringe 6, 7 sich anschließende Abschnitte 10, 11, die außerhalb des Teilkreises verlaufen und den gleichen Durchmesser wie die Seitenringe 6, 7 aufweisen. Diese Ab­ schnitte 10, 11 gehen in einen schräg zur Käfigachse 3 geneigten Abschnitt 12, 13 über, die sich wiederum zu einem parallel zur Käfigachse 3 verlaufenden und innerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitt 14 vereinen. Es liegt auf der Hand, dass ein solcher Käfig 1 die Ausbildung des Schmierfilms über einen weiteren Lagerbereich verhindert, da er mit der Mantelfläche von Seitenring 6 und sich anschließendem Stegabschnitt 10 sowie der Mantelfläche von Seiten­ ring 7 und sich anschließendem Stegabschnitt 11 an der Außenlaufbahn 4 anliegt. Nur im Mittelbereich des Käfigs 1, der von den nicht an der Außenlauf­ bahn 4 anliegenden Abschnitten 12, 13, 14 gebildet ist, ist die Ausbildung des Schmiermittelfilms nicht behindert.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsvarianten der erfindungsgemä­ ßen Ausgestaltung des Käfigs 1 dargestellt. So ist Fig. 3 entnehmbar, dass die Abschnitte 10, 11 des Steges 8 durch eine Stufe 17 in Richtung der Lager­ achse 3 zurückgesetzt sind. In diesem Fall verlaufen die Abschnitte 10, 11 achsparallel, bevor sie durch die beiden schrägverlaufenden Abschnitte 12, 13 zum ebenfalls achsparallel verlaufenden Abschnitt 14 vereint werden.

Nach Fig. 4 fallen die Stegabschnitte 10, 11 in Richtung Käfiginneres unter einem Winkel α ab, der einerseits von den beiden Abschnitten 10, 11 und an­ dererseits von einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Seiten­ ringen 6, 7 gebildet ist. In diesem Falle verlaufen die Abschnitte 10, 11 nicht achsparallel. Genau wie in Fig. 3 werden die Abschnitte 10, 11 von den noch stärker abfallenden Abschnitten 12, 13 fortgesetzt, die sich wiederum zum achsparallel verlaufenden Abschnitt 14 vereinen. In Abhängigkeit von den Be­ triebsbedingungen des Lagers (z. B. Umdrehungszahl, Geschwindigkeit, Tem­ peratur, Belastung) und dem verwendeten Käfigwerkstoff (Elastizitätsmodul) ist dieser so zu gestalten, dass er nur im elastischen Bereich reversibel aufge­ weitet wird, wobei die Anlage der Käfigabschnitte 10, 11 an die Außenlauf­ bahn 4 unter allen Umständen zu vermeiden ist.

Wie die beiden letztgenannten Figuren weiter erkennen lassen, ist der Käfig 1 so zu gestalten, dass unter allen Umständen eine Verformung im plastischen Bereich vermieden wird. Im Falle einer plastischen Verformung würde durch Einwirkung der Flieh- und Beschleunigungskräfte auf den achsparallel verlau­ fenden Abschnitt 14 des Steges 8 der Käfig 1 irreversibel aufgeweitet. Dies würde bedeuten, dass nach Fig. 3 die beiden Punkte 18, 19 des Steges 8 an die Außenlaufbahn 4 zur Anlage kommen und im Extremfall Partikel aus dieser herausreißen würden. Plastische irreversible Aufweitung von Käfig 1 bedeutet nach Fig. 4, dass die beiden Abschnitte 10, 11 in ihrer Gesamtheit zur Anlage an die Außenlaufbahn 4 kommen und so den Ölfilm unterbrechen.

Fig. 5 zeigt schließlich einen Teillängsschnitt durch ein Kurbelzapfenlager, wobei auf dem Bolzen 20 des Kurbelzapfens 21 der Kurbelwelle 22 über ein erfindungsgemäßes Nadellager das Pleuel 23 gelagert ist. Die äußere Lauf­ bahn 4 der im Käfig 1 geführten Nadelrollen 2 wird durch das Pleuelauge ge­ bildet, während die innere Laufbahn 5 die Mantelfläche des Bolzens 20 ist. Im Lager selbst wirken folgende Kräfte:

• - die Flieh- und Beschleunigungskräfte der Nadelrollen 2 auf die Käfigstege 8
• - die Flieh- und Beschleunigungskräfte des Käfigs 1 auf die Nadel­ rollen 2
• - die Verformungskräfte aus der Masse des Käfigs 1
• - die Verformungskräfte des Pleuels 23 auf die Nadelrollen 2.

Schon diese Aufzählung lässt erkennen, dass hohe Kräfte in bzw. von diesem Lager aufgenommen werden müssen. Dies hat insbesondere zur Folge, dass an den Lagerkäfig 1 höchste Anforderungen zu stellen sind, wobei ein geringes Käfiggewicht, eine hohe Dauerfestigkeit, eine hohe Verschleißfestigkeit, eine geringe Reibung und eine hohe Tragzahl bei kleinstem Bauraum verlangt wer­ den. Um diese Forderungen zu erfüllen, trägt der erfindungsgemäß gestaltete Lagerkäfig 1 insbesondere hinsichtlich einer verringerten Reibung durch eine verbesserte Schmierfilmausbildung bei.

Der Käfig 1 gemäß Ausführungsbeispiel ist aus dem Vergütungswerkstoff 25CrMo4 hergestellt und auf eine Mindestfestigkeit von 1300 N/mm² vergütet. Die Käfigoberfläche ist phosphatiert. Aber auch verkupferte oder versilberte Ausführungen zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften, insbesondere bei hohen Beschleunigungen, sind üblich. Die Nadelrollen 2 sind aus dem Wälzla­ gerstahl 100Cr6 hergestellt und gehärtet, wobei die Kernhärte etwa 700 + 140 HV10 beträgt. Für extrem hochdrehende Motoren, d. h. für Umdrehungen im Bereich von 16.000 bis 18.000 pro Minute sind auch Käfige aus legiertem Einsatzstahl 100CrNi6 mit hoher Biegewechselfestigkeit denkbar.

Bezugszeichen

1

Käfig

2

Wälzkörper

3

Lagerachse

4

Außenlaufbahn

5

Innenlaufbahn

6

Seitenring

7

Seitenring

8

Steg

9

Tasche

10

Abschnitt

11

Abschnitt

12

Abschnitt

13

Abschnitt

14

Abschnitt

15

Flansch

16

Flansch

17

Stufe

18

Punkt

19

Punkt

20

Bolzen

21

Kurbelzapfen

22

Kurbelwelle

23

Pleuel
α Neigungswinkel

Claims (6)

1. Rollenlager, insbesondere Nadellager, dessen in einem Käfig (1) gehaltene zylindrische Wälzkörper (2) auf einer Außenlaufbahn (4) und einer Innen­ laufbahn (5) abwälzen, wobei Seitenringe (6, 7) des auf der Außenlauf­ bahn (4) geführten Käfigs (1) durch Taschen (9) bildende Stege (8) mitein­ ander verbunden und diese derart profiliert sind, dass sie mehrere in unter­ schiedlichen Abständen von der Lagerachse (3) verlaufende Abschnitte (10, 11, 12, 13, 14) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die im Anschluß an die Seitenringe (6, 7) verlaufenden Abschnitte (10, 11) der Stege (8) wenigstens über einen Teil ihrer axialen Ausdehnung gegenüber den Sei­ tenringen (6, 7) in radialer Richtung derart nach innen zurückgesetzt sind, dass sie unter Berücksichtigung ihrer elastischen Verformung auch bei ho­ her Drehzahl des Rollenlagers nicht an der Außenlaufbahn (4) anlaufen.

2. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Versatz der Abschnitte (10, 11) über seine gesamte axiale Ausdehnung ei­ nen gleichen Durchmesser aufweist.

3. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Versatz der Abschnitte (10, 11) in axialer Richtung von außen nach innen einen abnehmenden Durchmesser aufweist.

4. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten­ ringe (6, 7) des Käfigs (1) mit einem radial nach innen weisenden Flansch (15, 16) versehen sind.

5. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Phosphatschicht, einer Kupfer- oder einer Silberschicht, versehen ist.

6. Rollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Kurbelzapfen- oder als ein Planetenradlager ausgebildet ist.