DE102014207680A1

DE102014207680A1 - Wälzlagerkäfig

Info

Publication number: DE102014207680A1
Application number: DE102014207680.3A
Authority: DE
Inventors: Christoph Meder; Jörg Neukirchner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig (2, 20, 34, 48) mit an Kontaktflanschen oder dergleichen eines Lagerringes geführten Führungsflächen. Zur Reduzierung der Lagerreibung ist vorgesehen, dass die Führungsflächen (12, 14; 22, 24; 36, 38; 50, 52) des Käfigs (2, 20, 34, 48) über den Käfigumfang verteilt jeweils an den Kontaktflanschen des Lagerrings anliegende Kontaktbereiche sowie in Bezug auf diese vertiefte, schmiermittelaufnehmende Schmierbereiche aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig mit an Kontaktflanschen eines Lagerringes geführten Führungsflächen.
Es ist beispielsweise aus der DE 201 13 111 U1 bekannt, Wälzlagerkäfige aus Kunststoff als sogenannte flanschgeführte Käfige auszubilden. Bei einem solchen Wälzlagerkäfig sind an diesem radiale oder axiale Führungsflächen ausgebildet, die im Betrieb des Wälzlagers an zugeordneten Gegenflächen eines der Lagerringe anliegen, vorzugsweise an dem nicht drehenden Lagerring. Derartige Gegenflächen sind beispielsweise an gesonderten, für diesen Zweck vorgesehenen Kontaktflanschen des Lagerrings ausgebildet. Bei Zylinderrollenlagern können auch die für die Führung der Zylinderrollen vorgesehenen Borde als Kontaktflansche dienen. Zwischen den Führungsflächen des Wälzlagerkäfigs und den zugeordneten Kontaktflanschen des Lagerrings ergibt sich vor allem bei hohen Lagerdrehzahlen eine nicht unerhebliche Reibung, die entsprechende Reibungsverluste verursacht und eine insbesondere bei Käfigen aus Kunststoff unerwünschte Erwärmung des Käfigs erzeugt.
Kunststoffkäfige werden üblicherweise im Spritzgussverfahren hergestellt. Sie zeichnen sich durch geringe Herstellungskosten aus und sind in ihrer Geometrie sehr unterschiedlich gestaltbar. Sie finden deshalb inzwischen bei allen Wälzlagerbauarten Verwendung. Nachteilig bei Kunststoffkäfigen sind deren temperaturabhängigen Materialeigenschaften, ein im Vergleich zu Metallkäfigen erhöhter Verschleiß an den Führungsflächen, was zu einem erhöhten Führungsspiel führt, eine infolge von Quellen des Käfigmaterials entstehende vergleichsweise hohe Reibung mit entsprechend erhöhter Wärmeentwicklung sowie ein erhöhter Verschleiß der Kontaktflächen, sowie ein eingeschränkter Temperatureinsatzbereich, um die genannten Nachteile zu minimieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kunststoffkäfig für ein Wälzlager vorzustellen, welcher optimierte Schmiereigenschaften zwischen den Führungsflächen des Käfigs und den zugeordneten Kontaktflanschen des oder der Lagerringe aufweist, um die genannten Nachteile so weit wie möglich zu verringern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Führungsflächen des Käfigs über den Käfigumfang verteilt jeweils an den Kontaktflanschen anliegende Kontaktbereiche sowie diesen gegenüber vertiefte, schmiermittelaufnehmende Schmierbereiche aufweisen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene optimierte Führungskontaktgeometrie ermöglicht eine gezielte Schmierstoffzufuhr zu den Kontaktbereichen der Führungsflächen des Käfigs. Durch die gezielte Schmierstoffzuführung wird die Reibung im Wälzlager minimiert und ein übermäßiger Verschleiß mit der Folge eines unerwünschten Führungsspiels beziehungsweise eine übermäßige Wärmeentwicklung mit der Folge einer geringeren Gebrauchsdauer des Käfigs verhindert. Je nach Ausführung der Führungsflächenprofilierung kann bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl ein hydrodynamischer Schmierfilm aufgebaut werden, welcher einen direkten Kontakt der Führungsflächen des Käfigs mit den Kontaktflanschen des zugeordneten Lagerrings verhindert.
So kann vorgesehen sein, dass die Schmierbereiche des Wälzlagerkäfigs als in dessen Führungsflächen eingeschnittene Vertiefungen beziehungsweise Riefen ausgebildet sind. Die Riefen sind gemäß einer Ausführungsform so ausgebildet und ausgerichtet, dass sie ab einer bestimmten Lagerdrehzahl einen hydrodynamischen Schmiermittelfilm zwischen den Führungsflächen des Wälzlagerkäfigs und den zugeordneten Kontaktflanschen des Lagerrings erzeugen. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Kontaktbereiche des Wälzlagerkäfigs jeweils als aus seinen Führungsflächen hervorstehende Führungsnoppen ausgebildet sind.
Die gewünschte Profilstruktur der Führungsflächen kann bei der Herstellung der Kunststoffkäfige im Spritzgussverfahren erzeugt werden. Alternativ dazu kann die Profilstruktur der Führungsflächen jedoch auch durch ein spangebendes Fertigungsverfahren erzeugt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
1 in perspektivischer Darstellung einen Zylinderrollenkäfig mit in radialen Führungsflächen der Seitenringe ausgebildeten bohrungsartigen Vertiefungen,
2 eine der 1 ähnliche Darstellung eines Zylinderrollenkäfigs mit auf den Führungsflächen ausgebildeten Führungsnoppen,
3 einen Zylinderrollenkäfig mit in den Führungsflächen ausgebildeten schrägen Riefen, und
4 einen Zylinderrollenkäfig mit in den Führungsflächen ausgebildeten kielförmigen, über jeweils eine Umfangsnut miteinander verbundenen Riefen.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen jeweils einen typischen, als Zylinderrollenkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfig aus Kunststoff mit zwei axial beabstandeten Seitenringen, deren radiale Umfangsflächen als Führungsflächen dienen, und mit die beiden Seitenringe miteinander verbindenden axial ausgerichteten Stegen. Die Seitenringe und die Stege bilden Taschen, in welche nicht dargestellte, zylindrische Wälzkörper aufnehmbar sind.
Der in der 1 dargestellte Wälzlagerkäfig 2 weist zwei axial beabstandete Seitenringe 4, 6 auf, die durch regelmäßig über den Umfang des Käfigs 2 verteilt angeordnete Stege 8 miteinander verbunden sind. Die durch die Seitenringe 4, 6 und die Stege 8 begrenzten Taschen 10 dienen wie erwähnt zur Aufnahme je einer Zylinderrolle, die im Betrieb des Lagers an einem radial inneren und einem radial äußeren Lagerring abrollt, wie hier nicht im Einzelnen dargestellt ist.
Die radial äußeren Umfangsflächen der beiden Seitenringe 6, 8 dienen als Führungsflächen 12, 14, die an zugeordneten Kontaktflanschen oder dergleichen eines der Lagerringe, vorzugsweise des nicht drehenden Lagerringes, anliegen und von diesem geführt werden.
In den Führungsflächen 12, 14 der Seitenringe 6, 8 sind über deren gesamten Umfang gleichmäßig verteilt bohrungsartige Vertiefungen 16, 18 ausgebildet, die als Schmiermittelreservoirs dienen. Diese Vertiefungen 16, 18 nehmen während des Betriebs des Lagers ständig Schmiermittel auf beziehungsweise geben dieses wieder an die Umgebung ab. Auf diese Weise wird die Reibung zwischen den Führungsflächen einerseits und den zugeordneten Kontaktflanschen andererseits während des gesamten Betriebs reduziert. Die Führungsflächen 12, 14 der Seitenringe 6, 8 bilden in diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktbereiche der Seitenringe 6, 8, während die Vertiefungen 16, 18 die Schmierbereiche bilden.
2 zeigt einen Wälzlagerkäfig 20, welcher ähnlich wie der Wälzlagerkäfig 2 in 1 ausgebildet ist. Auf den Führungsflächen 22, 24 der beiden Seitenringe 26, 28 sind umfangsverteilt Führungsnoppen 30, 32 ausgebildet, die zur Anlage an Kontaktflansche eines zugeordneten Lagerringes dienen. Die Führungsnoppen 30, 32 bilden in diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktbereiche, während die Führungsflächen 22, 24 Schmierbereiche bilden.
3 zeigt wiederum einen Wälzlagerkäfig 34 ähnlich den zuvor beschriebenen Wälzlagerkäfigen 2, 20 der 1 und 2. In den Führungsflächen 36, 38 der beiden Seitenringe 40, 42 sind schräge Riefen 44, 46 eingearbeitet. Diese Riefen 44, 46 können optimierte Schmierbedingungen zwischen den beiden Führungsflächen 36, 38 einerseits und den zugeordneten Kontaktflanschen des Lagerringes andererseits erzeugen. Dabei wird gezielt Schmierstoff an die benötigten Stellen geleitet, indem von einer Seite des Seitenringes zur anderen Seite des Seitenringes neuer Schmierstoff zugeführt und verbrauchter Schmierstoff abgeführt wird. Die Führungsflächen 36, 38 der Seitenringe 40, 42 bilden in diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktbereiche der Seitenringe 40, 42, während die schrägen Riefen 44, 46 die Schmierbereiche bilden.
4 schließlich zeigt einen Wälzlagerkäfig 48, welcher in seinem Aufbau im Wesentlichen den zuvor beschriebenen Wälzlagerkäfigen gleicht. In die Führungsflächen 50, 52 der Seitenringe 64, 66 sind keilförmige Riefen 54, 56 eingearbeitet, die jeweils über eine alle Riefen 54, 56 eines Seitenrings 64, 66 schneidende Umfangsnut 58, 60 miteinander verbunden sind. Die Führungsflächen 50, 52 der Seitenringe 64, 66 bilden in diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktbereiche der Seitenringe 64, 66, während die keilförmigen Riefen 54, 56 die Schmierbereiche bilden. Bei einer Drehrichtung des Wälzlagerkäfigs 48 entsprechend dem Pfeil 62 in 4 wird über die Riefen 54, 56 und die jeweils zugeordnete Umfangsnut 58, 60 Schmiermittel in den Raum zwischen den Führungsflächen 50, 52 und den zugeordneten Kontaktflanschen des Lagerringes zu einem hydrodynamischen Film gefördert, welcher eine berührungslose Führung des Wälzlagerkäfigs am zugeordneten Lagerring sicherstellt und auf diese Weise eine Reibung mit den vorne beschriebenen Folgen des Verschleißes und der Erwärmung weitgehend verhindert.
Bezugszeichenliste

2: Wälzlagerkäfig
4: Erster Seitenring
6: Zweiter Seitenring
8: Stege
10: Taschen
12: Führungsfläche (Kontaktbereich)
14: Führungsfläche (Kontaktbereich)
16: Vertiefungen (Schmierbereich)
18: Vertiefungen (Schmierbereich)
20: Wälzlagerkäfig
22: Führungsfläche (Schmierbereich)
24: Führungsfläche (Schmierbereich)
26: Erster Seitenring
28: Zweiter Seitenring
30: Führungsnoppen (Kontaktbereich)
32: Führungsnoppen (Kontaktbereich)
34: Wälzlagerkäfig
36: Führungsfläche (Kontaktbereich)
38: Führungsfläche (Kontaktbereich)
40: Erster Seitenring
42: Zweiter Seitenring
44: Schräge Riefen (Schmierbereich)
46: Schräge Riefen (Schmierbereich)
48: Wälzlagerkäfig
50: Führungsfläche (Kontaktbereich)
52: Führungsfläche (Kontaktbereich)
54: Keilförmige Riefen (Schmierbereich)
56: Keilförmige Riefen (Schmierbereich)
58: Erste Umfangsnut
60: Zweite Umfangsnut
62: Drehrichtung des Käfigs, Pfeil
64: Erster Seitenring
66: Zweiter Seitenring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20113111 U1 [0002]

Claims

Wälzlagerkäfig (2, 20, 34, 48) mit an Kontaktflanschen oder dergleichen eines Lagerringes geführten Führungsflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsflächen (12, 14; 22, 24; 36, 38; 50, 52) des Käfigs (2, 20, 34, 48) über den Käfigumfang verteilt jeweils an den Kontaktflanschen des Lagerrings anliegende Kontaktbereiche sowie in Bezug auf diese vertiefte, schmiermittelaufnehmende Schmierbereiche aufweisen.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierbereiche als in die Führungsflächen (12, 14; 36, 38) eingeschnittene bohrungsartige Vertiefungen (16, 18) oder Riefen (44, 46; 54, 56) ausgebildet sind.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen (54, 56) so ausgebildet und ausgerichtet sind, dass sie ab einer bestimmten Lagerdrehzahl einen hydrodynamischen Schmiermittelfilm zwischen den Führungsflächen (50, 52) des Wälzlagerkäfigs und den zugeordneten Kontaktflanschen des Lagerringes erzeugen.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche jeweils als aus den Führungsflächen (22, 24) hervorstehende Führungsnoppen (30, 32) ausgebildet sind.