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Vorliegende Erfindung betrifft einen Radialkäfig zur Aufnahme und Führung zylindrischer Wälzkörper, insbesondere einen Nadelkranzkäfig, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Gattungsgemäße Radialkäfige werden insbesondere bei Nadelkranzlagern eingesetzt, die lediglich aus dem Radialkäfig und den Wälzkörpern bestehen. Dabei umfasst der Käfig derartiger Lager üblicherweise zwei Seitenringabschnitte, die über eine Vielzahl dazwischenliegender Axialstege miteinander verbunden sind, so dass die Axialstege zwischen sich Taschen ausbilden, in denen die Wälzkörper aufnehmbar sind. Um die Wälzkörper sowohl gegen ein Herausfallen nach innen als auch ein Herausfallen nach außen zu sichern und eine besonders gute Führung der Wälzkörper bereitzustellen, hat sich ein Käfigdesign bewährt, das zwei im Wesentlichen axial verlaufende Seitenabschnitte aufweist, die außerhalb eines durch die Drehachsen der Wälzkörper festgelegten Teilkreises angeordnet sind und einen Mittelabschnitt aufweisen, der radial innerhalb des Teilkreises angeordnet ist, wobei Seitenabschnitte und Mittelabschnitt über schräg verlaufende Zwischenabschnitte miteinander verbunden sind. Dabei werden üblicherweise an den Seitenabschnitten die Wälzkörper gehalten und geführt, während in dem Mittelabschnitt hauptsächlich eine Montagesicherung gegen Herausfallen vorgesehen ist. Dabei wird üblicherweise die Sicherung gegen Herausfallen darüber bereitgestellt, dass für die Kombination aus Führungsfläche und Montagesicherung im Seitenabschnitt eine schräge Fläche ausgebildet ist, wobei die Schräge die Rolle gegen ein Herausfallen sichert.
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Nachteilig an dieser Kombinationsfläche ist jedoch, dass ein präzises tangentiales Taschenspiel im Bereich der Seitenabschnitte im Betrieb nicht sichergestellt werden kann, so dass es zu einem Klemmen des Wälzkörpers und/oder zu einem erhöhten Schränken der Wälzkörper führen kann. Dies wiederum kann zu einem Blockieren des Lagers und einem Totalausfall führen.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, einen Radialkäfig, insbesondere für einen Nadelkranz bereitzustellen, der eine verbesserte Führung der Wälzkörper ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Radialkäfig gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Im Folgenden wird ein Radialkäfig zur Aufnahme und Führung zylindrischer Wälzkörper, deren Drehachsen einen Teilkreis definieren, insbesondere ein Nadelkranzkäfig vorgestellt. Dieser Käfig umfasst zumindest zwei axial voneinander beabstandete und eine axiale Erstreckung des Radialkäfigs definierende Seitenringe, die über mehrere die Seitenringe miteinander verbindende Axialstege verbunden sind. Die Axialstege wiederum bilden zwischen sich eine Vielzahl von Taschen zur Aufnahme der zylindrischen Wälzkörper aus, wobei die Axialstege an ihren Radialseiten weiterhin Führungsflächen aufweisen, über die die in den Taschen aufnehmbaren Wälzkörper trennbar und positionierbar sind. Um eine bessere tangentiale Führung bereitzustellen und ein Verklemmen der Wälzkörper in dem Radialkäfig zu verhindern, sind die Führungsflächen erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass zwei einander über die umfängliche Ausdehnung der Taschen hinweg gegenüberliegende Führungsflächen parallel zueinander ausgebildet sind. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Führungsflächen in etwa auf Höhe des Teilkreises angeordnet sind. Durch das Herabsetzen der Führungsflächen auf die Teilkreishöhe und die dadurch ermöglichten parallelen Flächen ist ein präzises Taschenspiel in tangentialer Richtung des Wälzlagers im Betrieb sichergestellt. Dies wiederum reduziert ein Verklemmen des Wälzkörpers am Radiallager, sowie ein eventuelles Schränken der Wälzkörper.
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Um die Wälzkörper gegen ein Herausfallen aus dem Käfig zu sichern, können weiterhin an dem Axialsteg eine äußere im Wesentlichen radial außerhalb des Teilkreises angeordnete Haltenase und/oder eine innere im Wesentlichen radial innerhalb des Teilkreises angeordnete Haltenase ausgebildet sein, die jeweils dazu ausgelegt sind, einen in der Tasche aufgenommen Wälzkörper gegen ein Herausfallen nach innen bzw. nach außen zu sichern.
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Um die Anordnungen der Führungsfläche und/oder der Haltenasen möglichst einfach auszugestalten, hat sich ein Käfigdesign als vorteilhaft erwiesen, bei dem der Radialkäfig jeweils zwei mit den Seitenringen verbundene im Wesentlichen parallel zur axialen Erstreckung verlaufende Seitenabschnitte, sowie einen im Wesentlichen parallel zur Erstreckung verlaufenden Mittelabschnitt aufweist, der über zwei Zwischenabschnitte, die schräg zur axialen Erstreckung verlaufen, mit den Seitenabschnitten verbunden ist. Dabei sind die Seitenabschnitte vorzugsweise radial außerhalb des Teilkreises und der Mittelabschnitt vorzugsweise radial innerhalb des Teilkreises ausgebildet. Dadurch können die äußeren Haltenasen vorzugsweise an den Seitenabschnitten angeordnet sein, während die inneren Haltenasen am Mittelabschnitt ausgebildet sein können. Für die Anordnung der parallelen Führungsflächen stehen dann die Zwischenabschnitte zur Verfügung, die sich über den Teilkreis hinweg erstrecken. Dieses Käfigdesign ermöglicht eine materialsparende Ausgestaltung, so dass Fliehkräfte, insbesondere bei hohen Drehzahlen, für die Nadelkränze gerne eingesetzt werden, nicht so stark zum Tragen kommen wie massiv ausgestaltete Axialstege, die entlang ihrer ganzen axialen Länge die entsprechenden Bereiche radial außerhalb und radial innerhalb des Teilkreises überdecken.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weisen die Zwischenabschnitte zudem jeweils einen Zwischenabschnittsmittelbereich auf, der im Wesentlichen parallel zur axialen Erstreckung verlaufend ausgebildet ist und über schräg zur axialen Erstreckung verlaufende Verbindungsabschnitte mit den Seitenabschnitten und dem Mittelabschnitt verbunden ist. Dadurch kann, wie ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt, für die parallel auszugestaltende Führungsfläche eine besonders gute und einfach herzustellende Lage im Bereich der Zwischenabschnittsmittelbereiche ausgebildet sein. Zudem hat die Doppelstufigkeit des Radialkäfigs den Vorteil, dass fliehkraftbedingte Verformungen weiter unterdrückt werden können. Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn der Zwischenabschnittsmittelbereich im Wesentlichen auf Höhe des Teilkreises angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Mittelabschnitt radial innerhalb des Teilkreises angeordnet und weist mindestens eine innere Haltenase auf, um einen in der Tasche aufgenommenen Wälzkörper gegen ein Herausfallen zu sichern. Zudem können die Seitenabschnitte radial außerhalb des Teilkreises angeordnet sein und an ihnen mindestens eine äußere Haltenase ausgebildet sein, die dazu ausgelegt ist, einen in der Tasche aufgenommenen Wälzkörper gegen ein Herausfallen nach außen zu sichern.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen gezeigt. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht durch ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des vorliegenden Radialkäfigs;
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2: eine schematische räumliche Teildarstellung des Radialkäfigs aus 1;
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3: eine schematische Detaildarstellung eines Nadelkranzes mit einem in 1 oder 2 dargestellten Radialkäfig;
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4: eine weitere schematische Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Radialkäfigs; und
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5: eine schematische räumliche Detaildarstellung durch ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Radialkäfigs.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen Radialkäfig 1 entlang eines Axialstegs 2 des Radialkäfigs 1. Üblicherweise umfasst der Radialkäfig 1 einen ersten Seitenring 4 und einen zweiten Seitenring 6, die über den Axialsteg 2 axial voneinander beabstandet und miteinander verbunden sind. Dieser Aufbau ist auch der schematischen räumlichen Darstellung des Radialkäfigs 1 aus 2 zu entnehmen.
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Zwischen den Axialstegen 2 sind, wie insbesondere 2 zu entnehmen, Taschen 8 für die Aufnahme von Wälzkörpern ausgebildet. Weiterhin zeigen die 1 und 2, dass der Axialsteg 2 im Wesentlichen axial verlaufende Seitenabschnitte 10, 12 aufweist, über die der Axialsteg 2 an die Seitenringe 4, 6 angebunden ist. Weiterhin ist mittig des Axialstegs 2 ein ebenfalls im Wesentlichen axial ausgerichteter Mittelabschnitt 14 vorgesehen, der über Zwischenabschnitte 16, 18 in die Seitenabschnitte überführt wird.
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Wie den 1 und 2 weiter zu entnehmen ist, weisen die Zwischenabschnitte 16, 18 jeweils einen im Wesentlichen axial verlaufenden Zwischenabschnittsmittelbereich 20, 22 auf, der über Verbindungsabschnitte 24, 26 sowohl mit dem Mittelbereich 14 als auch den Seitenbereichen 10, 12 verbunden ist.
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Ein Zusammenbau des in 2 dargestellten Radialkäfigs 1 mit Wälzkörpern 32 ist in 3 dargestellt. Zum Halten und Führen der Wälzkörper 32 sind, wie insbesondere 2 und 3 zu entnehmen, an den Axialstegen 2 weiterhin Haltenasen 34, 36, sowie Führungsflächen 38 ausgebildet. Dabei sind die an den Mittelabschnitten 14 angeordneten Haltenasen 34 dazu ausgelegt, die Wälzkörper 32 gegen ein Herausfallen nach innen zu sichern, während die Haltenasen 36 am Seitenabschnitt 12 dazu ausgebildet sind, die Wälzkörper gegen ein Herausfallen nach außen zu sichern. Weiterhin sind die Führungsflächen 38 parallel zueinander ausgebildet, um die Wälzkörper 32 tangential zu führen. Diese parallele Ausgestaltung der Führungsflächen 38 ist insbesondere in 4 dargestellt. Bei der in 4 dargestellten Schnittansicht sieht man deutlich, dass die Führungsflächen 38 über die Tasche 8 hinweg parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch kann zwar über die Führungsflächen 38 keine Sicherung gegen ein Herausfallen nach außen oder innen bereitgestellt werden, es ist jedoch über die parallele Ausbildung eine besonders gute Führung und ein optimiertes Taschenspiel, insbesondere in tangentialer Richtung, ermöglicht.
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Dabei hat sich insbesondere herausgestellt, dass eine Anordnung der parallelen Führungsflächen 38 auf Höhe eines von den Drehachsen der Wälzkörper 32 beschriebenen Teilkreises T besonders bevorzugt ist, dessen Lage in 1 und 4 dargestellt ist.
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Dabei entnimmt man 1 weiterhin, dass bei dem dargestellten Radialkäfig 2 die Seitenabschnitte 10, 12 radial außerhalb des Teilkreises T angeordnet sind, während der Mittelabschnitt 14 radial innerhalb angeordnet ist. Die Zwischenabschnitte 16, 18 dagegen und insbesondere die Zwischenabschnittsmittelbereiche 20, 22 sind dagegen in etwa auf Höhe des Teilkreises T angeordnet.
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Weiterhin ist in den 1 und 4 dargestellt, dass die parallelen Führungsflächen 38 auf Höhe der Zwischenabschnittsmittelbereiche 20, 22 ausgebildet sind. Diese Zwischenabschnittsmittelbereiche 20, 22 liegen dabei ebenfalls im Wesentlichen auf Höhe des Teilkreises T.
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Die Haltenasen 34, 36 dagegen sind vorzugsweise radial innerhalb bzw. radial außerhalb (Haltenase 36) des Teilkreises T angeordnet und können so ihre Haltefunktionen gegen ein Herausfallen der Wälzkörper 32 nach radial innen bzw. nach radial außen besonders gut ausbilden.
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Statt der doppelt abgestuften Ausbildung, wie in den 1, 2 und 3 gezeigt, kann selbstverständlich die parallele Führungsfläche 38 auch bei einem einfach gestuften Radialkäfig 1 ausgebildet sein. Ein schematisches Beispiel ist dabei in 5 dargestellt. Dabei kann die parallele Führungsfläche 38 im Bereich des Mittelabschnitts 14, vorzugsweise aber im Bereich des Zwischenabschnitts 18 angeordnet sein, um so wieder auf Höhe des Teilkreises T die parallelen Führungsflächen 38 auszugestalten.
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Selbstverständlich sind auch Ausführungsbeispiele möglich, bei denen auf Haltenasen 34, 36 insgesamt verzichtet wird bzw. nur eine Haltenase 34, 36 für eine Haltefunktion nach radial innen oder radial außen ausgebildet ist.
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Insgesamt kann mit dem vorgestellten Radialkäfig ein Radialkäfig bereitgestellt werden, der eine verbesserte Führung und Haltefunktion definiert. Durch das Trennen der Funktionen Führung und Halten, insbesondere im Bereich des Seitenabschnitts und ein Herabsetzen der Führungsfläche auf Teilkreishöhe, kann eine bessere Definierung der Tasche und der Führung bereitgestellt werden. Dadurch kann insbesondere eine verbesserte tangentiale Taschenluft und tangentiale Führung bereitgestellt werden, so dass ein Verklemmen der Wälzkörper im Käfig bzw. ein zu großes Schränken der Wälzkörper vermieden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialkäfig
- 2
- Axialsteg
- 4, 6
- Seitenring
- 8
- Tasche
- 10, 12
- Seitenabschnitt
- 14
- Mittelabschnitt
- 16, 18
- Zwischenabschnitt
- 20, 22
- Zwischenabschnittsmittelbereich
- 24, 26
- Verbindungsabschnitte
- 32
- Wälzkörper
- 34, 36
- Haltenase
- 38
- Führungsfläche
- T
- Teilkreis