DE102011085356A1

DE102011085356A1 - Lagersatz und Wälzlager

Info

Publication number: DE102011085356A1
Application number: DE102011085356A
Authority: DE
Inventors: Hermann Reichelt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagersatz (13) mit einer Vielzahl von Wälzkörpern (15) und mehreren Käfigsegmenten (1), wobei die Käfigsegmente (1) zwei Umfangsstege (2, 3) und mehrere Querstege (4) aufweisen und zwischen den Umfangsstegen (2, 3) und Querstegen (4) Taschen (5) zur Aufnahme von Wälzkörpern (15) ausbilden. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Käfigsegmenten (1) ein Wälzkörper (15) angeordnet ist und dass der Wälzkörper (15) die zwei benachbarten Käfigsegmente (1) kontaktiert bzw. kontaktieren kann. Die Erfindung betrifft ferner ein diesen Lagersatz umfassendes Wälzlager.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Lagersatz mit einer Vielzahl von Wälzkörpern und mehreren Käfigsegmenten, wobei die Käfigsegmente zwei Umfangsstege und mehrere Querstege aufweisen und zwischen den Umfangsstegen und Querstegen Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern ausbilden.
Derartige Lagersätze können grundsätzlich sowohl in Radial- als auch Axiallagern unterschiedlichen Typs, wie z.B. Kugellager, Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager oder Pendelrollenlager, eingesetzt werden.
Im Gegensatz zu Lagersätzen (Wälzkörper und Käfig) mit einteiligem Käfig, umfasst der Käfig bei einem gattungsgemäßen Lagersatz eine Vielzahl von Käfigsegmenten. Jedes Käfigsegment kann mehrere Wälzkörper aufnehmen und ähnlich einem einteiligen Käfig führen.
Aus der EP 1 408 248 A2 ist ein Käfig für ein Wälzlager bekannt, wobei der Käfig aus mehreren die Wälzkörper aufnehmenden Käfigsegmenten besteht und die Käfigsegmente in einem Wälzlager derart angeordnet werden, dass sich benachbarte Käfigsegmente über Stirnseiten kontaktieren. Zwischen den Käfigsegmenten ist ein Spiel zur Kompensation von Temperatur- und Quellausdehnungen vorgesehen. Bedingt durch dieses Spiel können benachbarte Käfigsegmente bei einer vertikal angeordneten Lagerachse aufeinanderschlagen und somit die Lebensdauer des Käfigs gemäß der EP 1 408 248 A2 verkürzen.
Aus der EP 1 961 983 A1 ist ein Kegelrollenlager bekannt, in welchem ein aus mehreren Käfigsegmenten und einem zwischen einen ersten und einen letzten Käfigsegment positionierten Zwischenstück bestehender Käfig verwendet wird. Das Zwischenstück soll dabei mögliche Fertigungstoleranzen der Käfigsegmente, die zu Variationen in der umfänglichen Erstreckung eines Käfigsegments führen können, ausgleichen, so dass stets ein festgelegtes, umfängliches Spiel zwischen den Käfigsegmenten vorliegt. Die EP 1 961 983 A1 schlägt auch vor zwischen zwei benachbarte Käfigsegmente jeweils einen Wälzkörper anzuordnen. Der Einsatz eines Zwischenstückes ist aufwendig und auch bei der EP 1 961 983 A1 ergibt sich eine reduzierte Lebensdauer des aus Kunststoff bestehenden Käfigs, aufgrund des direkten Kontaktes des Zwischenstückes mit dem benachbarten Käfigsegment.
Aus der GB 936,379 ist ein aus zwei Teilen bestehender Käfig zum Einsatz in einem Kurbelzapfenlager bekannt. Bei dem aus Montagegründen aus zwei halbkreisförmigen Käfigsegmenten bestehenden Käfig ist zwischen den zwei Enden der Käfigsegmente jeweils ein Wälzkörper angeordnet.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Lagersatz bzw. ein Wälzlager bereitzustellen, der bzw. das eine hohe Lebensdauer aufweist und der bzw. das einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Demzufolge ist ein gattungsgemäßer Lagersatz dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Käfigsegmenten ein Wälzkörper angeordnet ist und dass der Wälzkörper die zwei benachbarten Käfigsegmente kontaktiert bzw. kontaktieren kann. Die Aufgabe wird ferner durch ein Wälzlager, umfassend einen erfindungsgemäßen Lagersatz sowie Laufbahnen zum Abrollen der Wälzkörper, gemäß Anspruch 9 gelöst.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die die Lebensdauer des Käfigs bestimmende Belastung nicht innerhalb eines Käfigsegments z.B. in den Taschen erfolgt, sondern, dass der Kontakt zweier benachbarter Käfigsegmente hierfür maßgeblich ist.
Grund dafür ist, dass, insbesondere bei aus Kunststoff bestehenden Käfigsegmenten, zwischen den im Wälzlager angeordneten Käfigsegmenten in Umfangsrichtung ein bestimmtes Spiel vorgesehen werden muss, um Temperatur- und ggf. auch und Quellausdehnungen der Käfigsegmente gegenüber Lagerringen ausgleichen zu können. Dieses Spiel jedoch führt bei Wälzlagern mit vertikal liegender Lagerachse dazu, dass einzelne Käfigsegmente schwerkraftbedingt aufeinanderschlagen können.
Erfindungsgemäß soll dies vermieden werden, indem zwischen jeweils zwei benachbarten Käfigsegmenten ein Wälzkörper angeordnet wird. Bei einer spielfreien Aneinanderordnung der beiden benachbarten Käfigsegmente kontaktiert dieser Wälzkörper somit die beiden Käfigsegmente, z.B. über einen ersten und einen letzten Quersteg der Käfigsegmente. Ein direkter, nachteiliger Kontakt zwischen zwei Käfigsegmenten über ihre Stirnseiten, wie aus der EP 1 408 248 A2 bekannt, kann erfindungsgemäß vermieden werden. Auch ein Kontakt eines Zwischenstücks und einem Käfigsegment, wie aus der EP 1 961 983 A1 bekannt, wird erfindungsgemäß vermieden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein erster Quersteg an einem ersten Ende des Käfigsegments eine Anlauffläche für einen außerhalb der Taschen des Käfigsegments angeordneten Wälzkörper ausbildet und dass ein letzter Quersteg an einem zweiten Ende des Käfigsegments eine Anlauffläche für einen außerhalb der Taschen des Käfigsegments angeordneten Wälzkörper ausbildet. Vorzugsweise sind diese Anlaufflächen identisch zu Anlaufflächen an den Taschen zugewandten Querstegen ausgebildet, so dass ein optimaler Anlauf des sich zwischen zwei Käfigsegmenten befindenden Wälzkörpers möglich wird. Diese Anlaufflächen an außen angeordneten Stirnseiten der Käfigsegmente können beispielsweise Kufen zum Anlaufen und Führen der Wälzkörper aufweisen.
Um eine seitliche Führung des zwischen zwei Käfigsegmenten angeordneten Wälzkörpers zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass sich die Umfangsstege umfänglich über einen ersten Quersteg an einem ersten Ende des Käfigsegments und über einen letzten Quersteg an einem zweiten Ende des Käfigsegments hinauserstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Umfangsstege dabei um einen Betrag über den letzten bzw. ersten Quersteg hinaus, der kleiner ist, als ein halber Rollendurchmesser. So wird gewährleistet, dass ein direkter Kontakt zweier benachbarter Käfigsegmente ausgeschlossen ist. Dementsprechend ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass bei einer spielfreien Aneinanderreihung zweier benachbarter Käfigsegmente kein Kontakt zwischen den benachbarten Käfigsegmenten vorliegt, d.h. die benachbarten Käfigsegmente sich nicht berühren, sondern durch den zwischen den Käfigsegmenten angeordneten Wälzkörper auf Distanz gehalten werden.
Alternativ ist grundsätzlich möglich, dass bei einer spielfreien Aneinanderreihung zweier benachbarter Käfigsegmente ein Kontakt zwischen den benachbarten Käfigsegmenten vorliegt. Ein solcher Kontakt kann über Vorsprünge der Umfangsstege erfolgen.
Die Käfigsegmente können einstückig oder mehrstückig aufgebaut sein, wobei eine einstückige Ausführung einfach und kostengünstig durch ein Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt werden kann. Als Material eignet sich hierzu Polyetheretherketon (PEEK), Polyaryletherketon (PEAK) oder Polyamid (PA), gegebenenfalls mit Verstärkungen (Glas-/Kohle-/Aramidverstärkung). Möglich ist ferner, dass die Käfigsegmente eine Metallbeschichtung aufweisen, z.B. eine festigkeitserhöhende oder verschleißmindernde Metallschicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen
1 ein Käfigsegment zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Lagersatz und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein einzelnes Käfigsegment 1 zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Lagersatz.
Das Käfigsegment 1 wird durch zwei Umfangsstege 2, 3 sowie mehrere – in diesem Fall fünf – die Umfangsstege 2, 3 verbindende Querstege 4 gebildet. Zwischen den Umfangsstegen 2, 3 und den Querstegen 4 werden Taschen 5 zur Aufnahme von nicht dargestellten Wälzkörpern gebildet. Die Taschen 5 sind zur Aufnahme von konischen Wälzkörpern ausgebildet, so dass ein aus mehreren solcher Käfigsegmente 1 bestehender Käfig zur Verwendung in einem Kegelrollenlager geeignet ist.
Pro Quersteg 4 sind jeweils zwei in eine Tasche 5 gewandte Wälzkörperführungselemente in Form von Gleitkufen 6 einstückig an dem Käfigsegment 1 ausgebildet. Die Gleitkufen 6 dienen als Führung der Wälzkörper in den Taschen 5 und sind hierfür an den Wälzkörperdurchmesser angepasst. Die Gleitkufen 6 dienen weiterhin auch der Führung des Käfigsegments 1 an nicht dargestellten Laufbahnen.
Wie in 1 zu erkennen ist, sind Gleitkufen 6 auch an einem ersten Quersteg 4’ an einem ersten Ende 7 des Käfigsegments 1 sowie an einem letzten Quersteg 4’’ an einem zweiten Ende 8 des Käfigsegments 1 angeordnet. Insbesondere sind Anlaufflächen 9, 10 an den umfänglichen, nach außen gewandten Stirnseiten 11, 12 des Käfigsegments 1 im Wesentlichen identisch oder komplett identisch zu Anlaufflächen 11 an Querstegen 4 innerhalb der Taschen 5 ausgeführt. Das Käfigsegment 1 eignet sich somit nicht nur zur Aufnahme und Führung von vier Wälzkörpern in den vier Taschen. Vielmehr können auch außerhalb des Käfigsegments 1 an dem ersten Ende 7 sowie dem zweiten Ende 8 jeweils ein Wälzkörper an dem Käfigsegment 1 kinematisch optimal anlaufen und geführt werden.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagersatzes 13 gezeigt. Dargestellt ist in 2a die schematische Draufsicht auf einen Lagersatz 13 (die Drehachse 14 des Lagersatzes 13 steht senkrecht zur Zeichenebene). 2b zeigt eine schematische Darstellung eines vergrößerten Ausschnittes aus 2a. Es handelt sich bei dem Lagersatz 13 um einen Lagersatz 13 eines Radialzylinderrollenlagers.
Ein aus mehreren Käfigsegmenten 1 bestehender Käfig kann beispielsweise zehn bis fünfundzwanzig Käfigsegmente des Typs wie in 1 gezeigt aufweisen. Dabei wird der Käfig ausschließlich durch aneinandergereihte Paare von einem Käfigsegment und einem außerhalb des Käfigsegments angeordneten Wälzkörper gebildet. Der Einfachheit halber sind in 2a nur drei Käfigsegmente 1 schematisch angedeutet. Wie jedoch aus 2a zu entnehmen ist, weist jedes Käfigsegment (nicht dargestellte) Taschen zur Aufnahme von vier Wälzkörpern 15 auf. Weiterhin ist zu erkennen, dass zwischen zwei benachbarten Käfigsegmenten 1 jeweils ein freier, d.h. nicht in einer Tasche 5 eines Käfigsegments 1 sitzender, Wälzkörper 15 positioniert ist. Sobald zwei benachbarte Käfigsegmente 1 spielfrei zueinander angeordnet werden, d.h. umfänglich bis auf Anschlag aufeinander geschoben werden, steht dieser freie Wälzkörper 15 in Kontakt mit diesen beiden Käfigsegmenten 1.
Wie aus der vergrößerten Darstellung in 2b zu erkennen ist, laufen sowohl die in Taschen 5 befindlichen Wälzkörper 15 an Gleitkufen 6 an, als auch die zwischen zwei benachbarten Käfigsegmenten 1 angeordneten Wälzkörper 15. Jedes Käfigsegmente 1 weist weiterhin mehrere, hier drei, Stützelemente 16 auf. Die Stützelemente 16 ermöglichen ein Abstützen des Käfigsegments 1 gegenüber nicht dargestellten Laufbahnen.
Die Umfangsstege 2, 3 ragen umfänglich über den ersten Quersteg 4’ bzw. den letzten Quersteg 4’’ hinaus und bilden dabei Führungszapfen 17 aus. Die Funktion der Führungszapfen 17 liegt in einer seitlichen, d.h. hier axialen, Führung der Wälzkörper 15. Dazu erstrecken sich die Führungszapfen 17 um einen Betrag a über den ersten bzw. letzten Quersteg hinaus. Der Betrag a ist dabei kleiner als der halbe Durchmesser d eines Wälzkörpers 15. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass bei einer spielfreien Aneinanderreihung zweier benachbarter Käfigsegmente 1 kein direkter Kontakt selbiger vorliegt. Vielmehr kontaktieren die benachbarten Käfigsegmente 1 jeweils nur den dazwischen liegenden Wälzkörper 15.
Bezugszeichenliste

1: Käfigsegment
2: Umfangssteg
3: Umfangssteg
4: Quersteg
4’: erster Quersteg
4’’: letzter Quersteg
5: Tasche
6: Gleitkufe
7: erstes Ende des Käfigsegments
8: zweites Ende des Käfigsegments
9: Anlauffläche (an einer Stirnseite des Käfigsegments)
10: Anlauffläche (an einer Stirnseite des Käfigsegments)
11: Stirnseite
12: Anlauffläche (an einem Quersteg innerhalb einer Tasche)
13: Lagersatz
14: Drehachse
15: Wälzkörper
16: Stützelement
a: Erstreckung eines Führungszapfens über einen Quersteg
d: Wälzkörperdurchmesser

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

EP 1408248 A2 [0004, 0004, 0011]
EP 1961983 A1 [0005, 0005, 0011]
DE 1961983 A1 [0005]
GB 936379 [0006]

Claims

Lagersatz (13) mit einer Vielzahl von Wälzkörpern (15) und mehreren Käfigsegmenten (1), wobei die Käfigsegmente (1) zwei Umfangsstege (2, 3) und mehrere Querstege (4) aufweisen und zwischen den Umfangsstegen (2, 3) und Querstegen (4) Taschen (5) zur Aufnahme von Wälzkörpern (15) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Käfigsegmenten (1) ein Wälzkörper (15) angeordnet ist und dass der Wälzkörper (15) die zwei benachbarten Käfigsegmente (1) kontaktiert bzw. kontaktieren kann.
Lagersatz (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Quersteg (4’) an einem ersten Ende (7) des Käfigsegments (1) eine Anlauffläche (9) für einen außerhalb der Taschen (5) des Käfigsegments (1) angeordneten Wälzkörper (15) ausbildet und dass ein letzter Quersteg (4’’) an einem zweiten Ende (11) des Käfigsegments (1) eine Anlauffläche (10) für einen außerhalb der Taschen (5) des Käfigsegments (1) angeordneten Wälzkörper (15) ausbildet.
Lagersatz (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Umfangsstege (2, 3) umfänglich über einen ersten Quersteg (4) an einem ersten Ende (9) des Käfigsegments (1) und über einen letzten Quersteg (4) an einem zweiten Ende (10) des Käfigsegments (1) hinauserstrecken.
Lagersatz (13) nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer spielfreien Aneinanderreihung zweier benachbarter Käfigsegmente (1) kein Kontakt zwischen den benachbarten Käfigsegmenten (1) vorliegt.
Lagersatz (13) nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer spielfreien Aneinanderreihung zweier benachbarter Käfigsegmente (1) ein Kontakt zwischen den benachbarten Käfigsegmenten (1) vorliegt.
Lagersatz (13) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigsegmente (1) einstückig ausgebildet sind.
Lagersatz (13) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigsegmente (1) aus Kunststoff, vorzugsweise PEEK, PEAK oder PA, bestehen.
Lagersatz (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigsegmente (1) eine Metallbeschichtung aufweisen.
Wälzlager, umfassend einen Lagersatz (1) nach einem der vorangegangen Ansprüche, sowie Laufbahnen zum Abrollen der Wälzkörper (15).