DE102006047544A1

DE102006047544A1 - Metallkäfig für Rollenlager

Info

Publication number: DE102006047544A1
Application number: DE102006047544A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Schlegel; Rudolf Zeidlhack
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-10-07
Filing date: 2006-10-07
Publication date: 2008-04-10
Also published as: CN101548111B; WO2008040295A1; JP4939609B2; KR101090041B1; KR20090077817A; CN101548111A; JP2010506106A; EP2069649A1; US20100166355A1

Abstract

Metallkäfig für Rollenlager, umfassend zwei Käfigseitenteile, zwischen denen die Rollen aufgenommen sind, wobei mehrere Käfigseitenteile (2, 3) fest miteinander verbindende Halteelemente (4), die im wesentlichen parallel zur Drehachse der zwischen zwei Halteelementen (4) aufgenommenen, nicht an den Käfigseitenteilen (2, 3) drehgelagerten und von den Halteelmenten (4) beabstandeten Rollen (6) angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Metallkäfig für Rollenlager, umfassend zwei Käfigseitenteile, zwischen denen die Rollen aufgenommen sind.
Hintergrund der Erfindung
Solche Metallkäfige kommen insbesondere bei großdimensionierten Lagern zum Einsatz. Beispielhaft sind hier große zweireihige Kegelrollenlager für Windkraftanlagen (Rotorlager) mit Außendurchmessern größer als 1.500 mm zu nennen. Grundsätzlich eignen sich solche Metallkäfige aber für unterschiedlichste Wälzlagerbauarten mit Rollen als Wälzkörper, besonders für größere Radial- und Axialrollenlager, Radial- und Axial-Pendelrollenlager, Radial- und Axial-Kegelrollenlager sowie Sonderbauarten, beispielsweise kombinierte mehrreihige Rollenlager oder Schrägrollenlager. Der Metallkäfig dient der Aufnahme und Führung der Rollen. Ein solcher Metallkäfig ist beispielsweise aus DE 26 08 308 A1 bekannt. Er umfasst zwei Käfigseitenteile, die bei dem dort gezeigten Radiallager als Ringe ausgeführt sind, und die über einige wenige Querverbindungen miteinander fixiert sind. Zwischen den Käfigseitenteilen sind die einzelnen Rollen jeweils separat an den Käfigseitenteilen drehgelagert. Hierzu sind entsprechende Ausnehmungen in den Käfigseitenteilen vorgesehen, in die jeweils kurze Zapfen eingesetzt sind, die mit ihren bezüglich des im Seitenteil eingesetzten Abschnitts erweiterten Enden in eine entsprechende Ausnehmung an der jeweiligen Rollenstirnseite eingreifen. An den Zapfen ist an diesem Ende ein konvexer Vorsprung angeformt, der in einer zur Rollenachse konzentrischen Mulde am Boden der Sackbohrung an der Rollenstirnseite aufgenommen ist. Diese Käfigausführung ist sehr aufwändig, es sind spezielle Lagerzapfen vorzusehen, ferner sind die Rollen selbst entsprechend auszuführen.
Weiterhin bekannt ist ein so genannter Bolzenkäfig, bei dem es sich um einen Massivkäfig handelt, dessen Bolzen axial durchbohrte Rollen in ihrer Bohrung durchsetzen. Hier sind also alle Rollen mit einer Bohrung versehen, durch die jeweils ein Bolzen, der die beiden Käfigseitenteile verbindet, als Drehachse geführt ist. Die Herstellungskosten auch eines solchen Bolzenkäfigs sind beachtlich, da die Bolzen gehärtet, geschliffen und oberflächenbehandelt werden müssen, ferner sind die Rollen zu durchbohren.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Metallkäfig für Rollenlager anzugeben, der einfacher aufgebaut ist.
Zur Lösung dieses Problems sind bei einem Metallkäfig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mehrere die Kugelseitenteile fest miteinander verbindende Halteelemente vorgesehen, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse der zwischen zwei Halteelementen aufgenommenen, nicht an den Käfigseitenteilen drehgelagerten und von den Halteelementen beabstandeten Rollen angeordnet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Metallkäfig werden die beiden Käfigseitenteile durch eine Vielzahl von sich zwischen den beiden Seitenteilen erstreckenden Halteelementen verbunden. Diese Halteelemente dienen ausschließlich der Verbindung der Käfigseitenteile, sie dienen jedoch nicht der Lagerung der Rollen. Diese befinden sich zwischen den Halteelementen und sind von diesen beabstandet. Zu ihrer Fixierung kommen separate Abstandshalter zum Einsatz, auf die nachfolgend noch eingegangen wird. Der Metallkäfig und die lose gelagerten Rollen bilden den zwischen zwei Laufringen angeordneten Rollenkranz.
Nachdem den Halteelementen keine Achsenfunktion zukommt, da die Rollen lediglich in dem Bereich zwischen zwei Halteelemente eingelegt werden, ist die Herstellung eines erfindungsgemäßen Metallkäfigs wesentlich einfacher, daraus resultierend letztlich auch der Aufbau eines Rollenlagers enthaltend einen solchen Käfig.
Nach einer ersten Erfindungsalternative können die Halteelemente als separate Bauteile ausgeführt sein, beispielsweise in Form von zylindrischen Haltebolzen oder eckigen Haltestegen, die mit den Käfigseiten verbunden sind. Dies kann durch Einstecken in entsprechende Ausnehmungen an den Käfigseitenteilen, Verschrauben, Verschweißen oder dergleichen erfolgen. In jedem Fall befinden sich die Halteelemente in einem Bereich seitlich zu den Rollen.
Eine Alternative zum Aufbau des Metallkäfigs aus separaten Käfigseitenteilen und Halteelementen sieht vor, den Käfig als einstückiges Gussteil herzustellen. Hier werden also die Käfigseitenteile und die Halteteile gemeinsam gegossen, es ist lediglich eine leichte Nachbearbeitung erforderlich, um entsprechende Gießnähte oder dergleichen zu entfernen. Auch bei dieser Ausgestaltung erhält man einen stabilen Metallkäfig, der dem herzustellenden Rollenlager eine entsprechende Stabilität verleiht. Die Halteelemente können auch hier querschnittlich rund oder mehreckig sein.
Wie beschrieben sind die Halteelemente von den Rollen beabstandet, das heißt, sie berühren diese nicht. Die Rollen laufen auf zwei einander gegenüberliegenden Laufflächen zweier einander gegenüberliegender Ringe, an denen sie gegengelagert sind. Um die beiden Rollen zwischen zwei Halteelementen ausreichend führen zu können, so dass diese in ihrer Position zwischen den Halteelementen verbleiben, sind zweckmäßigerweise entsprechende Abstandshalter vorgesehen, die vorzugsweise lösbar an den Halteelementen fixiert werden können. Zu diesem Zweck sind an den Halteelementen Abschnitte zum lösbaren Befestigen von zwischen zwei Rollen zu positionierenden, diese voneinander beabstandenden Abstandshaltern vorgesehen. Diese Abstandshalter können als kleine Kunststoff- oder Metallelemente ausgeführt sein und werden lösbar an den entsprechenden Abschnitten an den Halteelementen befestigt. Sie greifen zwischen zwei benachbarte Rollen, die Rollen werden zwischen zwei Abstandshaltern geführt, so dass sie einander wie auch die Halteelemente nicht berühren können. Die Abschnitten an den Halteelementen selbst können als querschnittliche Einschnürungen oder als Durchsteckaufnahmen ausgebildet sein. Auf eine solche Einschnürung, also eine Verringerung des Durchmessers des Haltebolzens, wird beispielsweise ein entsprechender Abstandshalter, der als Rastclip ausgeführt ist, aufgesteckt, so dass er mit seinem entsprechenden Halte- oder Führungsabschnitt entsprechend zwischen zwei Rollen greift. Denkbar ist aber auch eine Durchsteckausnehmung beispielsweise an einem rechteckigen oder flach ausgeführten Halteelement, durch welche Durchsteckausnehmung der Abstandshalter gesteckt wird, und in welcher er arretiert ist. Bei diesen beschriebenen Erfindungsausgestaltungen ist zwischen jeweils zwei zu positionierenden Rollen ein Halteelement vorgesehen.
Eine Erfindungsalternative sieht vor, dass jeweils ein, zwei oder mehrere Halteelemente in der Montagestellung zwischen zwei Rollen angeordnet sind, die der Abstützung eines zwischen ihnen hindurchzuführenden und auf ihnen aufgelagerten Abstandshalters dienen. Während bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform beispielsweise auf die Einschnürung ein Hal teclip aufgerastet oder in die Durchsteckausnehmung ein Halteclip eingesteckt und eingerastet wird, ist bei der Erfindungsausgestaltung mit zwei zwischen den Rollen angeordneten Halteelementen der Abstandshalter auf diesen aufgelagert, wobei bevorzugt an den Käfigseitenteilen jeweils den beiden zwischen zwei Rollen positionierten Halteelementen eine Durchbrechung zur Aufnahme eines der Fixierung eines einzusetzenden Abstandshalters dienenden Fixierelements vorgesehen ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung dienen die Halteelemente lediglich der Abstützung, während der Abstandshalter über ein separates, vorzugsweise bolzenartiges Fixierelement dann in seiner Lage zwischen zwei Rollen gehalten und gegen Verkippen gesichert wird.
Gleichwohl können mehrere als Achsbolzen für durchbohrte Rollen dienende weitere Halteelemente vorgesehen sein. Diese weiteren, wenigen Halteelemente sollten zweckmäßigerweise nahezu gleichmäßig bzw. symmetrisch um den Käfigumfang verteilt angeordnet sein. Diese Erfindungsausgestaltung bietet sich besonders bei der Ausgestaltung des Metallkäfigs mit zwei separaten Käfigseitenteilen und separaten Halteelementen an. Diese wenigen, eine Drehachse bildenden Halteelemente dienen primär der stabilen genauen Käfigführung und zur Aufnahme des Käfiggewichts, das heißt, das Gewicht des Käfigs stützt sich über die Achsbolzen und Rollen auf einem der Lagerringe ab.
Neben dem Metallkäfig betrifft die Erfindung ferner ein Rollenlager, umfassend zwei Ringe sowie wenigstens einen Rollen enthaltenden Metallkäfig der beschriebenen Art.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Dabei zeigen:
1 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Metallkäfigs einer ersten Ausführungsform mit gestrichelt angedeuteten Rollen und Abstandshaltern,
2 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Rollenlager umfassend den Metallkäfig aus 1, und
3 eine Darstellung eines Metallkäfigs einer zweiten Ausführungsform mit gestrichelt gezeigtem Abstandshalter und Rollen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Metallkäfig 1 ohne Rollen in Form einer Teilansicht. Er besteht aus zwei Käfigseitenteilen 2, 3, wobei der Metallkäfig 1 hier beispielsweise zum Aufbau eines Axialrollenlagers dient. Infolgedessen ist hier der Radius des inneren Käfigseitenteils 3, das als Ring ausgeführt ist, etwas kleiner als der Radius des äußeren ringförmigen Käfigseitenteils 2. Die beiden Käfigseitenteile 2, 3 werden über Halteelemente 4, hier in Form zylindrischer Haltebolzen 5, unter Bildung eines stabilen Metallkäfigs fest miteinander verbunden. Die Halteelemente 4 sind hier also separate Bauteile, die in entsprechender Position an den Käfigseitenteilen 2, 3 fixiert werden. Zu diesem Zweck können die Käfigseitenteile 2, 3 entsprechende Gewinde- oder Durchgangsbohrungen aufweisen, in die die Enden der Haltebolzen 5 eingesteckt werden, wonach die Haltebolzen 5 auch beispielsweise noch verschweißt werden können. Denkbar wäre es auch, diese über eine Schraubverbindung zu befestigen. Die Haltebolzen 5 sind um den Umfang herum äquidistant voneinander beabstandet. Sie dienen ausschließlich der Fixierung der beiden Käfigseitenteile 2, 3 aneinander, ihnen kommt keine eine Drehachse bildende Funktion zu. Die einzelnen Rollen 6 werden, siehe die Darstellung gemäß 2, jeweils zwischen zwei Halteelementen angeordnet. Die Rollen 6 selbst berühren die Halteelemente 4 nicht. Zur Führung der Rollen 6 und zur Festlegung der Rollenposition sind an den Halteelementen 4 Abstandshalter 7 angeordnet. Diese können beispielsweise als längs geschlitzte Halteclips ausgeführt sein, die an entsprechenden Fixierabschnitten 8 an den Halteelementen 4 befestigt werden. Diese Abschnitte 8 sind im gezeigten Beispiel unter Verwendung der Haltebolzen 5 als endseitige Durchmessereinschnürungen ausgebildet, auf welche ein Abstandshalter 7 aufgeschnappt werden kann, der eine entsprechende Haltedurchbrechung oder dergleichen aufweist. Jeweils eine Einschürung 8 ist an den Enden der Halteelemente 4 vorgesehen, so dass also an jedem Halteelement 4 jeweils zwei Abstandshalter 7 befestigt werden können. Diese übergreifen nun, siehe 2, die Rolle etwas, sie greifen auch mit ihrem unteren Abschnitt zwischen die beiden Rollen 4, so dass diese beabstandet und geführt werden. Die Abstandselemente 7 greifen lediglich randseitig an den Rollen 6 an. Diese werden also nur an den Rändern leicht übergriffen, der sonstige Rollenbereich steht zur Schmierung zur Verfügung. Die Rollen 6 selbst sind quasi lose gelagert, sie stehen in keiner Lagerverbindung zum Metallkäfig 1 selbst. Sie stützen sich lediglich an dem unteren Ring 9 und dem oberen Ring 10 des in 2 gezeigten Rollenlagers 11 ab.
Wie 1 ferner zeigt, können einige wenige Rollen 6 aus Stabilitätsgründen direkt an den Käfigseitenteilen 2, 3 drehgelagert sein. Die beiden hier gezeigten Rollen 6 sind mittig durchbohrt, durch sie greift ein Lagerbolzen 12, der endseitig an den Käfigseitenteilen 2, 3 befestigt ist und die Drehachse für diese Rollen bildet. Über diese wenigen Lagerbolzen oder Achsbolzen wird das Gewicht des Käfigs abgestützt und eine genauere Führung des Käfigs erzielt.
Grundsätzlich reichen beispielsweise bereits drei um den Umfang äquidistant verteilte direkt gelagerte Rollen 6 aus, es können jedoch auch wenige mehr sein. In jedem Fall ist das Gros der Rollen 6 beim erfindungsgemäßen Metallkäfig nicht an den Käfigseitenteilen 2, 3 drehgelagert.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Metallkäfigs 1', wobei hier nur eine Seitenansicht des äußeren Käfigseitenteils 2 gezeigt ist. An diesem sind zwei Bohrungen 13 vorgesehen, die zur Aufnahme jeweils eines Endes eines Halteelements 4, bevorzugt eines Haltebolzens 5, dienen. Bei dieser Erfindungsausgestaltung befinden sich also im Bereich zwischen zwei hier gestrichelt gezeigten Rollen 6, aus der Drehebene der Rollen 6 nach oben versetzt, zwei Haltebolzen 5, anders als bei der Ausführungsform nach 1, wo nur ein Haltebolzen 5 zwischen zwei Rollen 6 positioniert ist. An den entsprechenden Abschnitten 8 der beiden eingesteckten, hier jedoch nicht näher gezeigten Haltebolzen 5, stützt sich in der Montagestellung der Abstandshalter 7' ab, er ist auf ihnen aufgelagert. Zur Fixierung des Abstandshalters 7' ist an dem Käfigseitenteil 2 an der gegenüberliegenden Seite eine weitere Bohrung 14 vorgesehen, die von einem Fixierelement, bevorzugt ebenfalls einem Bolzen, durchsetzt wird und eine entsprechende Durchbrechung im Halteelement 7' durchgreift. Hierüber wird das Halteelement 7' in seiner Lage fixiert, in welcher es, abgestützt auf den Halteelementen, einerseits die Rollen 6 in deren Randbereich leicht übergreift, andererseits die Rollen im Bereich zwischen ihnen über seinen länglichen Abschnitt beabstandet. Der Abstandshalter, der grundsätzlich bei allen Ausführungsformen als Gleitelement ausgeführt ist, und aus Kunststoff oder Metall (z. B. Messing) ausgeführt sein kann, fixiert also die Rollen in ihrer Position und verhindert ein Berühren der Rollen untereinander sowie der Halteelemente.
Der erfindungsgemäße Metallkäfig ist, wenngleich die Rollen nicht mehr direkt an ihm drehgelagert sind, nach wie vor hinreichend stabil. Eventuelle Schweißarbeiten zum Verbinden der Halteelemente 4 mit den Käfigseitenteilen 2, 3 können abseits vom Lager durchgeführt werden, das heißt, der Käfig kann, nachdem die Rollen „lose" gelagert sind, quasi vorgefertigt werden. Die hohe Umfangsausnutzung, also die hohe Wälzkörperanzahl, bleibt auch hier erhalten, nachdem die Rollen sehr nah benachbart zueinander angeordnet werden können, lediglich getrennt über die relativ schmalen Stege der Abstandshalter. Durch die verwendeten, die Rollen lagernden und führenden Abstandshalter aus Kunststoff oder Metall ergibt sich ferner ein niedriges Lager-Reibmoment, auch resultierend daraus, dass die Abstandshalter die Rollen nur in deren Randbereich berühren. Die Wälzkörper selbst können, abgesehen von den wenigen optional vorgesehenen direkt über die Achsbolzen gelagerten Rollen, aus kostengünstigem Wälzlagerstahl hergestellt werden, es ist nicht mehr erforderlich, diese aus Einsatzstahl herzustellen und zu durchbohren, so dass insgesamt die Herstellungskosten des Metallkäfigs wie auch des Wälzkörpersatzes verringert werden können.
Eine Alternativausführung eines Metallkäfigs ist dergestalt denkbar, dass anstelle zylindrischer Haltebolzen 5 viereckige Haltestege vorgesehen werden, die eine Durchsteckdurchbrechung besitzen, durch die ein Abstandshalter mit einem länglichen, zwischen zwei Rollen anzuordnenden Abschnitt geführt wird, in welcher Durchbrechung dieser Abstandshalter dann verrastet. Der Abstandshalter weist selbstverständlich auch einen entsprechenden oberen Abschnitt auf, mit dem er die Rollen seitlich übergreift.
Eine weitere denkbare Ausgestaltung sieht die Herstellung eines einteiligen Metallkäfigs in Form eines Gussteils vor, das heißt, die Käfigseitenteile 2, 3 sowie die Halteelement 4 werden in Form eines einstückigen Bauteils unter Verwendung einer entsprechenden Gussform hergestellt. Das Gussteil ist lediglich noch etwas nachzubearbeiten. Die Halteelemente können auch hier nach Art eines Rundbolzens oder als mehreckiger Steg ausgeführt sein, so dass sie ein Aufschnappen oder Einstecken eines geeigneten Abstandselements ermöglichen.

1: Metallkäfig
1': Metallkäfig
2: Käfigseitenteil
3: Käfigseitenteil
4: Halteelement
5: Haltebolzen
6: Rollen
7: Abstandshalter
7': Abstandshalter
8: Fixierabschnitt
9: Unterer Ring
10: Oberer Ring
11: Rollenlager
12: Lager- oder Achsbolzen
13: Bohrungen
14: Bohrung

Claims

Metallkäfig für Rollenlager, umfassend zwei Käfigseitenteile, zwischen denen die Rollen aufgenommen sind, gekennzeichnet durch mehrere die Käfigseitenteile (2, 3) fest miteinander verbindende Halteelemente (4), die im wesentlichen parallel zur Drehachse der zwischen zwei Halteelementen (4) aufgenommenen, nicht an den Käfigseitenteilen (2, 3) drehgelagerten und von den Halteelementen (4) beabstandeten Rollen (6) angeordnet sind.
Metallkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (4) als separate Bauteile mit den Käfigseiten (2, 3) verbunden sind.
Metallkäfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (4) Haltebolzen (5) oder Haltestege sind.
Metallkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein einstückiges Gussteil ist.
Metallkäfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente querschnittlich rund oder mehreckig sind.
Metallkäfig nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Halteelementen (4) Abschnitte (8) zum lösbaren Befestigen von zwischen zwei Rollen (6) zu positionierenden, diese voneinander beabstandenden Abstandshaltern (7, 7') vorgesehen sind.
Metallkäfig nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (8) als querschnittliche Einschnürungen oder als Durchsteckausnehmungen ausgebildet sind.
Metallkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein, zwei oder mehr Halteelemente (4) in der Montagestellung zwischen zwei Rollen (6) angeordnet sind, die der Abstützung eines zwischen ihnen hindurchzuführenden, auf ihnen aufgelagerten Abstandshalters (7') dienen.
Metallkäfig nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Käfigseitenteilen (2, 3) jeweils den beiden zwischen zwei Rollen (6) positionierten Halteelementen eine Durchbrechung (14) zur Aufnahme eines der Fixierung eines einzusetzenden Abstandshalters (7') dienenden Fixierelements vorgesehen sind.
Metallkäfig nach einem der Ansprüche 2, 3 und 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere als Achsbolzen (12) für durchbohrte Rollen (6) dienende weitere Halteelemente vorgesehen sind.
Metallkäfig nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Halteelemente symmetrisch um den Käfigumfang verteilt angeordnet sind.
Rollenlager, umfassend zwei Ringe sowie wenigstens einen Rollen (6) enthaltenden Metallkäfig (1, 1') nach einem der vorangehenden Ansprüche.