DE10223432A1

DE10223432A1 - Käfig für zylindrische Wälzkörper

Info

Publication number: DE10223432A1
Application number: DE2002123432
Authority: DE
Inventors: Johann Kremer; Gunter Schneider; Josef Schaeffer
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-25
Filing date: 2002-05-25
Publication date: 2003-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig (14) für zylindrische Wälzkörper (5), dessen Seitenringe (15, 16) durch Taschen (4) bildende profilierte Stege (19) miteinander verbunden sind, wobei die Stege (19) aus zueinander parallel verlaufenden, teils innerhalb und teils außerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitten (24, 20, 21) bestehen, die durch schräg verlaufende Abschnitte (22, 23) miteinander verbunden sind und die Wälzkörper (5) durch die beiderseits des Teilkreises liegenden Stegabschnitte (24, 20, 21) an deren Haltekanten in beiden radialen Richtungen gehalten sind. DOLLAR A Der Käfig (14) zeichnet sich in erfindungsgemäßer Weise dadurch aus, dass der innerhalb des Teilkreises liegende Abschnitt (24) in seinem mittleren Bereich in radialer Richtung nach außen hoch gesetzt ist, so dass ein mittlerer Stegabschnitt (24.1, 24.2) und ihn in axialer Richtung begrenzende Stegabschnitte (24.2) gebildet sind, die einen geringeren radialen Abstand zu einer Käfigachse (2) aufweisen, so dass nach einem Wärmebehandlungsprozess der mittlere Stegabschnitt (24.1) einen Härteverzug aufnimmt und dass im Bereich des mittleren Stegabschnittes (24.1) und der schräg verlaufenden Abschnitte (22, 23) Freistellungen (25, 26) der Taschen (4) in Umfangsrichtung angeordnet sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Käfig für zylindrische Wälzkörper, insbesondere einen Nadelkäfig, dessen Seitenringe durch Taschen bildende profilierte Stege miteinander verbunden sind, wobei die Stege aus zueinander parallel verlaufenden, teils innerhalb und teils außerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitten bestehen, die durch schräg verlaufende Abschnitte miteinander verbunden sind und die Wälzkörper durch die beiderseits des Teilkreises liegenden Stegabschnitte an deren Haltekanten in beiden radialen Richtungen gehalten sind.

Hintergrund der Erfindung

Ein derart gattungsgemäß ausgebildeter Käfig ist beispielsweise aus der DE 198 35 261 A1 vorbekannt. Er besteht aus zwei Seitenringen, an die sich in axialer Richtung nach innen zwei parallel zur Käfigachse verlaufende außerhalb des Teilkreises liegende Stegabschnitte anschließen. Diese beiden Stegabschnitte werden von zwei schräg zur Käfigachse verlaufenden Abschnitten fortgesetzt, die sich wiederum zu einem parallel zur Käfigachse verlaufenden Stegabschnitt vereinen, der innerhalb des Teilkreises liegt.

In diesem Zusammenhang ist dem Fachmann bekannt, dass solche Käfige oftmals aus einem Taschen für Wälzkörper aufweisenden profilierten Band gebildet sind, dessen Enden nach dem Rundbiegen miteinander verschweißt werden. Wenn nun derartige Käfige ein kleines Verhältnis von Käfigdurchmesser zu Käfiglänge aufweisen, dann besteht beim Zusammenschweißen der Bandenden die Gefahr, dass durch ein Einfallen des Käfigprofils in radialer Richtung nach innen dessen Funktion eingeschränkt ist, weil sich der Käfig verzieht.

In diesem Zusammenhang ist dem Fachmann aus der DE-OS 25 56 745 auch bekannt, dass Käfige für besonders hohe Beanspruchungen zusätzlich durch thermische oder thermisch-chemische Behandlungsverfahren, wie zum Beispiel Einsatzhärten oder Nitrieren, in ihren Festigkeits- und Verschleißeigenschaften verbessert werden können. Durch die zur Verbesserung der Eigenschaften angewandte Behandlung tritt insbesondere bei Filigrankäfigen, dass heißt bei Käfigen mit geringen Wand- und Stegstärken das Problem auf, dass die als Verzug bezeichneten Form- und Maßänderungen besonders durchschlagen. Im Extremfall ist ein derartiger Käfig unbrauchbar, weil er auf der Welle klemmt. Beim Härten werden diese Maß- und Formänderungen der Werkstücke durch Überlagerung der aufgrund thermisch bedingter Eigenspannung verursachten Deformationen und der umwandlungsbedingten Volumenänderungen hervorgerufen.

Die vorstehend beschriebenen Nachteile hat man dadurch zu beheben versucht, dass man in einer Lagerstelle zwei Käfige eingebaut hat. Dies hat aber den Nachteil, dass einerseits bei zwei Käfigen die Herstellungs- und Handhabungskosten erhöht sind und andererseits Traganteil des Lagers verloren geht.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Käfig für zylindrische Wälzkörper, insbesondere mit einem kleinen Durchmesser-Längen- Verhältnis, dessen Gestalt so zu optimieren, dass er durch einen Schweißvorgang oder durch eine erforderliche Wärmebehandlung zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften in seiner Funktion nicht beeinträchtigt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass der innerhalb des Teilkreises liegende Abschnitt in radialer Richtung nach außen hochgesetzt ist, so dass ein mittlerer Stegabschnitt und zwei ihn in axialer Richtung begrenzende Stegabschnitte gebildet sind, die einen geringeren radialen Abstand zu einer Käfigachse aufweisen, so dass nach einem Wärmebehandlungsprozeß der mittlere Stegabschnitt einen Härteverzug aufnimmt und dass im Bereich des mittleren Stegabschnittees und der schräg verlaufenden Abschnitte Freistellungen der Taschen in Umfangsrichtung angeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäße Gestalt des Lagerkäfigs werden dessen durch Schweißen oder durch eine Wärmebehandlung unvermeidbaren Form- und Maßänderungen von vornherein berücksichtigt, dass heißt, vorgehalten, so dass der Käfig auch anschließend seine volle Funktionsfähigkeit behält. Dies geschieht dadurch, daß der mittlere Stegabschnitt in radialer Richtung nach innen einfällt, wobei seine ursprüngliche zylindrische Form die Gestalt eines Hyperboloids annimmt. Der vor der Wärmebehandlung erforderliche Vorhalt hat so zu erfolgen, dass ein Kontakt des mittleren Stegabschnittes des Käfigs mit der Welle zu vermeiden ist. Dieser Vorhalt ist genauestens auf den jeweiligen Einzelfall abzustimmen, weil von einer Vielzahl von Faktoren beeinflußbar. Dies sind u. a. die Art des verwendeten Käfigmaterials, die Stärke des verwendeten Materials, das Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Käfigs, die Anzahl der eingesetzten Wälzkörper und schließlich auch die Art der eingesetzten Wärmebehandlung.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Käfigs sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass er außengeführt ist. Diese Art der Führung, bei der der Käfig einen Durchmesser aufweist, der nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrung ist, so daß der Käfig bei Rotation des Lagers an der Wandung der Aufnahmebohrung anliegt, wird immer dann angewendet, wenn hohe Flieh- und Beschleunigungskräfte auftreten.

Aus Anspruch 3 geht hervor, dass er eine M- oder eine V-förmige Gestalt aufweist. In beiden Fällen wird die Innenhalterung der Wälzkörper von dem Stegabschnitt übernommen, der innerhalb des Teilkreises liegt und parallel zur Käfigachse verläuft. Die Außenhalterung der Wälzkörper erfolgt durch außerhalb des Teilkreises liegende Abschnitte, die ebenfalls parallel zur Käfigachse verlaufen und sich unmittelbar an die beiden Seitenringe anschließen. Der Unterschied beider Käfige liegt darin, daß die Seitenringe des M-förmigen Käfigs zusätzlich mit radial nach innen gerichteten Flanschen versehen sind.

Schließlich soll er nach Anspruch 4 in einer Planetenradlagerung eines Automatikgetriebes eingesetzt sein, wobei in diesem Fall der Käfig Beschleunigungen ausgesetzt ist, die ein Vielfaches der Erdbeschleunigung betragen.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 zwei nebeneinander angeordnete Käfige einer Lagerstelle,
Fig. 2, 3, 4 und 5 einen M-förmig gestalteten Käfig nach dem bisherigen Stand der Technik vor und nach dem Härten,
Fig. 6, 7, 8 und 9 einen M-förmig gestalteten Käfig nach der Erfindung vor und nach dem Härten,
Fig. 10 einen Ausschnitt aus einer perspektivischen Darstellung des M-förmig gestalteten Käfigs nach der Erfindung,
Fig. 11 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Käfig und
Fig. 12, 13 und 14 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII, XIII-XIII, XIV- XIV in Fig. 11.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 sind zwei nach dem Stand der Technik ausgebildete Lagerkäfige 1 in einer Lageranordnung nebeneinander angeordnet, deren um die Käfigachse 2 angeordnete Stege 3 eine profilierte Form aufweisen und Taschen 4 zur Aufnahme der Wälzkörper 5 bilden. Die Figur lässt erkennen, dass durch die zwei nebeneinander angeordneten Lagerkäfige 1 Traganteil verloren geht, weil durch zwei Käfige in axialer Richtung mehr Bauraum verschenkt wird als durch einen.
In den Fig. 2 und 3 ist ein weiterer Käfig 1 gemäß dem bekannten Stand der Technik gezeigt, dessen axiale Ausdehnung gleich der axialen Ausdehnung der beiden Käfige 1 nach Fig. 1 ist. Dieser besteht ebenfalls auch den beiden Seitenringen 6, 7, an die sich die parallel zur Lagerachse 2 verlaufenden Stegabschnitte 8, 9 anschließen. Diese liegen außerhalb des Teilkreises und gehen in je einen schräg zur Käfigachse 2 gerichteten Abschnitt 10, 11 über, die sich wiederum zu einem parallel zur Käfigachse 2 verlaufenden innerhalb des Teilkreises liegenden Stegabschnitt 12 vereinen. Die inneren Kanten des Stegabschnittes 12 begrenzen das radiale Spiel der Wälzkörper nach innen, während das radiale Spiel nach außen durch die Stegabschnitte 8, 9 begrenzt ist.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, besteht bei thermischen oder thermischchemischen Behandlungsverfahren zur Verbesserung der mechanischen Werte des Käfigs die Gefahr, dass der Stegabschnitt 12 durch Härteverzug an der zu lagernden Welle 13 zur Anlage gelangt. Dies kann auch durch einen Schweißprozeß eintreten, wenn der Käfig aus einem Band gerollt ist, dessen Enden nach dem Rundbiegen durch diesen Schweißvorgang miteinander verbunden werden. Dieses Schleifen wird durch die radial nach innen gerichtete Durchbiegung des Stegabschnittes 12 verursacht, weil dieser durch seinen axialen Abstand von den Seitenringen 6, 7 bedingt die geringste Stabilität aufweist. Dieser Verzug ist durch beim Härten ablaufende Gefügeumwandlungen und damit verbundene Volumenänderungen bedingt. Wie der Fachmann weiß, führt die Umwandlung von Ferrit und Zementit in Austenit beim Erwärmen zunächst zu einer Volumenverminderung, der dann beim Abschrecken durch die Umwandlung des Austenits in Martensit eine Volumenvergrößerung folgt. Der beim Härten entstehende Martensit hat ein größeres spezifisches Volumen als das aus Ferrit und Zementit bestehende Weichglühgefüge vor dem Härten. Die Volumenzunahme bei der Martensitbildung wächst mit steigendem Kohlenstoffgehalt in Folge zunehmender Verspannung des Gitters. Mit steigender Anlaßtemperatur geht diese Volumenzunahme unter Bildung eines Übergangs allerdings wieder zurück.
Der in den Fig. 6 und 7 vor dem Härten gezeigte erfindungsgemäße Käfig 14 weist eine M-förmige Gestalt derart auf, dass seine Seitenringe 15, 16 mit radial nach innen gerichteten Flanschen 17, 18 versehen sind. An die Seitenringe 15, 16 schließen sich außerhalb des Teilkreises liegende Stegabschnitte 20, 21 der Stege 19 an, die parallel zur Käfigachse 2 verlaufen. Diese gehen in schräg zur Käfigachse 2 verlaufende Stegabschnitte 22, 23 über, welche sich wiederum zum Stegabschnitt 24 vereinen, der innerhalb des Teilkreises liegt.
In erfindungsgemäßer Weise ist dieser Abschnitt 24 in radialer Richtung in seinem Mittelteil nach außen hochgesetzt, so dass ein Stegabschnitt 24.1 gebildet ist, der in axialer Richtung von den beiden Stegabschnitten 24.2 begrenzt ist. Wie nun die Fig. 8 und 9 zeigen, verzieht sich nach einem Härtevorgang nur der Stegabschnitt 24.1 in radialer Richtung nach innen, während die im begrenzenden Stegabschnitte 24.2 ihre ursprüngliche Lage nahezu behalten. Die Wölbung des Stegabschnittes 24.1 nach innen erfolgt aber nur soweit, dass davon die zu lagernde Welle 13 nicht berührt ist.
Die in den Fig. 10, 11, 12, 13 und 14 gezeigte Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Käfigs 14 lässt die Außenhalterung der Wälzkörper 5 durch die Stegabschnitte 20, 21 erkennen, deren Abstand im Taschenbereich in Umfangsrichtung kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper 5 ist. Das gleiche trifft für die Innenhalterung der Wälzkörper 5 zu, dass heißt, der Abstand der Stegabschnitte 24.2 in Umfangsrichtung ist wiederum geringer als der Durchmesser der Wälzkörper 5. Darüber hinaus sind insbesondere in den Fig. 10 und 11 die beiderseits des Wälzkörpers 5 erforderlichen Freistellungen 25, 26 im Taschenbereich zu erkennen. Sie sorgen dafür, dass die radiale Beweglichkeit der Wälzkörper 5 gegeben ist. Bezugszeichen 1 Käfig
2 Käfigachse
3 Steg
4 Tasche
5 Wälzkörper
6 Seitenring
7 Seitenring
8 Stegabschnitt
9 Stegabschnitt
10 Stegabschnitt
11 Stegabschnitt
12 Stegabschnitt
13 Welle
14 Käfig
15 Seitenring
16 Seitenring
17 Flansch
18 Flansch
19 Steg
20 Stegabschnitt
21 Stegabschnitt
22 Stegabschnitt
23 Stegabschnitt
24 Stegabschnitt
24.1 Stegabschnitt
24.2 Stegabschnitt
25 Freistellung
26 Freistellung

Claims

1. Käfig (14) für zylindrische Wälzkörper (5), insbesondere Nadelkäfig, dessen Seitenringe (15, 16) durch Taschen (4) bildende profilierte Stege (19) miteinander verbunden sind, wobei die Stege (19) aus zueinander parallel verlaufenden, teils innerhalb und teils außerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitten (24, 20,21) bestehen, die durch schräg verlaufende Abschnitte (22, 23) miteinander verbunden sind und die Wälzkörper (5) durch die beiderseits des Teilkreises liegenden Stegabschnitte (24, 20,21) an deren Haltekanten in beiden radialen Richtungen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb des Teilkreises liegende Abschnitt (24) in seinem mittleren Bereich in radialer Richtung nach außen hochgesetzt ist, so daß ein mittlerer Stegabschnitt (24.1) und zwei ihn in axialer Richtung begrenzende Stegabschnitte (24.2) gebildet sind, die einen geringeren radialen Abstand zu einer Käfigachse (2) aufweisen, so daß nach einem Wärmebehandlungsprozeß der mittlere Stegabschnitt (24.1) einen Härteverzug aufnimmt und dass im Bereich des mittleren Stegabschnittes (24.1) und der schräg verlaufenden Abschnitte (22, 23) Freistellungen (25, 26) der Taschen in Umfangsrichtung angeordnet sind.

2. Käfig (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er außengeführt ist.

3. Käfig (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine M- oder eine V-förmige Gestalt aufweist.

4. Käfig (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in einer Planetenradlagerung eines Automatikgetriebes eingesetzt ist.