DE20113900U1 - Wälzlager - Google Patents

Description

AB SKF Schweinfurt, 20.08.2001

DE 01 032 DE STP-he.se

B e s ehreibung

Wälzlager

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit Lagerkäfig gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Wälzlager der in Rede stehenden Art besitzen im Allgemeinen einen Lagerinnenring sowie einen Lageraußenring, wobei zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring eine Anzahl rotationssymmetrischer Wälzkörper angeordnet ist dergestalt, dass durch Abwälzen der Wälzkörper auf den Laufbahnen von Innenring bzw. Außenring auch bei hohen Lagerlasten leichtgängige Drehbarkeit der beiden Lagerringe gegeneinander gewährleistet ist.

Abgesehen von Sonderbauformen, wie sie beispielsweise vollrollige Wälzlager darstellen, sind die Wälzkörper von Wälzlagern mit gewissen Abständen voneinander im Lagerspalt zwischen Außenring und Innenring verteilt angeordnet. Zur Aufrechterhaltung dieser gleichmäßig verteilten Anordnung der Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring werden bei den meisten derartigen Wälzlagern aus Kunststoff oder Metall bestehende, meist leiterähnlich ausgebildete Lagerkäfige eingesetzt. Um weiterhin eine Vormontierbarkeit der Wälzkörper des Wälzlagers zu ermöglichen, sind solche Lagerkäfige zudem oftmals mit auf den Käfigstegen angeordneten Vorsprüngen versehen, die zwar eine gewisse

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Beweglichkeit der Wälzkörper in den Öffnungen bzw. Taschen des Lagerkäfigs erlauben, ein Herausfallen der Wälzkörper aus dem Lagerkäfig, insbesondere bei nicht montiertem Lagerinnenring, jedoch verhindern. Ebenso sind symmetrische Verdickungen der Käfigstege bekannt, welche eine großflächigere Anlage der Rolle gewährleisten und die Zentrierung und Führung des Käfigs durch den Rollensatz ermöglichen.

Beim Betrieb eines Wälzlagers treten unvermeidlich Abnutzungserscheinungen auf, die zum Vorhandensein kleinster, von den verschiedenen Lagerbauteilen abgelöster Materialteilchen im Inneren des Lagers führen können. Weiterhin können auch aus der Umgebung eingetragene Schmutzteilchen in das Wälzlager eindringen, was auch durch sorgfältige Schmierung und/oder Abdichtung des Lagers nicht vollständig verhindert werden kann. &Ggr;&eegr; einem Wälzlager befindliche Fremdstoffe bzw. von Lagerbauteilen abgetragene Materialteilchen können jedoch die Leichtgängigkeit und vor allem die Lebensdauer von Wälzlagern empfindlich beeinträchtigen, insbesondere wenn es sich um Verschmutzungen aus harten Materialien wie beispielsweise um Stahlpartikel oder um Sandkörner handelt.

Gelingt es jedoch, durch geeignete Maßnahmen dafür zu sorgen, dass abgelöste Materialteilchen und/oder eingedrungene Verschmutzungen nicht über längere Zeit im unmittelbaren Lagerungsbereich verbleiben, sondern sich aus diesem entfernen lassen, so kann hierdurch die Lebensdauer eines Wälzlager erhöht bzw. seine durch Verschmutzungen hervorgerufene Laufflächenschädigung und

Versagensanfälligkeit verringert werden. Insbesondere bei in sich abgeschlossenen, mit Lebensdauerschmierung versehenen Wälzlagern war dies bisher jedoch praktisch nicht möglich, so dass eingedrungene Schmutzkörner bzw. von den Lagerbestandteilen abgelöste Materialteilchen bei solchen Lagern oftmals zu einer nicht kalkulierbaren Verringerung der Lebensdauer geführt haben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wälzlager zu schaffen, bei dem sich die schädlichen Einwirkungen von im Lagerbereich befindlichen Verunreinigungen verringern lassen.

Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager nach der Lehre des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung weist in an sich zunächst bekannter Weise neben Lagerinnen- und Lageraußenring eine Anzahl zwischen Innen- und Außenring abwälzender Wälzkörper sowie einen im Wesentlichen leiterförmig ausgebildeten Lagerkäfig auf. Der Lagerkäfig schließt die Wälzkörper in Käfigtaschen ein, die durch die beiden Seitenringe und die quer zu den Seitenringen verlaufenden Stege des Lagerkäfigs gebildet werden. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Wälzlager jedoch dadurch aus, dass zumindest einer, bevorzugt jedoch mehrere und besonders bevorzugt alle Stege des Lagerkäfigs mit jeweils einer schiefen Ebene bzw. einer im Wesentlichen keilförmigen Struktur versehen sind, die jeweils auf einer der in Umfangsrichtung verlaufenden Oberflächen der Stege des Lagerkäfigs angeordnet ist. Dabei weist die schiefe Ebene bzw. die keilförmige Struktur jeweils eine Gefällerichtung auf, die im Wesentlichen in einer der beiden lageraxialen Richtungen verläuft.

Derartige schiefe Ebenen bzw. keilförmige Strukturen auf den Stegen des Lagerkäfigs führen zunächst einmal dazu, dass das im Lager befindliche Schmiermittel während des Betriebs des Lagers über die normalen, durch das Abwälzen hervorgerufenen Verdrängungsströmungen hinaus eine Bewegungsbzw. Geschwindigkeitskomponente erhält, die im Wesentlichen quer zur Hauptwälzrichtung der Wälzkörper auf den Lagerringen verläuft. Durch die auf diese Weise hervorgerufene Querströmung werden auch die im unmittelbaren Lagerungsbereich befindlichen Fremdkörper bzw. Schrnutzteilchen erfasst und

können so zur Seite weggetragen und in einen Bereich befördert werden, wo sie den empfindlichen hochbelasteten Wälzflächen nicht mehr gefährlich werden können.

Es ist für die Erfindung dabei zunächst unerheblich, ob die schiefen Ebenen bzw. keilförmigen Strukturen auf der nach radial innen weisenden Seite des Lagerkäfigs oder aber auf den nach radial außen weisenden Oberflächen der Querstege des Lagerkäfigs angeordnet sind, da der beschriebene Querströmungseffekt zumindest zu einem Teil unabhängig von einer solchen Ausrichtung der schiefen Ebenen bzw. keilförmigen Strukturen auftritt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch vorgesehen, dass die schiefen Ebenen bzw. die keilförmigen Strukturen auf der zur Lagerachse weisenden Oberfläche der Käfigstege angeordnet sind, da insbesondere bei höheren Lagerdrehzahlen erhebliche Zentrifugalkräfte im Lager auftreten, die auch auf das Schmiermittel sowie auf die im Lager befindlichen Fremdkörper wirken. Dadurch werden sowohl Schmiermittel als auch Fremdkörper bei radial innenliegend angeordneten schiefen Ebenen zusätzlich zum reinen Strömungseffekt auch durch die Zentrifugalkräfte auf diese schiefen Ebenen gepresst, was die seitliche Förderwirkung der schiefen Ebenen bzw. der keilförmigen Strukturen verstärkt.

Eine weitere Verbesserung der Förderwirkung einer auf einem Käfigsteg angeordneten schiefen Ebene quer zur Hauptwälzrichtung lässt sich dadurch erreichen, dass die schiefe Ebene bzw. die keilförmige Struktur jeweils mit zumindest einer ihrer im Wesentlichen in lageraxialer Richtung verlaufenden Kanten unmittelbar an die Oberfläche eines Wälzkörpers angrenzt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die auf den Stegen angeordneten schiefen Ebenen bzw. keilförmigen Strukturen die Wälzkörper in einem gewissen Maße umschmiegend ausgebildet sind. Dies ist besonders bei Kunststoffkäfigen vorteilhaft. Durch die auf diese Weise unmittelbar am Wälzkörper zur Anlage kommenden Kanten der schiefen Ebenen bzw. der keilförmigen Strukturen wird ein zusätzlicher schabender Reinigungseffekt erzielt, wodurch im Lager befindliche Verschmutzungen, sobald

sie aufgrund der Rotation eines Wälzkörpers vom Wälzkörper zusammen mit dem Schmiermittel mitgenommen werden, von den Kanten der schiefen Ebenen erfasst und der durch die schiefen Ebenen erzeugten Querströmung zugeführt werden.

Um durch die wegen der schiefen Ebenen entstehenden Querströmungen im Lager Mangelschmierungen auf einer der Lagerseiten zu vermeiden, ist es gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die jeweils auf demselben Lagerradius angeordneten, d. h. die entweder nach radial innen bzw. nach radial außen weisenden schiefen Ebenen der Käfigstege, die für jeweils eine der beiden Lagerdrehrichtungen wirksam sind, jeweils wiederum etwa zur hälftigen Anzahl in einander entgegengesetzte lageraxiale Richtungen abfallen. Hierdurch hebt sich der Transporteffekt der durch die schiefen Ebenen verursachten Querströmungen innerhalb des gesamten Wälzlagers in der Summe auf, wodurch sich eine mangelhafte Versorgung einer der beiden Seiten des Wälzlagers mit Schmiermittel vermeiden lässt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist zumindest einer der Seitenringe des Lagerkäfigs, vorzugsweise jedoch beide Seitenringe, auf ihrer zur Lagerachse, d. h. nach radial innen weisenden Oberfläche eine ringförmig umlaufende Nut auf. In dieser ringförmig umlaufenden Nut können sich die durch die schiefen Ebenen aus dem unmittelbaren Wälzbereich des Lagers mittels Querströmung herausgespülten Verunreinigungen ablagern. Dieser überaus nützliche Ablagerungseffekt wird dadurch hervorgerufen bzw. ermöglicht, dass die Verunreinigungen meist eine höhere Dichte als das im Lager befindliche Schmiermittel aufweisen, wodurch sie durch die im Betrieb des Lagers auftretenden Zentrifugalkräfte am Grund der Nut abgelagert werden, während das von den Verunreinigungen auf diese Weise befreite Schmiermittel über die Nut hinwegfließt und den Lagerflächen wieder zur Verfügung gestellt werden kann.

Dies ist insbesondere bei in sich geschlossenen und mit einer Lebensdauerschmierung versehenen Lagern von großem Vorteil, da bei solchen

Lagern keine externe Schmierstoffversorgung zur Verfügung steht, durch die die Schmutzteilchen aus dem Wälzbereich des Lagers entfernt und unschädlich gemacht werden könnten.

Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Schmiermittel beim Einsatz eines dergestalt mit schiefen Ebenen sowie mit ringförmig umlaufenden Nuten versehenen Lagerkäfigs permanent langsam in Lagerquerrichrung umgewälzt wird, wobei sich etwa im Wälzbereich befindlichen Verunreinigungen mit der Zeit in den umlaufenden Nuten des Lagerkäfigs ansammeln und ablagern können. Hierdurch lässt sich die Lebensdauer bzw. Versagenssicherheit eines derart ausgestatteten Wälzlagers ganz beträchtlich erhöhen, was sich wiederum positiv auf die Wartungskosten von mit solchen Lagern ausgestatteten Maschinen und Anlagen auswirkt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige

Figur in schematischer, nicht maßstäblicher Darstellung einen Teil eines Lagerkäfigs sowie einen Wälzkörper eines Wälzlagers gemäß der Erfindung.

In der Figur, in der die beiden Lagerringe zur besseren Übersichtlichkeit weggelassen sind, erkennt man einen rollenförmigen Wälzkörper 1, der in einer der Taschen des aus Seitenringen 2 sowie Querstegen 3 bestehenden Lagerkäfigs 4 aufgenommen ist. Einer der beiden dargestellten Stege 3 des Lagerkäfigs 4 ist auf seiner nach radial innen weisenden Seite mit einer schiefen Ebene bzw. mit einem keilförmigen Aufsatz 5 versehen, der den Wälzkörper 1 so umschmiegt, dass die Kante 6 der schiefen Ebene 5 unmittelbar am Wälzkörper 1 zur Anlage kommen kann.

Mit Bezugsziffer 7 ist ein ebenfalls auf einer nach radial innen weisenden Seite eines weiteren Steges 3 des Lagerkäfigs 4 angeordneter Vorsprung 7 bezeichnet, der in bekannter Weise dazu dient, ein Herausfallen von Wälzkörpem 1 aus dem Lagerkäfig 4 bei einem noch nicht fertigmontierten Wälzlager, insbesondere bei nicht eingefügtem Lagerinnenring, zu vermeiden und gegebenenfalls den Käfig auf den Rollensatz zu zentrieren. Aus der Darstellung ist leicht ersichtlich, dass diese Funktion ebenso gut durch die schiefen Ebenen 5 miterfüllt werden kann, so dass sich die aus dem Stand der Technik bekannten Vorsprünge 7 ohne Nachteile durch die schiefen Ebenen 5 ersetzen lassen.

Im Betrieb des Wälzlagers tritt in Abhängigkeit von der Lagerdrehrichtung eine Rotation der Wälzkörper 1 auf, die in der Figur durch einen entsprechenden Pfeil 8 dargestellt ist. Befinden sich nun Verschmutzungen oder Fremdkörper 9 im Wälzlager, so werden diese durch die Drehung der Wälzkörper 1 zusammen mit Teilen des Schmiermittels auf der Oberfläche der Wälzkörper 1 mitgenommen. Da jedoch die Kante 6 der schiefen Ebene 5 sehr eng am Wälzkörper 1 anliegt, entsteht durch die Kante 6 eine Schabwirkung, durch die sowohl mitgenommener Schmierstoff als auch insbesondere die mitgenommenen Schmutzpartikel 9 auf die schiefe Ebene 5 gespült bzw. getragen werden. Dort erhalten Schmiermittel und Schmutzpartikel 9 durch das Zusammenwirken von tangentialen und radialen Strömungskräften sowie insbesondere durch Zentrifugalkräfte in Verbindung mit dem Gefällewinkel der schiefen Ebene 5 eine Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitskomponente, die quer zur Hauptwälzrichtung, also in lageraxialer Richtung verläuft, was in der Fig. durch den Pfeil 10 angedeutet wird.

Eine auf diese Weise entstehende Querströmung des Schmiermittels nimmt die Schmutzpartikel 9 mit sich und fließt anschließend über die im Seitenring 2 angeordnete, ringförmig umlaufende Nut 11, in der sich die Schmutzpartikel 9 aufgrund ihrer im Verhältnis zu der des Schmierstoffs meist höheren Dichte in Verbindung mit der Wirkung der Zentrifugalkraft ablagern, wählend das

Schmiermittel über die Nut 11 hinwegfließt und auf diese Weise von Verunreinigungen befreit wird.

Die schiefen Ebenen 5 sind insbesondere im Bereich des Übergangs zur Nut 11 bevorzugt muldenförmig ausgebildet. Dadurch ist eine zuverlässige Transportwirkung auch im Endbereich der Rollen, in dem durch die Kantenkürzung der Rollen ein Freiraum besteht, gewährleistet.

Im Ergebnis wird deutlich, dass sich bei einem derartig ausgebildeten Wälzlager ein überaus vorteilhafter Selbstreinigungseffekt einstellt, der insbesondere bei abgedichteten, dauergeschmierten Wälzlagern von allergrößtem Vorteil in Bezug auf Lebensdauer und Versagenssicherheit sein kann.

AB SKF Schweinfiirt, 20.08.2001

DE 01 032 DE STP-he.se

Bezugszeichen	Wälzkörper
1	Seitenring
2	Steg
3	Lagerkäfig
4	schiefe Ebene
5	Kante
6	Vorsprung
7	Drehlichtung
8	Schmutzpartikel
9	Querströmung
10	Nut
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Claims (5)

1. Wälzlager mit leiterartigem, die Wälzkörper (1) zwischen Seitenringen (2) und Stegen (3) einschließendem Lagerkäfig (4), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Stege (3) des Lagerkäfigs (4) auf einer seiner in Umfangsrichtung verlaufenden Oberflächen mit einer in lageraxialer Richtung abfallenden schiefen Ebene (5) versehen ist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schiefe Ebene (5) auf der zur Lagerachse weisenden Oberfläche des Käfigsteges (3) angeordnet ist.

3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schiefe Ebene (5) mit zumindest einer ihrer im wesentlichen lageraxial verlaufenden Kanten (6) unmittelbar an die Oberfläche eines Wälzkörpers (1) angrenzt.

4. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf demselben Lagerradius angeordneten schiefen Ebenen (5) von Käfigstegen (3) für jede der beiden Lagerdrehrichtungen jeweils etwa zur hälftigen Anzahl in einander entgegengesetzte lageraxiale Richtungen (10) abfallen.

5. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Seitenring (2) des Lagerkäfigs, vorzugsweise beide Seitenringe (2), auf ihrer zur Lagerachse weisenden Oberfläche eine ringförmig umlaufende Nut (11) aufweist.