DE3526627A1 - Gliederkaefig fuer waelzlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gliederkäfig für Wälzla­ ger nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solcher Gliederkäfig ist durch das DE-GM 19 01 911 bekannt. Er ist aus einzelnen gelenkig verbun­ denen Segmenten zusammengebaut und kann durch Variation der Anzahl der Segemente für verschiedene Lagerdurchmesser verwendet werden. Die Gelenkver­ bindungen bestehen aus gabelförmigen Vorsprüngen die in entsprechende Zapfen des folgenden Segmentes einrasten. Dadurch ergibt sich eine radiale Beweglich­ keit, die dem bekannten Käfig die Möglichkeit gibt, sich an unterschiedliche Krümmungen leicht anzupassen. Ei­ ne kreisförmig gestreckte Anordnung der Segmente wird durch die Führung zwischen den Schultern der Lagerringe erreicht. Die Segmente können für verschie­ dene Arten von Wälzkörpern ausgeführt werden. Die Verwendung in Linearlagern ist naheliegend. Durch die fixierte Gelenkverbindung ergibt sich mit dem bekann­ ten Gliederkäfig ein exakt einzuhaltender Teilkreisum­ fang für die Wälzkörper und damit für die Durchmesser der Laufbahnen der Lagerringe. Nur geringfügig abge­ änderte Abmessungen oder Fertigungstoleranzen, ins­ besondere bei den aus Kunststoff hergestellten Seg­ menten, bewirken eine starke Belastung der Gelenke oder führen dazu, daß der Gliederkäfig nicht mehr ge­ schlossen werden kann.

Gleiche Probleme treten auf, wenn die Segmente bei Wälzlagern eingesetzt werden sollen, bei denen der Teilkreisumfang der Wälzkörper kein ganzteiliges Viel­ faches des Teilungsabstandes der Wälzkörper ist. Bei verschiedenen Wälzlagern wird auch ein "Atmen" des Käfigs in Umfangsrichtung verlangt, wenn nämlich durch komplexe Belastungen des Wälzlagers mit unter­ schiedlichen Abrollgeschwindigkeiten der einzelnen Wälzkörper gerechnet werden muß. In diesem Fall wir­ ken auf die Gelenke des bekannten Gliederkäfigs starke Belastungen, die zur Zerstörung führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gliederkäfig für Wälzlager der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem unter allen Betriebsbedingungen und bei Einbe­ rechnen von Fertigungstoleranzen auf die Gelenkver­ bindungen keine deren Festigkeit überfordernde Bela­ stungen einwirken und der ohne Einschränkung für ei­ nen festgesetzten Durchmesserbereich bei verschiede­ nen Wälzlagern eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Segmente einen um die durch die Mittelpunkte der Wälzkörper führende Linie zick-zack-förmigen Verlauf aufweisen.

Der Gliederkäfig ist sowohl für Linearlager als auch für Rotationslager verwendbar, wobei für diese der Ausdruck Teilkreis treffender ist als die auch für Linear­ lager bezeichnende Teillinie. Da das vorwiegende aber nicht ausschließliche Einsatzgebiet des erfindungsgemä­ ßen Gliederkäfigs Rotationslager sind, erfolgt die nach­ stehende Beschreibung im Hinblick auf dieses Anwen­ dungsgebiet.

Die Segmente werden dabei lediglich von den Wälz­ körpern geführt. Die zick-zack-förmige Anordnung be­ wirkt eine genaue Anpassung an den jeweiligen Teil­ kreisumfang der Wälzkörper. Die Gelenkverbindungen haben dabei die Aufgabe, die Neigung der Segmente in der Bewegungssystematik eines Faltenbalges zu über­ tragen und eine geschlossene Verbindung des Gieder­ käfigs zu schaffen. Die erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen eine Zick-Zack-Anordnung der Segemente in axialer oder in radialer Richtung, d. h. eine Neigung des einzelnen Segmentes um die Rollachse des jeweili­ gen Wälzkörpers oder um den durch den jeweiligen Wälzkörper verlaufenden Radius des Wälzlagers. Die vorzügliche Anpassungsfähigkeit des erfindungsgemä­ ßen Gliederkäfigs an verschiedene, auch fein abgestufte Lagerdurchmesser schließt auch eine Atmungsfähigkeit in Umfangsrichtung ein, die auf partielles Annähern ei­ niger Wälzkörper infolge unterschiedlicher Abrollkrite­ rien, Bewegung unter Radialspiel außerhalb der Lastzo­ ne oder dgl. zurückzuführen ist.

Die Gelenkverbindungen können auf verschiedene bekannte Arten geschaffen werden, z. B. mit Zapfen und Bohrungen, mit Filmscharnieren, hakenförmigen Ver­ bindungen, wulstförmigen Vorsprüngen und entspre­ chenden Ausnehmungen oder dgl.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Segmente gegenüber ihrer gestreckten Anordnung axial und/oder radial neigbar angeordnet. Dieses Merk­ mal ist vorzugsweise, aber nicht ausschließlich auf einen Gliederkäfig für Kugeln gerichtet. Dadurch ergibt sich die größtmögliche Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Gliederkäfigs. Insbesondere für die kleineren der üblicherweise mit derartigen Käfigen versehenen gro­ ßen Wälzlager ergibt sich durch die stärkere Krüm­ mung der Laufringe und durch die oftmals erforderli­ chen Schulter- bzw. Bordabschnitte eine ungenügende Neigung der Segmente in radialer Richtung. Obwohl eine solche Gelenkverbindung für die Anpassung an den Krümmungsradius des Wälzlagers erforderlich ist, reicht sie für die erfindungsgemäße Zick-Zack-Anord­ nung nicht aus. Für diese Fälle sieht die Erfindung vor­ teilhafterweise zusätzlich eine Bewegbarkeit über die Gelenkverbindung in axialer Richtung vor. Die Zack- Zack-Anordnung verläuft in diesem Fall unter Neigung der Segmente um den jeweiligen, durch den betreffen­ den Wälzkörper verlaufenden Radius, wobei ein größe­ rer Freiheitsgrad gegeben ist, der räumlich lediglich durch die Seitenflächen des Wälzlagers begrenzt ist. Ei­ ne besonders starke Neigung der Segmente kann er­ reicht werden, wenn die Gelenkverbindung auf einen kleinen Bereich in der axialen Mitte der Segmente be­ schränkt wird. Die Gelenkverbindung kann für diese Ausführungen als Kardangelenk, als in allen Richtungen bewegliche Verbindung aus flexiblem Material oder dgl. ausgeführt sein.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Gelenkverbindung als Kugelgelenk ausgebildet oder/und die Schwenkwinkel der Gelenkverbindung sind in axialer und radialer Richtung begrenzt oder/und die Gelenkverbindung weist in axialer und radialer Richtung unterschiedlich begrenzte Schwenkwinkel auf oder/und es sind an der Gelenkverbindung Elemente zur Begrenzung der gegenseitigen Verdrehung benach­ barter Segmente vorgesehen. Diese vorteilhaften Merk­ male werden in Verbindung mit den Beispielen näher beschrieben.

Nach weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen ist die Gelenkverbindung vorgespannt ausgeführt, wobei sie auch federelastisch schwenkbar ausgebildet sein kann. Diese Ausführungen verhindern eine unbeabsichtigte partielle Konzentration von Wälzkörpern in einem Um­ fangsbereich des Wälzlagers etwa in einer unbelasteten, untenliegenden Zone, wo durch die Schwerkraft ein An­ einanderrücken der Wälzkörper erwartet wird. Die Schwergängigkeit kann beispielsweise durch erhöhte Gleitreibung der Gelenkverbindung erreicht werden, deren Losbrechmoment größer ist als die erwartete Zugkraft der Wälzkörper infolge Schwerkraft. Die fe­ dernde Ausführung bewirkt, daß in Umfangsbereichen geringerer Belastung oder gegebenenfalls in den last­ freien Zonen sich wieder gleichmäße Teilungsabstände der Wälzkörper einstellen, wenn diese an anderer Stelle verändert wurden.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Segmente kammartig ausgeführt, wobei diese axial wechselseitig im Wälzlager angeordnet sein kön­ nen. Dadurch wird einerseits in an sich bekannter Weise ein leicht herzustellendes und einfach montierbares Segment geschaffen und andererseits insbesondere bei hohen Drehzahlen und großen Fliehkräften eine sym­ metrische radiale Einwirkung auf das Wälzlager erzielt.

Die Erfindung wird im folgenden an den in der Zeich­ nung dargestellten Beispielen beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 die teilweise Seitenansicht eines aus Kastenseg­ menten bestehenden und durch federnde Filmscharnie­ re verbundenen Gliederkäfigs für Zylinderrollen,

Fig. 2 die Draufsicht des in Fig. 1 teilweise dargestell­ ten Gliederkäfigs,

Fig. 3 die teilweise Draufsicht einer Verbindung von Segementen durch ein Zapfengelenk,

Fig. 4 die teilweise Draufsicht eines aus Kammseg­ menten bestehenden, durch Kugelgelenke verbundenen Gliederkäfigs für Kugeln,

Fig. 5 die Seitenansicht eines Kugelgelenkes nach Fig. 4 teilweise im Schnitt und

Fig. 6 die Draufsicht des in Fig. 5 dargestellten Kugel­ gelenkes teilweise im Schnitt.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Gliederkäfig besteht aus Kastensegmenten 1 mit jeweils einer geschlossenen Tasche und entsprechend teilzylindrischer Gleitfläche 2 für eine Zylinderrolle 3. Die Zylinderrollen 3 sind der Einfachheit wegen in Linie hintereinander dargestellt und können mit dem Gliederkäfig sowohl in einem Line­ ar- als auch in einem Rotationslager verwendet werden. Die Kastensegmente 1 sind um die Rollachse 4 der Zy­ linderrollen 3 geneigt und zick-zack-förmig entlang der Teillinie 5 angeordnet. Sie sind über ein progressiv fe­ derndes Filmscharnier 6 verbunden und haben somit das Bestreben, die Segmente 1 in die gestreckte Lage zu bewegen. Der Gliederkäfig ist beispielsweise zwischen zwei nicht dargestellten Lagerringen eines Zylinderrol­ lenlagers für Rotationsbewegungen angeordnet und endlos geschlossen. Dadurch verbleiben die Kastenseg­ mente 1 in der dargestellten, geneigten Lage und haben durch die federnden Filmscharniere 6 das Bestreben ei­ nen an jeder Stelle des Gliederkäfigs gleichen Teilungs­ abstand der Zylinderrollen 3 zu halten bzw. wiederher­ zustellen.

In Fig. 3 ist eine andere nicht federnde Gelenkverbin­ dung dargestellt, die in einfacher Ausführung in der axialen Mitte der Segmente 1 oder, wie teilweise darge­ stellt, in zweifacher Ausführung im Bereich der Seiten­ abschnitte 7 der in Fig. 1 dargestellten Kastensegmente 1 angeordnet ist. Sie besteht aus einem Gelenkzapfen 8 mit radial federnden Schnappelementen 9, der in der Bohrung eines am benachbarten Kastensegment 1 an­ gebrachten Vorsprungs 10 eingesetzt ist. Die Schnapp­ elemente 9 hintergreifen den Vorsprung 10 formschlüs­ sig und sind radial stark vorgespannt, so daß sich eine erhöhte Gleitreibung in Bewegungsrichtung dieses Zap­ fengelenkes ergibt.

In Fig. 4 ist ein aus Kammsegmenten 1 bestehender Gliederkäfig für Kugeln 11 dargestellt, der beispielswei­ se als in sich geschlossener, endloser Käfig für ein nicht dargestelltes Rotationslager dient. Die Kammsegmente 1 sind jeweils sichelförmig mit entsprechend teilkugeli­ ger innerer Gleitfläche 2 ausgeführt und weisen im we­ sentlichen in Umfangsrichtung des Kugellagers verlau­ fende Vorsprünge 12, 13 zur Bildung von Gelenkverbin­ dungen auf. Die einzelnen Kammsegmente 1 sind je­ weils um die entsprechenden, durch die Kugeln 11 ver­ laufenden Radien 14 des Kugellagers geneigt, so daß eine axial zick-zack-förmige Anordnung entlang der Teillinie 5 entsteht. Die Gelenkverbindungen sind als Kugelgelenk 15 mit Begrenzung der Bewegung ausge­ bildet, was im einzelnen besser aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht.

Das Kugelgelenk 15 besteht einerseits aus einem am links dargestellten Kammsegment 1 angeformten Vor­ sprung 12 in der Form eines Rechteckstabes, der sich an seinen freien Ende in radialer Richtung des Kugellagers kugelförmig weitet. In axialer Richtung des Kugellagers ist jedoch die volle Breite des Vorsprunges 12 beibehal­ ten, so daß die Kugel lediglich aus der radial außen- und radial innenliegenden Oberfläche des Vorsprungs 12 in Form von Kalotten 16 austritt. Beide Kalotten 16 gehö­ ren jedoch geometrisch zu derselben Kugel. Das am rechts dargestellten Kammsegment 1 angeformte Ge­ genstück des Kugelgelenkes 15 ist als gabelförmiger Vorsprung 13 ebenfalls angeformt und weist zwischen den Gabelarmen 17 eine schlitzförmige Ausnehmung zur Aufnahme des anderen Vorsprunges 12 in Recht­ eckstabform auf. In der axialen Mitte der Gabelarme 17 sind jeweils von den schlitzseitigen Innenflächen aus kalottenförmige Ausnehmungen 18 eingeformt, die ebenfalls beide der geometrischen Form derselben Ku­ gel angehören und die vorspringenden Kalotten 16 des anderen Vorsprungs 12 aufnehmen. Das Material der Gabelarme 17 ist wie das des ganzen Kammsegmentes 1 federnd nachgiebig, so daß ein Zusammenfügen unter Druck mit Schnappeffekt problemlos erfolgen kann. Gegebenenfalls können nicht dargestellte Einführram­ pen mit konischem Verlauf vorgesehen werden.

Das Kugelgelenk 15 ist in der dargestellten Form axial und radial beweglich, so daß eine gegenseitige Nei­ gung der Kammsegmente 1 in den angegebenen Rich­ tungen, anders ausgedrückt sowohl um die Rollachsen 4 der entsprechenden Kugeln 11 als auch um die durch die Kugeln 11 verlaufenden Radien 14 des Kugellagers, möglich ist. Diese beiden Bewegungsrichtungen sind un­ terschiedlich begrenzt, so daß sich in der dargestellten Ausführung eine geringere radiale und eine größere axiale Neigung ergibt, die die Zick-Zack- Anordnung bewirkt. Um die radiale Neigung bzw. die Begrenzung zu realisieren, sind die inneren Begrenzungsflächen 19 des Schlitzes im Abschnitt zwischen den kalottenförmi­ gen Ausnehmungen 18 und den Stirnflächen 20 jeweils keilförmig nach außen erweitert, so daß ein Neigungs­ winkel von 2×α ergibt (Fig. 5).

Für die axiale Neigung sind die Stirnflächen 20 beider Vorsprünge 12, 13 keilförmig geneigt und die gegen­ überliegenden Anlageflächen 21 entsprechend ausge­ führt. Dadurch ergibt sich ein Neigungswinkel β. Durch diese beiden begrenzten Neigungsrichtungen ist auch eine geringe gegenseitige Verdrehung der Kammseg­ mete 1 möglich, die jedoch durch den relativ breiten, rechteckstabförmigen Vorsprung 12 im entsprechenden Schlitz in kleinsten Grenzen gehalten wird. Die Kamm­ segmente 1 sind beispielsweise in Spritztechnik aus Kunststoff hergestellt und mit den entsprechenden Vor­ sprüngen 12, 13 einstückig ausgeführt.

Nach Bedarf können Kammsegmente 1 mit beider­ seits rechteckstabförmigen Vorsprüngen 12 und solche mit beiderseits gabelförmigen Vorsprüngen 13 herge­ stellt werden oder es wird ein Kammsegment mit einer­ seits rechtseckstabförmigem 12 und andererseits gabel­ förmigem Vorsprung 13 vorgesehen. Mit beiden Versio­ nen können die unterschiedlichsten Varianten von Glie­ derkäfigen realisiert werden. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist eine axial wechselseitige Anordnung (mittleres und rechtes Kammsegment) oder gleichseitige Anordnung (mittleres und linkes Kammsegment) möglich. Bei der Ausführung mit beiderseits unterschiedlichen Vor­ sprüngen muß lediglich ein Segment für alle Varianten bevorratet werden, wenn dieses nicht gekrümmt ist.

Claims (10)

1. Gliederkäfig für Wälzlager, bestehend aus wälz­ körpergeführten, miteinander gelenkig verbun­ denen Segmenten (1) für jeweils einen Wälzkörper (3, 11), dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (1) einen um die durch die Mittelpunkte der Wälz­ körper (3, 11) führende Linie zick-zack-förmigen Verlauf aufweisen.

2. Gliederkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Segmente (1) gegenüber ihrer ge­ streckten Anordnung axial und/oder radial neigbar sind.

3. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung als Kugelgelenk (15) ausgebildet ist.

4. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schwenkwinkel (α, β) der Gelenkverbindung (15) in axialer und radia­ ler Richtung begrenzt sind.

5. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung (15) in axialer und radialer Richtung unterschiedlich begrenzte Schwenkwinkel (α, β) aufweist.

6. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Gelenkverbin­ dung (15) Elemente (2) zur Begrenzung der gegen­ seitigen Verdrehung benachbarter Segmente (1) vorgesehen sind.

7. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung (15, 8) vorgespannt ausgeführt ist.

8. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung (4, 8, 15) federelastisch schwenkbar ausgebildet ist.

9. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Segmente (1) kamm­ artig ausgeführt sind und aus Kunststoff bestehen.

10. Gliederkäfig nach den Ansprüchen 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Segmente (1) axial wechselseitig im Wälzlager angeordnet sind.