DE4001882C2 - Geteilter Wälzlagerkäfig - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen geteilten, ringförmigen Wälzlagerkäfig entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Käfig ist aus der DE-OS 14 25 085, insbesondere Fig. 3, bekannt.

Ein geteilter Käfig ist dort notwendig, wo die Struktur des Teils, an dem der Käfig zu montieren ist, derart ist, daß es unmöglich oder sehr schwierig ist, einen einstückigen, voll kreisförmigen Käfig einzubauen. Als ein spezifisches Beispiel sei ein Kurbelzapfenlager erwähnt, das zwischen einem Teil einer Kurbelwelle, der als Kurbelzapfen bezeichnet wird, und dem Ende der Verbindungsstange (Pleuel) gegenüber einem Kolben ange­ ordnet ist. Oft ist die Kurbelwelle ein einziges festes Stück, und ein einstückiger, voll kreisförmiger Käfig oder ein entsprechendes Lager kann nicht eingebaut werden. Das zu verwendende Lager ist vom Wälzlagertyp, wobei die Rollen durch einen Käfig unter gegenseitigen Abständen gehalten sind. Der Käfig muß hierbei in wenigstens zwei Teile unterteilt sein, um eine Montage an dem Kurbelzapfen zu ermöglichen.

Die geteilten Käfige sind einem komplexen System von Kräften unterworfen, wenn die Maschine in Betrieb ist. Infolge dieser auf den geteilten Käfig einwirkenden Kräfte tritt oft ein Versagen des Käfigs ein. Ein Versagen des Käfigs tritt oft nach Stunden eines Betriebes bei Geschwindigkeiten ein, die anzeigen, daß Hunderttausende von Zyklen durchlaufen wurden, bevor das Versagen eintrat. Das Versagen hat die Tendenz, immer im gleichen Bereich der Käfige aufzutreten. Ein Ermüdungsbruch oder ein Versagen tritt in dem bezeichneten Bereich ein, weil dort die Beanspruchungen die Dauer­ standfestigkeitsgrenze des Käfigmaterials übersteigen. Es ist nicht möglich, die auf die Käfige einwirkenden Kräfte zu vermindern, weil diese durch die Maschinen verursacht werden, in denen die Lager verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geteilten Wälzlagerkäfig entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß die Beanspruchung in denjenigen Bereichen vermindert ist, in denen bei Verwendung der herkömmlichen Käfige das Versagen oder der Bruch auftritt.

Die Erfindung ist in dem Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei den bekannten Käfigen das Versagen oder der Bruch allgemein im Mittelbereich der Umfangsränder der Käfighälften auftritt, und zwar offenbar deswegen, weil die Biegebean­ spruchung der Endränder in diesen Bereichen am größten ist. Durch die Erfindung erhalten diese Bereiche den größten Querschnitt, während die weniger beanspruchten Umfangsenden der Endränder mit einem kleineren Querschnitt ausgebildet sind. Damit erhält man eine praktisch gleichförmige Verformung über die gesamte Bogenlänge der halbkreisförmigen Endränder. Es wird ange­ nommen, daß die Verminderung des Querschnitts zu den Umfangsenden der Endränder hin zu einer gleichförmigeren Spannungsbeanspruchung der Endränder in dem fertigen Käfig führt.

Aus der DE-OS 29 24 398 ist ein geteilter, aber einstückiger ringförmiger Wälzlagerkäfig mit nur einem Axialschlitz bekannt, bei dem zum Zweck der Bildung einer formstabilen Einheit, die eine radiale Montage des Käfigs auf einer Welle ohne Schwierigkeiten ermöglicht, der Querschnitt des Käfigrings sich von der Mitte des Rings aus zu den Ringenden hin verjüngt. Dabei ist insbesondere eine Verringerung der radialen Dicke des Käfigrings vor­ gesehen. Bei dieser bekannten Ausbildung erfolgt die Querschnittsvermin­ derung zu einem anderen Zweck als bei der Erfindung, bei der nicht eine formstabile einstückige Einheit angestrebt wird, sondern bei der bei einem zweiteiligen Käfig Ermüdungserscheinungen und Bruch vermieden werden sollen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Anspruch 2 läßt man die axiale Länge jedes Endrandes konstant und man läßt nur die radiale Länge jedes Endrandes von der Umfangsmitte zu den Umfangsenden hin abnehmen. Eine solche Form läßt sich verhältnismäßig einfach herstellen, und trotzdem bleibt die gewünschte Betriebslebensdauer des Käfigs erhalten, wenn dieser im Betrieb axialen Kräften unterworfen wird.

In Weiterbildung dieser Ausführung können gemäß Anspruch 3 sowohl die radiale Länge als auch die axiale Länge der Endränder von der Umfangsmitte zu den Umfangsenden hin abnehmen, wodurch die zum Umfangsende hin gewünschte Quer­ schnittsverminderung in geometrisch besonders vorteilhafter Weise erreicht wird.

Gemäß Anspruch 4 kann die Querschnittsverminderung der Endränder auch durch in diesen ausgebildete Vertiefungen erfolgen, deren Tiefe von der Umfangsmitte zu den Umfangsenden hin zunimmt, so daß auf diese Weise die Quer­ schnittsflächen der Umfangsteile zu den Endrändern hin abnehmen. In den Bereichen zwischen diesen Vertiefungen können dann die Querschnittsflächen der Endränder längs des gesamten Umfangs konstant bleiben.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen ringförmigen, geteilten Käfig zeigt, der um den Kurbelzapfen einer Kurbelwelle herum montiert werden soll;

Fig. 2 zeigt einen Teil eines herkömmlichen geteilten Käfigs, wobei der Käfig abgerollt als Flächengebilde dargestellt ist;

Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines dritten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung.

Wie Fig. 1 zeigt, erstreckt sich ein Kurbelzapfen 10 zwischen zwei mit axialem Abstand voneinander angeordneten Platten 12 und 14 und ist durch diese abgestützt. Zwei halbkreisförmige Teile 16 und 18 eines geteilten Käfigs umgeben den Kurbelzapfen 10. Der halbkreisförmige Teil 16 paßt in eine Verbindungsstangenkappe 20 hinein, die als äußere Laufbahn für die Wälzkörper in dem Teil 16 dient. Der halbkreisförmige Teil 18 des geteilten Käfigs paßt in eine gekrümmte Oberfläche 22 der Verbindungsstange (Pleuel) 24 hinein. Die gekrümmte Oberfläche 22 dient als äußere Laufbahn für die Wälzkörper oder Rollen, die innerhalb des Teils 18 des geteilten Käfigs enthalten sind. Der Kurbelzapfen 10 dient als innere Laufbahn für die in den beiden Teilen 16 und 18 des Käfigs enthaltenen Wälzkörper oder Rollen. Ein Paar von Bolzen 26 wird durch Gewindelöcher in der Verbindungsstangen­ kappe 20 und in der Verbindungsstange 24 hindurchgeführt, um die beiden halbkreisförmigen Teile 16 und 18 um den Kurbelzapfen 10 herum festzulegen.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, hat jeder halbkreisförmige Teil ein Paar von axial mit Abstand angeordneten Endrändern 30 und 32. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung mit gegenseitigen Abständen angeordneten, im allgemeinen rechteckigen Wälzkörpertaschen oder Rollentaschen 34 ist durch in Umfangs­ richtung mit Abstand angeordnete Querstege 36 und durch die Umfangsteile 38 und 40 der Endränder 30 und 32 gebildet.

Die meisten Fälle von Materialversagen treten an den Ecken 42 derjenigen Wälzkörpertaschen 34 auf, die im Umfangsmittelbereich 44 und 46 der End­ ränder 30 und 32 liegen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 gilt folgende Grundformel für die Belastung oder Beanspruchung:

wobei
M = Biegemoment
b = axiale Länge des Endrandes
h = radiale Länge des Endrandes

Die Belastung oder Spannung wird somit für eine gegebene Last oder ein gegebenes Moment M vermindert, wenn entweder b oder h (oder beide Werte) erhöht werden, wobei eine Erhöhung von h wirksamer ist.

Der für die Vergrößerung von b und h zur Verfügung stehende Raum ist begrenzt durch die Kurbelwelle und die Konstruktion der Verbindungsstange bzw. des Pleuels. Es ist nicht erwünscht, b und/oder h größer zu machen. Kürzere Wälzkörper oder Rollen würden einen größeren Wert b gestatten, aber die Tragfähigkeit des Lagers würde leiden. Auch würde eine Vergröße­ rung der Werte b und h zu schwereren Käfigen führen, die größere Kräfte oder Belastungen verursachen würden. Glücklicherweise erfordert eine Lösung des Problems nicht eine Verminderung der Beanspruchung oder der Spannungs­ belastung in dem gesamten Käfig bzw. nur in den Mittelbereichen 44 und 46 der Endränder 30 und 32. Somit kann man einen schwereren Umfangsmittel­ bereich in den Endrändern dadurch ausbilden, daß man die Enden der Ränder dünner macht.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 hat jeder halbkreisförmige Teil des geteilten Käfigs eine Vielzahl von in Umfangsrichtung mit Abständen angeordneten Taschen 50, die gebildet sind durch in Umfangsrichtung beab­ standete Querstege 52 und Umfangsteile 54 und 56 eines Paares von axial mit Abstand angeordneten Endrändern 58 und 60.

Die axiale Länge b jedes Endrandes ist konstant. Die radiale Länge h jedes Endrandes vermindert sich von der Umfangsmitte des Endrandes zu jedem Umfangsende des Endrandes.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 haben die halbkreisförmigen Teile eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, im wesentlichen recht­ eckigen Taschen 62, die gebildet sind durch in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Querstege 64 und Umfangsteile 66 und 68 eines Paares von axial mit Abständen angeordneten Endrändern 70 und 72.

Die radiale Länge h jedes Endrandes 70 und 72 ist konstant, und die axiale Länge b jedes Endrandes 70 und 72 vermindert sich kontinuierlich von der Umfangsmitte des Endrandes zu jedem Umfangsende der Endränder.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 haben die halbkreisförmigen Teile des ringförmigen, geteilten Käfigs jeweils eine Vielzahl von in Umfangs­ richtung beabstandeten, im allgemeinen rechteckigen Wälzkörpertaschen oder Rollentaschen 80, die begrenzt sind durch in Umfangsrichtung beabstandete Querstege 82 und Umfangsteile 84 und 86 eines Paares von axial mit Abstand voneinander angeordneten Endrändern 88 und 90. Eine Vertiefung 92 ist an der Mitte jedes Umfangsteils 84 des Endrandes 88 ausgebildet. Eine Vertie­ fung 94 ist entsprechend an jedem Umfangsteil 86 des Endrandes 90 ausge­ bildet. Die Tiefe der Vertiefungen nimmt von der Umfangsmitte jedes Endrandes zu jedem Umfangsende des Endrandes zu.

Claims (4)

1. Geteilter ringförmiger Käfig für ein Wälzlager mit zwei halbkreisförmigen Teilen, die jeweils eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, im allgemeinen rechteckigen Wälzkörpertaschen aufweisen, die gebildet sind durch in Umfangsrichtung beabstandete Querstege (52; 64; 82) und Umfangsteile (54, 56; 66, 68; 84, 86) eines Paares von axial mit Abstand angeordneten Endrändern (58, 60; 70, 72; 88, 90), dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen der Umfangsteile (54, 56; 66, 68; 84, 86) der Endränder (58, 60; 70, 72; 88, 90) von der Umfangsmitte der halbkreisförmigen Teile zu jedem Umfangsende der Endränder hin abnehmen.

2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (b) jedes Endrandes (58, 60) konstant ist und die radiale Länge (h) jedes Endrandes (58, 60) kontinuierlich von der Umfangsmitte der halbkreisförmigen Teile zu jedem Umfangsende des Endrandes hin abnimmt.

3. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die radiale Länge (h) als auch die axiale Länge (b) jedes Endrandes kontinuierlich von der Umfangsmitte der halbkreisförmigen Teile zu jedem Umfangsende des Endrandes hin abnimmt.

4. Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vertiefung (92, 94) jeweils an der Umfangsmitte der Umfangsteile (84, 86) der Endränder (88, 90) ausgebildet ist, wobei die Tiefe der Vertiefungen (92, 94) von der Umfangsmitte der halbkreisförmigen Teile zu jedem Umfangsende der Endränder hin zunimmt.