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WO2008011861A1 - Wälzlager mit einem wälzgelagerten käfig - Google Patents

Wälzlager mit einem wälzgelagerten käfig Download PDF

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WO2008011861A1
WO2008011861A1 PCT/DE2007/001214 DE2007001214W WO2008011861A1 WO 2008011861 A1 WO2008011861 A1 WO 2008011861A1 DE 2007001214 W DE2007001214 W DE 2007001214W WO 2008011861 A1 WO2008011861 A1 WO 2008011861A1
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WO
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rolling
bearing
bearing ring
rolling elements
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PCT/DE2007/001214
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English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Albert
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IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
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    • F16C33/38—Ball cages
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    • F16C33/3837—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the balls, e.g. machined window cages
    • F16C33/3843—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the balls, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages
    • F16C33/3856—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the balls, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages made from plastic, e.g. injection moulded window cages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38—Ball cages
    • F16C33/3893—Ball cages with rolling elements with smaller diameter than the load carrying balls, e.g. cages with counter-rotating spacers

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing, with at least one outer bearing ring, at least one inner bearing ring and at least one guided between them in careers and of a cage made of metal or plastic, in particular hard tissue, held row of rolling elements.
  • segment cage which is composed of unconnected and juxtaposed cage segments whose facing abutting edges are provided with a bead and in which at least two rolling elements are held and guided in pockets.
  • a rattling noise which is caused by the often high weight of the rolling elements in the segments when the bearing starts up or runs down, or when it is approached or decelerated or accelerated at different speeds, and caused by the cage segments abutting one another or to minimize.
  • the cage segment on the inner ring and the outer ring facing side each half-formed nubs, wherein between the knobs and the bearing rings a game is present.
  • the cage segments are to be guided on the shoulders of the bearing rings and, in particular, also imbalances in sideways and in the circumferential direction are restricted.
  • Rolling bearings are also used in practice whose cage is a closed ring and is made of metal or plastic, in particular hard tissue, and is slidably mounted on at least one bearing ring in the intermediate space between the outer and the inner bearing ring.
  • the special properties of a known hard tissue include that it is hard, abrasion resistant and thermally highly resilient. In addition, it is electrically insulating and has a high vibration and sound attenuation.
  • the invention has for its object to improve a rolling bearing with a cage made of metal or plastic, especially hard tissue, with simple and inexpensive measures such that noise emissions due to the operation of such bearings are significantly and sustainably minimized.
  • the rolling bearing of the cage is formed by a plurality of Wälzkör- pern, which are each held in a positive manner to the outer or inner bearing ring open groove or pocket of the cage.
  • the groove or pocket may in this case be formed with undercuts such that the respective rolling elements can be snapped into the same or snapped into the same.
  • the rolling elements may have a spherical, cylindrical, truncated or any other suitable contour.
  • the cage may be supported depending on the particular application of the rolling bearing with low radial clearance, no play or with little radial bias on the outer and / or inner bearing ring.
  • a spacer can be arranged or inserted in the annular groove.
  • the proposed rolling bearing has several advantages with respect to conventional rolling bearings.
  • this can no longer lead, during operation of the roller bearing, into an irregular oscillatory movement associated with disadvantageous noise development.
  • the conventional sliding friction of the cage in the bearing is replaced by a rolling friction, whereby the friction and heating of the bearing are reduced overall.
  • such a design of the rolling bearing allows an increased bearing speed limit. Furthermore, an increase in the service life of the lubricant used is recorded.
  • FIGURE shows an inventively designed Wälzla- ger in a radial section.
  • a single-row roller bearing in the form of an angular contact ball bearing is shown here, for example used as a spindle bearing, with an outer bearing ring 1 and an inner bearing ring 2. Between the outer and inner bearing ring 1, 2 is in the respective bearing rings 1, 2 associated raceways 3, 4, a rolling element row 5 is guided with a plurality of rolling elements 7 held in a cage 6.
  • the cage 6 can be made of metal or a plastic, in particular a hard tissue.
  • the rolling bearing 8 of the cage 6 is formed by a plurality of rolling elements 9, which are each held in a form-fitting manner in an open groove 10 of the cage 6 directed towards the outer bearing ring 1.
  • This groove 10 can already during the manufacture of a cage 6, for example, plastic be provided according to a known injection molding or incorporated in retrospect accordingly. Instead of a groove 10 and individual pockets may be provided, each receiving at least one of the rolling elements 9 of the roller bearing 8 (not shown in detail).
  • the groove 10 or the pockets are formed with undercuts 11, whereby elastic retaining tongues or holding portions of the groove or the pocket are formed, which allow the rolling elements 9 of Snap roller bearing 8 into groove 10 or pocket during assembly.
  • the rolling elements 9 of the roller bearing 8 are formed as balls, so that the cage 6 is supported via a formed radial ball bearing on the cylindrical inner contour of the outer bearing ring 1.
  • the rolling elements 9 of the rolling bearing 8 may also have a cylindrical, frusto-conical or any other known per se and suitable contour, which are thus covered by the invention (not shown in detail).
  • the cage 6 can be supported depending on the particular application of the rolling bearing both with low radial clearance and without play on the outer bearing ring 1. Furthermore, the cage 6 can be supported with a small radial bias on the outer bearing ring 1, whereby any radial expansion of the cage 6 due to water absorption, thermal expansion and centrifugal force are particularly well tolerated. With the knowledge of the invention, it is easily comprehensible to the person skilled in the art that an exact guidance of the cage 6 between the outer and inner bearing rings 1, 2 is realized by the rolling bearing 8, as a result of which inclinations of the same are effectively prevented in the lateral and circumferential direction.
  • single or multi-row roller bearings are detected with one or more cages 6, which in turn are radially supported on an outer and / or an inner bearing ring 1, 2 by means of a rolling bearing 8.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, mit zumindest einem äußeren Lagerring (1 ), zumindest einem inneren Lagerring (2) und zumindest einer zwischen denselben in Laufbahnen (3, 4) geführten und von einem Käfig (6) aus Metall oder Kunststoff, insbesondere Hartgewebe, gehaltenen Wälzkörperreihe (5). Um Geräuschemissionen infolge des Betreibens eines solchen Wälzlagers maßgeblich und nachhaltig zu minimieren, ist der Käfig (6) selbst am äußeren und/oder inneren Lagerring (1, 2) mittels einer Wälzlagerung (8) radial abgestützt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlager mit einem wälzgelagerten Käfig
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, mit zumindest einem äußeren Lagerring, zumindest einem inneren Lagerring und zumindest einer zwischen denselben in Laufbahnen geführten und von einem Käfig aus Metall oder Kunst- stoff, insbesondere Hartgewebe, gehaltenen Wälzkörperreihe.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 86 07 236 U1 ist ein so genannter Segmentkäfig bekannt, der aus unverbundenen und aneinander gereihten Käfigsegmenten zusammengesetzt ist, deren einander zugewandte Stoßkanten mit einem Wulst versehen sind und in denen mindestens jeweils zwei Wälzkörper in Taschen gehalten und geführt werden. Um ein durch das oft hohe Gewicht der Wälz- körper in den Segmenten beim Anlaufen bzw. Auslaufen des Lagers, oder wenn dieses mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten angefahren bzw. abgebremst oder beschleunigt wird, festzustellendes und durch Aneinanderstoßen der Käfigsegmente entstehendes ratterndes Geräusch zu vermeiden bzw. zu minimieren, ist zum einen vorgesehen, dass die zueinander zugewandten Enden der Käfigsegmente auch in Querrichtung eine Abrundung aufweisen, wodurch beim Zusammenstoßen der Käfigsegmente nur eine Punktberührung zu verzeichnen ist sowie die Stöße elastisch abgefangen werden. Zum anderen ist vorgesehen, dass das Käfigsegment auf der dem Innenring und dem Außenring zugewandten Seite jeweils halbrund ausgebildete Noppen aufweist, wobei zwischen den Noppen und den Lagerringen ein Spiel vorhanden ist. Durch diese Noppen sollen die Käfigsegmente auf den Schultern der Lagerringe geführt und insbesondere auch Schieflagen in seit- licher und in Umfangsrichtung eingeschränkt werden.
In der Praxis kommen ferner Wälzlager zur Anwendung, deren Käfig ein geschlossener Ring ist und aus Metall oder Kunststoff, insbesondere Hartgewebe, besteht und im Zwischenraum zwischen dem äußeren und dem inne- ren Lagerring an zumindest einem Lagerring gleitgelagert ist. Zu den besonderen Eigenschaften eines bekannten Hartgewebes zählen, dass es hart, abriebfest und thermisch hoch belastbar ist. Darüber hinaus wirkt es elektrisch isolierend und hat eine hohe Schwingungs- und Schalldämpfung.
Aufgrund der im Betrieb möglichen Wasseraufnahme, der Wärmedehnung und der Fliehkraftaufweitung eines solchen Käfigs ist ein relativ großes radiales Käfigführungsspiel erforderlich. Infolge dieses Spieles gerät der Käfig in bestimmten Betriebszuständen, angeregt durch Ruckgleiten, auch als „Stick- SHp" bezeichnet, in unregelmäßige Schwingbewegungen. Diese Käfigbewe- gungen gehen mit unangenehmen Geräuschen einher und werden in der Fachwelt „Käfigrasseln" oder auch „Käfigklappern" genannt. Im englischen wird dieser Vorgang als „cage instability" bezeichnet.
Durch eine Änderung der Reibungsverhältnisse, beispielsweise durch Trän- ken eines Hartgewebekäfigs mit Schmieröl oder auch durch eine geänderte Ausführung des radialen Käfigführungsspieles und/oder des Käfigtaschenspieles wird versucht, den genannten unregelmäßigen Schwingbewegungen des Käfigs entgegenzuwirken. Diese Maßnahmen mögen im Einzelfall bei erhöhtem Aufwand zum Erfolg führen, eine generelle Lösung des Problems ist jedoch nicht zu verzeichnen. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einem Käfig aus Metall oder Kunststoff, insbesondere Hartgewebe, mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen derart zu verbessern, dass Geräuschemissionen infolge des Betreibens eines solchen Wälzlagers maßgeblich und nachhaltig minimiert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von einem Wälzlager mit zumindest einem äußeren Lagerring, zumindest einem inneren Lagerring und zumindest einer zwischen densel- ben in Laufbahnen geführten und von einem Käfig aus Metall oder Kunststoff, insbesondere Hartgewebe, gehaltenen Wälzkörper-Reihe, wird das erwähnte technische Problem dadurch gelöst, dass der Käfig selbst am äußeren und/oder inneren Lagerring mittels einer Wälzlagerung radial abgestützt ist.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach ist die Wälzlagerung des Käfigs durch eine Mehrzahl von Wälzkör- pern gebildet, die jeweils in einer zum äußeren oder inneren Lagerring hin offenen Nut oder Tasche des Käfigs formschlüssig gehalten sind. Die Nut oder Tasche kann hierbei derart mit Hinterschnitten ausgebildet sein, dass der jeweilige Wälzkörper verliersicher in dieselbe einschnappbar oder ein- clipsbar ist. Ferner können die Wälzkörper eine kugelige, zylindrische, kegel- stumpfförmige oder jegliche andere geeignete Kontur aufweisen.
Wie die Erfindung weiter vorsieht, kann der Käfig in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall des Wälzlagers mit geringem Radialspiel, ohne Spiel oder mit geringer radialer Vorspannung am äußeren und/oder inneren Lagerring abgestützt sein.
Außerdem wird zur noch exakteren Führung des Käfigs vorgeschlagen, dass die Wälzkörper der Wälzlagerung des Käfigs in einer separaten Laufbahn des äußeren oder inneren Lagerringes geführt sind.
Schließlich kann bei einer Anordnung der Wälzkörper in einer Ringnut des Käfigs zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern jeweils ein Distanzstück in der Ringnut angeordnet bzw. eingelegt sein.
Das vorgeschlagene Wälzlager hat im Hinblick auf herkömmliche Wälzlager mehrere Vorteile. So kann infolge der exakten sowie ruckgleitfreien Lage- rung und Führung des Käfigs mittels der genannten Wälzlagerung dieser im Betrieb des Wälzlagers nicht mehr in eine mit nachteiliger Geräuschentwicklung einhergehende unregelmäßige Schwingbewegungen geraten. Die herkömmliche Gleitreibung des Käfigs im Lager ist durch eine Wälzreibung ersetzt, wodurch die Reibung und Erwärmung des Lagers insgesamt gemin- dert sind. Des Weiteren gestattet eine derartige Ausbildung des Wälzlagers eine erhöhte Lager-Drehzahlgrenze. Ferner ist eine Erhöhung der Gebrauchsdauer des verwendeten Schmiermittels zu verzeichnen. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzla- ger in einem Radialschnitt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Demnach ist vorliegend ein einreihiges Wälzlager in Form eines Schrägkugellagers gezeigt, beispielsweise verwendet als Spindellager, mit einem äußeren Lagerring 1 und einem inneren Lagerring 2. Zwischen dem äußeren und dem inneren Lagerring 1 , 2 ist in den jeweiligen Lagerringen 1 , 2 zugeordneten Laufbahnen 3, 4 eine Wälzkörper-Reihe 5 mit einer Mehrzahl von in einem Käfig 6 gehaltenen Wälzkörpern 7 geführt. Wie bereits einleitend erwähnt, kann der Käfig 6 aus Metall oder einem Kunststoff, insbesondere einem Hartgewebe, bestehen.
Aufgrund vom Wasseraufnahme, Wärmedehnung und einer fliehkraftbeding- ten Aufweitung eines solchen herkömmlich gleitgelagerten Käfigs 6 ist ein relativ großes radiales Käfigführungsspiel erforderlich. Infolge dieses Spiels kann der Käfig 6, wie oben bereits erläutert, in bestimmten Betriebszustän- den, angeregt durch Ruckgleiten in unregelmäßige Schwingbewegungen geraten. Diese Schwingbewegungen gehen mit unangenehmen Geräuschen einher. Um diesem Problem zu begegnen, ist der Käfig 6 nunmehr selbst mittels einer Wälzlagerung 8 radial abgestützt, und zwar vorliegend am äußeren Lagerring 1.
Die Wälzlagerung 8 des Käfigs 6 ist durch eine Mehrzahl von Wälzkörpern 9 gebildet, die jeweils in einer zum äußeren Lagerring 1 hin gerichteten offenen Nut 10 des Käfigs 6 formschlüssig gehalten sind. Diese Nut 10 kann bereits während der Herstellung eines Käfigs 6 aus beispielsweise Kunststoff nach einem an sich bekannten Spritzgießverfahren vorgesehen oder im Nachhinein entsprechend eingearbeitet werden. Statt einer Nut 10 können auch einzelne Taschen vorgesehen sein, die jeweils zumindest einen der Wälzkörper 9 der Wälzlagerung 8 aufnehmen (nicht näher dargestellt).
Um den Verbund aus Käfig 6 und Wälzkörper 9 der Wälzlagerung 8 verliersicher zu gestalten, sind die Nut 10 oder die Taschen mit Hinterschnitten 11 ausgebildet, wodurch elastische Haltezungen oder Halteabschnitte der Nut bzw. der Tasche gebildet sind, die es gestatten, die Wälzkörper 9 der Wälz- lagerung 8 während der Montage in die Nut 10 oder Tasche einzuschnappen.
Vorliegend sind die Wälzkörper 9 der Wälzlagerung 8 als Kugeln ausgebildet, so dass der Käfig 6 sich über ein gebildetes Radial-Kugellager an der zylindrischen Innenkontur des äußeren Lagerringes 1 abstützt. Demgegenüber können die Wälzkörper 9 der Wälzlagerung 8 auch eine zylindrische, kegelstumpfförmige oder jegliche andere an sich bekannte und geeignete Kontur aufweisen, welche demgemäß durch die Erfindung mit erfasst sind (nicht näher dargestellt).
In Untersuchungen wurde gefunden, dass der Käfig 6 in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall des Wälzlagers sowohl mit geringem Radialspiel als auch ohne Spiel am äußeren Lagerring 1 abgestützt sein kann. Des Weiteren kann der Käfig 6 auch mit einer geringen radialen Vorspannung am äußeren Lagerring 1 abgestützt sein, wodurch etwaige radiale Aufweitungen des Käfigs 6 aufgrund von Wasseraufnahme, Wärmedehnung und Fliehkraft besonders gut verkraftet werden. Für den Fachmann ist in Kenntnis der Erfindung leicht nachvollziehbar, dass durch die Wälzlagerung 8 eine exakte Führung des Käfigs 6 zwischen dem äußeren und inneren Lagerring 1 , 2 realisiert ist, wodurch insbesondere auch Schieflagen desselben in seitlicher und in Umfangsrichtung wirkungsvoll ver- mieden werden.
Gegebenenfalls kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, die Wälzkörper 9 der Wälzlagerung 8 des Käfigs 6 in einer hier nicht näher gezeigten separaten Laufbahn des äußeren Lagerringes 1 zu führen, wodurch eine definierte und demgemäß noch exaktere Führung des Käfigs 6 gewährleistet ist. Das vorstehende Ausführungsbeispiel stellt auf einen Käfig 6 ab, der seinerseits mittels einer Wälzlagerung 8 am äußeren Lagerring 1 des Wälzlagers radial abgestützt ist.
Durch die Erfindung sind selbstverständlich auch ein- oder mehrreihige Wälzlager, mit einem bzw. mehreren Käfigen 6 mit erfasst, die ihrerseits an einem äußeren und/oder einem inneren Lagerring 1 , 2 mittels einer Wälzlagerung 8 radial abgestützt sind.
Bezugszeichen
Äußerer Lagerπng
Innerer Lagerring
Laufbahn am äußeren Lagerring 1
Laufbahn am inneren Lagerring 2
Wälzkörper-Reihe
Käfig
Wälzkörper
Wälzlagerung
Wälzkörper in der Wälzlagerung 8
Nut
Hinterschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager, mit zumindest einem äußeren Lagerring (1), zumindest einem inneren Lagerring (2) und zumindest einer zwischen denselben in Laufbahnen (3, 4) geführten und von einem Käfig (6) aus Metall oder Kunststoff, insbesondere Hartgewebe, gehaltenen Wälzkörper- Reihe (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (6) selbst am äußeren und/oder inneren Lagerring (1 , 2) mittels einer Wälzlagerung (8) radial abgestützt ist.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerung (8) des Käfigs (6) durch eine Mehrzahl von Wälzkörpern (9) gebildet ist, die jeweils in einer zum äußeren oder inneren Lagerring (1 , 2) hin offenen Nut (10) oder Tasche des Käfigs (6) formschlüssig gehalten sind.
3. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (10) oder Tasche derart mit Hinterschnitten (11) ausgebildet ist, dass der betreffende Wälzkörper (9) verliersicher in dieselbe einschnappbar ist.
4. Wälzlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (9) eine kugelige, zylindrische oder kegelstumpfförmi- ge Kontur aufweisen.
5. Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (6) mit geringem Radialspiel, mit einem Spiel von Null oder mit geringer radialer Vorspannung am äuße- ren und/oder inneren Lagerring (1 , 2) abgestützt ist.
6. Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (9) der Wälzlagerung (8) des Käfigs (6) in einer separaten Laufbahn des äußeren oder inneren La- gerringes (1 , 2) geführt sind.
7. Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung der Wälzkörper (9) in einer Ringnut des Käfigs (6) zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern (9) jeweils ein Distanzstück in der Ringnut angeordnet ist.
PCT/DE2007/001214 2006-07-27 2007-07-10 Wälzlager mit einem wälzgelagerten käfig Ceased WO2008011861A1 (de)

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