DE19726825A1 - Lagerkäfig und Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Wälzlager und insbesondere auf eine mehrstückige Käfiganordnung für Wälzlager.

Bei herkömmlichen großen Wälzlagern werden die Wälzkörper typischerweise durch einen zweiteiligen Lagerkäfig gehalten der aus einem Rohr mit großem Durchmesser und dicker Wand aus Nichteisenmaterial herausgearbeitet wird. Nachdem die Wälzkörper in Taschen eines Käfigglieds eingesetzt worden sind, wird eine Endkappe heiß über die Taschen genietet, um die Wälzkörper in einer Baueinheit festzuhalten. Andere Herstellungsverfahren, wie Gießen oder Stanzen können verwendet werden, um ähnliche Käfigglieder oder Endkappen für genietete Lagerkäfige herzustellen.

Bei Anwendungen, die hohen Belastungen durch Vibrationen oder Beschleunigungen ausge­ setzt sind, kann eine Relativbewegung zwischen dem Käfigglied und der Endkappe auftreten, die den Niet veranlaßt, sich zu lösen und schließlich zu brechen. Ein anderes Problem ist die Schwierigkeit, tiefe Löcher durch das Käfigglied hindurch zu bohren, ohne daß der Bohrer in die Wälzkörpertaschen hineinwandert. Die Größe von Lagerkäfigen, die hergestellt werden können, ist durch diese Schwierigkeit des Bohrens über die axiale Länge eines Lagerkäfigs begrenzt.

Aus dem vorstehenden ergeben sich Beschränkungen und Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren. Daher sollen durch die Erfindung solche Nachteile beseitigt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird dies durch die Anordnung eines Lagerkäfigs erreicht, der ein Käfigglied, Wälzkörper und eine Endkappe aufweist, die durch gewinde bildende Schrauben befestigt ist. Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Herstellungs­ verfähren für eine Käfiganordnung für ein Wälzlager entsprechend Anspruch 4. Die Wälzkör­ per werden in Taschen eines Käfigglieds eingesetzt, wobei die Taschen zu einem axialen Ende des Käfigglieds hin offen sind. Eine Endkappe wird gegen das Käfigglied derart angelegt, daß die offenen Enden der Taschen durch die Endkappe abgedeckt oder blockiert werden und dadurch die Wälzkörper einschließen bzw. festhalten. Die Endkappe wird an dem Käfigglied durch gewindebildende Schrauben befestigt, die in dem Käfigglied ein Gewinde durch Verlagerung von Material bilden, ohne das Material zu schneiden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht einer Lagerkäfiganordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Endansicht eines Teils des Käfigglieds von Fig. 1 mit einem strichpunktiert angedeuteten Wälzkörper.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht einer ein Gewinde bildenden Schraube für die Käfig­ anordnung von Fig. 1.

Fig. 1 veranschaulicht die Elemente einer Anordnung 10 eines Lagerkäfigs vor dem Zu­ sammenbauen, insbesondere ein Käfigglied 12 und eine Endkappe 14 sowie gewindebildende Schrauben 16. Das Käfigglied 12 und die Endkappe 14 können aus einem dickwandigen Rohr aus Nichteisenmaterial, wie beispielsweise Bronze oder Messing, herausgearbeitet werden. Alternativ können andere Formgebungsverfahren, einschließlich Gießen oder Stanzen, und andere Materialien verwendet werden, je nach Anwendungsfall.

Das Käfigglied 12 ist ein Ring mit Taschen 18, die parallel zu der Achse 20 des Käfigglieds 12 längs eines konzentrischen Kreises 22 gebohrt sind. In dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind die Taschen 18 regelmäßig um den Umfang des Käfigglieds 12 herum beabstandet und haben eine zylindrische Gestalt mit konischen Vertiefungen 24. Die Taschen 18 sind an einem axialen Ende offen, um zu gestatten, daß Wälzkörper oder Rollen 26 beim Zusammen­ bauen eingesetzt werden können. Die Wälzkörper oder Rollen 26 ragen gegenüber dem Käfigglied 12 radial nach außen und radial nach innen, um an nicht gezeigten Lagerlaufbah­ nen anzugreifen. Das Material zwischen benachbarten Taschen 18 bildet Querstege 28 mit gekrümmten Oberflächen 30, die eine radial nach außen und radial nach innen gerichtete Bewegung der Rollen 26 begrenzen oder verhindern.

Die Endkappe 14 ist ein flacher Ring, der gegen das Käfigglied 12 derart angelegt wird, daß die offenen Enden der Taschen 18 abgedeckt oder blockiert werden, wodurch die Wälzkörper eingeschlossen und gehalten werden. Die Endkappe 14 hat mit Gegenbohrungen versehene Löcher 32, die mit Pilotlöchern 34 zur Aufnahme der gewindebildenden Schrauben 16 fluchten. Eine ringförmige Nut 36 am Umfang der Endkappe 14 wirkt mit einer dazu passen­ den ringförmigen Rippe 38 zusammen, die durch eine Ausnehmung in dem offenen Ende des Käfigglieds 12 gebildet ist, um die Konzentrizität der Endkappe 14 und des Käfigglieds 12 aufrechtzuerhalten.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die gewindebildenden Schrauben 16 einen verjüngten Endabschnitt 42 mit abgerundeten Buckeln 44, die sich über das Gewindeprofil hinaus erstrecken, um Material des Käfigglieds 12 zu verlagern, um Innengewinde ohne Schneiden zu bilden. Dieses Verfahren des Einrollens des Innengewindes entfernt kein Material und hat eine verbesserte Gewindeform und Oberflächengestaltung zur Folge sowie einen verbesserten Kornfluß und eine verbesserte Stärke an den tiefsten und/oder höchsten Stellen des Gewindes gegenüber den mit konventionellen Maschinenschrauben erzielten Eigenschaften in mit Gewinde vorgeformten Löchern oder mit gewindebildenden Schrauben mit Schneidoberflächen. Ein weiterer Vortrieb der gewindebildenden Schrauben 16 vergrößert das Innengewinde auf die volle Größe ohne Späne zu erzeugen.

Die Lagerkäfiganordnung 10 bietet einen besseren Widerstand gegenüber einem Lösen von Befestigungsgliedern aufgrund von Vibrationen gegenüber herkömmlichen genieteten Käfigen, und zwar aufgrund des durch die gewindebildenden Schrauben 16 gebildeten, selbst-verrie­ gelnden, angepaßten Gewindes ohne Freiraum. Wie ersichtlich, verursacht der Festsitz der gewindebildenden Schrauben 16, daß benachbartes Material des Käfigglieds 12 komprimiert und gegen die Schrauben vorgespannt wird, so daß zwischen den zusammenpassenden Teilen des Gewindes keine Spalte bestehen. Im Ergebnis bieten die gewindebildenden Schrauben 16 einen höheren Widerstand gegen ein Rückdreh-Drehmoment, und sie gestatten höhere Zugbe­ lastungen als konventionelle selbstschneidende Schrauben.

Die Lagerkäfiganordnung 10 bietet eine größere Vorhersehbarkeit und Steuerung der Klemm­ kräfte zwischen zusammengehörenden Teilen des Käfigglieds 12 und der Endkappe 14 als konventionelle genietete Käfige, weil die gewindebildenden Schrauben 16 entsprechend vorbestimmter Richtlinien beim Zusammenfügen angezogen und mit Drehmoment belastet werden. Die Klemmkraft schafft eine Reibungskraft zwischen dem Käfigglied 12 und der Endkappe 14, die einer Relativbewegung zwischen diesen Teilen widersteht, die dazu beitra­ gen würde, die Befestigungsmittel zu lösen und die schließlich zu einem Ausfall des Lagers bei manchen Anwendungsfällen führen könnte. Zusätzlich wird einer Relativbewegung zwischen den Teilen auch dadurch Widerstand entgegengesetzt, daß die Schraube 16 mit einem flachen Kopf und die Endkappe 14 mit einer dazu passenden Gegenbohrung versehen sind.

Vorzugsweise haben die gewindebildenden Schrauben 16 eine quadratische Muffe 46 oder andere Eingriffsmittel, die ein bequemes Verdrehen der Schrauben und Aufbringen von Drehmoment während des Zusammenfügens gestatten. Die Höhe des erwünschten Drehmo­ ments hängt ab von dem Material des Käfigglieds 12, der Oberflächengüte und dem Material der gewindebildenden Schrauben 16, der Größe, der Anzahl und der Anordnung der Schrau­ ben wie auch mehreren anderen Faktoren und kann durch praktisches Testen von Mustern von Käfiganordnungen bestimmt werden, die mit verschiedenen Drehmoment-Spezifikationen zusammengefügt werden.

Anders als bei herkömmlichen Lagerkäfiganordnungen beschränkt die Erfindung nicht die axiale Länge der Lagerkäfige, die hergestellt werden können. Die Pilotlöcher 34 können relativ flach sein, und es ist nicht erforderlich, daß sie die volle axiale Länge des Käfigglieds 12 durchdringen. Infolgedessen ist das Bohren der Pilotlöcher 34 viel leichter zu steuern, ohne daß der Bohrer in die Lagertaschen 18 hineinwandert, und die Lageranordnung 10 kann in größeren Lagern verwendet werden, wo es unpraktisch oder unmöglich wäre, einen herkömmlichen genieteten Lagerkäfig zu verwenden.

Die Erfindung ist nicht auf Radiallager oder zylindrische Lager beschränkt, wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 veranschaulicht, sondern sie ist auf mehrteilige Lagerkä­ fige in anderen Arten von Lagern anwendbar, z. B. fensterartige Käfige für radiale sphärische Rollenlager, verschiedene Axiallager, die zweiteilige bearbeitete Käfige und Endringe auf­ weisen, bearbeitete Käfige von mehrstückiger Konstruktion für große Kugellager, bearbeitete Käfige von mehrstückiger Konstruktion für radiale Schrägrollenlager. Geeignete gewinde­ bildende Schrauben sind kommerziell erhältlich, z. B. von Parker-Kalon, eine Black & Decker-Gesellschaft, sowie von anderen Quellen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung einen verbesserten mehrstückigen Lagerkäfig bzw. eine entsprechende Käfiganordnung schafft, die für Anwen­ dungen geeignet ist, bei denen hohe Belastungen durch Vibrationen und/oder Beschleunigun­ gen auftreten. Zusätzlich hat die Konstruktion gemäß der Erfindung die Vielseitigkeit erhöht und gestattet die Herstellung größerer Lagerkäfige gegenüber der bisher praktizierten Verwen­ dung konventioneller genieteter Konstruktionen.

Claims (9)

1. Käfiganordnung zur Verwendung mit einem Wälzlager, gekennzeichnet durch

• - ein Käfigglied (12) mit Taschen (18) zur Aufnahme von Wälzkörpern (26), wobei die Taschen (18) zu einem axialen Ende des Käfigglieds (12) hin offen sind,
• - Wälzkörper (26) innerhalb der Taschen (18),
• - eine Endkappe (14), die gegenüber dem Käfigglied (12) derart angeordnet ist, daß die offenen Enden der Taschen (18) durch die Endkappe (14) abgedeckt sind, wodurch die Wälzkörper (26) eingeschlossen sind, und
• - gewindebildende Schrauben (16), die in das Käfigglied (12) so eingeschraubt sind, daß ein Gewinde in dem Käfigglied (12) ohne Schneiden gebildet ist und daß eine Klemmkraft die Endkappe (14) und das Käfigglied (12) aneinander befestigt.

2. Käfiganordnung nach Anspruch 1, wobei die gewindebildenden Schrauben (16) Ge­ winderollschrauben sind, die einen Festsitz in bezug auf das Käfigglied (12) bilden.

3. Käfiganordnung nach Anspruch 1, wobei die gewindebildenden Schrauben (16) eine Anfangsverjüngung (42) mit abgerundeten Buckeln (44) zum Verlagern von Material des Käfigglieds (12) während des Zusammenfügens aufweisen.

4. Verfahren zum Herstellen einer Käfiganordnung für ein Wälzlager mit folgenden Schritten:

• - Bereitstellen eines Käfigglieds (12) mit Taschen (18) zur Aufnahme von Wälzkörpern (26), wobei die Taschen (18) zu einem axialen Ende des Käfigglieds (12) hin offen sind,
• - Einsetzen von Wälzkörpern (26) in die Taschen (18) durch die offenen axialen Enden der Taschen (18) hindurch,
• - Anordnen einer Endkappe (14) gegenüber dem Käfigglied (12) derart, daß die offenen Enden der Taschen (18) durch die Endkappe (14) abgedeckt sind, wo­ durch die Wälzkörper (26) eingeschlossen werden, und
• - Befestigen der Endkappe (14), an dem Käfigglied (12) durch gewindebildende Schrauben (16), die ein Gewinde in dem Käfigglied (12) durch Verlagerung von Material ohne Schneiden des Materials bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Befestigens der Endkappe (14) an dem Käfigglied (12) das Aufbringen eines vorbestimmten Drehmoments auf die ge­ windebildenden Schrauben (16) aufweist, um die Höhe der Klemmkraft zu steuern, die die Endkappe (14) und das Käfigglied (12) aufeinander zu vorspannt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Wälzkörper (26) Rollen sind und das Käfig­ glied (12) durch Bearbeitung der Taschen (18) und durch Bohren von Vertiefungen (24) parallel zu der Achse des Käfigglieds (12) gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Käfigglied (12) mit Pilotlöchern (34) für gewindebildende Schrauben (16) geformt wird und wobei gewindebildende Schrauben (16) die Pilotlöcher (34) in ein dazu passendes Gewinde ohne Freiraum während des Schritts des Befestigens der Endkappe (14) an dem Käfigglied (12) verformen.

8. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem gewindebildende Schrauben (16) Buckel (44) aufweisen, die von einer Anfangsverjüngung (42) eines männlichen Gewindes vorragen, um Material des Käfigglieds (12) zu verlagern und das Material dichter zu machen, um dazu passende Gewinde in dem Käfigglied (12) zu bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Käfigglied (12) und die Endkappe (14) aus Metall hergestellt werden.