Wälzlagerkäfig mit Käfigschloss sowie Verfahren zur Montage des Wälzlagerkäfigs

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig mit einem Käfigschloss nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , welcher insbesondere vorteilhaft für innenringbefestigte Rollenhülsen zur Lagerung von Hohlwellen, Zahnrädern oder Planetenträgern in Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben anwendbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage des Wälzlagerkäfigs.

Hintergrund der Erfindung

In der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Rollenhülsen diejenige Bauform von Radial-Rollenwälzlagern sind, welche die kleinste radiale Bauhöhe aufweisen und besonders raumsparende und montagefreundliche Lagerungen mit hoher radialer Tragfähigkeit ermöglichen. Die bekannteste und am häufigsten verwendete Bauform stellt dabei die beispielsweise aus der DE 195 13 668 A1 bekannte gehäuse- bzw. außenringbefestigte Rollenhülse dar, die aus einem in ein Gehäuse einsetzbaren Außenring und einem in diesen Außenring eingesetzten Rollenkranz besteht, der durch einen axial geschlitzten Lagerkäfig aus Kunststoff ohne Käfigschloss sowie aus einer Vielzahl in diesen Lagerkäfig eingesetzter Rollenwälzkörper gebildet wird, die auf einer durch die Innenmantelfläche des Außenrings gebildeten Außenlaufbahn abrollen, wobei die axiale Führung des Rollenkranzes durch zwei an den Axialseiten des Außenrings angeordnete und sich radial nach innen erstreckende Borde erfolgt.

Eine zu dieser außenringbefestigten Rollenhülse inverse Bauform stellt die beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2011 007 458 A1 und DE 10 2012 021 687 A1 bekannte wellen- bzw. innenringbefestigte Rollenhülse dar, welche ähnlich wie eine außenringbefestigte Rollenhülse aus einem auf einer Welle oder Achse befestigten Innenring und einem auf diesem Innenring angeordneten Rollenkranz besteht, der durch einen aus zwei Seitenringen und mehreren Verbindungsstegen bestehenden Lagerkäfig sowie aus einer Vielzahl in diesen Lagerkäfig eingesetzter Rollenwälzkörper gebildet wird, die von dem Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen gehalten werden und auf einer durch die Außenmantelfläche des Innenrings gebildeten Innenlaufbahn abrollen. Auch bei dieser Bauform erfolgt die axiale Führung des Rollenkranzes durch zwei an den Axialseiten des Innenrings angeordnete gleichlange Borde, die sich hierbei jedoch radial nach außen erstrecken.

Als nachteilig bei dieser Bauform von Rollenhülsen hat es sich jedoch erwiesen, dass hierbei nicht wie bei außenringbefestigten Rollenhülsen die Verwendung eines kostengünstigen axial geschlitzten Lagerkäfigs aus Kunststoff ohne Käfigschloss möglich ist, da die Enden des Lagerkäfigs nicht wie bei außenringbefestigten Rollenhülsen vom Außenring abgestützt werden. Bei der Montage von auf innenringbefestigten Rollenhülsen gelagerten Getriebeteilen ist es somit möglich, dass die lose aneinander anliegenden Enden eines Kunststoff-Lagerkäfigs schwerkraftbedingt aus dem Innenring herausfallen und es zu Problemen bei der Getriebemontage wegen der den Bauraum der Getriebeteile blockierenden Käfigenden kommt.

Eine mögliche Lösung dieses Problems wäre es, einen geschlossenen Lagerkäfig aus einem Stahlblech zu verwenden, der dann vor dem Umbördeln des zweiten Bordes in den Innenring eingesetzt wird und nach dem Umbördeln des zweiten Bordes zusammen mit dem Innenring der notwendigen Wärmebehandlung unterzogen wird. Hierzu müsste jedoch der erhöhte Fertigungs- und Materialaufwand für die Herstellung der innenringbefestigten Rollenhülse in Kauf genommen werden.

Eine andere Möglichkeit zur Lösung des geschilderten Problems wäre es, den offenen Kunststoffkäfig mit einem Käfigschloss, wie es beispielsweise aus der DE 38 21 037 A1 bekannt ist, verschließbar auszubilden. Der in dieser Druckschrift offenbarte Wälzlagerkäfig besteht dabei aus zwei eine gemeinsame Rotationsachse und gleiche Grundmaße aufweisenden, axial zueinander beabstan- deten Seitenringen sowie aus einer Vielzahl die Seitenringe miteinander verbindender und mit beidseitig über den Innendurchmesser der Seitenringe käfig- einwärts ragenden Wälzkörperführungen ausgebildeter Käfigstege, zwischen denen jeweils Käfigtaschen zur Aufnahme von Wälzkörpern gebildet werden. Dabei ist der Wälzlagerkäfig an wenigstens einer Umfangsstelle axial geteilt ausgebildet und weist dadurch zumindest ein erstes und ein zweites Käfigende auf, an denen jeweils miteinander korrespondierende Verschlusselemente angeordnet und die Seitenringe mit auf die Hälfte ihrer Radialhöhe reduzierten Endabschnitten ausgebildet sind, die im geschlossenen Zustand des Wälzlagerkäfigs radial übereinander angeordnet sind.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass derartige Käfigschlösser für Anwendungen an Kunststoffkäfigen bei innenringbefestigten Rollenhülsen mit großen Durchmessern und schmaler Breite aufgrund der geringen Käfigbreite ungeeignet sind bzw. dass sich dieses Käfigschloss als nicht haltbar genug für die Anforderungen in einem Getriebe erwiesen hat.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen axial geteilt ausgebildeten Wälzlagerkäfig zu konzipieren, dessen Käfigschloss für den Einsatz an innenringbefestigten Rollenhülsen mit großen Durchmessern und schmaler Breite geeignet ist.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlagerkäfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass zwischen den höhenreduzierten Endabschnitten an dem ersten Käfigende ein eine letzte und eine vorletzte Käfigtasche jeweils einseitig begrenzender Käfigsteg mit gegenüber den übrigen Käfigstegen verstärktem Querschnittsprofil angeordnet ist und das Verschlusselement an dem ersten Käfigende durch eine Axialnut in der Wälzkörperführung an der die vorletzte Käfigtasche begrenzenden radialen Stegfläche des Käfigsteges gebildet wird, während das Verschlusselement an dem zweiten Käfigende durch einen die höhenreduzierten Endabschnitte an dem zweiten Käfigende miteinander verbindenden Teilsteg mit der gleichen Materialstärke wie die Endabschnitte gebildet wird, der in die Axialnut in der Wälzkörperführung des Käfigsteges am ersten Käfigende derart einhakbar ist, dass die Käfigenden in eine Umfangsrichtung und in beide Radialrichtungen gegen unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung gesichert sind.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs werden in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfig vorgesehen, dass die höhenreduzierten Endabschnitte am ersten Käfigende in Verlängerung der Außenumfangsflächen der Seitenringe und die höhenreduzierten Endabschnitte am zweiten Käfigende in Verlängerung der Innenumfangsflächen an diese angeformt sind. Da die Endabschnitte an beiden Käfigenden eine auf die Hälfte der Radialhöhe der Seitenringe reduzierte Höhe aufweisen, weist der Wälzlagerkäfig durch eine solche Ausbildung im montierten Zustand, bei dem die Endabschnitte radial übereinander angeordnet sind, an seiner Trennstelle die gleiche Radialhöhe wie die übrigen Abschnitte der Seitenringe auf.

Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs, dass die Höhenreduzierung der Endabschnitte durch gerade Stufen in den Seitenringen erfolgt und die Endabschnitte am ersten Käfigende eine größere Länge als die Länge der Endabschnitte am zweiten Käfigende aufweisen. Anstelle des Übergangs von der Radialhöhe der Seitenringe zur Radialhöhe der Endabschnitte durch gerade Stufen ist es alternativ auch möglich, den Übergang mit einem konkaven Profil auszubilden, in welches dann die entsprechend konvex ausgebildeten Stirnseiten der Endabschnitte eingreifen. Die längere Ausbildung der Endabschnitte am ersten Käfigende hat sich dabei als zweckdienlich für die Montage des Wälzlagerkäfigs erwiesen, da somit eine hinderliche Kollision des Teilsteges am zweiten Käfigende an den Stufen der Endabschnitte am ersten Käfigende vermieden werden kann.

Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich der erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlagerkäfig darüber hinaus noch dadurch aus, dass sowohl die Wälzkörperführung des Käfigsteges am ersten Käfigende als auch alle anderen Wälzkörperführungen an den Käfigstegen axial kürzer als der Käfigsteg selbst ausgebildet und axial mittig an den Käfigstegen angeordnet sind. Auch diese Ausbildung hat sich als zweckdienlich für die Montage des Wälzlagerkäfigs erwiesen, da es somit möglich wird, die Endabschnitte am ersten Käfigende axial neben den Endabschnitten am zweiten Käfigende anzuordnen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs ist es nach Anspruch 5 des Weiteren, dass die Axialnut in der Wälzkörperführung des Käfigsteges am ersten Käfigende den gleichen Profilquerschnitt wie der die Endabschnitte an dem zweiten Käfigende miteinander verbindende Teilsteg aufweist und im montierten Zustand des Wälzlagerkäfigs die Axialnut durch den Teilsteg ausgefüllt ist. Dies hat sich dahingehend als vorteilhaft erwiesen, dass die Wälzkörperführung somit keine für den Wälzkörperkontakt und für den Schmiermittelfluss in der Käfigtasche hinderlichen Absätze o- der Kanten aufweist.

Darüber hinaus ist es nach Anspruch 6 ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs, dass die Sicherung der Käfigenden gegen unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung in die andere Umfangsrichtung durch Einfüllen eines Wälzkörpers in die nach dem Verbinden der Käfigenden mit dem Teilsteg komplettierte vorletzte Käfigtasche des Wälzlagerkäfigs er- folgt. In konkreter Ausführung bedeutet dies, dass die Sicherung der Käfigenden gegen unbeabsichtigtes Lösen in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung durch den in der Axialnut in der Wälzkörperführung des mit einem verstärktem Querschnittsprofil ausgebildeten Käfigsteges am ersten Käfigende fixierten Teilsteg am zweiten Käfigende erfolgt, während die Sicherung der Käfigenden gegen unbeabsichtigtes Lösen in Uhrzeigerrichtung durch einen in die vorletzte Käfigtasche am ersten Käfigende eingesetzten Wälzkörper erfolgt, der mit seiner Mantelfläche an der mit dem Teilsteg des zweiten Käfigendes komplettierten Wälzkörperführung anliegt.

Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs durch Anspruch 7 noch vorgeschlagen, dass die Sicherung der Käfigenden gegen Verschiebung in beide Axialrichtungen und die Zentrierung der Käfigenden zueinander durch Einfüllen eines Wälzkörpers in die nach dem Verbinden der Käfigenden komplettierte letzte Käfigtasche des Wälzlagerkäfigs erfolgt. Bei einer innenringbefestigten Rollenhülse bedeutet dies, dass nach dem Einsetzen der Zylinderrolle in die letzte Käfigtasche am zweiten Käfigende deren Stirnseiten beidseitige Anschläge darstellen, durch die das erste Käfigende an Axialbewegungen in beide Richtungen gehindert wird.

Die gestellte Aufgabe der Erfindung wird darüber hinaus auch durch ein neuartiges Verfahren zur Montage des beschriebenen Wälzlagerkäfigs gelöst, welches folgende Schritte umfasst: a) Aufweiten der Käfigenden des axial geteilten Wälzlagerkäfigs soweit, dass dieser über einen Radialbord des Innenrings einer Rollenhülse in diese hineingeschoben werden kann; b) Tangentiales Verschieben der Käfigenden zueinander derart, dass der Käfigsteg am ersten Käfigende über den Teilsteg am zweiten Käfigende in die letzte Käfigtasche gehoben wird und die Endabschnitte am ersten Käfigende axial neben den Endabschnitten am zweiten Käfigende angeordnet sind; c) Tangentiales Verschieben der Käfigenden rückwärts gegeneinander soweit, bis der Teilsteg am zweiten Käfigende sich in die Axialnut in der Wälzkörperführung des Käfigsteges am ersten Käfigende verschiebt und diese ausfüllt; d) Axiales Verschieben der Käfigenden soweit, bis die Endabschnitte am ersten Käfigende radial über den Endabschnitten am zweiten Käfigende angeordnet sind und die Stirnseiten der Endabschnitte des ersten Käfigendes an den Stufen in den Seitenringen des zweiten Käfigendes anliegen; e) Sicherung der Verbindung gegen unbeabsichtigtes Lösen in Umfangsrichtung durch Einsetzen der Wälzkörper der Rollenhülse in die Taschen des Wälzlagerkäfigs.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlagerkäfig mit einem Käfigschloss weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten axial geteilten Wälzlagerkäfigen den Vorteil auf, dass dessen Käfigschloss durch die Verwendung eines in eine Axialnut in einem Käfigsteg am ersten Käfigende einhakenden Teilstegs am zweiten Käfigende als Verschlusselemente für den Einsatz an innenringbefestigten Rollenhülsen mit großen Durchmessern und schmaler Breite geeignet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine vergrößerte räumliche Darstellung der beiden Käfigenden eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs;

Figur 2 eine vergrößerte Draufsicht auf die beiden Käfigenden des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs;

Figur 3 eine Seitenansicht der beiden Käfigenden des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs gemäß dem Schnitt B - B nach Figur 2; Figur 4 eine räumliche Darstellung eines ersten Verfahrensschritts zur Montage des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs;

Figur 5 eine räumliche Darstellung eines zweiten Verfahrensschritts zur Montage des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs;

Figur 6 eine räumliche Darstellung eines dritten Verfahrensschritts zur Montage des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs;

Figur 7 eine räumliche Darstellung eines vierten Verfahrensschritts zur Montage des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs;

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Figur 1 geht eine Teilansicht eines für eine innenringbefestigte Rollenhülse geeigneten Wälzlagerkäfigs 1 hervor, der aus zwei eine gemeinsame Rotationsachse und gleiche Grundmaße aufweisenden, axial zueinander beabstandeten Seitenringen 2, 3 sowie aus einer Vielzahl die Seitenringe 2, 3 miteinander verbindender Käfigstege 4 besteht, die, wie in Figur 3 gezeigt, mit über den Innendurchmesser der Seitenringe 2, 3 käfigeinwärts ragenden Wälzkörperführungen 5, 6 ausgebildet sind und zwischen denen jeweils Käfigtaschen 7 zur Aufnahme von nicht dargestellten Wälzkörpern gebildet werden. Deutlich sichtbar ist der Wälzlagerkäfig 1 dabei an einer Umfangsstelle axial geteilt ausgebildet und weist dadurch ein erstes und ein zweites Käfigende 8, 9 auf, an denen jeweils miteinander korrespondierende Verschlusselemente 10, 11 zum Verbinden der Käfigenden 8, 9 angeordnet sind. Zusätzlich sind die Seitenringe 2, 3 in bekannter Weise mit auf die Hälfte ihrer Radialhöhe Hs reduzierten Endabschnitten 12, 13, 14, 15 ausgebildet, die im geschlossenen Zustand des Wälzlagerkäfigs 1 radial übereinander angeordnet sind.

Des Weiteren ist in den Figuren 1 und 2 zu sehen, dass zwischen den höhenreduzierten Endabschnitten 12, 13 an dem ersten Käfigende 8 ein eine letzte Käfigtasche 7.1 und eine vorletzte Käfigtasche 7.2 jeweils einseitig begrenzender Käfigsteg 4.1 angeordnet ist, der, wie in Figur 3 dargestellt, mit einem ge- genüber den übrigen Käfigstegen 4 verstärkten Querschnittsprofil ausgebildet ist. Das Verschlusselement 10 an dem ersten Käfigende 8 wird dementsprechend durch eine ebenfalls in Figur 3 sichtbare Axialnut 16 in der Wälzkörperführung 5 an der die vorletzte Käfigtasche 7.2 begrenzenden radialen Stegfläche 17 des Käfigsteges 4.1 gebildet, während das Verschlusselement 11 an dem zweiten Käfigende 9 durch einen die höhenreduzierten Endabschnitte 14, 15 an dem zweiten Käfigende 9 miteinander verbindenden Teilsteg 18 mit der gleichen Materialstärke wie die Endabschnitte 14, 15 gebildet wird, der in die Axialnut 16 in der Wälzkörperführung 5 des Käfigsteges 4.1 am ersten Käfigende 8 derart eingehakt wird, dass die Käfigenden 8, 9 in eine Umfangsrichtung und in beide Radialrichtungen gegen unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung gesichert sind. Die Axialnut 16 weist dabei den gleichen Profilquerschnitt wie der die Endabschnitte 14, 15 an dem zweiten Käfigende 9 miteinander verbindende Teilsteg 18 auf und ist durch den Teilsteg 18 komplett ausgefüllt.

Ebenso ist aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich, dass die höhenreduzierten Endabschnitte 12, 13 am ersten Käfigende 8 in Verlängerung der Außenumfangsflächen 19, 20 der Seitenringe 2, 3 und die höhenreduzierten Endabschnitte 14, 15 am zweiten Käfigende 9 in Verlängerung der Innenumfangsflächen 21 , 22 an diese angeformt sind und dass die Höhenreduzierung der Endabschnitte 12, 13, 14, 15 durch gerade Stufen 23, 24 25, 26 in den Seitenringen 2, 3 erfolgt. Um beim Verbinden der Käfigenden 8, 9 eine Kollision des Teilsteges 18 am zweiten Käfigende 8 an den Stufen 23, 24 der Endabschnitte 12, 13 am ersten Käfigende 9 zu vermeiden, weisen die Endabschnitte 12, 13 am ersten Käfigende 8 darüber hinaus eine größere Länge Li als die Länge L2 der Endabschnitte 14, 15 am zweiten Käfigende 9 auf.

In Figur 2 ist des Weiteren zu sehen, dass sowohl die Wälzkörperführung 5 des Käfigsteges 4.1 am ersten Käfigende 8 als auch alle anderen Wälzkörperführungen 5 an den Käfigstegen 4 axial kürzer als der Käfigsteg 4.1 selbst ausgebildet und axial mittig an den Käfigstegen 4, 4.1 angeordnet sind, um somit bei der Montage des Wälzlagerkäfigs 1 die Endabschnitte 12, 13 am ersten Käfi- gende 8 axial neben den Endabschnitten 14, 15 am zweiten Käfigende 9 anordnen zu können. Die Sicherung der Käfigenden 8, 9 gegen unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung in die andere Umfangsrichtung erfolgt dabei durch Einfüllen eines Wälzkörpers in die nach dem Verbinden der Käfigenden 8, 9 mit dem Teilsteg 18 komplettierte vorletzte Käfigtasche 7.2 des Wälzlagerkäfigs 1 und die Sicherung der Käfigenden 8, 9 gegen Verschiebung in beide Axialrichtungen erfolgt bei gleichzeitiger Zentrierung der Käfigenden 8, 9 zueinander durch Einfüllen eines Wälzkörpers in die nach dem Verbinden der Käfigenden 8, 9 komplettierte letzte Käfigtasche 7.1 des Wälzlagerkäfigs 1.

In den Figuren 4 bis 7 sind schließlich noch die einzelnen Verfahrensschritte zur Montage des Wälzlagerkäfigs 1 schematisch dargestellt. Demnach werden bei dem in Figur 4 gezeigten ersten Verfahrensschritt die Käfigenden 8, 9 des axial geteilten Wälzlagerkäfigs 1 zunächst soweit aufgeweitet, dass dieser über einen Radialbord eines nicht dargestellten Innenrings einer Rollenhülse in diese hineingeschoben werden kann. Gemäß Figur 5 erfolgt anschließend ein tangentiales Verschieben der Käfigenden 8, 9 zueinander derart, dass der Käfigsteg 4.1 am ersten Käfigende 8 über den Teilsteg 18 am zweiten Käfigende 9 in die letzte Käfigtasche 7.1 gehoben wird und die Endabschnitte 12, 13 am ersten Käfigende 8 axial neben den Endabschnitten 14, 15 am zweiten Käfigende 9 angeordnet sind. Danach werden die Käfigenden 8, 9, wie in Figur 6 angedeutet, tangential rückwärts gegeneinander soweit verschoben, bis der Teilsteg 18 am zweiten Käfigende 9 sich in die Axialnut 16 in der Wälzkörperführung 5 des Käfigsteges 4.1 am ersten Käfigende 8 verschiebt und die Axialnut 16 komplett ausfüllt. Anschließend erfolgt ein axiales Verschieben der Käfigenden 8, 9 in der in Figur 7 dargestellten Weise soweit, bis die Endabschnitte 12, 13 am ersten Käfigende 8 radial über den Endabschnitten 14, 15 am zweiten Käfigende 9 angeordnet sind und abschließend wird die Verbindung der Käfigenden 8, 9 gegen unbeabsichtigtes Lösen in Umfangsrichtung durch Einsetzen der Wälzkörper der Rollenhülse in die Taschen 7, 7.1 , 7.2 des Wälzlagerkäfigs 1 gesichert. Bezugszahlenliste

Wälzlagerkäfig 16 Axialnut in 5 Seitenring von 1 17 radiale Stegfläche von 4.1 Seitenring von 1 18 Teilsteg von 4.1 Käfigstege von 1 19 Außenumfangsfläche von 2 Käfigsteg 20 Außenumfangsfläche von 3 Wälzkörperführung an 4, 4.1 21 Innenumfangsfläche von 2 Wälzkörperführung an 4 22 Innenumfangsfläche von 3 Käfigtaschen von 1 23 Stufe an 12 letzte Käfigtasche 24 Stufe an 13 vorletzte Käfigtasche 25 Stufe an 14 erstes Käfigende 26 Stufe an 15 zweites Käfigende Verschlusselement an 8 Hs Radialhöhe von 2 und 3 Verschlusselement an 9 Li Länge von 12 und 13 Endabschnitt von 2 L2 Länge von 14 und 15 Endabschnitt von 3 Endabschnitt von 2 Endabschnitt von 3