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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wälzlagern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Wälzlagern durch spanloses Verformen bzw. Andrücken eines Laufringes gegen die zwischen die vorgefertigten Laufringe eingebrachten Wälzkörper.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird die zur Führung der Wälzkörper dienende Nut einer der Laufringe vorerst nach einer oder beiden Seiten hin offen gelassen, so dass die Wälzkörper zwischen die Laufringe eingebracht werden können. Nach dem Einbringen der Wälzkörper wird mittels eines Pressvorganges die offene Seite der Nut geschlossen.
Es ist auch schon bekannt, Wälzlagerringe dadurch herzustellen, dass vorgeformte Rohlinge um nachträglich entfernbare ein- oder mehrteilige Füllstücke herumgepresst werden. Auch können nach einem andern Vorschlag zweiteilige Lager durch einen Pressvorgang hergestellt werden.
Die Erfindung hat es sich nun zum Ziel gesetzt, die spanlose Fertigung von Wälzlagern zu vervollkommen, wobei dielaufnuten der inneren und äusserenlauftinge mit guter Passung und genau dem Umriss der Wälzkörper entsprechend geformt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager durch Einfügung eines Satzes von Wälzkörpern, z. B. Kugeln, zwischen einen Innenlaufring mit Laufnut am Umfang und einen Aussenlaufring mit Laufnut auf seiner Innenseite zunächst lose zusammengesetzt wird, dann der ganze Satz zur radialen Schrumpfung bzw. Stauchung des Aussenlaufringes um den Wälzkörpersatz herum durch ein konisches Loch in einer. Matrize gedrückt und zugleich zur genauen und glatten Anpassung des Lauf- nutenprofiles an das Wälzkörperprofil einer der beiden Laufringe des Lagersatzes gedreht wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist insbesondere gekennzeichnet durch ein oberes und unteres Druckglied, von denen das eine gegenüber dem andern auf-und abbeweglich ist, eine am unteren Druckglied starr befestigte Matrize mit einem sich nach unten konisch erweiternden Loch, dessen Durchmesser am oberen Ende so gehalten ist, dass der Aussenlaufring eines lose zusammengesetzten, aus Innen-und Aussenlaufring mit Wälzkörpern dazwischen bestehenden Wälzlagersatzes darin einsetzbar ist, einen rohrförmigen und am oberen Druckglied koaxial zur konischen Bohrung im Gesenk befestigten und zur Einwirkung auf den Aussenring bestimmten Druckstempel und eine rotierende Spindel im Druckstempel, die an ihrem unteren Ende mit einem am Innenring angreifenden Antriebsteil versehen ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Beschreibung an Hand der Zeichnungen erläutert.
Fig. l ist ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung mit einem Wälzlagersatz in der Stellung vor der Durchführung der radialen Schrumpfung ; Fig. 2 ein vertikaler Schnitt entsprechend Fig. 1 in vergrösserter Darstellung (diese Figur zeigt das Schrumpfen des Aussenlaufringes in der Vorrichtung) ; Fig. 3 ein Axialschnitt in noch grösserem Massstab durch ein fertiges Wälzlager nach der Behandlung in der Vorrichtung ; Fig. 4 ein vertikaler Teilschnitt im vergrösserten Massstab zu einer Zwischenstufe der Lagerbehandlung in der Vorrichtung ; Fig. 5 ein Grundriss des Antriebselementes, mit dem der Innenlaufring des Wälzlagers während der radialen Umfangsschrumpfung des Aussenlaufringes gedreht wird ;
Fig. 6 ein Achsschnitt durch den Innenlaufring des Wälzlagers vor der Behandlung ; Fig. 7 die Draufsicht auf den Innenlaufring entsprechend Fig. 6, die Fig. 8 und 9 Ansichten ähnlich den Fig. 4 und 5, jedoch von einer andern Ausführungsform der Vorrichtung ; Fig. 10 eine Draufsicht entsprechend Fig. 7 auf den Innenlaufring eines Kugellagers im Bearbeitungszustand für den Einsatz in die Vorrichtung nach den Fig. 8 und 9 ; Fig. 11 ein Axialschnitt durch ein fertiges Lager nach der Behandlung in der Vorrichtung nach den Fig. 8 und 9 und Fig. 12 ein senkrechter Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der Vorrichtung.
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Bei der Herstellung von Kugellagern gemäss der Erfindung wird derInnenlaufring 1 (Fig. 6 und 7) jedes Lagers zunächst aus verformbarem Werkstoff, z. B. Stahl, hergestellt und mit einer Aussennut 2, die dem halben Querschnitt der Kugeln entspricht, und mit einer axialen Bohrung 3 versehen, die in diesem Beispiel an einem Ende 4 eine konische Einsenkung hat, deren Achse gegenüber der Hauptachse des Lauringes durch einen kleinen Abstand d schwach exzentrisch ist. Die Neigung der Einsenkung 4 ist aus einem später noch erläuterten Grund ziemlich steil. Der Aussenlaufring des Lagers entsprechend Fig. 4 wird anderseits im Durchmesser für den Anfang überbemessen, aus dem gleichen Material hergestellt und erhält eine Innenlaufnut 6 mit einem Querschnitt, der dem Kugelquerschnitt angenähert ist.
Der Öffnungsdurchmesser des Aussenlaufringes 5 ist am oberen Ende 7 grösser als am unteren Ende, so dass beim Einsatz des Innenlaufringes 1 in den Aussenlaufring 5 in gleiche Ebene mit diesem ein Ringraum zwischen den beiden Laufringen verbleibt, der den Einsatz eines zur Verbindung der beiden Lagerteile gehörigen Kugelsatzes 8 erlaubt (Fig. 4).
Die zur Bearbeitung der lose entsprechend Fig. 4 zusammengefügten Lager entwickelte Vorrichtung hat gemäss den Fig. 1 - 4 die Form einer Presse mit einem oberen Druckglied 10 und einem unteren Druckglied 11, wobei das untere Druckglied 11 gegenüber dem oberen Druckglied 10, z. B. mittels eines nicht dargestellten hydraulischen Zylinders, auf-und abbeweglich ist. Selbstverständlich kann man auch das obere Druckglied 10 gegenüber dem unteren Druckglied 11, falls die Umstände dies zweckmässig erscheinen lassen, beweglich machen. Das obere Druckglied 10 hat eine Öffnung 12 zur Aufnahme des im Durchmesser grösseren oberen Endes einer Muffe 13, die als Tauchkolben dient und deren Flansch 14 mit Hilfe der Bolzen 15 am Druckglied 10 verschraubt ist.
In den Bohrungen 18 und 19 an Kopf und Fuss der Muffe 13 sind Wälzlager 16 und 17 untergebracht, in denen sich eine Welle 20 in der Muffe dreht, an deren oberem über die Muffe vorstehenden Ende eine Antriebsscheibe 21 angeordnet und mit Hilfe eines Treibriemens 22 von einer nicht weiter dargestellten Antriebsvorrichtung, z. B. einem Elektromotor, mit hoher Geschwindigkeit angetrieben ist. In das untere Ende der Spindel 20 ist ein Antriebsteil (Triebele-
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stand d'dem Abstand d in den Fig. 6, 7 entspricht, um den die konische Einsenkung 4 des Innenlaufringes 1 des Wälzlagers exzentrisch versetzt ist. Das untere Druckglied 11 der Vorrichtung hat ein Loch 30.
Am Druckglied 11 ist eine Matrize 32 mit Bolzen 31 verschraubt, die einen nach oben vorspringenden zylindrischen Kopf 33 hat, über den die mit einem Ringflansch versehene Abschlusskappe 35 aufgesetzt ist.
Die Öffnung 36 in der Abschlusskappe 35 hat einen solchen Durchmesser, dass sie den Aussenlaufring 5 des Wälzlagers gut passend aufnehmen kann, wie am besten Fig. 4 erkennen lässt. Die Bohrung 37 in der Matrize verjüngt sich nach unten von einer am oberen Ende der Öffnung in der Abschlusskappe 35 entsprechenden Weite zu einer Weite am andern Ende, die dem Durchmesser des Aussenlaufringes 5 des Lagers nach der radialen Schrumpfung bzw. Stauchung entspricht. Die Öffnung 36 in der Abschlusskappe 35, das Loch 37 in der Matrize 32 und die Öffnung 30 im Druckglied 11 liegen alle koaxial zum Tauchkolben 13 und zur Spindel 20. Der Durchmesser des unceren Tauchkolbenteiles ist um einen geringen Betrag kleiner als der untere Lochdurchmesser in der Matrize 32.
Die Arbeitsweise ist folgende : Nach dem Zusammenbau des Lagers in der bereits beschriebenen Wel- se setzt man aslager in die Votrichtung gemässFig. l ein, z. B. in die Öffnung 36 der Abschlusskappe 35, wobei der Aussenlaufring auf dem Oberrand des Loches 37 in der Matrize 32 aufliegt. Das Druckglied 11 wird dann nach oben geführt, wodurch der Kugelkopf 25 des Antriebsteiles 23 zunächst in die axiale Bohrung 3 des Innenlaufringes 1 des Lagers eintritt.
Beim weiteren Anheben des Druckgliedes 11 tritt der exzentrische, konische Teil 26 des Antriebsteiles 23 an der Spindel 20 in die konische Einsenkung 4 des Innenlaufringes 1 ein, wobei zugleich der Innenlaufring 1 vom Flal. sch 24 des Triebgliedes und der
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weiteren Anhebens des Druckgliedes 11 bis zum Ende seines Aufwärtshubes wird der Innenlaufring des Wälzlagers fortlaufend mit der Spindel 20 durch die Kupplung zwischen dem exzentrischen Konus 26 des Antriebsteiles 23 mit der exzentrischen, koniscnen Einsenkung 4 am Laufring gedreht, während der Aussenlaufring 5 des Wälzlagers fortschreitend radial durch den sich verjüngenden Querschnitt des Loches 37 in der Matrize 32 (Fig.
2) geschrumpft bzw.''gestaucht wird, bis schliesslich das fertige Lager durch die grössere Öffnung 30 des Druckgliedes 11 herausfällt. Zwecks exakten Einspielens der Laufnuten über die Wälzkörper wird während desDrehens des innerenLaufringes 1 diesem die Möglichkeit zu einer axialen Verstellung gegenüber dem äusseren Laufring 5 gegeben. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Spindel 20 in ihren Lagern axial beweglich ist. Wenn daher der Aussenring 5 zusammengedrückt wird und die Wälzkörper in ihren Sitz zwingt, werden nach oben gerichtete Stösse durch die Spindel aufgenommen.
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Infolge der Drehung des Innenlaufringes durch die Spindel 20 während dieses Arbeitsganges werden die Umrisse der Laufnut 2 im Innenlaufring und der Laufnut 6 im Aussenlaufring mit Hilfe der sich abwälzenden Kugeln geglättet und dadurch dem Kugelumriss genau angepasst, so dass man schliesslich das komplette Lager entsprechend Fig. 3 erhält. In der Praxis muss man das Ausmass der radialen Schrumpfung bzw. Stauchung des Aussenlaufringes so steuern, dass man einen guten Abwälzkontakt der Kugeln in den Laufnuten der beiden Laufringe erhält. Dabei muss man auf ein leichtes Aufsetzen und Lösen des Innenlaufringes auf und von dem Antriebsteil 23 der Spindel 20 achten, das man durch entsprechende Wahl der Steigung der konisch geformten Fläche der Einsenkung des Laufringes und der Kegelfläche des Antriebsteiles erhält.
Dadurch kann man das Verklemmen der Vorrichtung wirksam verhindern.
Nach einer andern Lösung kann man den Innenlaufring jedes Lagers längs zweier Achsen 4a, 4a mit Einsenkungen versehen, die gemäss den Fig. 10 und 11 von der Hauptachse des Laufringes um gleiche Abstände d versetzt sind. Zum Angriff auf einen derartigen Innenlaufring la hat das konische Stück des Antriebsteiles 23a der Spindel 20a zwei entsprechende konische Verdickungen, deren Achsen um entsprechende Abstände dsvon der Spindelachse entfernt sind. Das mit dieser geänderten Vorrichtung erhaltene komplette Wälzlager ist im Schnitt in Fig. 11 dargestellt.
Zur Vermeidung von Wiederholungen haben alle Teile der geänderten Vorrichtung, die hier nicht besonders erwähnt sind, aber entsprechende Gegenstücke in der andern Ausführungsform der Vorrichtung besitzen, die gleichen bereits benutzten Bezugsziffern, jedoch unter Zufügung des Indexbuchstaben 'a"zur leichteren Ermittlung.
In der zweiten geänderten Ausführungsform gemäss Fig. 12 haben der Flansch 24b, der Kugelkopf 25b und der dazwischen liegende verbindende und wieder mit zwei Mitnahmeverdickungen versehene konische Teil des Antriebsteiles der Spindel 20b eine gemeinsame, um den Abstand d'von der Achse der Spindel 20b bzw. des Aussenringes 5b versetzte Achse, während alle übrigen und nicht besonders erläuterten Vorrichtungsteile ihre entsprechenden Gegenstücke in der zuerst beschriebenen Vorrichtung haben und sich an Hand der bereits früher benutzten Bezugsziffern, ergänzt durch den Indexbuchstaben "b", finden lassen. In dieser letzten Ausführungsform wird während der radialen Schrumpfung bzw.
Stauchung des Aussenlaufringes 5b der Innenlaufring Ib innerhalb des Aussenlaufringes in einer um die Achse des Aussenlaufringes kreisenden Bewegung geführt und zugleich um seine eigene Achse gedreht (Planetenbewegung).
In der Praxis muss man dabei die Exzentrizität d4 sehr gering machen, z. B. lediglich entsprechend der angestrebten Lauftoleranz zwischen den Kugeln und den beiden Laufringen im fertigen Lager. Weiter versteht sich, dass in der Praxis das Mass der Schrumpfung bzw. Stauchung des Aussenlaufringes so gewählt wird, dass ein guter Wälzkontakt und ein gutes Glätten der Laufnuten bei der vorgegebenen Arbeitstoleranz entsprechend der Exzentrizität d'gesichert ist.
Nach der Zusammensetzung der Wälzlager in der beschriebenen Weise können die Lager wärmebehandelt werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sind natürlich nicht auf die Herstellung von Kugellagern allein beschränkt, sondern lassen sich vom Fachmann mit den gleichen Vorteilen auch für die Herstellung von Wälzlagern in der Art von Zylinder-oder Kegelrollenlagern bzw. Tonnenlagern verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Wälzlagern, durch spanlosesVerformen bzw. Andrücken eines Laufringes gegen die zwischen die vorgefertigten Laufringe eingebrachten Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager durch Einfügung eines Satzes von Wälzkörpern, z. B. Kugeln, zwischen einen Innenlaufring mit Laufnut am Umfang und einen Aussenlaufring mit Laufnut auf seiner Innenseite zunächst lose zusammengesetzt wird, dann der ganze Satz zur radialen Schrumpfung bzw. Stauchung des Aussenlaufringes um den Wälzkörpersatz herum durch ein konisches Loch in einer Matrize gedrückt und zugleich zur genauen und glatten Anpassung des Laufnutenprofils an das Wälzkörperprofil einer der beiden Laufringe des Lagersatzes gedreht wird.