DE102006056502A1

DE102006056502A1 - Käfig für ein Wälzlager und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102006056502A1
Application number: DE102006056502A
Authority: DE
Inventors: Berthold Beyfuss; Hans-Jürgen FRIEDRICH; Alfred Radina; Jonas Schierling
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-12-01
Also published as: DE102006056502B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig (1) für ein Wälzlager, der aus einem zugeschnittenen, ebenen Blechteil (2) durch Umformung gebildet ist, indem das Blechteil (2) an einer Anzahl von Falzstellen (3) abgekantet und so zum Käfig (1) geformt ist, wobei das Blechteil (2) im noch nicht umgeformten Zustand einen inneren Kreisring (4) umfasst, von dem aus sich eine der Anzahl der zu bildenden Aufnahmetaschen (5) für Wälzkörper entsprechende Anzahl Stege (6) radial nach außen erstrecken, wobei die Stege (6) in ihrem radial äußeren Endbereich zu beiden Seiten des Steges (6) je einen Streifenabschnitt (7) aufweisen, so dass die Stege (6) und die Streifenabschnitte (7) eine T-förmige Gestalt aufweisen. Um eine gute Halterung des Wälzkörpers im Käfig bei einfacher und kostengünstiger Herstellung des Käfigs zu gewährleisten, sieht die Erfindung vor, dass sich die Breite (B) der Streifenabschnitte (7rem von der Anbindungsstelle (8) entfernten Ende (9) vergrößert. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälzlager.

Description

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, der aus einem zugeschnittenen, ebenen Blechteil durch Umformung gebildet ist, indem das Blechteil an einer Anzahl Falzstellen abgekantet und so zum Käfig geformt ist, wobei das Blechteil im noch nicht umgeformten Zustand einen inneren Kreisring umfasst, von dem aus sich eine der Anzahl der zu bildenden Aufnahmetaschen für Wälzkörper entsprechende Anzahl Stege radial nach außen erstrecken, wobei die Stege in ihrem radial äußeren Endbereich zu beiden Seiten des Steges je einen Streifenabschnitt aufweisen, so dass die Stege und die Streifenabschnitte eine T-förmige Gestalt aufweisen. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälzlager.
Ein gattungsgemäßer Käfig ist beispielsweise aus der FR 1 386 534 A bekannt. Dort wird der Käfig aus einem Blech gefertigt, aus dem ein innerer Kreisring ausgeschnitten ist, an dem T-förmig ausgebildete Stege sich radial nach außen erstreckend angeformt sind. Werden die T-förmigen Stege so umgeformt, dass sie auf einem Kegelmantel zu liegen kommen, bildet sich ein Kegelrollenlagerkäfig. Jeweils zwei Enden der T-förmigen Struktur liegen dabei aneinandergrenzend beieinander. Spezifische Maßnahmen zur Ausbildung der T-förmigen Struktur sind nicht vorgesehen.
Die DE 196 05 471 A1 zeigt einen ähnlichen Gegenstand, wobei hier der aus einer Blechronde bestehende umgeformte Käfig mit einem Rahmenelement überkappt wird, um die einzelnen T-förmigen Elemente, die aneinander grenzen, zusammenzuhalten.
Ähnliche Lösungen von aus Blechronden bestehenden Käfigen sind aus der US 1 518 731 A und aus der US 2 435 839 A bekannt.
Mit Vorteil kann durch die vorbekannten Lösungen in einfacher Weise ein Rollenlagerkäfig, insbesondere ein Kegelrollenlagerkäfig, hergestellt werden, da die Fertigung aus einem ebenen Blechteil einfach und damit kostengünstig ist.
Nachteilig ist bei den vorbekannten Rollenlagerkäfigen indes, dass die Führungsgenauigkeit bzw. Führungsfähigkeit für Wälzkörper nicht immer befriedigend ist.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, einen Käfig der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass bei Aufrechterhaltung einer einfachen und kostengünstigen Fertigung ein verbessertes Führen der Wälzkörper erreicht werden kann. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung des Käfigs vorgeschlagen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite der Streifenabschnitte von einer Anbindungsstelle am Steg zu ihrem von der Anbindungsstelle entfernten Ende vergrößert.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Vergrößerung der Breite der Streifenabschnitte linear erfolgt.
Mit dieser Ausgestaltung wird – wie noch im Detail zu sehen sein wird – erreicht, dass sich in einfacher und kostengünstiger Weise eine verbesserte Halterung für die Wälzkörper ergibt, wenn diese sich im montierten Zustand im Käfig befinden.
Die Breite der Streifenabschnitte an ihrem Ende beträgt dabei bevorzugt 120 % bis 200 % der Breite der Streifenabschnitte an der Anbindungsstelle.
Die Enden zweier im umgebogenen Zustand des Blechteils aneinandergrenzender Streifenabschnitte sind dabei bevorzugt miteinander verbunden. Hierfür kommt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Schweißen in Frage. Eine Alternative sieht das Durchsetzfügen vor.
Die Enden zweier im umgebogenen Zustand des Blechteils aneinandergrenzender Streifenabschnitte können – in Richtung der Achse des Steges betrachtet – unter einem stumpfen Winkel zusammentreffen; dieser liegt bevorzugt zwischen 100° und 170°.
Am Kreisring zwischen zwei Stegen können im noch nicht umgeformten Zustand des Blechteils sich radial nach außen erstreckende nasenförmige Vorsprünge angeordnet sein, die zum Eingriff in entsprechende Mulden in den Wälzkörpern vorgesehen sind.
Der Käfig besteht bevorzugt aus Stahlblech oder aus einem Blech aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium. Er ist bevorzugt für ein Kegelrollenlager vorgesehen.
Das Verfahren zur Herstellung des Käfigs weist die Schritte auf:

a) Zuschneiden eines ebenen Blechteils, wobei ein innerer Kreisring ausgeschnitten wird, an dem sich eine der Anzahl der zu bildenden Aufnahmetaschen für Wälzkörper entsprechende Anzahl Stege radial nach außen erstrecken, wobei die Stege in ihrem radial äußeren Endbereich zu beiden Seiten des Steges je einen Streifenabschnitt aufweisen, so dass die Stege und die Streifenabschnitte eine T-förmige Gestalt aufweisen und wobei sich die Breite der Streifenabschnitte von einer Anbindungsstelle am Steg zu ihrem von der Anbindungsstelle entfernten Ende vergrößert;
b) Umformen, insbesondere Umbiegen bzw. Abkanten, des zugeschnittenen Blechteils an einer Anzahl Falzstellen, so dass die Stege auf einem Zylindermantel oder Kegelmantel zu liegen kommen.

Die Streifenabschnitte können dabei relativ zu den Stegen um einen Winkel abgebogen werden. Im Anschluss an obigen Schritt b) können die Enden zweier benachbarter Streifenabschnitte miteinander verbunden werden, was beispielsweise durch Schweißen oder durch Durchsetzfügen erfolgen kann.
Bei der Durchführung des obigen Schritts a) können zwischen den Stegen am Kreisring jeweils sich radial nach außen erstreckende nasenförmige Vorsprünge ausgebildet werden. Die nasenförmigen Vorsprünge können vor, während oder nach der Durchführung des obigen Schritts b) aus der Ebene des Blechteils heraus gebogen werden.
Für das Zuschneiden gemäß obigem Schritt a) kann ein Strahlschneid-Verfahren, insbesondere ein Wasserstrahlschneiden, eingesetzt werden.
Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen wird ein Rollenlagerkäfig, insbesondere ein Kegelrollenlagerkäfig, in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar, der sich durch eine verbesserte Führungseigenschaft der Wälzkörper auszeichnet. Auch mit Blick auf den Zusammenbau des Lagers hat sich der vorgeschlagene Käfig als vorteilhaft bewährt, da die einzelnen Rollen in besserer Weise in Position gehalten werden können.
Dieser Vorteil macht sich insbesondere im Großlagerbau bemerkbar, wo mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen eine kostengünstigere Herstellung und leichtere Montage erreicht werden kann.
Das vorgeschlagene Lager kommt grundsätzlich bei allen Rollenlagern zum Einsatz, wobei bevorzugt Kegelrollenlager vorgesehen sind.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat – auch wenn keine Mulden in den Wälzkörpern vorgesehen werden – den Vorteil, dass sich eine Punktberührung zwischen den Stirnflächen der Wälzkörper und dem Käfig ergibt. Hierdurch wird die Reibung im Vergleich zu vorbekannten Lösungen reduziert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 ein ausgeschnittenes Blechteil zur Bildung eines Kegelrollenlagerkäfigs in unverformtem Zustand in perspektivischer Darstellung,
2 das Blechteil gemäß 1 in der Draufsicht,
3 das Blechteil gemäß 1 mit bereits umgeformten nasenförmigen Vorsprüngen in perspektivischer Darstellung,
4 das Blechteil gemäß 3 in der Draufsicht,
5 das Blechteil gemäß 3 mit jetzt bereits gebogenen Streifenabschnitten, die sich an Stegen befinden, in perspektivischer Darstellung,
6 das Blechteil gemäß 5 in der Draufsicht,
7 den fertig gebogenen Käfig eines Kegelrollenlagers, der durch Umfalzen der Stege aus dem in 5 dargestellten Teil hervorgeht, in perspektivischer Darstellung,
8 den Käfig gemäß 7 in der Draufsicht,
9 den Käfig gemäß 7 mit eingesetzten Kegelrollen in perspektivischer Darstellung,
10 den Käfig gemäß 9 in der Seitenansicht im Radialschnitt und
11 die Einzelheit „A" gemäß 10.
In den 1 und 2 ist ein ebenes Blechteil 2 zu sehen, das aus einer ebenen Blech-Platine ausgeschnitten wurde, beispielsweise durch Wasserstrahlschneiden. Aus dem Blechteil 2 soll ein Kegelrollenlagerkäfig gebildet werden. Das Blechteil 2 weist als Grundteil einen Kreisring 4 auf, an den sich radial nach außen Stege 6 erstrecken. Die Stege 6 samt den hieran angeformten Streifenabschnitten 7 bilden eine T-förmige Kontur. Die einzelnen Streifenabschnitte 7 erstrecken sich dabei in Umfangsrichtung des Blechteils 2 von einer Anbindungsstelle 8 zu einem Ende 9.
Zum Halten von Wälzkörpern mittels einer in den Wälzkörper stirnseitig eingearbeiteten Mulde weist das Blechteil 2 nasenförmige Vorsprünge 11 auf, die im montierten Zustand in die Mulde der Kegelrolle eingreifen und damit die Kegelrolle halten sollen.
Wie in 2 gesehen werden kann, ist für die Ausgestaltung der Streifenabschnitte 7 eine spezielle Maßnahme vorgesehen: Wesentlich ist es nämlich, dass sich die Breite B der Streifenabschnitte 7 von der Anbindungsstelle 8 am Steg 6 zu ihrem von der Anbindungsstelle 8 entfernten Ende 9 vergrößert. Die Breite B ist genauso eingezeichnet, wie die minimale Breite B_min an der Anbindungsstelle 8 des Streifenabschnitts 7 und die maximale Breite B_max am Ende 9 des Streifenabschnitts 7. Dabei bewegt sich die maximale Breite B_max bevorzugt im Bereich von 120 % bis 200 % der minimalen Breite B_min. Wie weiter zu sehen ist, verläuft die Breitenvergrößerung des Streifenabschnitts 7 in Umfangsrichtung linear. Zu sehen ist ferner, dass der äußere Rand des Streifenabschnitts 7 gerade ist bzw. der Kreisform der Ronde folgt, während die Veränderungen in der Breite B durch entsprechende Formung des inneren Rands des Streifenabschnitts definiert wird.
Nach dem Ausschneiden des in den 1 und 2 gezeigten Blechteils erfolgt in einem ersten Umformschritt das Umbiegen der nasenförmigen Vorsprünge 11, wie es aus den 3 und 4 hervorgeht.
Im nächsten Umformschritt werden die Streifenabschnitte 7 aus der Ebene des unverformten Blechteils 2 heraus gebogen, wie es in 5 und 6 zu sehen ist.
Hier ist auch zu erkennen, dass die Streifenabschnitte 7 um einen Winkel β aus der Ebene des Blechteils 2 heraus gebogen werden. Der Winkel β ist so gewählt, dass die Enden 9 benachbarter Streifenabschnitte 7 in der endgültigen Umformstufe aneinandergrenzen. Der Winkel β bemisst sich als Winkel des Herausbiegens des Streifenabschnitts 7 bei Betrachtung des Stegs 6 in Richtung seiner Achse 10. Das Abkanten der Streifenabschnitte 7 erfolgt an einer Falzstelle 3, die in den 5 und 6 eingezeichnet ist.
In den 7 und 8 ist zu sehen, wie das Blechteil aussieht, wenn die nächste und abschließende Umformung bzw. Umbiegung durchgeführt wurde. Hiernach sind nunmehr die Stege 6 an der Falzstelle 3 zum Kreisring 4 abgekantet bzw. umgebogen, so dass sich die fertige Käfigkontur 1 ergibt. Die Stege 6 bilden zusammen mit dem Kreisring 4 und den Streifenabschnitten 7 Aufnahmetaschen 5 für Kegelrollen.
An den zusammentreffenden Enden 9 der Streifenabschnitte 7 kann eine Verbindung der Streifenabschnitte 7 erfolgen. Dies kann z. B. durch Schweißen, insbesondere Elektronenstrahlschweißen, erfolgen oder auch durch Durchsetzfügen. Das Durchsetzfügen (oder auch Druckfügen, Clinchen oder Toxen genannt) ist ein Verfahren zum Verbinden von Blechen ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffs. Man kann es sowohl zu den Fügeverfahren als auch zu den Umformverfahren rechnen, da die Verbindung durch Umformen des Werkstoffs erreicht wird.
In 8 ist der stumpfe Winkel α eingezeichnet, der sich zwischen zwei zusammentreffenden Streifenabschnitten 9 ergibt. Er liegt bevorzugt im Bereich zwischen 100° und 170°.
In 9 ist zu sehen, wie in die Aufnahmetaschen des Käfigs 1 Kegelrollen 12 eingesetzt wurden. Die Kegelrollen 12 haben an beiden Stirnseiten Mulden (auch Dimpel genannt), die vorgesehen sind, so dass im montierten Zustand der Kegelrollen 12 einerseits die nasenförmigen Vorsprünge 11 und andererseits die sich radial nach innen erstreckende Verbindungsstelle zweier Enden 9 von Streifenabschnitten 7 in die Mulden erstrecken und so die Kegelrolle halten. Hierdurch wird es in einfacher und kostengünstiger Weise möglich, diese Funktion des Käfigs zu realisieren.
Wie in 9 zu sehen ist, ergibt sich durch die Abkantung der Streifenabschnitte 7 (Winkel α) eine zick-zack-förmige Ausgestaltung des Käfigs 1, in Richtung der Achse 10 des Steges 6 gesehen.
Das Hineinerstrecken der nasenförmigen Vorsprünge 11 einerseits und der Verbindungsstelle zwischen zwei Enden 9 der Streifenabschnitte 7 andererseits in die stirnseitigen Mulden im Wälzkörper 12 ist nochmals in den 10 und 11 illustriert.

1: Käfig
2: Blechteil
3: Falzstelle
4: Kreisring
5: Aufnahmetasche
6: Steg
7: Streifenabschnitt
8: Anbindungsstelle
9: Ende des Streifenabschnitts
10: Achse des Steges
11: nasenförmiger Vorsprung
12: Wälzkörper (Kegelrollen)
B: Breite des Streifenabschnitts
B_max: maximale Breite des Streifenabschnitts
B_min: minimale Breite des Streifenabschnitts
α: Winkel
β: Winkel

Claims

Käfig (1) für ein Wälzlager, der aus einem zugeschnittenen, ebenen Blechteil (2) durch Umformung gebildet ist, indem das Blechteil (2) an einer Anzahl Falzstellen (3) abgekantet und so zum Käfig (1) geformt ist, wobei das Blechteil (2) im noch nicht umgeformten Zustand einen inneren Kreisring (4) umfasst, von dem aus sich eine der Anzahl der zu bildenden Aufnahmetaschen (5) für Wälzkörper entsprechende Anzahl Stege (6) radial nach außen erstrecken, wobei die Stege (6) in ihrem radial äußeren Endbereich zu beiden Seiten des Steges (6) je einen Streifenabschnitt (7) aufweisen, so dass die Stege (6) und die Streifenabschnitte (7) eine T-förmige Gestalt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite (B) der Streifenabschnitte (7) von einer Anbindungsstelle (8) am Steg (6) zu ihrem von der Anbindungsstelle (8) entfernten Ende (9) vergrößert.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerung der Breite (B) der Streifenabschnitte (7) linear erfolgt.
Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B_max) der Streifenabschnitte (7) an ihrem Ende (9) 120 % bis 200 % der Breite (B_min) der Streifenabschnitte (7) an der Anbindungsstelle (8) beträgt.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (9) zweier im umgebogenen Zustand des Blechteils (2) aneinandergrenzender Streifenabschnitte (7) miteinander verbunden sind.
Käfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (9) miteinander verschweißt sind.
Käfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (9) durch Durchsetzfügen miteinander verbunden sind.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (9) zweier im umgebogenen Zustand des Blechteils (2) aneinandergrenzender Streifenabschnitte (7) in Richtung der Achse (10) des Steges (6) betrachtet unter einem stumpfen Winkel (α) zusammentreffen.
Käfig nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (9) unter einem Winkel (α) zwischen 100° und 170° zusammentreffen.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Kreisring (4) zwischen zwei Stegen (6) im noch nicht umgeformten Zustand des Blechteils (2) sich radial nach außen erstreckende nasenförmige Vorsprünge (11) angeordnet sind.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Stahlblech besteht.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Blech aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, besteht.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er derjenige eines Kegelrollenlagers ist.
Verfahren zur Herstellung eines Käfigs (1) für ein Wälzlager, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das die Schritte aufweist: a) Zuschneiden eines ebenen Blechteils (2), wobei ein innerer Kreisring (4) ausgeschnitten wird, an dem sich eine der Anzahl der zu bildenden Aufnahmetaschen (5) für Wälzkörper entsprechende An zahl Stege (6) radial nach außen erstrecken, wobei die Stege (6) in ihrem radial äußeren Endbereich zu beiden Seiten des Steges (6) je einen Streifenabschnitt (7) aufweisen, so dass die Stege (6) und die Streifenabschnitte (7) eine T-förmige Gestalt aufweisen und wobei sich die Breite (B) der Streifenabschnitte (7) von einer Anbindungsstelle (8) am Steg (6) zu ihrem von der Anbindungsstelle (8) entfernten Ende (9) vergrößert; b) Umformen, insbesondere Umbiegen bzw. Abkanten, des zugeschnittenen Blechteils (2) an einer Anzahl Falzstellen (3), so dass die Stege (6) auf einem Zylindermantel oder Kegelmantel zu liegen kommen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenabschnitte (7) relativ zu den Stegen (6) um einen Winkel (β) abgebogen werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Schritt b) gemäß Anspruch 13 die Enden (9) zweier benachbarter Streifenabschnitte (7) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Schweißen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Durchsetzfügen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 13 zwischen den Stegen (6) am Kreisring (4) jeweils sich radial nach außen erstreckende nasenförmige Vorsprünge (11) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die nasenförmigen Vorsprünge (11) vor, während oder nach der Durchführung des Schritts b) gemäß Anspruch 13 aus der Ebene des Blechteils (2) heraus gebogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschneiden gemäß Schritt a) gemäß Anspruch 13 ein Strahlschneiden, insbesondere ein Wasserstrahlschneiden, ist.