DE102006058095A1

DE102006058095A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bolzenkäfigs für ein Zylinderrollenlager

Info

Publication number: DE102006058095A1
Application number: DE102006058095A
Authority: DE
Inventors: Anton Schmidt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-09
Filing date: 2006-12-09
Publication date: 2008-06-12
Also published as: WO2008071150A2; WO2008071150A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bolzenkäfigs für ein Zylinderrollenlager mit wenigstens einem zur Lagerachse koaxialen Käfigring (8), an welchem mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, zur Lagerachse parallele Lagerbolzen (2) zur drehbaren Lagerung je einer Zylinderrolle (4) angeordnet sind, wobei der Käfigring (8) mit Axialbohrungen zur Aufnahme und Befestigung jeweils eines Endes (6) eines zugeordneten Lagerbolzens (2) versehen ist. Um eine gleichmäßige, dauerhafte und ästhetisch ansprechende Verbindung zwischen dem Ende (6) und dem Käfigring (8) herzustellen, werden die Enden (6) der Lagerbolzen (2) mit dem Käfigring (8) beispielsweise mittels eines Widerstandsnietvorganges fest verbunden. Gemäß einer anderen Ausgestaltung werden die Enden (44, 46) eines Lagerbolzens (40) mit den Käfigringen (48, 50) durch eine Widerstandsschweißverbindung verbunden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bolzenkäfigs für ein Zylinderrollenlager mit wenigstens einem zur Lagerachse koaxialen Käfigring, an welchem mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, zur Lagerachse parallele Lagerbolzen zur drehbaren Lagerung von Zylinderrollen angeordnet sind, wobei der jeweilige Käfigring mit Axialbohrungen zur Aufnahme und Befestigung jeweils eines Endes eines zugeordneten Lagerbolzens versehen ist.
Es sind bereits Bolzenkäfige bekannt, bei denen die Lagerbolzen mit jeweils einem Ende an einem Käfigring befestigt sind. Im Allgemeinen bestehen jedoch Bolzenkäfige der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art aus jeweils zwei koaxialen, beabstandeten Käfigringen, zwischen denen die Lagerbolzen angeordnet und an denen diese befestigt sind. Die Erfindung betrifft insbesondere die Befestigung der Lagerbolzen an den jeweils zugeordneten Lagerringen.
Hintergrund der Erfindung
Bolzenkäfige der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art werden vorwiegend dort eingesetzt, wo höchste Tragzahlen gefordert sind, wobei gleichzeitig die Nachteile eines vollrolligen Lagers, also direkter Kontakt der Zylinderrollen miteinander, hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen den Zylinderrollen und eine unzureichende Schmierung vermieden werden sollen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet von Zylinderrollenlagern mit Bolzenkäfigen sind beispielsweise Großlager für Windkraftanlagen und Tunnelvortriebsmaschinen.
Die DE 100 31 427 C2 zeigt und beschreibt bereits Bolzenkäfige der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art mit zwei beabstandeten Käfigringen, wobei die Lagerbolzen jeweils mit einem Ende in Gewindebohrungen eines ersten der Käfigringe eingeschraubt sind, während das andere Ende der Lagerbolzen jeweils in Durchgangsbohrungen des zweiten Käfigringes bzw. von in diesen eingelassenen Hülsen aufgenommen und gehalten sind. Zur endgültigen Fixierung der Lagerbolzen werden diese an der Außenseite der Durchgangsbohrungen mit dem Lagerring bzw. den Hülsen verschweißt. Die Verschweißung erfolgt manuell und stellt damit einen äußerst zeitaufwendigen Arbeitsschritt dar. Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass die Qualität und das Aussehen der Schweißstellen von den handwerklichen Fähigkeiten des jeweils ausführenden Schweißers abhängen, welches zu ästhetisch und/oder technisch unzureichenden Ergebnissen führen kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches es erlaubt, bei erheblich reduzierten Fertigungskosten Bolzenkäfige mit einer guten, gleichmäßigen Qualität und mit einem einwandfreien äußeren Erscheinungsbild herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sowohl die ungleichmäßige Qualität als auch das gelegentlich wenig zufrieden stellende äußere Erscheinungsbild herkömmlicher Schweißverbindungen durch die Zufälligkeiten der manuellen Schweißung bedingt sind, die deshalb ausgeschaltet werden sollten.
Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zum Herstellen eines Bolzenkäfigs für ein Zylinderrollenlager mit wenigstens einem zur Lagerachse koaxialen Käfigring, an welchem mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, zur Lagerachse parallele Lagerbolzen zur drehbaren Lagerung von Zylinderrollen angeordnet sind, wobei der Käfigring mit Axialbohrungen zur Aufnahme und Befestigung jeweils eines Endes eines zugeordneten Lagerbolzens versehen ist. Dabei ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Enden der Lagerbolzen mit dem Käfigring mittels eines Widerstandsnietvorganges fest verbunden werden.
Widerstandsnietvorgänge basieren auf dem Prinzip, dass ein hoher elektrischer Strom in der Größenordnung von mehreren Kilo-Ampére mittels zweier Elektroden durch metallische Werkstoffe geleitet wird, wodurch in kurzer Zeit (wenig als 1 sec.) der stromdurchflossene Bereich zur Rotglut (Schmiedetemperatur) erwärmt wird, so dass eine Warmumformung (und gegebenenfalls eine Verschweißung) erfolgen kann.
Derartige Widerstandsnietvorgänge lassen sich in einfacher Weise so automatisieren, dass in jedem Fall eine gleichmäßige, qualitativ gleich bleibende und ästhetisch ansprechende formschlüssige Verbindung herstellbar ist.
Nietverbindungen haben insbesondere den Vorteil, dass sie auch bei den Dauerwechselbelastungen, denen die Lagerbolzen unterworfen sind, äußerst beständige Verbindungen darstellen, so dass die zu erwartende mittlere Lebensdauer derartiger Bolzenkäfige höher sein dürfte als die herkömmlicher Bolzenkäfige.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
Die Axialbohrungen des Käfigringes werden als Durchgangsbohrungen mit einem axial inneren Abschnitt und einem daran anschließenden axial äußeren Abschnitt ausgebildet, wobei der innere Abschnitt einen dem Außendurchmesser des eingesteckten Endes entsprechenden Innendurchmesser und der äußere Abschnitt einen demgegenüber erweiterten Durchmesser hat. Das Ende des eingesteckten Lagerbolzens wird so ausgebildet, dass es die Durchgangsbohrung nach außen axial überragt. Dann wird das durchgesteckte Ende des Lagerbolzens elektrisch auf seine Schmiedetemperatur widerstandserwärmt. Das über den inneren Abschnitt überstehende erwärmte Ende des Lagerbolzens wird anschließend einer Nietverformung unterworfen, wobei das verformte Material in den äußeren Abschnitt der Durchgangsbohrung gedrückt wird. Dabei kann die Auslegung des äußeren Abschnittes der Durchgangsbohrung einerseits und des über den inneren Abschnitt der Durchgangsbohrung überstehenden Teils des Lagerbolzens andererseits so getroffen werden, dass nach dem Nietvorgang der gebildete Nietkopf wenigstens annähernd bündig mit der Außenseite des Käfigringes abschließt, so dass sich ein ästhetisch ansprechendes Bild dieser Verbindung ergibt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der äußere Abschnitt der Durchgangsbohrung zylindrisch ist, und dass der gebildete Nietkopf dementsprechend etwa kreisscheibenförmig ausgebildet ist.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der äußere Abschnitt der Durchgangsbohrung sich nach außen kegelförmig erweitert, und dass der gebildete Nietkopf dementsprechend kegelförmig ausgebildet ist.
Ein dem beschriebenen Verfahren ähnliches Verfahren, bei welchem ebenfalls die Möglichkeit einer Automatisierung gegeben ist und die Vorteile einer gleichmäßigen, dauerhaften und ästhetisch ansprechenden Verbindung erreicht werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Lagerbolzen mit dem Käfigring mittels eines Widerstandsschweißvorganges fest verbunden werden. Dabei werden in der weiter vorne beschriebenen Weise die in die Durchgangsbohrungen der Käfigringe gesteckten Enden der Lagerbolzen auf eine Schweißtemperatur erwärmt, bei der sie mit dem Käfigring verschweißt werden.
Ein bevorzugter Verfahrensablauf ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
Die Axialbohrungen des Käfigringes werden als Durchgangsbohrungen mit einem dem Außendurchmesser des eingesteckten Endes des Lagerbolzens entsprechenden Innendurchmesser ausgebildet. Anschließend wird das Ende des eingesteckten Lagerbolzens elektrisch auf eine Temperatur erwärmt, bei der es mit dem Käfigring, also mit der Innenfläche der Durchgangsbohrung, verschweißt wird.
Das Ende des Lagerbolzens ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es mit der axialen Außenseite des Käfigringes bündig abschließt, so dass sich auch hierbei ein ästhetisch ansprechendes Bild der Verbindung ergibt.
Um zu erreichen, dass der Lagerbolzen vorzugsweise in dem für den Nietvorgang bzw. den Schweißvorgang vorgesehen Abschnitt erwärmt wird, hat das eingesteckte Ende des Lagerbolzens einen gegenüber dem Durchmesser des die Zylinderrolle tragenden Abschnittes des Lagerbolzens abgestuf ten, also verringerten Durchmesser. Dadurch lässt sich die Erwärmung auf diesen Abschnitt konzentrieren, so dass eine schnelle Erwärmung dieses relevanten Bereiches erzielt wird.
Die optimalen Niet- bzw. Schweißparameter, wie Stromstärke, Einwirkungszeit des elektrischen Stroms, Elektrodenanpressdruck usw. sind für jede Käfiggeometrie individuell durch Versuche zu ermitteln. Das jeweils ermittelte optimale Schweißprogramm kann in der für den Niet- bzw. Schweißvorgang eingesetzten Maschine gespeichert und bei späterer Wiederholung der Fertigung des jeweiligen Bolzenkäfigtyps abgerufen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 einen Längsschnitt durch ein Ende eines mit einem Käfigring vernieteten Lagerbolzens,
2 eine Darstellung ähnlich der 1, jedoch mit einer anderen Form des gebildeten Nietkopfes, und
3 in einem Längsschnitt einen eine Zylinderrolle tragenden Lagerbolzen, dessen beide Enden jeweils mit einem Käfigring durch eine Widerstandsschweißverbindung verbunden sind.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt demnach in einer Teilschnittansicht einen Lagerbolzen 2, auf welchem eine Zylinderrolle 4 drehbar gelagert ist. Das in der 1 dargestellte Ende 6 des Lagerbolzens 2 ist im Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des die Zylinderrolle 4 tragenden Abschnittes des Lagerbolzens 2 abgestuft.
Das Ende 6 des Lagerbolzens 2 wird von einem Käfigring 8 gehalten. An dem Käfigring 8 ist eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Durchgangsbohrung ausgebildet, die einen inneren Abschnitt 12 mit einem dem Außendurchmesser des Endes 6 weitgehend entsprechenden Innendurchmesser sowie einen äußeren Abschnitt 14 mit einem demgegenüber erweiterten Durchmesser aufweist. Das Ende 6 des Lagerbolzens 2 ist so ausgebildet, dass es im unverformten Zustand über den inneren Abschnitt 12 und den äußeren Abschnitt 14 der Durchgangsbohrung 10 übersteht, wie mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
Um das Ende 6 des Lagerbolzens 2 mit dem Käfigring 8 dauerhaft zu verbinden, wird das Ende 6 mittels einer für die Widerstandsnietung bzw. Widerstandsschweißung geeigneten, hier nicht dargestellten Maschine auf seine Schmiedetemperatur erwärmt und einer Nietverformung unterworfen, wobei sich aus dem gesamten, über den inneren Abschnitt 12 überstehenden Material der Nietkopf 16 bildet. Das über den Innenabschnitt 12 überstehende Material einerseits und der äußere Abschnitt 14 andererseits sind so ausgelegt und aufeinander abgestimmt, dass der Nietkopf 16 im Wesentlichen von dem äußeren Abschnitt 14 vollständig aufgenommen wird.
2 zeigt eine Darstellung ähnlich der 1, die sich jedoch von dieser dadurch unterscheidet, dass der äußere Abschnitt 20 der im Käfigring 22 ausgebildeten Durchgangsbohrung 24 kegelförmig erweitert ist, so dass das über den inneren Abschnitt 26 der Durchgangsbohrung 24 überstehende Material des Endes 28 des Lagerbolzens 30 bei der Nietverformung einen kegelförmigen Nietkopf 32 bildet. Wie die 2 zeigt, sind das über den inneren Abschnitt 26 der Durchgangsbohrung 24 überstehende Material des Endes 28 einerseits und der äußere Abschnitt 20 der Durchgangsbohrung 24 so ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass der Nietkopf 32 mit der Außenseite des Käfigringes 22 bündig abschließt.
3 zeigt einen Lagerbolzen 40, auf welchem eine Zylinderrolle 42 drehbar gelagert ist. Der Lagerbolzen 40 ist mit beiden Enden 44 bzw. 46 jeweils in einem zugeordneten Käfigring 48 bzw. 50 gehalten. Dazu sind die Käfigringe 48 bzw. 50 jeweils mit zylindrischen Durchgangsbohrungen 52 bzw. 54 versehen, deren Innendurchmesser dem jeweiligen Außendurchmesser der Enden 44 bzw. 46 weitgehend entspricht.
Zur dauerhaften Befestigung des Lagerbolzens 40 an den Käfigringen 48 bzw. 50 werden die Enden 44 und 46 elektrisch auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Enden 44 bzw. 46 mit den jeweils zugeordneten Käfigringen 48 bzw. 50 verschweißt werden. Wie die 3 zeigt, sind die Enden 44 bzw. 46 von vornherein so ausgebildet, dass sie mit den jeweiligen Außenseiten der Käfigringe 48 bzw. 50 bündig abschließen.

2: Lagerbolzen
4: Zylinderrolle
6: Ende des Lagerbolzens
8: Käfigring
10: Durchgangsbohrung
12: Innerer Abschnitt
14: Äußerer Abschnitt
16: Nietkopf
20: Äußerer Abschnitt
22: Käfigring
24: Durchgangsbohrung
26: innerer Abschnitt
28: Ende von 30
30: Lagerbolzen
32: Nietkopf
40: Lagerbolzen
42: Zylinderrolle
44: Ende des Lagerbolzens 40
46: Ende des Lagerbolzens 40
48: Käfigring
50: Käfigring
52: Durchgangsbohrung
54: Durchgangsbohrung

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bolzenkäfigs für ein Zylinderrollenlager mit wenigstens einem zur Lagerachse koaxialen Käfigring (8), an welchem mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, zur Lagerachse parallele Lagerbolzen (2) zur drehbaren Lagerung von Zylinderrollen (4) angeordnet sind, wobei der Käfigring (8) mit Axialbohrungen zur Aufnahme und Befestigung jeweils eines Endes (6) eines zugeordneten Lagerbolzens (2) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (6) der Lagerbolzen (2) mit dem Käfigring (8) mittels eines Widerstandsnietvorganges fest verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Die Axialbohrungen des Käfigringes (8) werden als Durchgangsbohrungen (10) mit einem axial inneren Abschnitt (12) und einem daran anschließenden axial äußeren Abschnitt (14) ausgebildet, wobei der innere Abschnitt (12) einen dem Außendurchmesser des eingesteckten Endes (6) weitgehend entsprechenden Innendurchmesser und der äußere Abschnitt (14) einen demgegenüber erweiterten Durchmesser hat. – Das Ende (6) des eingesteckten Lagerbolzens (2) wird dann so ausgebildet, dass es durch die Durchgangsbohrung (10) nach außen übersteht. – Das Ende (6) des Lagerbolzens (2) wird auf seine Schmiedetemperatur widerstandserwärmt. – Das über den inneren Abschnitt (12) überstehende erwärmte Ende (6) des Lagerbolzens (2) wird einer Nietverformung unterworfen, wobei das verformte Material in den äußeren Abschnitt der Durchgangsbohrung (10) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Abschnitt (14) der Durchgangsbohrung (10) zylindrisch ist und dass das verformte Material einen etwa kreisscheibenförmigen Nietkopf (16) bildet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Abschnitt (20) der Durchgangsbohrung (24) sich nach außen kegelförmig erweitert und das verformte Material dementsprechend einen kegelförmigen Nietkopf (32) bildet.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (44, 46) des Lagerbolzens (40) mit dem Käfigring (48, 50) mittels eines Widerstandschweißverfahrens fest verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Die Axialbohrungen des Käfigringes (48, 50) werden als Durchgangsbohrungen (52, 54) mit einem dem Außendurchmesser des eingesteckten Endes (44, 46) weitgehend entsprechenden Innendurchmesser ausgebildet. – Das Ende (44, 46) des eingesteckten Lagerbolzens (40) wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der es mit dem Käfigring (48, 50) verschweißt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (6, 28, 44, 46) des Lagerbolzens (2, 30, 40) so ausgebildet wird, dass es mit der axialen Außenseite des Käfigringes (8, 22, 48, 50) bündig abschließt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesteckte Ende (6) des Lagerbolzens (2) einen gegenüber dem Durchmesser des die Zylinderrolle (4) aufnehmenden Abschnittes des Lagerbolzens (2) abgestuften Durchmesser hat.