DE102007046131B3

DE102007046131B3 - Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs und Stanzwerkzeug hierfür

Info

Publication number: DE102007046131B3
Application number: DE102007046131A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen FRIEDRICH; Alfred Radina; Berthod Beyfuß; Jonas Schierling
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs (1) aus einem zumindest abschnittweise hohlzylindrischen Rohling (2), bei dem eine Anzahl Aufnahmetaschen (3) für Wälzkörper mittels Ausstanzen von Material aus dem Rohling (2) erzeugt wird. Um eine genaue Ausbildung der Aufnahmetaschen bei wirtschaftlicher Fertigung zu ermöglichen, sieht das Verfahren die Schritte vor: a) Einlegen des hohlzylindrischen Rohlings (2) in ein Stanzwerkzeug (4) und Verfahren mindestens eines Stanzstempels (5) des Stanzwerkzeugs (4) in eine Richtung (Z), die einen Winkel (alpha) zur radialen Richtung (R) des Rohlings (2) einschließt; b) Entnehmen des Rohlings (2) aus dem Stanzwerkzeug (4), Umdrehen des Rohlings (2) um eine radial verlaufende Achse (X) um 180° und Wiedereinlegen des Rohlings (2) in das Stanzwerkzeug (4); c) nochmaliges Verfahren des mindestens einen Stanzstempels (5) des Stanzwerkzeugs (4) in die Richtung (Z), die einen Winkel (alpha) zur radialen Richtung (R) des Rohlings (2) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Stanzwerkzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs aus einem zumindest abschnittweise hohlzylindrischen Rohling, bei dem eine Anzahl Aufnahmetaschen für Wälzkörper mittels Ausstanzen von Material aus dem Rohling erzeugt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Stanzwerkzeug.
Ein Verfahren der genannten Art ist aus der DE 196 25 931 C1 bekannt. Hier wird ein hohlzylindrischer Rohling aus Blech in ein Stanzwerkzeug eingelegt und die Aufnahmetaschen für die Wälzkörper sequentiell mittels eines Stanzwerkzeugs ausgestanzt. Dabei ist es häufig erwünscht bzw. nötig, dass die Begrenzungsflächen bzw. Begrenzungskanten der Aufnahmetaschen nicht radial, sondern unter einem Winkel zur radialen Richtung des Käfigs verlaufen. Dies ist auch bei der vorbekannten Lösung der Fall, weshalb bei der vorbekannten Vorrichtung zum Ausstanzen der Taschen zwei in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete, gleichzeitig parallel bewegte und einen Teil der Taschenbegrenzung schneidende Stanzstempel vorgesehen sind. Durch taktweises Drehen des Rohlings werden dann die einzelnen Taschen ausgestanzt. Es ergibt sich die gewünschte Form der Begrenzungskanten der Taschen.
Nachteilig ist bei dieser Fertigungsweise, dass – wenngleich die Form der Aufnahmetaschen recht genau gefertigt werden kann – die Zeit zur Herstellung eines Käfigs relativ lange ist, was negativ auf die Kosten des Käfigs wirkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden und ein korrespondierendes Stanzwerkzeug vorzuschlagen, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Es soll also unter Beibehaltung einer präzisen Fertigung der Aufnahmetaschen möglich werden, in sehr viel kürzerer Zeit einen Käfig zu fertigen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das vorgesehene Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Einlegen des hohlzylindrischen Rohlings in ein Stanzwerkzeug und Verfahren mindestens eines Stanzstempels des Stanzwerkzeugs in eine Richtung, die einen Winkel zur radialen Richtung des Rohlings einschließt;
b) Entnehmen des Rohlings aus dem Stanzwerkzeug, Umdrehen des Rohlings um eine radial verlaufende Achse um 180° und Wiedereinlegen des Rohlings in das Stanzwerkzeug;
c) nochmaliges Verfahren des mindestens einen Stanzstempels des Stanzwerkzeugs in die Richtung, die einen Winkel zur radialen Richtung des Rohlings aufweist.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine der Zahl der Aufnahmetaschen des Käfigs entsprechende Anzahl Stanzstempel bei Schritt a) und bei Schritt c) vorzugsweise simultan verfahren werden.
Der Winkel zwischen der Verfahrrichtung des mindestens einen Stanzstempels und der radialen Richtung liegt bevorzugt zwischen 3° und 45°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 30°.
Bei jedem der Stanzvorgänge bei Schritt a) und bei Schritt c) wird vorzugsweise ein Teil der Aufnahmetasche ausgestanzt, der mindestens 50% der Breite der Aufnahmetasche in Umfangsrichtung entspricht.
Ferner kann vorgesehen werden, dass bei jedem der Stanzvorgänge bei Schritt a) und bei Schritt c) ein Teil der Aufnahmetasche ausgestanzt wird, der die gesamte Erstreckung der Aufnahmetasche in axiale Richtung des Käfigs umfasst.
Eine spezielle Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass beim Verfahren des mindestens einen Stanzstempels bei Schritt a) und bei Schritt c) durch mindestens einen von einem sich zwischen dem Ende der Aufnahmetasche und dem stirnseitigen Ende des Käfigs erstreckenden Absatz unterbrochenen Stanzbereich des Stanzstempels synchron zum Ausstanzen eines Teils der Aufnahmetasche ein Teil mindestens einer Stirnseite des Käfigs gestanzt wird. Hiermit kann zeitlich parallel zum Ausstanzen der Aufnahmetaschen die stirnseitige Begrenzung des Käfigs gefertigt werden.
Das Stanzwerkzeug zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs aus einem zumindest abschnittweise hohlzylindrischen Rohling, mit dem eine Anzahl Aufnahmetaschen für Wälzkörper mittels Ausstanzen von Material aus dem Rohling erzeugbar ist, weist auf:

– eine Matrize mit einer Anzahl Öffnungen,
– mindestens einen Stanzstempel, der formkongruent zu den Öffnungen in der Matrize ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Stanzstempel so gehalten bzw. gelagert ist, dass er zum Ausstanzen zumindest eines Teils einer Aufnahmetasche in eine Richtung verfahren werden kann, die einen Winkel zur radialen Richtung des in das Stanzwerkzeug eingelegten Rohlings einschließt, und
– Mittel zum Umdrehen bzw. Wenden des Rohlings relativ zur Matrize um eine radial verlaufende Achse um 180°.

Wieder ist vorzugsweise eine der Zahl der Aufnahmetaschen des Käfigs entsprechende Anzahl Stanzstempel vorhanden, die sternförmig um die Matrize herum angeordnet sind.
Der mindestens eine Stanzstempel hat bevorzugt eine Breite in Umfangsrichtung, die mindestens 50% der Breite der Aufnahmetasche in Umfangsrichtung entspricht.
Der mindestens eine Stanzstempel kann eine Erstreckung in Achsrichtung des Rohlings aufweisen, die der gesamten Erstreckung der Aufnahmetasche in axiale Richtung des Käfigs entspricht.
Der mindestens eine Stanzstempel kann eine Erstreckung in Achsrichtung des Rohlings aufweisen, die größer ist als axiale Erstreckung des Rohlings, wobei der Stanzstempel mindestens einen Absatz aufweist, der zwischen dem Ende der Aufnahmetasche und dem stirnseitigen Ende des Käfigs angeordnet ist, so dass bei einem Stanzhub in Richtung neben einem Teil der Aufnahmetasche auch ein Teil der Stirnseite des Käfigs gestanzt wird.
Ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass bei entsprechender Form des Stanzstempels nahezu jede beliebige Form in die Aufnahmetasche und den Steg eingebracht werden kann. Speziell im Eckenradius der Aufnahmetasche können so leicht Hinterschneidungen angebracht werden, so dass der Wälzkörper mit seinem Eckenradius nicht in der Ecke der Aufnahmetasche anläuft.
Weiterhin sind die Werkzeugkosten relativ niedrig und die Fertigungszeit pro Käfig entsprechend kurz.
Es kann weiterhin ein breiterer Käfigsteg erreicht werden, verglichen mit der vorbekannten Fertigungsweise, d. h. durch das Fensterstanzen mit anschließendem separaten Prägevorgang.
Schließlich sind bessere Oberflächenrauhigkeiten an der Berührungsfläche zwischen Wälzkörper und Käfigsteg erzielbar. Insbesondere ergeben sich bessere Rauhigkeiten als beim Laser- oder Wasserstrahlschneiden, die alternativ eingesetzt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in perspektivischer Ansicht ein Stanzwerkzeug, teilweise geschnitten dargestellt, in das ein Rohling eines Zylinderrollenlagerkäfigs eingesetzt ist, während eines ersten Verfahrensschritts der Herstellung des Käfigs,
2 die Draufsicht auf das Stanzwerkzeug samt Rohling während des ersten Verfahrensschritts gemäß 1,
3 in perspektivischer Ansicht den halbfertigen Käfig des Zylinderrollenlagers, nach der Durchführung des in 1 und 2 illustrierten Verfahrensschritts,
4 die Draufsicht auf den halbfertigen Zylinderrollenlagerkäfig gemäß 3 im Schnitt,
5 in perspektivischer Ansicht das Stanzwerkzeug, in das der halbfertige Rohling des Zylinderrollenlagerkäfigs eingesetzt ist, sowie nochmals den halbfertigen Rohling oberhalb des Werkzeugs während eines zweiten Verfahrensschritts der Herstellung des Käfigs, bei dem der entnommene Rohling gewendet und wieder in das Stanzwerkzeug eingesetzt wird,
6 in perspektivischer Ansicht das Stanzwerkzeug, teilweise geschnitten dargestellt, in das der Rohling des Zylinderrollenlagerkäfigs wieder eingesetzt ist, während eines dritten Verfahrensschritts der Herstellung des Käfigs,
7 die Draufsicht auf das Stanzwerkzeug samt Rohling während des dritten Verfahrensschritts gemäß 6,
8 in perspektivischer Ansicht den fertigen Zylinderrollenlagerkäfig,
9 die Draufsicht auf den fertigen Zylinderrollenlagerkäfig gemäß 8 im Schnitt und
10 die Einzelheit „X" gemäß 9.
In den 1 und 2 ist ein erster Verfahrensschritt bei der Herstellung eines Wälzlagerkäfigs 1 illustriert. Der Wälzlagerkäfig 1 wird aus einem Rohling 2 durch Stanzen hergestellt, wobei der Rohling 2 im Ausführungsbeispiel eine hohlzylindrische Form aufweist. Es sind genauso auch Rohlinge in Form von Töpfen, Rohren oder Ringen möglich.
Der Rohling 2 wird zunächst in ein Stanzwerkzeug 4 eingesetzt, wo ein erster Stanzvorgang erfolgt. Das Stanzwerkzeug 4 weist eine Matrize 8 mit Öffnungen 9 auf, die abschnittsweise der Form der auszustanzenden Aufnahmetaschen 3 (s. 3) für die Wälzkörper entsprechen. Ferner hat das Stanzwerkzeug 4 eine der Anzahl der benötigten Aufnahmetaschen entsprechende Anzahl Stanzstempel 5. Die Stanzstempel 5 sind in einem Haltering verschiebbar angeordnet, der aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt ist.
Wie in 2 gesehen werden kann, sind die Stanzstempel 5 sternförmig um die Matrize 8 herum angeordnet. Sie können durch nicht dargestellte Betätigungselemente in eine Verfahrrichtung Z bewegt werden, womit der Stanzvorgang ausgeführt wird. Wie zu sehen ist, ist die Verfahrrichtung Z zur radialen Richtung R des Käfigs 1 bzw. Rohlings 2 unter einem spitzen Winkel α ausgerichtet. Dieser Winkel beträgt bevorzugt zwischen 10° und 30°. Die Breite b des Stanzstempels 5 (s. 2) beträgt – in Umfangsrichtung U des Käfigs 1 betrachtet – mindestens 50% der Breite B der Aufnahmetasche 3 (s. 8).
Ist der in den 1 und 2 skizzierte erste Verfahrensschritt vollzogen, liegt ein halbfertiger Käfig 1 vor, wie er in den 3 und 4 dargestellt ist. Die Stege 11 des Käfigs 1 haben eine unter dem Winkel α ausgerichtete Begrenzungskante 12 (s. 4), die Aufnahmetaschen 3 sind jetzt erst halb fertig und weisen eine Breite auf, die etwas mehr als die Hälfte der Endbreite beträgt.
Die axiale Erstreckung der Stanzstempel 5 ist so gewählt, dass mit einem Stempelhub die Aufnahmetaschen 3 über die gesamte Erstreckung L der Aufnahmetasche 3 gefertigt werden. D. h. dass die axialen Enden 6 der Aufnahmetaschen 3 präzise angeformt bzw. ausgebildet werden. Zwischen den Enden 6 der Aufnahmetaschen 3 und der Stirnseite 7 des Käfigs 1 bleibt ein ringförmiges Teil stehen, das sich über den gesamten Umfang U erstreckt. Die gesamte axiale Erstreckung des Käfigs 1 bzw. des Rohlings 2 ist in 3 mit G angegeben.
Ist der erste Verfahrensschritt gemäß der 1 und 2 abgeschlossen, erfolgt in einem zweiten Verfahrensschritt das Wenden des Rohlings 2 auf dem Stanzwerkzeug 4. Dies ist in 5 illustriert. Der gemäß der 3 und 4 halbfertige Rohling 2 wird mit einem nicht dargestellten Handhabungsgerät aus dem Stanzwerkzeug 4 entnommen, d. h. nach oben abgehoben. Dann wird der Rohling 2 um eine Achse X um 180° gedreht bzw. gewendet, wobei die Achse X in radiale Richtung R verläuft und senkrecht auf der axialen Richtung A steht. Hierfür sind nur angedeutete Mittel 10 zum Umdrehen des Rohlings 2 in 5 skizziert. Dann wird der gewendete Rohling 2 wieder in das Stanzwerkzeug 4 eingesetzt.
Es erfolgt dann in einem dritten Verfahrensschritt ein nochmaliges Stanzen mit den Stanzstempeln 5 analog zum ersten Verfahrensschritt. Da der Rohling nunmehr aber gewendet ist, werden die gegenüberliegenden Begrenzungskanten 12 der einzelnen Aufnahmetaschen 3 ausgestanzt, die wieder unter dem Winkel α zur radialen Richtung R zu liegen kommen.
Der fertige Käfig 1, der im Anschluss an den dritten Verfahrensschritt gemäß der 6 und 7 vorliegt, ist in den 8 bis 10 dargestellt. Wie dem Schnitt gemäß 9 und insbesondere der Vergrößerung der Einzelheit „X" gemäß 10 entnommen werden kann, weist der Steg 11 beidseitige Begrenzungskanten 12 auf, die gegensinnig unter dem Winkel α zur radialen Richtung R verlaufen.
Der dargestellte Zylinderrollenlager-Käfig 1 (s. insbesondere 10) ist hier gemäß der sog. N-Form ausgebildet. Es ist aber genauso möglich, die Stegform des Käfigs entgegengesetzt in der sog. Nu-Form auszubilden.
Werden die Stanzstempel (Schneidstempel) an den Stirnseiten des Käfigrohteils oben und unten zusätzlich mit einem Absatz versehen, der beim Stanzen bzw. Schneiden tangential an der Stirnfläche des Käfigs vorbeifährt, ist es möglich, den Käfig gleichzeitig auf die erforderliche axiale Breite des Käfigs zu stanzen.
Das Verfahren ist anhand eines Zylinderrollenlagerkäfigs illustriert und beschrieben. Natürlich kann das Verfahren auch genauso für Käfige anderer Lagertypen eingesetzt werden, z. B. für Kegelrollenlagerkäfige.

1: Wälzlagerkäfig
2: Rohling
3: Aufnahmetasche
4: Stanzwerkzeug
5: Stanzstempel
6: Ende der Aufnahmetasche
7: stirnseitiges Ende des Käfigs/Stirnseite
8: Matrize
9: Öffnung
10: Mittel zum Umdrehen des Rohlings
11: Steg
12: Begrenzungskante
Z: Verfahrrichtung des Stanzstempels
α: Winkel
R: radiale Richtung
X: radial verlaufende Achse
A: axiale Richtung
B: Breite der Aufnahmetasche
b: Breite des Stanzstempels
U: Umfangsrichtung
L: Erstreckung der Aufnahmetasche
G: axiale Erstreckung des Rohlings

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs (1) aus einem zumindest abschnittweise hohlzylindrischen Rohling (2), bei dem eine Anzahl Aufnahmetaschen (3) für Wälzkörper mittels Ausstanzen von Material aus dem Rohling (2) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Einlegen des hohlzylindrischen Rohlings (2) in ein Stanzwerkzeug (4) und Verfahren mindestens eines Stanzstempels (5) des Stanzwerkzeugs (4) in eine Richtung (Z), die einen Winkel (α) zur radialen Richtung (R) des Rohlings (2) einschließt; b) Entnehmen des Rohlings (2) aus dem Stanzwerkzeug (4), Umdrehen des Rohlings (2) um eine radial verlaufende Achse (X) um 180° und Wiedereinlegen des Rohlings (2) in das Stanzwerkzeug (4); c) nochmaliges Verfahren des mindestens einen Stanzstempels (5) des Stanzwerkzeugs (4) in die Richtung (Z), die einen Winkel (α) zur radialen Richtung (R) des Rohlings (2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Zahl der Aufnahmetaschen (3) des Käfigs (1) entsprechende Anzahl Stanzstempel (5) bei Schritt a) und bei Schritt c) gemäß Anspruch 1 vorzugsweise simultan verfahren werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Verfahrrichtung (Z) des mindestens einen Stanzstempels (5) und der radialen Richtung (R) zwischen 3° und 45°, vorzugsweise zwischen 10° und 30°, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem der Stanzvorgänge bei Schritt a) und bei Schritt c) gemäß Anspruch 1 ein Teil der Aufnahmetasche (3) ausgestanzt wird, der mindestens 50% der Breite (B) der Aufnahmetasche (3) in Umfangsrichtung (U) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem der Stanzvorgänge bei Schritt a) und bei Schritt c) gemäß Anspruch 1 ein Teil der Aufnahmetasche (3) ausgestanzt wird, der die gesamte Erstreckung (L) der Aufnahmetasche (3) in axiale Richtung (A) des Käfigs (1) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahren des mindestens einen Stanzstempels (5) bei Schritt a) und bei Schritt c) gemäß Anspruch 1 durch mindestens einen von einem sich zwischen dem Ende (6) der Aufnahmetasche (3) und dem stirnseitigen Ende (7) des Käfigs (1) erstreckenden Absatz unterbrochenen Stanzbereich des Stanzstempels (5) synchron zum Ausstanzen eines Teils der Aufnahmetasche (3) ein Teil mindestens einer Stirnseite (7) des Käfigs (1) gestanzt wird.
Stanzwerkzeug (4) zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs (1) aus einem zumindest abschnittweise hohlzylindrischen Rohling (2), mit dem eine Anzahl Aufnahmetaschen (3) für Wälzkörper mittels Ausstanzen von Material aus dem Rohling (2) erzeugbar ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (4) aufweist: – eine Matrize (8) mit einer Anzahl Öffnungen (9), – mindestens einen Stanzstempel (5), der formkongruent zu den Öffnungen (9) in der Matrize (8) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Stanzstempel (5) so gehalten bzw. gelagert ist, dass er zum Ausstanzen zumindest eines Teils einer Aufnahmetasche (3) in eine Richtung (Z) verfahren werden kann, die einen Winkel (α) zur radialen Richtung (R) des in das Stanzwerkzeug (4) eingelegten Rohlings (2) einschließt, und – Mittel (10) zum Umdrehen des Rohlings (2) relativ zur Matrize (6) um eine radial verlaufende Achse (X) um 180°.
Stanzwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Zahl der Aufnahmetaschen (3) des Käfigs (1) entsprechende Anzahl Stanzstempel (5) vorhanden ist.
Stanzwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Verfahrrichtung (Z) des mindestens einen Stanzstempels (5) und der radialen Richtung (R) zwischen 3° und 45°, vorzugsweise zwischen 10° und 30°, beträgt.
Stanzwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stanzstempel (5) eine Breite (b) in Umfangsrichtung (U) aufweist, die mindestens 50% der Breite (B) der Aufnahmetasche (3) in Umfangsrichtung (U) entspricht.
Stanzwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stanzstempel (5) eine Erstreckung in Achsrichtung (A) des Rohlings (2) aufweist, die der gesamten Erstreckung (L) der Aufnahmetasche (3) in axiale Richtung (A) des Käfigs (1) entspricht.
Stanzwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stanzstempel (5) eine Erstreckung in Achsrichtung (A) des Rohlings (2) aufweist, die größer ist als axiale Erstreckung (G) des Rohlings (2), wobei der Stanzstempel (5) mindestens einen Absatz aufweist, der zwischen dem Ende (6) der Aufnahmetasche (3) und dem stirnseitigen Ende (7) des Käfigs (1) angeordnet ist, so dass bei einem Stanzhub in Richtung (Z) neben einem Teil der Aufnahmetasche (3) auch ein Teil der Stirnseite (7) des Käfigs (1) gestanzt wird.