DE102011006031B4 - Segment for a roller bearing cage and method for its production - Google Patents
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Abstract
Segment (2, 3) eines Käfigs für ein Wälzlager, mit folgenden Merkmalen: zumindest einem einstückigen Verstärkungselement (1) aus einem Verstärkungsmaterial; und einem zu mehr als 50 Volumenprozent aus einem spritzgussfähigen Kunststoffmaterial bestehenden Segmentkörper, wobei das spritzgussfähige Kunststoffmaterial das Verstärkungselement (1) zumindest teilweise umschließt; und zumindest ein sich in einer Umlaufrichtung (12) erstreckendes Verbindungselement (18) zum Verbinden des Segments (2, 3) mit einem weiteren Segment (2, 3) des Wälzlagerkäfigs, wobei sich das Verstärkungselement (1) zumindest teilweise in das Verbindungselement (18) erstreckt.Segment (2, 3) of a cage for a roller bearing, comprising: at least one integral reinforcing element (1) made of a reinforcing material; and a segment body consisting of more than 50% by volume of an injection-moldable plastic material, wherein the injection-moldable plastic material at least partially surrounds the reinforcing element (1); and at least one connecting element (18) extending in a circumferential direction (12) for connecting the segment (2, 3) to a further segment (2, 3) of the roller bearing cage, wherein the reinforcing element (1) is at least partially inserted into the connecting element (18 ).
Description
Ausführungsbeispiele der Erfindung befassen sich mit Wälzlagerkäfigen und dabei insbesondere mit der Gestaltung von stabilen Wälzlagerkäfigen.Embodiments of the invention are concerned with rolling bearing cages and in particular with the design of stable rolling bearing cages.
Die meisten Wälzlager bestehen aus zwei Ringen, dem Innen- und dem Außenring sowie dazwischen angeordneten Rollenkörper bzw. Wälzkörpern. Wälzlager können abgedichtet oder nicht abgedichtet sein. Die Funktion der Lager wird zu einem großen Teil von den Wälzkörpern bestimmt. Langsam laufende, hochbelastete Lager können als vollrollige Lager ohne einen Lagerkäfig ausgeführt sein, um eine hohe Tragzahl zu erzielen. Häufig werden die Wälzkörper jedoch von Käfigen geführt und in gleichen Abständen gehalten, so dass eine gute Lastübertragung bzw. Lastverteilung auf die einzelnen Rollenkörper sichergestellt ist, ohne dass einander benachbarte Wälzkörper einander berühren können. Solche Käfige können aus unterschiedlichen Materialien bestehen und deren Herstellung ist kompliziert, da die Käfige eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen müssen.Most roller bearings consist of two rings, the inner and the outer ring and interposed roller body or rolling elements. Rolling bearings may be sealed or unsealed. The function of the bearings is determined to a large extent by the rolling elements. Slow-running, highly loaded bearings can be designed as full complement bearings without a bearing cage to achieve a high load rating. Frequently, however, the rolling elements are guided by cages and held at equal intervals, so that a good load transfer or load distribution is ensured on the individual roller body, without that adjacent rolling elements can touch each other. Such cages can be made of different materials and their manufacture is complicated because the cages have to meet a variety of requirements.
Zum einen sollen sie verschleißfest sein und gleichzeitig oft auch eine Notlaufeigenschaft aufweisen. Darüber hinaus sollen Käfige leicht sein, ohne jedoch die erforderliche Stabilität und Langlebigkeit vermissen zu lassen. Um die exakte Führung der Wälzkörper zu ermöglichen, sollen Käfige äußerst maßhaltig produziert werden, egal ob diese aus metallischen oder aus Polymerwerkstoffen bestehen.On the one hand, they should be wear-resistant and at the same time often have an emergency running feature. In addition, cages should be lightweight, but without the required stability and longevity miss. In order to enable the exact guidance of the rolling elements, cages are to be produced extremely dimensionally stable, no matter whether these consist of metallic or of polymer materials.
Insbesondere bei großen Lager, d. h. für große Käfige, wird häufig zunächst anstatt eines kompletten Käfigs eine Mehrzahl von Segmenten eines Käfigs hergestellt. Dies kann dazu beitragen, die Maßhaltigkeit großer Käfige zu erhöhen, indem Effekte, die auf Materialschwund basieren, unterdrückt werden. Während in einigen Anwendungen die Segmente während der Lagermontage zu einem komplett umlaufenden Käfig verbunden werden, können in anderen Anwendungen einzelne Segmente in einem Lager auch lose aneinander anliegen und beispielsweise nur von den Wälzkörpern geführt werden. Bei großen Käfigen erhöht sich aufgrund der größeren Massenträgheit der beteiligten Bauteile die Anforderung an die mechanische Stabilität der Käfige zum Teil erheblich.Especially for large bearings, d. H. for large cages, a plurality of segments of a cage is often first made instead of a complete cage. This can help to increase the dimensional stability of large cages by suppressing effects based on material shrinkage. While in some applications, the segments are connected during the bearing assembly to a completely encircling cage, in other applications, individual segments in a bearing also loosely abut each other and, for example, only be guided by the rolling elements. For large cages increases due to the greater inertia of the components involved the requirement for the mechanical stability of the cages in some cases considerably.
Teilweise aus Kostengründen, aber auch aufgrund vorteilhafter tribologischer und chemischer Eigenschaften wird für viele Käfige Kunststoffmaterial verwendet, wobei zur Herstellung des Käfigs oder eines Segments eines Käfigs häufig ein Spritzgussverfahren angewendet wird. Wenngleich dieses Verfahren es erlaubt, vergleichsweise komplexe Geometrien abzubilden, ist die erforderliche mechanische Stabilität der Käfigsegmente mittels Spritzgussverfahren oft nicht erreichbar oder es muss ein zu großes Volumen für das Käfigmaterial vorgesehen werden, sodass der Käfig selbst zu groß werden kann.Partly for reasons of cost, but also due to favorable tribological and chemical properties of plastic material is used for many cages, wherein an injection molding method is often used for the production of the cage or a segment of a cage. Although this method makes it possible to image comparatively complex geometries, the required mechanical stability of the cage segments by means of injection molding is often not attainable or too large a volume must be provided for the cage material, so that the cage itself can become too large.
Die Deutsche Patentanmeldung
Es ist in Anbetracht der bislang bekannten Lagerkäfige Wünschenswert, ein Käfigsegment und ein Verfahren zum Herstellen eines Käfigsegments anzugeben, dass es einfacher und kostengünstiger als bislang ermöglicht, robuste Käfige herstellen zu können.It is desirable in view of the bearing cages known hitherto to provide a cage segment and a method for producing a cage segment, which makes it easier and more cost-effective than hitherto to be able to produce robust cages.
Dies wird durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 ermöglicht.This is made possible by an article according to
Einige Ausführungsbeispiele ermöglichen dies, indem ein Verstärkungselement vorgesehen wird, das bessere mechanische Eigenschaften aufweist als ein spritzgussfähiges Kunststoffmaterial, aus dem das Käfigsegment überwiegend besteht und das diesem bei einigen Ausführungsbeispielen die Form des Käfigs gibt. Beim Herstellen eines solchen Segmentes wird zumindest ein Verstärkungselement aus einen Verstärkungsmaterial bereitgestellt, das mit einem spritzgussfähigen Kunststoffmaterial derart umspritzt wird, dass das Käfigsegment zu mehr als 50 Volumenprozent aus dem spritzgussfähigen Kunststoffmaterial besteht, welches das Verstärkungselement zumindest teilweise umschließt.Some embodiments make this possible by providing a reinforcing member having better mechanical properties than an injection-moldable plastic material of which the cage segment predominantly consists, and which, in some embodiments, gives it the shape of the cage. In making such a segment, at least one reinforcing element is provided of a reinforcing material that is overmolded with an injection-moldable plastic material such that the cage segment consists of more than 50% by volume of the injection-moldable plastic material which at least partially surrounds the reinforcing element.
So kann zum einen die exakte Maßhaltigkeit auch bei komplexer Formgebung gewährleistet werden, die mittels Spritzgussverfahren erzielbar ist, und zum anderen kann die mechanische Stabilität erhöht werden, indem ein Verstärkungselement vorgesehen ist, dass zumindest teilweise von dem Spritzgussfähigen Material umgeben ist. Insbesondere braucht bei einigen Ausführungsbeispielen auch das Verstärkungselement selbst, dessen Material möglicherweise komplizierter zu bearbeiten ist, nicht mit besonders hoher Maßhaltigkeit gefertigt werden. So kann auf kostengünstige und effiziente Art und Weise beispielsweise eine mechanische Stabilität durch das Verstärkungsmaterial verbessert werden, während das Herstellungsverfahren nach wie vor einfach und im großindustriellen Maßstab durchgeführt werden kann.Thus, on the one hand, the exact dimensional accuracy can be ensured even with complex shaping, which can be achieved by injection molding, and on the other hand, the mechanical stability can be increased by a reinforcing element is provided that is at least partially surrounded by the injection-moldable material. In particular, in some embodiments, the reinforcing element itself, whose material is possibly more complicated to machine, does not need to be made with particularly high dimensional accuracy. Thus, in a cost effective and efficient manner, for example, a mechanical stability can be improved by the reinforcing material, while the manufacturing process can be carried out easily and on a large scale.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird als Verstärkungselement ein einstückiges Stanzbiegeteil aus einem Metall verwendet. Dies ermöglicht es beispielsweise, zunächst mittels einer Stanze oder dergleichen aus einem Metallblech einen Rohling auszustanzen, dessen Außenkonturen den Konturen des fertigen Verstärkungselementes entsprechen. Durch beispielsweise einen einzigen weiteren Biegevorgang kann dann gemäß einigen Ausführungsbeispielen das Verstärkungselement fertig gestellt werden, welches in einem nachfolgenden Spritzgussverfahren von dem spritzgussfähigen Kunststoff umspritzt wird.In some embodiments, a one-piece stamped and bent part made of a metal is used as the reinforcing element. This makes it possible, for example, first by means of a punch or the like from a metal sheet a blank punch out whose outer contours correspond to the contours of the finished reinforcing element. By example, a single further bending process can then be completed according to some embodiments, the reinforcing element, which is encapsulated in a subsequent injection molding process of the injection-moldable plastic.
Bei einigen Ausführungsbeispielen befindet sich also im Inneren bzw. im Kern eines Segments eines Käfigs ein Verstärkungselement aus einem stabileren Material, beispielsweise aus einem Metall, um die Stabilität der Gesamtkonzeption trotz einfacher Produktion zu gewährleisten. Beispielsweise kann ein solches Verstärkungselement aus einem Blech oder einem ähnlichen Metall bestehen.Thus, in some embodiments, inside the core of a segment of a cage, there is a reinforcing element of a more stable material, such as a metal, to ensure the stability of the overall design, despite ease of production. For example, such a reinforcing element consist of a metal sheet or a similar metal.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Verstärkungsmaterial des Verstärkungselements, beispielsweise also das Blech perforiert bzw. mit einer Mehrzahl von Löchern versehen, um einen Kraftschluss bzw. einen Formschluss zwischen dem angespritzten Kunststoff und dem Verstärkungselement zu erhöhen.In some embodiments, the reinforcing material of the reinforcing element, for example, the sheet is perforated or provided with a plurality of holes in order to increase a frictional connection or a positive connection between the molded plastic and the reinforcing element.
Es versteht sich von selbst, dass bei weiteren Ausführungsbeispielen auch andere Materialien für Verstärkungselemente verwendet werden können, um Verstärkungselemente für Käfige oder Käfigsegmente herzustellen. Insbesondere können dies beispielsweise auch andere Kunststoffe sein, wie beispielsweise PBI, das aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit eines Käfigsegments dienen kann, in dem ein Verstärkungselement aus PBI verwendet wird.It goes without saying that in other embodiments, other materials for reinforcing elements can be used to produce reinforcing elements for cages or cage segments. In particular, these may be, for example, other plastics, such as PBI, which, due to its high temperature resistance, can serve to increase the temperature resistance of a cage segment in which a reinforcing element of PBI is used.
Verstärkungselemente im Sinne dieser Erfindung beziehen sich somit also nicht lediglich auf Elemente, die die mechanische Stabilität eines Käfigsegments bzw. eines Lagerkäfigs unmittelbar erhöhen, sondern auch auf andere Elemente, die sich positiv auf eine beliebige physikalische Eigenschaft eines Käfigsegments, wie beispielsweise die Resistenz gegen Wärme, Chemikalien, Druck oder dergleichen, auswirken.Reinforcement elements in the sense of this invention therefore do not relate only to elements which directly increase the mechanical stability of a cage segment or a bearing cage, but also to other elements which have a positive effect on any physical property of a cage segment, such as, for example, resistance to heat , Chemicals, pressure or the like.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das spritzgussfähige Kunststoffmaterial beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), Polyphenylensulfid (PPS) Polyamide (PA), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polyimid (PI), wie beispielsweise Polybenzimidazol (PBI). Bei weiteren Ausführungsbeispielen können als spritzgussfähige Kunststoffmaterialen auch Gemische bzw. „blends” dieser oder anderer Kunststoffe verwendet werden. Bei weiteren Ausführungsbeispielen werden spritzgussfähige Kunststoffmaterialen verwendet, die verstärkt sein können, also beispielsweise Fasern, Partikel oder Whisker aus einem verstärkenden Material, beispielsweise aus Glasfaser oder Kohlenstoff, aufweisen.In some embodiments, the injection-moldable plastic material includes, for example, polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone (PEK), polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polyphenylene sulfide (PPS), polyamides (PA), polyethylene naphthalate (PEN) or polyimide (PI), such as polybenzimidazole (PBI). In further embodiments, mixtures or "blends" of these or other plastics can be used as injection-moldable plastic materials. In further embodiments, injection-moldable plastic materials are used, which may be reinforced, for example, fibers, particles or whiskers of a reinforcing material, such as glass fiber or carbon, have.
Insbesondere bei zunächst einzeln hergestellten Käfigsegmenten, die erst im Laufe des Montageprozesses des Lagers zu einem gesamten Käfigs komplettiert werden, finden sich häufig einzelne Käfigsegmente, die mittels Verbindungselementen untereinander, das heißt also mit anderen Käfigsegmenten, verbunden werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen erstrecken sich die Verstärkungselemente bzw. erstreckt sich zumindest ein Verstärkungselement innerhalb eines solchen Verbindungselements, was die mechanische Stabilität der Verbindung zwischen benachbarten Käfigsegmenten signifikant erhöhen kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen erstreckt sich also das Verstärkungselement zumindest teilweise bis in ein Verbindungselement bzw. bis in einen Verbindungssteg, um die Elastizität des Verbindungselements und die Zuverlässigkeit der Verbindung zu erhöhen.Especially in initially individually manufactured cage segments, which are completed only in the course of the assembly process of the camp to an entire cage, often find individual cage segments, which are interconnected by means of connecting elements, that is, so with other cage segments. In some embodiments, the reinforcing elements extend or at least one reinforcing element extends within such a connecting element, which can significantly increase the mechanical stability of the connection between adjacent cage segments. Thus, in some embodiments, the reinforcing member at least partially extends into a connector or into a connector web to increase the elasticity of the connector and the reliability of the connection.
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nach folgend, bezugnehmend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert. Es zeigen:Some embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Show it:
Das Verstärkungselement
Segment
In der axialen Richtung
Das in
Um eine Verbindung mit weiteren Segmenten zu ermöglichen, weist das Segment
Am Ende der Bewegung, also an einer Endposition, greifen die Rastnasen
Ferner wird durch die Gestaltung bzw. die gegenseitige Anpassung der Oberflächenkontur der Verbindungselemente
Dazu korrespondierend weist das Segment
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt die Verbindung zweier benachbarter Segmente in Form einer Verrastung und unter Ausnutzung der Flexibilität des verwendeten Materials des Segmentes. D. h., bei einigen Ausführungsbeispielen wird beim Verbinden benachbarter Segmente das Verbindungselement oder die Aufnahme elastisch aus seiner unbelasteten Ruhelage verformt, bis dieses in eine Endposition schnappt bzw. rastet, in der sich das Verbindungselement innerhalb der Aufnahme befindet bzw. mit diesem verbunden ist. In der Endposition wird durch das Zusammenwirken des Verbindungselements und der Aufnahme verhindert, dass sich die so verbundenen benachbarten Segmente in der Umlaufrichtung relativ zueinander bewegen können. Bei einigen Ausführungsbeispielen verhindert ein Formschluss zwischen beiden Elementen eine solche Bewegung.In the illustrated embodiments, the connection of two adjacent segments takes place in the form of a latch and taking advantage of the flexibility of the material used in the segment. D. h., In some embodiments, when connecting adjacent segments, the connecting element or the receptacle is elastically deformed from its unloaded rest position until it snaps into an end position or in which the connecting element is located within the receptacle or is connected thereto , In the end position, the interaction of the connecting element and the receptacle prevents the so-connected adjacent segments from being able to move in the direction of rotation relative to each other. In some embodiments, a positive connection between the two elements prevents such movement.
Wie anhand von den
Bei dem in
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist ein zur Verstärkung verwendetes Blech bzw. metallisches Material perforiert bzw. an vorbestimmten Positionen mit Löchern
Bei dem in
Mit anderen Worten umfasst das in
Die Führung bzw. die Geometrie der Aufnahmen
Bei dem in
Auch können bei weiteren Ausführungsbeispielen beliebige andere Geometrien von Verstärkungselementen
Die
Da bei diesen Ausführungsbeispielen die Verrastungen zwischen benachbarten Segmenten reversibel bzw. wieder zerstörungsfrei lösbar sind, können im Schadensfall lediglich einzelnen Segmente ausgetauscht werden.Since in these embodiments, the locks between adjacent segments are reversibly or non-destructively releasable again, only individual segments can be replaced in case of damage.
Es versteht sich von selbst, dass bei weiteren Ausführungsbeispielen die Verbindung irreversibel, also nicht zerstörungsfrei lösbar sein kann, so dass die sich in der Umfangrichtung erstreckenden Verbindungselemente mit den dazu korrespondierenden Aufnahmen beispielsweise durch Verpressen, Verklebten oder dergleichen verbinden werden können. Allgemein gesprochen kann die Verbindung auf jedwede Art und Weise kraft-, form- oder stoffschlüssig erfolgen.It goes without saying that in other embodiments, the connection can be irreversible, so not destructive solvable, so that the extending in the circumferential direction of the connecting elements with the corresponding recordings, for example, by pressing, glued or the like can be connected. Generally speaking, the connection can take place by force, form or material in any way.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann sich die Geometrie der Verbindungselemente von den vorstehend beschriebenen Geometrien selbstverständlich auch unterscheiden, sofern die Verbindungseinrichtung und die dazu korrespondierende Aufnahme eine derartige Gestalt aufweisen, dass durch verbinden oder zusammenfügen der beiden Komponenten eine lösbare oder eine unlösbare Verbindung entsteht, die benachbarte Segmente relativ zueinander fixiert. Beispielsweise können alternative Verbindungselemente quaderförmig, zylindrisch, oder kegelförmig sein und beliebige kompliziertere Formen aufweisen.In further embodiments, the geometry of the connecting elements of the geometries described above may of course also differ, provided that the connecting device and the corresponding receptacle have a shape such that by connecting or joining the two components, a detachable or a permanent connection is formed, the adjacent segments fixed relative to each other. For example, alternative connecting elements can be cuboid, cylindrical, or conical and have any more complicated shapes.
Die
Dabei wird zunächst in einem Bereitstellungsschritt
In einem Spritzgussschritt
In
Dazu kann in einem Stanzschritt
In einem darauffolgenden Biegeschritt
Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel und in diesem Dokument ist der Begriff stanzen so zu verstehen, dass ein 2-dimensionaler Rohling eines Verstärkungselements auf jedwede mögliche Art und Weise erzeugt wird, was bei erhöhten Anforderungen an die Genauigkeit beispielsweise auch durch Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Drahterodieren erfolgen kann.In the preceding embodiment and in this document, the term punching is understood to mean that a 2-dimensional blank of a reinforcing element is produced in any possible manner, which can be done with increased accuracy requirements, for example by laser cutting, water jet cutting or wire EDM.
Ferner können selbstverständlich auch komplette Käfige mit in diesen enthaltenen Verstärkungselementen in einem Spritzgussschritt hergestellt werden.Furthermore, of course, complete cages can be made with reinforcing elements contained in these in an injection molding step.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verstärkungselementreinforcing element
- 22
- Segmentsegment
- 33
- Segmentsegment
- 44
- Stegweb
- 66
- zweiter Stegsecond bridge
- 88th
- axiale Richtungaxial direction
- 1010
- Taschebag
- 1212
- Umlaufrichtungdirection of rotation
- 1414
- Seitenteilside panel
- 1616
- Seitenteilside panel
- 1818
- Verbindungselementconnecting element
- 2020
- Verbindungselementconnecting element
- 2222
- Aufnahmeadmission
- 2424
- Aufnahmeadmission
- 2626
- Rastnaselocking lug
- 2828
- Rastnaselocking lug
- 3030
- Bohrungdrilling
- 3232
- Bohrungdrilling
- 3434
- Fixierelementfixing
- 3636
- Aufnahme für FixierelementHolder for fixing element
- 4242
- Löcherholes
- 5050
- BereitstellungsschrittProviding step
- 5252
- Spritzgussschrittinjection molding step
- 5454
- Stanzschrittpunching step
- 5656
- Biegeschrittbending step
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2011
- 2011-03-24 DE DE201110006031 patent/DE102011006031B4/en active Active
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