DE102018101551A1 - Käfig für ein Wälzlager, Verfahren zum Fertigen des Käfigs sowie ein Käfigrohling - Google Patents

Käfig für ein Wälzlager, Verfahren zum Fertigen des Käfigs sowie ein Käfigrohling Download PDF

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Abstract

Käfige in Wälzlagern dienen dazu, Wälzkörper zu führen und voneinander zu beabstanden. Die Käfige sind oftmals ringförmig ausgebildet und weisen Fenster auf, in denen die Wälzkörper angeordnet sind.
Hierzu wird ein Käfig 1 für ein Wälzlager, mit mindestens einem Seitenringabschnitt 2a, 2b und einer Mehrzahl von Stegabschnitten 3, wobei der Käfig 1 eine Drehachse D definiert, wobei der mindestens eine Seitenringabschnitt 2a, 2b koaxial zu der Drehachse D angeordnet ist und wobei sich die Stegabschnitte 3 unmittelbar an den mindestens einen Seitenringabschnitt 2a, 2b anschließen und in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D ausgerichtet sind, mit einer Mehrzahl von Käfigtaschen 4 zur Aufnahme von Wälzkörpern, wobei die Käfigtaschen 4 durch die Stegabschnitte 3 in Umlaufrichtung und durch den mindestens einen Seitenringabschnitt 2a, 2b in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D begrenzt sind, vorgeschlagen, wobei der Käfig 1 aus Gusseisen mit Kugelgraphit gefertigt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen des Käfigs sowie einen Käfigrohling.
  • Käfige in Wälzlagern dienen dazu, Wälzkörper zu führen und voneinander zu beabstanden. Die Käfige sind oftmals ringförmig ausgebildet und weisen Fenster auf, in denen die Wälzkörper angeordnet sind. Neben Kunststoffkäfigen und Blechkäfigen sind sogenannte Massivkäfige bekannt, welche aus einem massiven Halbzeug, z.B. Rohmaterial, mit trennenden Verfahren herausgearbeitet werden. Neben dem hohen Materialbedarf für die Massivkäfige führt insbesondere die trennende Bearbeitung zu hohen Fertigungskosten, da oftmals die Fenster nacheinander ausgefräst werden. Ferner ist es bekannt eine Schneide relativ zu dem Halbzeug zu bewegen, wobei die Schneide entlang eines etwa blütenförmigen Verlaufs geführt wird und auf diese Weise Fenster in das Halbzeug eingebracht werden, um einen Käfig zu bilden.
  • Die Druckschrift DE 10 2015 223 180 A1 beschreibt ein Verfahren zum Fertigen eines Massivbauteils. Die Fertigung erfolgt über zwei Zykloidenbearbeitungsschritte, wobei der Massivkäfig eine Käfigdrehachse definiert und eine Mehrzahl von Stegen aufweist, welche Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern bilden, wobei die Stege jeweils eine erste und eine zweite Stegseite zur Anlage der Wälzkörper in Umlaufrichtung um die Käfigdrehachse K aufweisen, umfassend die Schritte: Fertigen eines Käfigrohlings, wobei der Käfigrohling eine Mehrzahl von Rohstegabschnitten aufweist, welche Rohtaschen bilden; Fertigen der ersten Stegseiten mittels einer Werkzeugschneide, wobei die Werkzeugschneide in einem ersten Zykloidenbearbeitungsschritt relativ zu dem Käfigrohling entlang einer ersten Zykloidenbahn geführt wird, wobei die ersten Stegseiten mittels der Werkzeugschneide geschnitten werden und/oder wobei ein Spanwinkel der Werkzeugschneide positiv ist; Fertigen der zweiten Stegseiten mittels einer oder der Werkzeugschneide, wobei die Werkzeugschneide in einem zweiten Zykloidenbearbeitungsschritt relativ zu dem Käfigrohling entlang einer zweiten Zykloidenbahn geführt wird, wobei die zweiten Stegseiten mittels der Werkzeugschneide geschnitten werden und/oder wobei ein Spanwinkel der Werkzeugschneide positiv ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Käfig für ein Wälzlager vorzuschlagen, welcher sich durch verbesserte Bauteileigenschaften sowie verringerte Herstellungskosten auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Käfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie ein Käfigrohling mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Käfig, welcher für ein Wälzlager ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Käfig dient insbesondere zur Führung und/oder zur Beabstandung von Wälzkörpern des Wälzlagers. Der Käfig ist vorzugsweise als ein Massivkäfig ausgebildet. Der Käfig kann einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein. Das Wälzlager ist bevorzugt als ein Radiallager oder ein Schräglager oder ein Axiallager ausgebildet. Prinzipiell kann das Wälzlager als ein Kugellager oder ein Rollenlager ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Wälzlager als ein Zylinderrollenlager ausgebildet.
  • Der Käfig weist mindestens oder genau einen Seitenringabschnitt und eine Mehrzahl von Stegabschnitten auf. Optional ergänzend kann der Käfig mindestens oder genau einen weiteren Seitenringabschnitt aufweisen. Insbesondere sind die Seitenringabschnitte als kreisringförmige Seitenringe des Käfigs ausgebildet. Bei mehreren Seitenringabschnitten können alle Seitenringabschnitte den gleichen Durchmesser aufweisen. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen, dass die Seitenringabschnitte unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Bei mehrreihigen Wälzlagern, die mehrere parallele Reihen von Wälzkörpern aufweisen, kann mindestens ein weiterer Seitenringabschnitt auch zwischen zwei solchen parallelen Reihen beziehungsweise den diesen Reihen zugeordneten Käfigtaschen angeordnet sein.
  • Der Käfig definiert, insbesondere mit seiner Rotationsachse und/oder seiner Symmetrieachse, eine Drehachse, wobei der Seitenringabschnitt koaxial zu der Drehachse angeordnet ist. Insbesondere sind alle Seitenringabschnitte koaxial zu der Drehachse D angeordnet. Die Stegabschnitte schließen sich unmittelbar an den mindestens einen Seitenringabschnitt an und sind in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse ausgerichtet. Besonders bevorzugt sind der Seitenringabschnitt und die Stegabschnitte einstückig, insbesondere in einem gemeinsamen Gussvorgang, miteinander verbunden. Die Stegabschnitte können einseitig an dem Seitenringabschnitt angeordnet sein, sodass ein offener Kammkäfig gebildet ist. Alternativ können die Stegabschnitte beidseitig an dem Seitenringabschnitt angeordnet sein, sodass ein offener Doppelkammkäfig gebildet ist. Im Speziellen kann der Käfig genau zwei der Seitenringabschnitte aufweisen, wobei die beiden Seitenringabschnitt über die Stegabschnitte miteinander verbunden sind, sodass ein geschlossener Fensterkäfig gebildet ist. Alternativ kann der Käfig genau drei der Seitenringabschnitte aufweisen, wobei die Seitenringabschnitte über die Stegabschnitte miteinander verbunden sind, sodass ein mehrreihiger, insbesondere zweireihiger, Fensterkäfig gebildet ist.
  • Der Käfig weist eine Mehrzahl von Käfigtaschen auf, welche zur Aufnahme von Wälzkörpern ausgebildet und/oder geeignet sind. Insbesondere ist der Käfig insgesamt ringförmig ausgebildet. Insbesondere sind die Käfigtaschen als Sacktaschen oder als Durchgangsöffnungen ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Käfigtaschen in einem Querschnitt betrachtet trapezförmig ausgebildet. Die Käfigtaschen sind gleichmäßig in Umlaufrichtung in Bezug auf die Drehachse voneinander beabstandet. Beispielsweise können die Wälzkörper als Kugeln oder als Rollen, besonders bevorzugt als Zylinderrollen, ausgebildet sein. Bevorzugt ist jeder der Käfigtaschen jeweils ein Wälzkörper zugeordnet.
  • Die Käfigtaschen sind durch die Stegabschnitte in Umlaufrichtung und durch den mindestens einen Seitenringabschnitt in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse begrenzt. Insbesondere bildet der Seitenringabschnitt eine axiale Anlauffläche für die Wälzkörper. Vorzugsweise weist der Käfig bei einer Ausgestaltung als Fensterkäfig mindestens oder genau zwei der Seitenringabschnitte auf, wobei die beiden Seitenringabschnitte die Käfigtaschen beidseitig in axialer Richtung begrenzen. Insbesondere bildet jeder der Seitenringabschnitte eine axiale Anlauffläche für die Wälzkörper. Die Käfigtaschen weisen jeweils eine erste und eine zweite Taschenseite auf, wobei die Wälzkörper in Umlaufrichtung an der ersten und/oder der zweiten Taschenseite anlaufen können. Bevorzugt sind die Taschenseiten als die beiden in Umlaufrichtung in Bezug auf die Drehachse einander gegenüberliegenden Gegenflächen der Käfigtaschen gebildet.
  • Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Käfig aus Gusseisen enthaltend Kugelgraphit (GJS) gefertigt ist. Insbesondere ist Gusseisen mit Kugelgraphit - nachfolgend GJS genannt - ein Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff, wobei der als Graphit vorliegende Kohlenstoffanteil zumindest annähernd kugelförmig im Gefüge vorliegt. Bevorzugt entspricht GJS den Bestimmungen der DIN EN 1563 und/oder der DIN EN 1564. Alternativ ist GJS auch unter der Bezeichnung Sphäroguss® oder duktiles Gusseisen bekannt.
  • Durch eine spezielle Wärmebehandlung kann GJS in ein austenitisch-ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit - im nachfolgenden ADI genannt - umgewandelt werden, wodurch ein hochfestes Gusseisen mit Kugelgraphit gebildet wird. ADI bedeutet „Austempered Ductile Iron“. Bevorzugt entsteht durch die Wärmebehandlung ein Grundgefüge aus lattenförmigen Ferrit und Restaustenit. Bevorzugt entspricht ADI den Bestimmungen der DIN EN 1564. Die Bildung der Taschen am Käfig erfolgt dabei vorzugsweise vor der Wärmebehandlung.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den aus GJS hergestellten Käfig die Herstellkosten des Käfigs beispielsweise gegenüber Messingkäfigen deutlich reduziert werden können. Ferner zeichnet sich der erfindungsgemäße Käfig durch eine erhöhte Festigkeit und/oder Tragzahl und/oder Stoßbelastung gegenüber Messingkäfigen aus. Aufgrund der erhöhten Festigkeit können somit zudem die Stegabschnitte schmaler ausgestaltet werden, wodurch der Käfig eine zusätzliche Käfigtasche gegenüber einem herkömmlichen Massivkäfig aufweisen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Reibverhalten und somit die Notlaufeigenschaften sowie die Zerspanbarkeit des Käfigs durch den eingelagerten Kugelgraphit verbessert werden kann. Ferner können die mechanischen Eigenschaften des Käfigs durch die Wärmebehandlung weiter verbessert werden, wobei die Festigkeit des Käfigs bei gleichzeitig hoher Plastizität und Zähigkeit weiter erhöht werden kann.
  • In einer konkreten Weiterbildung der Erfindung ist der Käfig aus dem GJS mit der Bezeichnung EN-GJS-400-15 gemäß EN 1563 gefertigt. Insbesondere entspricht EN-GJS-400-15 der S-Norm S130231. Vorzugsweise weist EN-GJS-400-15 eine Dichte von 7,1 Kg/dm^3 und/oder eine Zugfestigkeit von ≥ 400 MPa und/oder eine Elastizitätsgrenze von ≥ 250 MPa und/oder eine Bruchdehnung von ≥ 15 % und/oder eine Biegewechselfestigkeit von ≥ ± 220 MPa und/oder ein E-Modul von 170 GPa auf.
  • In einer bevorzugten Umsetzung ist der Käfig durch ein Sandgussverfahren gefertigt. Bevorzugt ist das Sandgussverfahren - insbesondere auch als Sandformverfahren bekannt - ein Gussverfahren für Metall und andere Werkstoffe, wobei die Formen aus Sand gebildet sind. Dabei wird vorzugsweise ein Modell, das ein Abbild eines Gussteils, insbesondere eines Käfigrohlings, darstellt, in dem Sand abgeformt, wobei der nach Entnahme des Modells verbleibende Hohlraum ein Negativ des Gussteils bildet. Anschließend wird der Hohlraum mit einem geschmolzenen Werkstoff, insbesondere GJS, ausgegossen. Nach dem Erstarren des Gussteils wird der Sand entfernt, um das Werkstück, bevorzugt den Käfigrohling, zu entnehmen. Der Sand kann aufbereitet und zu neuen Formen verarbeitet werden. Insbesondere weist GJS ein geringeres Schwindungsverhalten auf, wodurch dieser bevorzugt für das Sandgussverfahren geeignet ist. In einem weiteren Bearbeitungsprozess wird der Käfigrohling vorzugsweise durch trennende Verfahrensschritte weiter bearbeitet.
  • In einer konkreten bevorzugten Ausführung sind die Käfigtaschen durch ein Zykloidenfräsverfahren gefertigt. Insbesondere werden die Käfigtaschen in mindestens einem Zykloidenbearbeitungsschritt spanend und/oder spanabhebend gefertigt. Das Zykloidenfräsverfahren wird bevorzugt durch eine Fräsmaschine umgesetzt, wobei hierzu ein Fräswerkzeug der Fräsmaschine entlang einer Zykloidenbahn geführt ist. Bevorzugt wird durch das Zykloidenfräsverfahren ein kontinuierlicher Zerspanungsvorgang umgesetzt.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen des erfindungsgemäßen Käfigs. Vorzugsweise ist der Käfig wie bereits zuvor beschrieben ausgebildet. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte, vorzugsweise in der beschriebenen Reihenfolge:
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird der Käfigrohling aus dem Gusseisen enthaltend Kugelgraphit hergestellt. Bevorzugt wird der Käfigrohling das Sandgussverfahren hergestellt. Im Speziellen kann eine innere Spannung des Käfigs anschließend durch Spannungsarmglühen abgebaut werden. Bevorzugt ist der Käfigrohling als ein Zwischenprodukt ausgebildet.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Käfigrohling bereitgestellt. Insbesondere wird der Käfigrohling in der Fräsmaschine angeordnet und/oder fixiert. Bevorzugt ist der Käfigrohling drehbar in der Fräsmaschine angeordnet.
  • Insbesondere wird der Käfigrohling nun durch Zykloidenfräsen bearbeitet, um die Käfigtaschen einzubringen.
  • Die Käfigtaschen werden mittels einer Werkzeugschneide in den Käfigrohling eingebracht, sodass der Käfig hergestellt wird. Es erfolgt dabei üblicherweise ein Schruppen zum Abtragen von Vollmaterial gefolgt von einem Schlichten zur Feinbearbeitung der gebildeten Oberflächen der Käfigtaschen.
  • Insbesondere ist die Werkzeugschneide der bei der Bearbeitung wirksame Teil des Fräswerkzeuges. Bevorzugt erfolgt das Einbringen der Käfigtaschen durch einen Materialabtrag. Besonders bevorzugt werden die ersten und/oder die zweiten Taschenseiten durch die Werkzeugschneide bearbeitet. Optional ergänzend kann die Werkzeugschneide, insbesondere das Fräswerkzeug, zur Ausrichtung der Werkzeugschneide um eine Werkzeugachse rotiert werden. Optional ergänzend kann der Käfigrohling nach Einbringen der Käfigtaschen wärmebehandelt werden, sodass eine Umwandlung von GJS in ADI erfolgt.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Werkzeugschneide relativ zu dem Käfigrohling um die Drehachse entlang der Zykloidenbahn geführt wird. Insbesondere ist unter einer Zykloidenbahn vorzugsweise eine Bahn zu verstehen, die einen Kreispunkt beim Abrollen eines Kreises auf einer Leitkurve beschreibt. Die Leitkurve ist beispielsweise als ein konzentrischer Kreis um die Drehachse ausgebildet. Bevorzugt ist die Zykloidenbahn eine in sich geschlossene Zykloidenbahn. Die Zykloidenbahn weist eine Überlagerung der Drehkreise auf, wodurch sich eine Art blütenförmiger Verlauf der Zykloidenbahn ergibt. Insbesondere definiert die Zykloidenbahn durch eine Überlagerung mit dem Käfigrohling einen Eingriffsbereich, wobei der Eingriff zwischen Werkzeugschneide und Käfigrohling im Bereich des Eingriffsbereichs erfolgt. Dabei bildet die Werkzeugschneide in dem Eingriffsbereich zumindest einen Teil der Querschnittskontur der zu erzeugenden Käfigtasche.
  • In einer bevorzugten Umsetzung ist vorgesehen, dass der Käfigrohling relativ zu der Werkzeugschneide um die Drehachse rotiert wird. Bevorzugt wird der Käfigrohling schrittweise oder konstant um die Drehachse rotiert. Insbesondere ist die Werkzeugschneide in einem ersten Bearbeitungsdurchgang zu den ersten Taschenseiten hin ausgerichtet. Dabei ist vorgesehen, dass die ersten Taschenseiten mittels der Werkzeugschneide bearbeitet bzw. gebildet werden. Anschließend kann in einem zweiten Bearbeitungsdurchgang die Drehrichtung umgekehrt werden, wobei der Käfigrohling in einer Gegenrichtung rotiert wird. Optional ergänzend wird das Fräswerkzeug um die Werkzeugachse rotiert, sodass das Fräswerkzeug zu der zweiten Taschenseite hin ausgerichtet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die zweiten Taschenseiten mittels der Werkzeugschneide bearbeitet bzw. gebildet werden.
  • In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Werkzeugschneide bei einer Außenbearbeitung des Käfigrohlings radial außerhalb oder bei einer Innenbearbeitung des Käfigrohlings radial innerhalb des Käfigrohlings geführt wird. Insbesondere ist die Zykloidenbahn bei einer Führung der Werkzeugschneide außerhalb des Käfigrohlings in ihrer Grundform ein Epizykloid. Insbesondere ist die Zykloidenbahn bei einer Führung der Werkzeugschneide innerhalb des Käfigrohlings in ihrer Grundform ein Hypozykloid. Bevorzugt beginnt die Werkzeugschneide bei der Außenbearbeitung an einem Außenumfang des Käfigrohlings zu schneiden. Bevorzugt beginnt die Werkzeugschneide bei der Innenbearbeitung an einem Innenumfang des Käfigrohlings zu schneiden. Bei der Außenbearbeitung arbeitet die Werkzeugschneide somit von außen nach innen bezogen auf die Drehachse. Bei der Innenbearbeitung arbeitet die Werkzeugschneide von innen nach außen, ebenfalls bezogen auf die Drehachse.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Käfigrohling eine endkonturnahe Form auf, wobei der Käfigrohling eine Mehrzahl von Rohtaschen aufweist. Insbesondere ist unter endkonturnaher Form eine Materialzugabe bei der Fertigung des Käfigrohlings gegenüber dem fertigen Käfig zu verstehen, wobei die Materialzugabe vorzugsweise bei der Bearbeitung durch die Werkzeugschneide abgetragen wird. Insbesondere weist der Käfigrohling gegenüber dem Käfig eine Materialzugabe von mehr als 0,5 mm, vorzugsweise mehr als 1 mm, im Speziellen mehr als 2 mm auf.
  • Die Rohtaschen sind in Umlaufrichtung durch Rohstegabschnitte und/oder in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse durch mindestens oder genau einen Seitenringrohabschnitt begrenzt. Die Anzahl der Rohstegabschnitte entspricht der späteren Anzahl der Stegabschnitte und/oder die Anzahl der Rohtaschen entspricht der späteren Anzahl der Käfigtaschen und/oder die Anzahl der Seitenringrohabschnitte entspricht der späteren Anzahl der Seitenringabschnitte. Besonders bevorzugt sind die Rohtaschen urformtechnisch, insbesondere gusstechnisch, hergestellt. Durch die endkonturnahe Fertigung des Käfigrohlings kann der Materialeinsatz für den Käfigrohling deutlich reduziert werden. Ferner kann durch die endkonturnahe Form das Zerspanvolumen und somit die Bearbeitungszeit deutlich reduziert werden, wodurch die Herstellungskosten weitere gesenkt werden.
  • Die Rohtaschen werden durch die Werkzeugschneide auf eine Endkontur bearbeitet, sodass die Käfigtaschen gebildet werden. Im Speziellen weisen die Rohstegabschnitte und/oder die Seitenringrohabschnitte die Materialzugabe auf, sodass eine Taschenbreite der Rohtaschen in Umlaufrichtung und/oder in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse kleiner als eine Taschenbreite der fertigen Käfigtaschen ist. Insbesondere weist der mindestens eine Seitenringrohabschnitt die Materialzugabe im Bereich der Anlauffläche und/oder die Rohstegabschnitt im Bereich der ersten und/oder der zweiten Taschenseitenseite auf. Aufgrund des Materialabtrags an den Rohstegabschnitten und/oder den Seitenringrohabschnitten durch die Werkzeugschneide, wird die Taschenbreite der Rohtaschen vergrößert und die erste und die zweite Taschenseite bzw. die Anlauffläche gebildet. Besonders bevorzugt wird die Werkzeugschneide in dem ersten Bearbeitungsdurchgang kontaktfrei zu den zweiten Taschenseiten beziehungsweise den Bereichen der Rohtaschen, welche nachfolgend die zweiten Taschenseiten bilden, geführt. In dem zweiten Bearbeitungsdurchgang wird die Werkzeugschneide kontaktfrei zu den bearbeiteten ersten Taschenseiten geführt.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Käfigrohling, wobei der Käfigrohling gemäß der vorhergehenden Beschreibung beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
    • 1 in einer dreidimensionalen Darstellung einen Käfig für ein Wälzlager;
    • 2 in gleicher Darstellung wie 1 einen Käfigrohling des Käfigs;
    • 3a, 3b eine Außenbearbeitung und eine Innenbearbeitung des Käfigs durch ein Fräswerkzeug.
  • 1 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung einen Käfig 1 für ein Wälzlager als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Käfig 1 als ein einreihiger Massivkäfig ausgebildet ist. Der Käfig 1 weist einen ersten und einen zweiten Seitenringabschnitt 2a, 2b sowie mehrere Stegabschnitte 3 auf. Der Käfig 1 definiert mit seiner Rotationsachse eine Drehachse D, wobei der Käfig 1 in Umlaufrichtung in Bezug auf die Drehachse D eine Mehrzahl von Käfigtaschen 4 zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweist. Der Käfig 1 ist beispielsweise für ein Zylinderrollenlager ausgebildet und/oder geeignet, wobei die Käfigtaschen 4 zur Aufnahme von Zylinderrollen dienen.
  • Die beiden Seitenringabschnitte 2a, 2b sind koaxial zu der Drehachse D angeordnet, wobei die beiden Seitenringabschnitte 2a, 2b über die Stegabschnitte 3 miteinander verbunden sind. Die Stegabschnitte 3 erstrecken sich dabei achsparallel zu der Drehachse D, zwischen den beiden Seitenringabschnitten 2a, 2b. Beispielsweise ist der Käfig 1 einstückig hergestellt, wobei die beiden Seitenringabschnitte 2a, 2b sowie die Stegabschnitte 3 in einem gemeinsamen Gussvorgang gefertigt sind.
  • Die Käfigtaschen 4 sind in Umlaufrichtung in Bezug auf die Drehachse D gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die Käfigtaschen 4 sind in axialer Richtung durch den ersten und den zweiten Seitenringabschnitt 2a, 2b und in Umlaufrichtung durch die Stegabschnitte 3 begrenzt. Dabei bilden die Seitenringabschnitte 2a, 2b jeweils eine axiale Anlauffläche 5, wobei die Wälzkörper während eines Betriebes des Wälzlagers in axialer Richtung an der Anlauffläche 5 anlaufen können. Die Käfigtaschen 4 weisen in Umlaufrichtung in Bezug auf die Drehachse D jeweils eine erste und eine zweite Taschenseite 6a, 6b auf, wobei die Wälzkörper während eines Betriebes des Wälzlagers in Umlaufrichtung an den ersten und/oder den zweiten Taschenseiten 6a, 6b anlaufen können.
  • Bevorzugt ist der Käfig 1 aus einem Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS), beispielsweise EN-GJS-400-15, gefertigt, wobei der als Graphit vorliegende Kohlenstoff kugelförmig in dem Gefüge vorliegt. Durch den Kugelgraphit sind das Reibungsverhalten und damit die die Notlaufeigenschaften des Käfigs 1 deutlich verbessert. Ferner weist der Käfig 1 eine höhere Festigkeit aufgrund des Gusseisens mit Kugelgraphit auf, sodass der Käfig 1 beispielsweise gegenüber einem Messingkäfig deutlich robuster ausgestaltet ist. Optional kann der Käfig zusätzlich durch eine spezielle Wärmebehandlung behandelt sein, wodurch das GJS in ein austenitisch-ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) umgewandelt werden kann, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften des Käfigs 1 zusätzlich durch eine erhöhte Festigkeit gegenüber GJS bei gleichzeitig hoher Plastizität und Zähigkeit auszeichnen.
  • 2 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung einen Käfigrohling 7 des Käfigs 1 aus 1. Der Käfigrohling 7 dient als Rohling für den Käfig 1 und weist hierzu eine endkonturnahe Form des fertigen Käfigs 1 auf. Der Käfigrohling 7 weist einen ersten und einen zweiten Seitenringrohabschnitt 7a, 7b sowie eine Mehrzahl von Rohstegabschnitten 8 auf, welche die beiden Seitenringrohabschnitt 7a, 7b miteinander verbinden. Zur Bildung der endkonturnahen Form weist der Käfigrohling 7 eine Mehrzahl von Rohtaschen 9 auf, wobei die Rohtaschen 9 durch die Rohstegabschnitte 8 in Umlaufrichtung und durch die beiden Seitenringrohabschnitte 7a, 7b in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D begrenzt sind.
  • Zur Herstellung der endkonturnahen Form erfolgt eine Materialzugabe von beispielsweise mindestens 1 mm bei der Fertigung des Käfigrohlings 7 im Bereich der Rohstegabschnitte 9 und/oder der Seitenringrohabschnitte 7a, 7b. Diese Materialzugabe wird im Rahmen einer Bearbeitung des Käfigrohlings 7 beispielsweise durch ein Zykloidenfräsverfahren abgetragen, sodass eine Endkontur der Käfigtaschen 4, wie in 1 gezeigt, gebildet wird. Beispielsweise erfolgt die Materialzugabe im Bereich der ersten und der zweiten Taschenseite 6a, 6b und/oder im Bereich der Anlaufflächen 5, sodass die Rohtaschen 9 in Umlaufrichtung in Bezug auf die Drehachse D eine geringere Taschenbreite als die Käfigtaschen 4 des fertigen Käfigs 1 aufweisen. Beispielsweise ist der Käfigrohling 1 mittels eines Sandgussverfahrens urformtechnisch hergestellt, wobei als Werkstoff das Gusseisen mit Kugelgraphit verwendet wird. Durch die endkonturnahe Form kann eine Vorbearbeitung des Käfigrohlings 7 entfallen und der Zerspanungsanteil am Käfigrohling 7 erheblich reduziert werden, wodurch ebenfalls die Herstellkosten des Käfigs 1 deutlich reduziert werden können.
  • Die 3a, 3b zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung den Käfigrohling 7, wobei der Käfigrohling 7 in einem Zykloidenfräsverfahren bearbeitet wird. Beispielsweise ist der Käfigrohling 7 hierzu in einer Fräsmaschine angeordnet, wobei der Käfigrohling 7 durch ein Fräswerkzeug 10 der Fräsmaschine bearbeitet wird. Hierzu ist der Käfigrohling 7 drehbar um die Drehachse D in der Fräsmaschine angeordnet, wobei der Käfigrohling 7 beispielsweise schrittweise oder kontinuierlich um die Drehachse D verdrehbar ist und/oder verdreht wird. Das Fräswerkzeug 10 ist um eine Werkzeugachse W verdrehbar, wobei die Drehachse D und die Werkzeugachse W parallel zueinander angeordnet sind.
  • Das Fräswerkzeug 10 weist eine Werkzeugschneide 11 auf, wobei die Werkzeugschneide 11 den bei der Bearbeitung des Käfigrohlings 7 wirksamen Teil des Fräswerkzeuges 10 bildet. Die Werkzeugschneide 11 ist entlang einer Zykloidenbahn Z geführt, wobei Zykloidenbahn Z einen blütenförmigen Verlauf aufweist und in sich geschlossen ist. Die Zykloidenbahn Z ist koaxial und/oder konzentrisch zu der Drehachse D angeordnet. Durch die Überlagerung der Zykloidenbahn Z mit dem Käfigrohling 7 im Bereich der Rohtaschen 9 ist ein Eingriffsbereich gebildet, wobei der Materialabtrag durch die Werkzeugschneide 11 in dem Eingriffsbereich erfolgt.
  • In der 3a ist eine Außenbearbeitung des Käfigrohlings 7 dargestellt, wobei die Werkzeugschneide 11 an einem Außenumfang des Käfigrohlings 7 beginnend schneidet. Das Fräswerkzeug 10 ist dabei in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D außerhalb des Käfigrohlings 7 entlang der Zykloidenbahn Z geführt. Die Zykloidenbahn Z ist in ihrer Grundform als ein Hypozykloid ausgebildet. Die Werkzeugschneide 11 schneidet somit die Rohstegabschnitte 8, insbesondere im Bereich der ersten und/oder der zweiten Taschenseite 6a, 6b, bei der Außenbearbeitung von außen nach innen in Bezug auf die Drehachse D, wodurch ein trapezförmiger Querschnittsverlauf der Käfigtaschen 8 erzeugt wird. Beispielsweise können dadurch die Wälzkörper von außen in den Käfig 1 eingesetzt werden, wobei die Wälzkörper radial in Richtung der Drehachse D verliersicher in den Käfigtaschen 4 gehalten sind.
  • In der 3b ist eine Innenbearbeitung des Käfigrohlings 7 dargestellt, wobei die Werkzeugschneide 11 an einem Innenumfang des Käfigrohlings 7 beginnend schneidet. Das Fräswerkzeug 10 ist dabei in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse D innerhalb des Käfigrohlings 7 entlang der Zykloidenbahn Z geführt. Die Zykloidenbahn Z ist in ihrer Grundform als ein Epizykloid ausgebildet. Die Werkzeugschneide 11 schneidet somit die Rohstegabschnitte 8, insbesondere im Bereich der ersten und/oder der zweiten Taschenseite 6a, 6b, bei der Innenbearbeitung von innen nach außen in Bezug auf die Drehachse D, wodurch ein trapezförmiger Querschnittsverlauf der Käfigtaschen 8 erzeugt wird. Beispielsweise können dadurch die Wälzkörper von innen in den Käfig 1 eingesetzt werden, wobei die Wälzkörper radial nach außen hin in Bezug auf die Drehachse D verliersicher in den Käfigtaschen 4 gehalten sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Käfig
    2a
    erster Seitenringabschnitt
    2b
    zweiter Seitenringabschnitt
    3
    Stegabschnitte
    4
    Käfigtaschen
    5
    Anlauffläche
    6a
    erste Taschenseite
    6b
    zweite Taschenseite
    7
    Käfigrohling
    7a
    erster Seitenringrohabschnitt
    7b
    zweiter Seitenringrohabschnitt
    8
    Rohstegabschnitte
    9
    Rohtaschen
    10
    Fräswerkzeug
    11
    Werkzeugschneide
    D
    Drehachse
    W
    Werkzeugachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015223180 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Käfig (1) für ein Wälzlager, mit mindestens einem Seitenringabschnitt (2a, 2b) und einer Mehrzahl von Stegabschnitten (3), wobei der Käfig (1) eine Drehachse (D) definiert, wobei der mindestens eine Seitenringabschnitt (2a, 2b) koaxial zu der Drehachse (D) angeordnet ist und wobei sich die Stegabschnitte (3) unmittelbar an den mindestens einen Seitenringabschnitt (2a, 2b) anschließen und in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse (D) ausgerichtet sind, mit einer Mehrzahl von Käfigtaschen (4) zur Aufnahme von Wälzkörpern, wobei die Käfigtaschen (4) durch die Stegabschnitte (3) in Umlaufrichtung und durch den mindestens einen Seitenringabschnitt (2a, 2b) in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse (D) begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) aus Gusseisen mit Kugelgraphit gefertigt ist.
  2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit der Bezeichnung EN-GJS-400-15 gefertigt ist.
  3. Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) durch ein Sandgussverfahren gefertigt ist.
  4. Käfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigtaschen (4) durch ein Zykloidenfräsverfahren gefertigt sind.
  5. Verfahren zum Fertigen eines Käfigs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem: - ein Käfigrohling (7) aus einem Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt wird; - der Käfigrohling (7) bereitgestellt wird; - die Käfigtaschen (4) mittels einer Werkzeugschneide (11) trennend in den Käfigrohling (7) eingebracht werden, sodass der Käfig (1) hergestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschneide (11) relativ zu dem Käfigrohling (7) um die Drehachse (D) entlang einer Zykloidenbahn (Z) geführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigrohling (7) relativ zu der Werkzeugschneide (11) um die Drehachse (D) rotiert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschneide (11) bei einer Außenbearbeitung radial außerhalb oder bei einer Innenbearbeitung radial innerhalb des Käfigrohlings (7) geführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigrohling (7) eine endkonturnahe Form aufweist, wobei der Käfigrohling (7) eine Mehrzahl von Rohtaschen (9) aufweist, wobei die Rohtaschen (9) durch die Werkzeugschneide (11) trennend auf eine Endkontur bearbeitet werden, sodass die Käfigtaschen (4) gebildet werden.
  10. Käfigrohling (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigrohling (7) mindestens einen Seitenringrohabschnitt (7a, 7b), eine Mehrzahl von Rohstegabschnitten (8) und eine Mehrzahl von Rohtaschen (9) aufweist, wobei die Rohtaschen (9) durch die Rohstegabschnitte (8) in Umlaufrichtung und durch den mindestens einen Seitenringrohabschnitt (7a, 7b) in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse (D) begrenzt sind, und wobei der Käfigrohling (7) aus dem Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt ist.
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