DE3900068C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Käfigs für Wälzlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs aus einem polymeren Werkstoff für ein Radialwälzlager, mit zwei an dem Käfig ausgebildeten, in Achsrichtung in einem Abstand voneinander angeordneten Bordringen und diese verbindenden, in Umfangsrichtung in Abständen hintereinander angeordneten Stegen, welche Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern bilden, wobei jeder Steg durch zwei die benachbarten Taschen begrenzende relativ dünnwandige Stegwände und einen dazwischen befindlichen Verbindungsabschnitt gebildet ist, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein aus dem DE 83 29 410 U1 bekannter Käfig für Wälzlager wird durch Gießen oder Spritzen hergestellt, wobei für seine Ausbildung eine Form mit Radialschiebern erforderlich ist. Bei diesem Käfig sollen Halte­ vorsprünge an den Stegen, welche die Taschen für die Wälzkörper begrenzen, elastisch nachgeben, so daß diese nach dem Gießen oder Spritzen beim Ziehen der Radialschieber und beim Einsetzen der Wälzkörper nicht überdehnt werden.

Wälzlagerkäfige, die durch mehrere Punkt- bzw. Tunnelangußsysteme, in Sonderfällen auch Schirmangüsse, nach dem Spritzgießverfahren hergestellt sind, weisen folgende Nachteile auf: Sie haben massive Querschnitte, die einen hohen Materialeinsatz bedingen. Aufgrund der dicken Wandstärken ergeben sich lange Abkühl- und Zykluszeiten. Die Anbindungsarten führen immer zu Bindenähten und Zusammenflußstellen, die im fertigen Bauteil Schwachstellen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung anzugeben, die es ermöglichen, diese Nachteile zu vermeiden und Käfige ohne Schwachstellen herzustellen. Es soll also ein Käfig mit hoher Festigkeit und geringem Materialbedarf für ein Wälzlager hergestellt werden können, der keinerlei Bindenähte oder Zusammenflußstellen auf­ weist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Rohr aus einem polymeren Werk­ stoff in eine geöffnete achssymmetrische Hohlform eingebracht wird, die zur Bildung der von den Stegwänden begrenzten Taschen und der Verbin­ dungsabschnitte radial nach innen ragende Vorsprünge und in Umfangsrichtung verlaufende Formflächen enthält, die sich jeweils zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen befinden, daß die Hohlform geschlossen und das Rohr im warmplastischen Zustand durch Aufblasen mit einem bestimmten Rohrinnendruck radial in die umgebende Hohlform gedrückt wird, wobei ein Käfigprofil mit axial angrenzenden, nicht verformten Abschnitten des Rohres und mit die beiden Stegwände einer Tasche jeweils verbindenden, die Tasche verschließenden Fortsätzen gebildet wird, daß das Käfigprofil in der Hohlform abgekühlt, die Hohlform geöffnet und das Käfigprofil mit den nicht verformten Abschnitten und den Fortsätzen entformt wird und daß die nicht verformten Abschnitte und die Fortsätze von dem Käfigprofil entfernt werden.

Zwar ist es bereits aus der US 4 380 525 bekannt, ein Rohr aus einem polymeren Werkstoff in eine geöffnete achs­ symmetrische Hohlform einzubringen, die zur Bildung von radial nach innen ragenden Vorsprüngen und in Umfangs­ richtung verlaufenden Formflächen dient, wobei die Hohlform geschlossen und das Rohr im warmplastischen Zustand durch Aufblasen mit einem bestimmten Rohrinnendruck radial in die umgebende Hohlform gedrückt wird, wobei ein Profil gebildet, das Profil in der Hohlform abgekühlt, die Hohlform geöffnet und das Profil entformt wird und wobei ferner das Profil durch Schneiden an vorbestimmten Stellen vom Rohr abgetrennt wird.

Dieses bekannte Verfahren dient jedoch zur Herstellung von Behältern, insbesondere von Flaschen. Dort werden keinerlei Abschnitte oder Formteile entfernt, um den Durchtritt eines anderen Bauteils zu ermöglichen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Rohr kurz vor der Herstellung der Käfige durch Extrudieren herge­ stellt worden sein, so daß seine kapazitive Wärme für die Einhaltung des warmplastischen Zustandes ausgenutzt wird, der für die sich unmittelbar anschließende Verformung durch Aufblasen in der Hohlform erforderlich ist.

Es wird also ein Rohr als Ausgangswerkstück radial von innen in die das Rohr umgebende Hohlform gedrückt, so daß sich ein Käfigprofil geringer Wandstärke ergibt. Bei mittleren Käfiggrößen können dabei Material­ einsparungen bis zu 50% erzielt werden, da die anschließend zu ent­ fernenden Fortsätze und nicht verformten Abschnitte dem Fertigungs­ prozeß wieder zugeführt werden können. Aufgrund dieser Verarbeitungs­ technologie und infolge der geringen Wandstärke ist bei einer mittleren Käfiggröße mit einer Reduzierung der Fertigungszeit von mindestens 50% gegenüber herkömmlichen Wälzlagerkäfigen zu rechnen.

Bei dem Blasvorgang können an Stegwänden des Käfigs, welche die Taschen für die Wälzkörper in Umfangsrichtung begrenzen, Halte­ vorsprünge für die Wälzkörper angeformt werden.

Besonders wirtschaftlich ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn aus einem Rohr gleichzeitig mehrere in Achsrichtung hintereinander be­ findliche Käfigprofile gebildet werden. Auch die jeweils zwischen zwei benachbarten Käfigprofilen verbleibenden Rohrabschnitte können nach dem vollautomatisch durchführbaren Randbeschnitt der Käfigprofile dem Ferti­ gungsprozeß wieder zugeführt werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in einer achssymmetrischen Hohlform in Umfangsrichtung hinter­ einander mehrere gleiche Formflächen und nach innen ragende Vorsprünge ausgebildet, die einander abwechseln, wobei mindestens die Vorsprünge radial verschiebbar angeordnet sind. Diese Vorrichtung ermöglicht nach dem radialen Herausfahren der Vorsprünge aus den Käfigtaschen ein problemloses Entformen des gebildeten Käfigprofils. Der axial mittlere Bereich der Hohlform kann dabei aus mehreren gleichen, radial verschiebbaren, längs eines geschlossenen Kreisumfangs angeordneten Segmentstücken bestehen, an welchen jeweils ein Vorsprung mit zwei angrenzenden Formflächenteilen ausgebildet ist, so daß bei dem radialen Herausfahren der Segmentstücke bereits nahezu das gesamte Käfigprofil entformt wird.

Für eine besonders wirtschaftliche Fertigung können an der Hohlform in Achsrichtung in Abständen hintereinander mehrere Gruppen von Segment­ stücken jeweils längs eines geschlossenen Kreisumfangs angeordnet sein, so daß mit einer Hohlform gleichzeitig mehrere Käfigprofile gebildet werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen enthalten. Der Schutzumfang erstreckt sich nicht nur auf die beanspruchten Einzelmerkmale, sondern auch auf deren Kombination.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Käfigprofil in einer radialen Außenansicht;

Fig. 2 einen Radialschnitt durch das Käfigprofil gemäß Linie II-II der

Fig. 1 mit Stegwänden, die durch Fortsätze miteinander verbunden sind;

Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen Käfig gemäß Linie III-III der Fig. 2 nach dem Entfernen der Fortsätze von den Innenseiten der Stegwände;

Fig. 4 einen rotationssymmetrischen Hohlkörper mit drei gleichen aus einem Rohr gebildeten Käfigprofilen vor dem Abtrennen der dazwischen befindlichen Rohrabschnitte in verkleinertem Maßstab;

Fig. 5 ausschnittsweise eine für die Herstellung eines Käfigs ausgebildete erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Radial­ schnitt;

Fig. 6 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung gemäß Linie VI-VI der Fig. 5;

Fig. 7 einen Radialschnitt durch ein weiteres nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestelltes Käfigprofil.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Käfig für ein Wälzlager ist gemäß Fig. 1 bis 4 als einstückiges Bauteil aus einem poly­ meren Werkstoff mit zwei parallelen Bordringen 1 und mehreren zur Käfigachse parallelen Stegen 2 ausgeführt, die die Bordringe 1 miteinander verbinden und in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei sie Taschen für die Aufnahme von Wälzkörpern 3 bilden. Jeder Steg 2 ist im Axialschnitt des Käfigs U-förmig ausgebildet und weist zwei relativ dünne Stegwände 4 und einen ebenfalls dünnwandigen Verbindungsabschnitt 5 auf, über den die Stegwände 4 an der Käfigaußenseite miteinander ver­ bunden sind. Der Steg 2 ist so angeordnet, daß er mit seiner U-Form zur Innenseite des Käfigs geöffnet ist. In den Taschen sind an den Stegwänden 4 Haltevorsprünge 6 und 7 für die eingesteckten Wälzkörper 3 ausgebildet.

Die Bordringe 1 erscheinen im Axialschnitt U-förmig und weisen jeweils einen inneren Schenkel 8 und einen äußeren Schenkel 9 auf, die mit ihren freien Enden ebenfalls auf die Innenseite des Käfigs gerichtet sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Käfigs wird ein Rohr aus einem polymeren Werkstoff als Ausgangswerkstück in eine Hohlform eingebracht und mit einem Innendruck beaufschlagt, nachdem es vorher in den warmplastischen Zustand versetzt wurde, so daß der Werkstoff in die das Rohr umgebende Form gelangt. Wenn gleichzeitig mehrere Käfige aus einem Rohr auf diese Weise hergestellt werden, ergeben sich auf der Rohrlänge mehrere hintereinander angeordnete, von Bordringen 1 und Stegen 2 gebildete Käfigprofile, zwischen denen unverformte Rohrabschnitte 10 verbleiben. Diese werden von den Käfigprofilen abgetrennt.

Bei der Verformung infolge des Rohrinnendrucks ergeben sich außerdem an jedem Käfigprofil Fortsätze 11, die zwei Stegwände 4 im Bereich einer Tasche für einen Wälzkörper 3 miteinander verbinden. An jedem Käfig­ profil werden diese Fortsätze 11 längs eines Trennungskreises 12, der geringfügig innerhalb der Vorsprünge 7 verläuft, abgetrennt, was durch Stanzen, Schneiden oder Scheren erfolgen kann. Die abgetrennten Fortsätze 11 und Rohrabschnitte 10 können dem Fertigungsprozeß wieder zugeführt werden.

Die Fig. 5 und 6 der Zeichnung zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Käfigs, wie er in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist. Die Vorrichtung ist als achssymmetrische Hohlform 13 ausgebildet. In diese Hohlform wird ein Rohr 14 aus einem polymeren Werkstoff koaxial eingebracht. Im mittleren Bereich besteht die Hohlform 13 aus mehreren Segmentstücken 15, die längs eines geschlossenen Kreisumfangs angeordnet sind. An jedem dieser gleich ausgebildeten Segmentstücke 15 befindet sich ein nach innen weisender Vorsprung 16 für die Bildung einer Käfigtasche. In Umfangsrichtung grenzt an jedem Segmentstück 15 an beiden Seiten des Vorsprungs 16 ein Formflächenteil 17 an, so daß zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 16 von zwei Formflächenteilen 17 eine Formfläche 18 für einen zwischen zwei Käfigtaschen befindlichen Verbindungsabschnitt des Käfigs gebildet wird.

In der Zeichnung ist die geschlossene Stellung der Hohlform 13 dargestellt. Durch Aufblasen des eingebrachten Rohres 14 mit einem bestimmten Rohrinnendruck wird nun der Werkstoff an die Oberflächen der Vorsprünge 16 und an die Formflächen 18 der Hohlform 13 gedrückt, bis er den gestrichelt gezeichneten Verlauf einnimmt. Die Segmentstücke 15 sind radial verschiebbar angeordnet und können nun nach außen gefahren werden, wodurch das durch Aufblasen des Rohres 14 gebildete und anschließend abgekühlte Käfigprofil entformt wird. Es kann nun mit den axial angrenzenden, in der Hohlform 13 nicht verformten Rohrabschnitten 10 aus der Vorrichtung herausgenommen werden.

Bei dem Aufblasen des Rohres 14 in der Hohlform 13 haben sich für jeden Bereich einer Käfigtasche zwischen den Verbindungsabschnitten 5 die Stegwände 4 und ein die Stegwände 4 an der Innenseite verbindender und die Tasche nach innen verschließender Fortsatz 11 gebildet. Durch Abtrennen dieser Fortsätze 11 längs des in Fig. 2 dargestellten Trennungskreises 12 entsteht nun der erfindungsgemäße Käfig.

Das in Fig. 7 im Radialschnitt dargestellte Käfigprofil unterscheidet sich von dem Käfigprofil nach Fig. 2 nur dadurch, daß beim Aufblasen des Rohres die Fortsätze 11, die jeweils eine Wälzkörpertasche verschließen, nicht an der Innenseite, sondern an der Außenseite entstehen, wobei die Stege 1 mit ihrer im Axialschnitt erscheinenden U-Form zur Außenseite des Käfigs geöffnet sind. Es ist auch möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Käfige mit anderen als U-förmigen, beispielsweise winkelprofil­ förmigen Stegen herzustellen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Käfigs aus einem polymeren Werkstoff für ein Radialwälzlager, mit zwei an dem Käfig ausgebildeten, in Achs­ richtung in einem Abstand voneinander angeordneten Bordringen und diese verbindenden, in Umfangsrichtung in Abständen hintereinander ange­ ordneten Stegen, welche Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern bilden, wobei jeder Steg durch zwei die benachbarten Taschen begrenzende relativ dünnwandige Stegwände und einen dazwischen befindlichen Verbindungs­ abschnitt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rohr (14) aus einem polymeren Werkstoff in eine geöffnete achs­ symmetrische Hohlform (13) eingebracht wird, die zur Bildung der von den Stegwänden (4) begrenzten Taschen und der Verbindungsabschnitte (5) radial nach innen ragende Vorsprünge (16) und in Umfangsrichtung ver­ laufende Formflächen (18) enthält, die sich jeweils zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen (16) befinden,
daß die Hohlform (13) geschlossen und das Rohr (14) im warmplastischen Zustand durch Aufblasen mit einem bestimmten Rohrinnendruck radial in die umgebende Hohlform (13) gedrückt wird, wobei ein Käfigprofil mit axial angrenzenden, nicht verformten Abschnitten (10) des Rohres (14) und mit die beiden Stegwände (4) einer Tasche jeweils verbindenden, die Tasche verschließenden Fortsätzen (11) gebildet wird,
daß das Käfigprofil in der Hohlform (13) abkühlt, die Hohlform (13) geöffnet und das Käfigprofil mit den nicht verformten Abschnitten (10) und den Fortsätzen (11) entformt wird und
daß die nicht verformten Abschnitte (10) und die Fortsätze (11) von dem Käfigprofil entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (14) durch Extrudieren hergestellt und im warmplastischen Zustand in die Hohlform (13) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (11) und die Rohrabschnitte (10) durch Stanzen, Schneiden oder Scheren von dem Käfigprofil entfernt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Steg­ wänden (4) des Käfigs, welche die Taschen für die Wälzkörper (3) in Umfangsrichtung begrenzen, Haltevorsprünge (6, 7) für die Wälzkörper (3) angeformt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Rohr (14) gleichzeitig mehrere in Achsrichtung hintereinander befindliche Käfigprofile gebildet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der achs­ symmetrischen Hohlform (13) in Umfangsrichtung hintereinander mehrere gleiche Formflächen (18) und nach innen ragende Vorsprünge (16) ausgebildet sind, die einander abwechseln, wobei mindestens die Vorsprünge (16) radial verschiebbar angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der axial mittlere Bereich der Hohlform (13) aus mehreren gleichen, radial verschiebbaren, längs eines geschlossenen Kreisumfangs angeordneten Segmentstücken (15) besteht, an welchen jeweils ein Vorsprung (16) mit zwei angrenzenden Formflächenteilen (17) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hohl­ form (13) in Achsrichtung in Abständen hintereinander mehrere Gruppen von Segmentstücken (15) jeweils längs eines geschlossenen Kreisumfangs angeordnet sind.