DE68906917T2 - Doppelreihiges Schrägkugellager und Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagers. - Google Patents

Doppelreihiges Schrägkugellager und Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagers.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Herstellungsverfahren zweireihiger Schrägkugellager mit jeweils einstükkigem inneren und äußeren Laufring und zwei Reihen Kugeln, die in mit axialem Zwischenabstand angeordnete, gegenüberliegende innere und äußere Laufbahnen der Ringe eingreifen, welches die Formung von rohrförmigen Werkstücken aus Metallblech einschließt um wenigstens teilweise fertig bearbeitete innere und äußere Laufringe zu formen, die wenigstens eine teilweise fertiggestellte Laufbahn aufweisen. Die Erfindung befaßt sich zudem mit nach diesem Verfahren hergestellten zweireihigen Schrägkugellagern.
  • Kugellager mit aus Metallblech hergestellten Laufringen waren vorher in mehreren Ausführungen bekannt. Sie sind einfach und billig und finden dort Verwendung, wo die Anforderungen an Traglast und Präzision nicht allzu hoch sind. Solche Lager werden normalerweise so hergestellt, daß die äußeren und inneren Laufringe getrennt voneinander in ihre endgültige Form gepreßt und durch Einfügen der Kugeln in gewohnter Weise zusammengebaut werden. Die Lager können verschiedenen Typs sein, wie z. B. Rillenkugellager, Schrägkugellager und dergleichen. Aus verschiedenen, in erster Linie herstellungstechnischen Gründen, sind diese oft einreihige Lager, aber es existieren auch doppelreihige Lager. DE-A-2636903 beschreibt ein zweireihiges Lager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem geteilten inneren Ring. Die beiden inneren Ringteile und der äußere Ring sind mit Laufbahnen in Form hinterschnittener Nuten versehen, um die Kugeln darin durch einen Einschnappvorgang zu sichern. US-A-3,732,606 beschreibt ein ähnliches Lager mit geteiltem, äußeren Laufring. DE-C-25 18 129 bezieht sich auf ein zweireihiges Schrägkugellager mit einer gewissen Möglichkeit der Winkeleinstellung der Ringe relativ zueinander. Diese Veröffentlichung beschreibt zudem ein Herstellungsverfahren für zweireihige Schrägkugellager, welches von Metallblech oder von rohrförmigen Werkstücken ausgeht, wobei ein oder beide Werkstücke zuerst durch Rollen (Drücken), Pressen oder Tiefziehen zu fertigen oder halbfertigen inneren und äußeren Laufringen geformt wird/werden, worauf die Kugeln zwischen die Laufringe eingeführt werden und letztlich die Laufringe durch Rollen oder Pressen ihre endgültige Form erhalten.
  • US-A-3,657,781 zeigt die Herstellung eines einreihigen Rillenkugellagers. Im beschriebenen Fall wird von zwei ringförmigen Werkstücken ausgegangen, die teilweise gegen ein Werkzeug und teilweise gegen die Kugeln umgeformt werden. Die Kugeln werden mit Hilfe des Werkzeuges während der Umformung der Ringe in Position gehalten. Wegen der hohen Anforderüngen, die in diesem Fall an das Werkzeug und seine Ausführung gestellt werden, ist das Verfahren kompliziert und teuer. Auf diese Weise ist es nur möglich, einreihige Kugellager herzustellen.
  • DE-A-1,575,374 beschreibt ein zweireihiges Schrägkugellager in X-Anordnung mit einem äußeren und einem inneren Laufring, die beide aus einem einteiligem Metallblech hergestellt werden, wobei der äußere Laufring wenigstens eine umlaufende Einsenkung zwischen den Kugelreihen und der innere Laufring axial außerhalb jeder Kugelreihe eine umlaufende radiale Ausbuchtung aufweist.
  • Seit langem besteht der Wunsch danach, zweireihe Schrägkugellager in billiger und einfacher Weise aus Metallblech herzustellen, wobei gleichzeitig das Ergebnis Produkte mit solch hoher Qualität sein sollen, daß sie ein weites Anwendungsgebiet erlangen. Eine wichtige Eigenschaft von Lagern dieses Typs besteht darin, daß es möglich ist, den Abstand zwischen den Kugeln und den Laufringen einzustellen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, das sog. paarweise Auswählen anzuwenden, welches ein teueres Verfahren ist.
  • Die obigen Aufgaben werden erfindungsgemäß mittels eines zweireihigen Schrägkugellagers, wie in Anspruch 1 beschrieben, gelöst. Genauer gesagt, besitzt dieses Lager einen Innenring, einen einstückigen Außenring und zwei Reihen Kugeln, die in mit axialem Zwischenabstand angeordnete, gegenüberliegende innere und äußere Laufbahnen der Ringe eingreifen. Die inneren und äußeren Laufringe sind aus rohrförmigen Werkstücken aus Metallblech gefertigt. Der äußere Laufring weist wenigstens eine über den Umfang umlaufende Einsenkung zwischen den Kugelreihen sowie erste und zweite axial gerade Bereiche auf, die sich jeweils von jeder Kugelreihe axial nach außen erstrecken. Weiterhin weist der innere Laufring axial außerhalb jeder der Kugelreihen einen radial nach außen gebogenen Bereich und einen dritten axial geraden Bereich auf, der sich zwischen den Kugelreihen erstreckt. Die Übergänge zwischen jeweils dem ersten bzw. zweiten geraden Bereich und der Einsenkung sowie zwischen den gebogenen Bereichen und dem dritten geraden Bereich bilden die gegenüberliegenden Laufbahnen. Gemäß der Erfindung ist der Innenring ein einstückiger Ring.
  • Die Erfindung befaßt sich außerdem mit Herstellungsverfahren für zweireihige Schrägkugellager, wie in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben. Gemäß einer Form der Erfindung weist das Verfahren folgende Schritte auf:
  • a) Formen eines ersten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech mit einer über den Umfang umlaufenden radialen Einsenkung durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem fertigen Außenring;
  • b) Einführen von Kugelreihen zwischen den fertigen Außenring und ein zweites rohrförmiges Werkstück aus Metallblech, welches einen teilweise fertig bearbeiteten Innenring bildet;
  • c) Formen des teilweise fertig bearbeiteten Innenrings zu einem fertigen Innenring mit jeweils einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich an beiden axialen Enden durch Rollen oder Pressen nach dem Einsetzen der Kugeln unter Drehung des Innenrings in einem Werkzeug, das einen axialen/radialen Druck gegen beide Enden des Innenrings ausübt, wobei die Kugeln während des Roll- oder Pressvorgangs als Gegenhalt dienen, die Ringe relativ zueinander in Drehung gehalten werden, um ein ständiges Umrollen der Reihen von Kugeln um den Umfang des Innenrings zu bewirken, und wobei die Kugeln in zwei Reihen dauerhaft eingeschlossen werden und ein Lager mit einer vorbestimmten Toleranz, vorzugsweise ein spielfreies Lager, gebildet wird.
  • Gemäß einer anderen Form der Erfindung weist das Verfahren folgende Schritte auf:
  • a) Formen eines ersten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech mit einer über den Umfang umlaufenden, radialen Einsenkung durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem fertigen Außenring;
  • b) Formen eines zweiten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem teilweise fertig bearbeiteten Innenring mit einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich an dem einen axialen Ende;
  • c) Einführen von Kugelreihen zwischen den fertigen Außenring und den teilweise fertig bearbeiteten Innenring;
  • d) Formen des teilweise fertig bearbeiteten Innenrings an dem anderen axialen Ende durch Rollen oder Pressen zu einem fertigen Innenring mit jeweils einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich an beiden axialen Enen, wobei die Kugeln während des Roll- oder Preßvorgangs als Gegenhalt dienen, die Ringe relativ zueinander in Drehung gehalten werden, um ein ständiges Umrollen der Reihen von Kugeln um den Umfang des Innenrings zu bewirken, und wobei die Kugeln in zwei Reihen dauerhaft eingeschlossen werden und ein Lager mit einer vorbestimmten Toleranz, vorzugsweise ein spielfreies Lager, gebildet wird.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist folgende Schritte auf:
  • a) Bereitstellung eines ersten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech, um einen teilweise fertig bearbeiteten Außenring zu bilden;
  • b) Formen eines zweiten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem fertigen Innenring mit jeweils einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich an beiden axialen Enden;
  • c) Einführen von Kugelreihen zwischen den teilweise fertig bearbeiteten Außenring und den fertigen Innenring;
  • d) Formen des teilweise fertig bearbeiteten Außenrings durch Rollen oder Pressen zu einem fertigen Außenring mit einer über den Umfang umlaufenden, radialen Einsenkung, wobei die Kugeln während des Roll- oder Preßvorgangs als Gegenhalt dienen, die Ringe relativ zueinander in Drehung gehalten werden, um ein ständiges Umrollen der Reihen von Kugeln um den Umfang des Innenrings zu bewirken, und wobei die Kugeln in zwei Reihen dauerhaft eingeschlossen werden und ein Lager mit einer vorbestimmten Toleranz, vorzugsweise ein spielfreies Lager, gebildet wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Schnitt eines typischen Lagers nach der Erfindung;
  • Fig. 2 ein Herstellungsverfahren für das Lager nach Fig. 1;
  • Fig. 3 ein alternatives Herstellungsverfahren für das Lager nach Fig. 1;
  • Fig. 4 eine Abwandlung des Lagers nach Fig. 1;
  • Fig. 5 eine abgedichtete Ausführung des Lagers nach Fig. 1;
  • Fig. 6 eine weitere Abwandlung des Lagers nach Fig. 1;
  • Fig. 7 eine abgedichtete Ausführung des Lagers nach Fig. 6 und
  • Fig. 8 noch eine Abwandlung des Lagers nach Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt ein zweireihiges Schrägkugellager mit einem inneren Laufring 1, einem äußeren Laufring 2 und zwei Reihen Kugeln 3 und 4, die zwischen diesen Laufringen angeordnet sind. Der äußere Laufring 2 ist mit einer Einsenkung 5 zwischen den Kugelreihen versehen, ist ansonsten aber zylindrisch. Der innere Laufring 1 besitzt zylindrische Form, ist jedoch an beiden axialen Enden mit umlaufenden, radialen Ausbuchtungen versehen. Hierdurch erhält man ein zweireihiges Schrägkugellager. Das Lager nach Fig. 1 besitzt keinen Kugelkäfig, was bedeutet, daß es eine maximale Anzahl von Kugeln einschließt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Lager ohne Käfig beschränkt.
  • Fig. 2 zeigt ein Stadium während der Herstellung eines Lagers nach Fig. 1. Der äußere Laufring 2 wurde in diesem Fall vor dem Zusammenbau hergestellt, indem von einem Rohrstück ausgehend eine umlaufende Einsenkung 5 gerollt wurde. Der innere Laufring 1 wurde vor dem Zusammenbau teilweise ebenso geformt, indem an einem axialen Ende eines Stückes einer Röhre eine radiale Ausbuchtung 6 gerollt wurde. Das gegenüberliegende Ende 7 wurde unverformt gelassen, bis die Kugeln 3 und 4 ein-gesetzt worden sind. Durch Verschieben des fertiggestellten äußeren Laufrings 2 axial relativ zum halb fertiggestellten inneren Laufring 1 ist es möglich, die Kugeln einzufügen. Der letzte Schritt der Herstellung besteht darin, das halbfertige Lager in einer Vorrichtung zu fixieren und das zweite axiale Ende 7 des inneren Laufrings einzurollen, wie es durch den Pfeil gezeigt wird. Um sicherzustellen, daß die Laufbahnen im Lager glatt und gleichförmig werden, ist es Voraussetzung, daß die Kugeln während des Rollens von Ende 7 in Umlauf gehalten werden. Dies erreicht man dadurch, daß der innere Laufring oder der äußere Laufring während der Wälzumformung zum Rotieren veranlaßt werden.
  • Durch Aufbringen eines sorgfältig angepaßten Drucks gegen das Ende 7 während des Wälzens ist es möglich, ein nahezu spielfreies Lager zu erzeugen. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß man die Laufringe vermißt und derart paarweise auswählt, daß sich ein gewünschtes oder kein Spiel ergibt.
  • Durch das Verfahren nach der Erfindung ist es möglich geworden, auf dieses Verfahren völlig zu verzichten, welches selbstverständlich sowohl teuer als auch zeitaufwendig ist.
  • Da die Laufspuren während des Rotierens der Kugeln gewälzt wurden, ist eine Oberflächenglättung in den Spuren erreicht worden, die fast so hoch ist wie die Oberflächenglättung von geschliffenen Ringen. Der Reibungswiderstand ist fast so gering wie bei einem vergleichbaren Lager mit geschliffenen Ringen.
  • Das Wälzen des Endes 7 im inneren Laufring wird nur mit den Kugeln 3 als Gegenhalt durchgeführt. Es ist daher weder erforderlich, einen äußeren Gegenhalt in Ergänzung zu den Kugeln noch irgendeine Vorrichtung zum Festhalten der Kugeln in ihrer Position während des Wälzvorgangs zu verwenden. Dies ist natürlich eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu vorher bekannten Verfahren.
  • Fig. 3 zeigt ein weiteres Herstellungsverfahren von Lagern gemäß der Erfindung. Der innere Laufring wird in diesem Fall vor dem Zusammenbau fertig geformt. In den äußeren Laufring 2, welcher ursprünglich die Form einer Röhre hatte, wird mittels einer Drückrolle 8 eine Einsenkung zwischen den Kugelreihen geformt, wobei während dieser Zeit der äußere Laufring 2 in Rotation gehalten wird. Das Resultat wird ein Lager sein, das dieselben Eigenschaften wie das in Fig. 2 beschriebene Lager hat.
  • Fig. 4 zeigt ein Lager gemäß der Erfindung mit demselben inneren Laufring 1 wie in den vorherigen Darstellungen, bei dem jedoch die beiden Enden 9 und 10 des äußeren Laufrings 1 radial nach innen umgewälzt wurden. Diese Ecken bilden dadurch einen Schutz für das Lager und können fast mit einer Labyrinthdichtung verglichen werden.
  • Fig. 5 zeigt ein Lager gemäß Fig. 1, bei dem man sich entschlossen hat, das Lager mittels einer Abdeckung 11 zu schützen. Dies ist möglich, wenn der äußere Laufring 2 eine grössere axiale Länge als der innere Laufring 1 hat.
  • Fig. 6 zeigt eine Abwandlung des Lagers nach Fig. 1. In diesem Fall wurde von einem Rohrstück für den inneren Laufring mit größerer axialer Länge als nach Fig. 1 ausgegangen. Auf diese Art und Weise wurde ein Lager erhalten, das einen den äußeren Laufring 2 axial überragenden inneren Laufring aufweist und daher weniger anfällig für äußere axiale Kräfte ist.
  • Falls gewünscht, ist es möglich, diese Ränder abzufalten und verstärkende Fäden in die durch das Falten entstandenen Räume einzusetzen. Das Lager wird dadurch steifer. Gleichzeitig und zum selben Zweck kann ein verstärkender Faden in die Einsenkung 5 des äußeren Laufrings eingesetzt werden, wodurch dieser ebenfalls steifer wird.
  • Fig. 7 zeigt das gleiche Lager wie in Fig. 6. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Räume axial außerhalb der Kugeln zum Einbau von Dichtungen 12 verwendet wurden.
  • Fig. 8 zeigt zum Schluß ein Lager wie jenes in Fig. 1, mit dem Unterschied, daß es axial länger ist als das erste. Der äußere Laufring 2 ist deshalb mit zwei Einsenkungen 13 versehen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Lager zur Verfügung, welches in verschiedenen Varianten und auf verschiedene Weisen im Schutzumfang der Ansprüche hergestellt werden kann. Die Qualität der Lager ist trotz des sehr billigen Herstellungsverfahrens hoch.

Claims (4)

1. Doppelreihiges Schrägkugellager mit einem Innenring (1), einem einstückigen Außenring (2) und zwei Reihen Kugeln (3, 4), die in mit axialem Zwischenabstand angeordnete, gegenüberliegende, innere und äußere Laufbahnen der Ringe eingreifen, wobei die inneren und äußeren Laufringe (1, 2) aus rohrförmigen Werkstücken aus Metallblech gefertigt sind;
der äußere Laufring (2) wenigstens eine über den Umfang umlaufende Einsenkung (5) zwischen den Kugelreihen (3, 4) sowie erste und zweite axial gerade Bereiche (14, 15) aufweist, die sich jeweils von jeder Kugelreihe axial nach außen erstrecken;
der innere Laufring (1) axial außerhalb jeder der Kugelreihen (3, 4) einen radial nach außen gebogenen Bereich (6, 7) und einen dritten axial geraden Bereich (16) aufweist, der sich zwischen den Kugelreihen erstreckt;
und die Übergänge zwischen jeweils dem ersten bzw. zweiten geraden Bereich (14, 15) und der Einsenkung (5) sowie zwischen den gebogenen Bereichen (6, 7) und dem dritten geraden Bereich (16) die gegenüberliegenden Laufbahnen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (1) ein einstückiger Ring ist.
2. Verfahren zur Herstellung von doppelreihigen Schrägkugellagern nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
a) Formen eines ersten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech mit einer über den Umfang umlaufenden, radialen Einsenkung (5) durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem fertigen Außenring (2)
b) Einführen von Kugelreihen (3, 4) zwischen den fertigen Außenring (2) und ein zweites rohrförmiges Werkstück (1) aus Metallblech, welches einen teilweise fertig bearbeiteten Innenring bildet
c) Formen des teilweise fertig bearbeiteten Innenrings (1) zu einem fertigen Innenring (1) mit jeweils einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich (6, 7) an beiden axialen Enden durch Rollen oder Pressen nach dem Einsetzen der Kugeln unter Drehung des Innenrings (1) in einem Werkzeug, das einen axialen/radialen Druck gegen beide Enden des Innenrings ausübt, wobei die Kugeln (3, 4) während des Roll- oder Preßvorgangs als Gegenhalt dienen, die Ringe relativ zu einander in Drehung gehalten werden, um ein ständiges Umrollen der Reihen von Kugeln (3, 4) um den Umfang des Innenrings zu bewirken, und wobei die Kugeln in zwei Reihen dauerhaft eingeschlossen werden und ein Lager mit einer vorbestimmten Toleranz, vorzugsweise ein spiel freies Lager, gebildet wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines doppelreihigen Schrägkugellagers nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
a) Formen eines ersten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech mit einer über den Umfang umlaufenden radialen Einsenkung (5) durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem fertigen Außenring (2)
b) Formen eines zweiten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem teilweise fertig bearbeiteten Innenring (1) mit einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich (6) an dem einen axialen Ende
c) Einführen von Kugelreihen (3, 4) zwischen den fertigen Außenring (2) und den teilweise fertig bearbeiteten Innenring.
d) Formen des teilweise fertig bearbeiteten Innenrings (1) an dem anderen axialen Ende durch Rollen oder Pressen zu einem fertigen Innenring (1) mit jeweils einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich (6, 7) an beiden axialen Enden, wobei die Kugeln (3, 4) während des Roll- oder Preßvorgangs als Gegenhalt dienen, die Ringe relativ zu einander in Drehung gehalten werden, um ein ständiges Umrollen der Reihen von Kugeln (3, 4) um den Umfang des Innenrings zu bewirken, und wobei die Kugeln in zwei Reihen dauerhaft eingeschlossen werden und ein Lager mit einer vorbestimmten Toleranz, vorzugsweise ein spielfreies Lager, gebildet wird.
4. Verfahren zur Herstellung von doppelreihigen Schrägkugellagern nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellung eines ersten rohrförmigen-Werkstücks aus Metallblech, um einen teilweise fertig bearbeiteten Außenring (2) zu bilden
b) Formen eines zweiten rohrförmigen Werkstücks aus Metallblech durch Rollen, Pressen oder Tiefziehen zu einem fertigen Innenring (1) mit jeweils einem umlaufenden, radial nach außen gebogenen Bereich (6, 7) an beiden axialen Enden
c) Einführen von Kugelreihen (3, 4) zwischen den teilweise fertig bearbeiteten Außenring (2) und den fertigen Innenring
d) Formen des teilweise fertig bearbeiteten Außenrings (2) durch Rollen oder Pressen zu einem fertigen Außenring (2) mit einer über den Umfang umlaufenden radialen Einsenkung, wobei die Kugeln (3, 4) während des Roll- oder Preßvorgangs als Gegenhalt dienen, die Ringe relativ zu einander in Drehung gehalten werden, um ein ständiges Umrollen der Reihen von Kugeln (3, 4) um den Umfang des Innenrings zu bewirken, und wobei die Kugeln in zwei Reihen dauerhaft eingeschlossen werden und ein Lager mit einer vorbestimmten Toleranz, vorzugsweise ein spielfreies Lager, gebildet wird.
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