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Verfahren zur Herstellung von Metallkäfigen für Nadellager
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Bezeichnungen wie"axial","radial","Sehnen"und"inUmfangsrichtung"verstehen, sich in bezug auf die allgemeine Geometrie des Käfigs.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung wird die Quetschwirkung im wesentlichen auf die oberen, quer zumSteg verlaufenden Kanten des Vorsprunges oder gegebenenfalls auf die Endteile dieser Kanten konzentriert, wodurch jegliches oder zumindest ein wesentliches Fliessen des Metalls in radialer Richtung des Käfigs verhindert wird.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen erläutert, u. zw. zeigt Fig. l einen Querschnitt durch einen Käfigrohling und ein entsprechendes Profil eines Bearbeitungswerkzeuges, Fig. 2 eine schaubildliche Teilansicht des Rohlings nach Fig. l, Fig. 3 eine schaubildliche Teilansicht eines Vorsprung es auf einem Käfigsteg zusammen mit einem Paar von Quetsch- werkzeugen, Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 3 gezeigten mit wechselseitig konkaven Quetschflächen, Fig. 5 eine schaubildliche Teilansicht eines einstückigen Werkzeuges für gleichzeitiges Quetschen der Vorsprünge auf entgegengesetzten Endabschnitten eines Steges, Fig. 6 die Teilansicht eines Querschnittes entlang der Linie VI-VI der Fig.
5, welche eine praktische Möglichkeit zur Erzielung konkaver Quetschflächen an dem einstückigen Werkzeug zeigt, die Fig. 7 und 8 zeigen Teilansichten von Querschnitten durch einen Vorsprung und ein Werkzeug in zwei verschiedenen Stadien des Quetschvorganges, die Fig. 9 und 10 zeigen Teilansichten von Querschnitten entlang den Linien BC-IX und X-X der Fig. 7 bzw. 8, Fig. 11 ist ein Teil eines axialen Querschnittes, welcher ein einstückiges Werkzeug in Arbeitslage auf einem Steg des in denFig. l und 2 gezeigten Rohlings zeigt, Fig. 12 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XII-XII der Fig. 7, Fig. 13 die teilweise Ansicht eines fertigen Käfigs, welcher einen Rollkörper zwischen einem Stegpaar eingesetzt aufweist und Fig. 14 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XIV-XIV der Fig.
13.
Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird ein Käfigrohling benötigt, welcher einen in Umfangsrichtung verlaufenden radialen Vorsprung auf jedem Endabschnitt eines jeden Steges aufweist.
Die Art der Herstellung eines solchen Rohlings ist nicht wesentlich, vorausgesetzt, dass die Sehnenstützflächen für die Rollkörper in genauer Weise an den entgegengesetzten Endabschnitten der Stege begrenzt sind.
Das experimentell als bestes Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohlings entwickelte besteht im Drehen der inneren und äusseren Fläche einer Metallbüchse zu einem erwünschten Profil einschliesslich eines in Umfangsrichtung durchgehenden Vorsprunges auf jedem Endabschnitt der Büchse und dem darauffolgenden Stanzen der letzteren mittels eines Stanz-Presswerkzeuges, um in Umfangsrichtung eine Reihe von Durchbrüchen sehr genauer Abmessung für die Rollkörper zu erhalten.
Auf diese Weise umfasst der in den Fig. l und 2 gezeigte Rohling 20 gegenüberliegende Endkronen 21 und 22, damit verbundene in axialer Richtung liegende Stege 23, welche zwischen einander Durchbrüche 24 für die Rollkörper 25 begrenzen. Im angeführten Beispiel ist die innere Oberfläche des Rohlings 20 zylindrisch mit konstantem Durchmesser, während die äussere Oberfläche auf einer Drehbank mittels eines einzigen profilierten Schnittwerkzeuges 26 durch Heranführen des Schnittwerkzeuges in radialer Richtung gegen das Werkstück hergestellt ist.
Auf diese Weise wird die äussere Oberfläche des Werkstückes gleichzeitig zu einem genauen Profil geformt, welches ein axiales Mittelstück 27 aufweist, das auf einem Durchmesser gelegen ist, welcher kleiner ist als der Hauptdurchmesser des Rohlings, oder welcher, besser gesagt, in radialer Richtung in bezug auf den Teilungszylinder 28 (Fig. 14) der Rollkörper gegen das Innere des genannten Zylinders hin zurückgesetzt ist. Das Rohlingsprofil umfasst ebenso einen in Umfangsrichtung gerichteten Vorsprung 30 auf jedem Endabschnitt 29 jedes Steges 23, wobei die Gipfellinie oder Gipfeloberfläche des Vorsprunges 30 im wesentlichen mit der zylindrischen Oberfläche fluchtend ist, aus welcher der Rohling 20 entwickelt ist.
Die Querschnittsform der gezeigten Vorsprünge 30 ist leicht trapezförmig infolge der Herstellungsbedingungen (leichtes Eindringen und Zurückziehen des Schnittwerkzeuges 26). Daher sind die Flanken 30a jedes Vorsprunges 30 (Fig. 12) um einen Winkel ss gegen eine senkrecht zur Käfigachse stehende Ebene 31 geneigt, wobei der Winkel ss zweckmässig 100 nicht übersteigt. Die Querschnittsform des Vorsprunges kann, falls gewünscht, auch rechtwinkelig sein oder sie kann einen rechtwinkeligen Fussteil, gefolgt von einem trapezförmigen Oberteil, aufweisen.
Trapezförmige Gestalt wirkt sich auch dahingehend günstig aus, dass ein bestimmter auf den Oberteil des Vorsprunges ausgeübter deformierender Druck an derBasis des Vorsprunges einen spezifisch niedrigeren, nicht deformierenden Druck erzeugt, entsprechend dem Verhältnis der jeweiligen Flächen.
Der in radialerRichtung ausgeführteStanzvorgang erzeugt Durchbrüche 24, welche wechselweise parallele längsgerichtete Wandflächen und parallele Stirnflächen aufweisen. Die letzteren sind in der Zeichnung mit 32 bezeichnet, während jede der längsgerichteten Wandflächen eine abgesetzte Fläche darstellt,
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welche ein Paar planparalleler Endabschnitte 33 und einen Mittelteil 34 umfasst, welcher über die Ebene der Endabschnitte 33 in Richtung auf die gegenüberliegende, längsgerichtete Wandfläche hinausragt. In andern Worten : Das Mittelstück 27 jedes Steges 23 ist in Umfangsrichtung in bezug auf die Endabschnitte 29 des Steges etwas verbreitert.
Die lichte Weite der Durchbrüche 24 an ihren Endabschnitten ist im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Rollkörper 25, wie vorgehend festgelegt, während die einander gegenüberliegenden Oberflächen 34 der Mittelstücke 27 in jedem Durchbruch durch eine Öffnung voneinander getrennt sind, welche kleiner ist als der Durchmesser der Rollkörper. Daher bilden die Oberflächen der Endabschnitte 33 die vorerwähnten Sehnenstützflächen zur Führung der Rollkörper auf einer genauen, sich durch die Achse des Käfigs erstreckenden Ebene und die verbreiterten Mittelstücke der S le- ge bilden radiale innere Halterungen für die Rollkörper.
Selbstverständlich fluchten infolge des Stanzvorganges die gegenüberliegenden Endflächen jedes Vorsprunges 30 mit ihren entsprechenden Sehnenflächen 33, so dass die Enden der Vorsprünge 30 nicht in die Durchbrüche 24 hineinragen.
Entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Darstellung, in der ein Steg 23 mit einem seiner Vorsprünge 30 angegeben ist, liegt die obere Zone des Vorsprunges zwischen einem Paar Presswerkzeuge 36, 37, welche zum Quetschen in axialer Richtung gegeneinander angeordnet sind. Die Pressflächen 3 6a, 37a der Werkzeuge sind eben und bilden eine Art "Dach" oberhalb des Vorsprunges, da sie so gegeneinander geneigt sind, dass sie anfänglich nur die oberen Kanten 30a, 30b des Vorsprunges 30 berühren. So wird beim axialen Zusammenpressen der Werkzeuge gegeneinander ein äusserst hoher spezifischer Druck auf die obere Zone des Vorsprunges ausgeübt, wobei der Druck eine begrenzte gegen dieBasis des Vorsprunges gerichtete radiale Komponente aufweist.
Wenn eine solche Komponente über die Querschnittsfläche der Basis verteilt ist, ist sie unbedeutend und unfähig zur Erzeugung einer dauernden Verformung, während auf der andernSeite die obere Zone des Vorsprunges durch diedarnufausgeübten hohen spezifischen Drücke fortschreitend gequetscht wird. Ein radial nach aussen gerichtetes Fliessen von Metall wird durch die genannte Begrenzung der radialen Komponente des Druckes in ausreichendem Masse verhindert, so dass das Metall in der Hauptsache in Umfangsrichtung in entgegengesetzten Richtungen entlang der Lücke zwischen den Werkzeugen fliesst, um so hervortretende Endflächen am Vorsprung zu bilden.
Da, wie durch den Fachmannleichtfestgestelltwerdenkann, ein Überstehen eines Vorsprungendes von nicht mehr als 0, 2 mm in den Durchbruch hinein ausreichend ist, um einen Rollkörper von 3 mm Durchmesser festzuhalten, ist der plastische Fluss des Metalls relativ begrenzt im Vergleich zum Volumen des Vorsprunges.
Das Fliessen des Metalls, herrührend von einer in der Mitte gelegenen Zone der Vorsprungslänge, trägt relativ wenig zur Bildung der hervortretenden Endflächen bei ; daher wird entsprechend einer bevorzugten Ausführung der Erfindung der Quetschdruck hauptsächlich auf die Endzonen des Vorsprunges ausgeübt. Zu diesem Zweck bilden die in Fig. 4 gezeigten Werkzeuge 136 und 137 gegeneinander und gegen den Vorsprung 30 eine konkave Oberfläche 136a bzw. 137a. In dieser Ausführungsform werden die vier Ecken 30' des Vorsprunges zuerst von den Pressflächen berührt und plastisch zu hornähnlichen Vorsprüngen verformt, welche sich in Umfangsrichtung in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, wie es im folgenden noch erläutert wird.
Da die Werkzeuge 36,37 und 136,137 den Vorsprung zwischen einander drücken, können solche Werkzeuge als die beiden Backen einer zangenähnlichen Vorrichtung ausgebildet werden. Eine solche Vorrichtung würde jedoch relativ umfangreich und empfindlich sein. Es hat sich nun gezeigt, dass die Pressflächen nicht notwendigerweise gegeneinander beweglich sein müssen. Entsprechend dervorteilhaf- testen, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird eine Art Prägewerkzeug 40 verwendet, welches eine längliche, ebene Fläche 41 aufweist, in welcher Quernuten 42 und 43 in einem gegenseitigen Abstand ausgebildet sind, welcher gleich dem der zwei Vorsprünge 30 auf einem Steg des zu fertigenden Käfigs ist.
Jede der genannten Nuten weist eine V-förmige Querschnittsform auf und wird in einfacher Weise mittels eines rotierenden Schleif- oder Fräswerkzeuges gefertigt, welches in Fig. 6 schematisch mit 44 bezeichnet ist. Seine Schneidefläche, deren Gestalt doppeltkonisch ist, wird senkrecht gegen die Fläche 41 gerichtet. Werkzeuge dieser Art werden häufig benutzt, um V-förmige Nuten herzustellen, wenn ihre Schneidfläche parallel zur zu bearbeitenden Fläche gerichtet ist. Der Durchmesser des Schleif-oder Fräswerkzeuges ist kleiner als der Aussendurchmesser des Käfigs, so dass die Krümmung des Bodens 45 jeder der Nuten 42, 43 grösser als die Krümmung des Kammes 46 des Vorsprunges 30 ist (s. Fig. 9).
Auf diese Weise erhält man, entsprechend der doppeltkonischen Form des Schleif- oder Fräswerkzeuges, Flanken 47 und 48 jeder Nut, welche gegenüber dem Vorsprung konkav sind (Fig. 5).
Beim Arbeitsvorgang wird der Käfigrohling 20 (Fig. 11) auf einem passenden Dorn 50 befestigt, wobei jeweils ein Steg 23 durch den Dorn in radialer Richtung fest gestützt wird und. das. Werkzeug 40 in radialer Richtung herangeführt, so dass es mit seinen Nuten 42 und 43 auf die beiden Vorsprünge 30 auf dem Steg 23
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auftrifft. Der deformierende Axialdruck wird zunächst durch die Nutenflanken 47 und 48 (Fig. 7) auf die vierEcken 30'des Vorsprunges 30 ausgeübt, wie in Fig. 4 gezeigt. Sobald das Werkzeug auftrifft, verkeilt sich der Vorsprung 30 in die Nut, wobei die entgegengesetzten Endzonen des Vorsprunges sich plastisch zu deformieren beginnen und das Vorsprungsmetall plastisch in Umfangsrichtung in entgegengesetzte Richtungen fliesst (Fig. 8 und 10).
Ein Rückfliessen des Metalls wird einerseits durch die begrenzte Radialkomponente des auftretenden Druckes verhindert und anderseits durch die Berührung Vorsprung-Werkzeug, welche progressiv gegen die Mittelzone der Vorsprungslänge fortschreitet. Als Folge davon wird der Vorsprung in axialer Richtung gequetscht und es bilden sich in Umfangsrichtung vorstehende Endflächen am Vorsprung, welche die Gestalt von homähnlichen Vorsprüngen 51 annehmen. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit halben Öffnungswinkeln cx der Nuten 42, 43 (Fig. 12) erzielt, welche sich zwischen 10 und 350 bewegen. Auch grössere Winkel bis zu 45 können angewendet werden, vorausgesetzt, dass die zusammenwirkenden Werkzeug- und Vorsprungs flächen ausreichend geschmiert sind, um die Reibung herabzusetzen.
Darüber hinaus sollen die Winkel a und ss vorteilhaft einander angenähert werden, um einen positivenDifferenzwinkel y in derGrösse von 4 bis 50 zu erhalten, so dass dadurch ein hoher spezifischer Pressdruck von der Basis des Vorsprunges und damit auch von den Sehnenstützflächen 33 möglichst femgehalten ist.
Die Fig. 13 und 14 zeigen eine allgemeine Ansicht der Vorsprünge 30 an einem fertigen Käfig, wobei einRollkörper 25 durch Einschnappen zwischen ein Paar der Stege 23 eingefügt ist. Man erkennt, dass die hornähnlichen Vorsprünge 51, die sich von den Vorsprüngen 30 aus in Umfangsrichtung in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, ein Entweichen des Rollkörpers 25 nach aussen wirksam verhindern, wobei die Sehnenstützflächen 33 unzerstört bleiben.
Im Vergleich zu den nach bekannten Verfahren herge- stellten Sicherungsvorsprüngen weisen die hornähnlichen Enden der vorliegenden Vorsprünge eine spezifische Eignung dahingehend auf, dass sie sich leicht um einen kleinen Betrag abrunden, wenn ein Ausweichwiderstand beim Einlegen eines Rollkörpers durch Einschnappen dazwischen auftritt, so dass eine gelegentliche andauernde Verformung der Stege selbst beim Zusammensetzen des Lagers vermieden wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Metallkäfigen für Nadellager, bei welchem die Endabschnitte der Käfigstege zurParallelführung derRollkörper untereinander dienen und die Rollkörper in radialer Richtung im Käfig durch einerseits ein in Umfangsrichtung verbreitertes Mittelstück an jedem Steg und anderseits durch einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden radialen Vorsprung an jedem Endabschnitt des Steges zurückgehalten werden, welcher in Umfangsrichtung vortretende Endflächen aufweist, wobei das Mittelstück des Steges und die.
vortretenden Endflächen des Vorsprunges in radialer Richtung diesseits und jenseits des theoretischen Teilungszylinders derRollkörper liegen, dadurch gekennzeichnet, dass durch axiales Quetschen zumindest der Endzonen der Vorsprünge (30) das Metall der Vorsprünge zu einem plastischen Fliessen in Umfangsrichtung in entgegengesetzten Richtungen gebracht wird, um dadurch die beiderseits in Umfangsrichtung vortretenden Endflächen (51) auszubilden.