DE102006006146B3

DE102006006146B3 - Verfahren zur Herstellung eines Massivkäfigs eines Wälzlagers und Wälzlagerkäfig

Info

Publication number: DE102006006146B3
Application number: DE102006006146A
Authority: DE
Inventors: Alfred Weidinger
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Massivkäfigs (1) eines Wälzlagers, bei dem zunächst eine Anzahl in Radialrichtung (R) betrachtet viereckige Aufnahmetaschen (2) für Wälzkörper in einem ersten Fräsprozess in einen Käfiggrundkörper (3) eingebracht werden und dann mit einem Bohr- oder Fräswerkzeug (4) Hinterstiche (5) für die Wälzkörper in den Ecken der viereckigen Kontur der Aufnahmetaschen (2) erzeugt werden. Um die Anbindungsfläche zwischen Steg und Käfigring zu vergrößern, schlägt die Erfindung vor, dass das Erzeugen der Hinterstiche (5) so erfolgt, dass ein Bewegen der Schnittfläche (6) des Bohr- oder Fräswerkzeugs (4) von der Drehachse (7) des Käfiggrundkörpers (3) weg oder auf sie zu bei gleichzeitiger Relativbewegung zwischen dem Käfiggrundkörper (3) und dem Bohr- oder Fräswerkzeug (4) in Umfangsrichtung (U) stattfindet. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Wälzlagerkäfig.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Massivkäfigs eines Wälzlagers, bei dem zunächst eine Anzahl in Radialrichtung betrachtet viereckige Aufnahmetaschen für Wälzkörper in einem ersten Fräsprozess in einen Käfiggrundkörper eingebracht werden und dann mit einem Bohr- oder Fräswerkzeug Hinterstiche für die Wälzkörper in den Ecken der viereckigen Kontur der Aufnahmetaschen erzeugt werden. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Wälzlagerkäfig.
Beispielsweise bei Massivkäfigen von Zylinderrollenlagern ist die genannte Fertigungsmethode bekannt. Zunächst wird die Grundkontur der Aufnahmetaschen für die Wälzkörper in den ringförmigen Käfiggrundkörper gefräst. Die Form der Aufnahmetaschen wird hier als viereckig angesprochen. Im Falle eines Zylinderrollenlagers handelt es sich um eine rechteckförmige Kontur, bei Kegelrollenlagern ist die Kontur trapezförmig. Bei Pendelrollenlagern ist die Kontur auch im wesentlichen viereckig, allerdings sind dort zwei der Begrenzungslinien nicht gerade, sondern bogenförmig.
Damit die in die Taschen einzubringenden Wälzkörper nicht an den Ecken der Aufnahmetaschen ungewollt anlaufen, werden in den Ecken der viereckigen Kontur Hinterstiche eingebracht.
In 1 und 2 ist eine Ausgestaltung nach dem Stand der Technik skizziert. 2 zeigt, in radialer Richtung R des Käfiggrundkörpers 3 gesehen, einen Teil eines Massivkäfigs 1, der eine Anzahl Aufnahmetaschen 2 aufweist, von denen drei zu sehen sind. In den Ecken der Aufnahmetaschen sind Hinterstiche 5 eingebracht, die gemäß der Darstellung in 1 erzeugt werden. Hiernach wird ein Bohr- oder Fräswerkzeug 4, hier in Form eines Bohrers, in radiale Richtung R in den Ecken der Aufnahmetaschen 2 so zugestellt, dass die in 2 dargestellte Kontur der Hinterstiche 5 entsteht. Während der radialen Zustellung des Bohrers ist der Käfiggrundkörper ortsfest, d. h. er führt insbesondere keine Bewegung in Umfangsrichtung U aus.
Nachteilig ist es dabei, dass durch den Bohr- bzw. Fräsvorgang zur Erzeugung des Hinterstichs 5 die Anbindungsfläche zwischen den Stegen 8 des Massivkäfigs 1 und den Seitenringen 9, 10 relativ klein wird, wodurch die Festigkeit des Käfigs herabgesetzt wird.
Aus der DE 100 21 089 B4 ist ein Käfig für ein Wälzlager bekannt, bei dem in den Ecken viereckiger Aufnahmetaschen für Wälzkörper Hinterstiche mittels eines Fräswerkzeugs eingearbeitet werden. Dabei wird als Fräswerkzeug ein Formfräser eingesetzt, dessen Einhüllende durch Eindrücken des Werkzeugs in die Ecken in den Käfigtaschen abgebildet wird. Das Einsetzen eines Formfräser ist dabei relativ aufwändig, da die benötigte Außenkontur des Fräsers mitunter schwierig herzustellen ist.
Andere Lösungen zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälzlager sind beispielsweise aus der DE 10 2004 026 291 A1 , aus der EP 1 233 199 A2 und aus der JP 2004-340266 A bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. ein entsprechendes Wälzlager zu schaffen, die den genannten Nachteil nicht mehr aufweisen. Das Verfahren und das Wälzlager sollen sich also dadurch auszeichnen, dass eine größere Anbindungsfläche zwischen Steg und Seitenring vorliegt. Hierdurch soll es gegebenenfalls auch möglich werden, bei hinreichender Anbindungsfläche zwischen Steg und Seitenring einen weiteren Wälzkörper im Wälzlager unterzubringen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Hinterstiche in den Ecken der Aufnahmetaschen so erfolgt, dass ein Bewegen der Schnittfläche des Bohr- oder Fräswerkzeugs von der Drehachse des Käfiggrundkörpers weg oder auf sie zu bei gleichzeitiger Relativbewegung zwischen dem Käfiggrundkörper und dem Bohr- oder Fräswerkzeug in Umfangsrichtung stattfindet.
Dabei wird bevorzugt so vorgegangen, dass das Bohr- oder Fräswerkzeug und insbesondere dessen Schnittfläche beim Erzeugen der Hinterstiche relativ zum Käfiggrundkörper eine bogenförmige Bahn beschreibt.
Diese Vorgehensweise beim Fräsen bzw. Bohren der Hinterstiche in den Ecken der Aufnahmetasche ermöglicht die Schaffung einer größeren Anbindungsfläche zwischen den Stegen des Käfigs und den Seitenringen, was zu einer höheren Steifigkeit führt. Wird auf eine höhere Steifigkeit verzichtet, kann das erfindungsgemäße Vorgehen dazu führen, dass ein Wälzkörper mehr im Wälzlager untergebracht werden kann – verglichen mit der Situation, die sich bei herkömmlicher Fertigung ergibt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass das Erzeugen der Hinterstiche so erfolgt, dass das Bohr- oder Fräswerkzeug translatorisch in eine Richtung bewegt wird, die mit der Radialenrichtung einen Winkel einschließt. Die translatorische Bewegungsrichtung liegt dabei bevorzugt, aber nicht notwendiger Weise, in einer Ebene, die senkrecht auf der Drehachse des Käfiggrundkörpers steht.
Die Einhüllende der Schnittfläche des Bohr- oder Fräswerkzeugs kann in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen konvex ausgebildet sein, wobei besonders bevorzugt eine kugelförmige Ausbildung vorgesehen ist.
Alternativ dazu kann die Einhüllende der Schnittfläche des Bohr- oder Fräswerkzeugs auch zylinderförmig ausgebildet sein.
Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig, der einen Käfiggrundkörper aufweist, in den eine Anzahl in Radialrichtung betrachtet viereckige Aufnahmetaschen für Wälzkörper eingebracht sind, wobei in den Ecken der viereckigen Kontur der Aufnahmetaschen Hinterstiche für die Wälzkörper angeordnet sind, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Oberflächen der Hinter- stiche, in Richtung der Drehachse des Käfiggrundkörpers gesehen, einen bogenförmigen Verlauf aufweisen, wobei der Hinterstich in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse des Käfiggrundkörpers äquidistant zur Form der Aufnahmetasche in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse des Käfiggrundkörpers in der axialen Mitte der Aufnahmetasche verläuft.
Dabei kann die Oberfläche der Hinterstiche einen Teil eines in Hauptachsenrichtung gebogenen Kreiszylinders bilden.
Bei dem vorgeschlagenen Käfig handelt es sich bevorzugt um einen solchen für ein Zylinderrollenlager oder für ein Kegelrollenlager.
Der optimierte Hinterstich kann also beispielsweise auf einer CNC-Fräsmaschine durch gleichzeitiges Verdrehen der Käfigachse und durch das Zurückziehen des Bohr- oder Fräswerkzeugs hergestellt werden. Das Fräs- oder Bohrwerkzeug kann beispielsweise kugelförmig oder als Schaftfräser mit Halbkugelform ausgeführt sein.
Das Bohr- oder Fräswerkzeug kann also beim Erzeugen der Hinterstiche bezüglich des Käfigs bzw. dessen Grundkörper und relativ zu diesem betrachtet senkrecht zur Rotationsachse des Werkzeugs – eine bogenartige Bahn beschreibend – aus der Ausnahmetasche des Käfigs heraus bewegt werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Teil eines Zylinderrollenlager-Massivkäfigs im Schnitt A-B nach 2 gemäß dem Stand der Technik,
2 einen Teil des Zylinderrollenlager-Massivkäfigs in Radialrichtung gesehen,
3 einen Teil eines Zylinderrollenlager-Massivkäfigs im Schnitt A-B nach 2 gemäß einer ersten Verfahrensweise bei der Herstellung des Käfigs,
4 die Darstellung nach 3 bei einer zweiten Verfahrensweise bei der Herstellung des Käfigs und
5 die Darstellung nach 3 bei einer dritten Verfahrensweise bei der Herstellung des Käfigs.
Die Darstellung nach 2 zeigt einen Ausschnitt eines Zylinderrollenlager-Massivkäfigs 1 und gilt sowohl für den Stand der Technik als auch für die Erfindung. Während in 1 jedoch die Kontur der Hinterstiche 5 beim Einsatz vorbekannter Verfahren illustriert ist, zeigen die 3 bis 5 einen erfindungsgemäßen Käfig, bei dem die Hinterstiche 5 nach dem vorgeschlagenen Verfahren gefertigt werden.
In 3 ist zu sehen, dass zum Fräsen der Hinterstiche 5 ein Fräswerkzeug 4 eingesetzt wird, dessen Schnittfläche 6 kugelförmig ausgebildet ist. Der Hinterstich 5 wird bei in die Aufnahmetasche 2 eingeführtem Fräswerkzeug 4 gefräst, indem das Werkzeug 4 in Richtung des Pfeils radial nach außen bewegt wird, wobei die Achse des Werkzeugs 4 zur radialen Richtung R einen Winkel α einschließt. Während dieser translatorischen Bewegung des Werkzeugs 4 erfolgt ein gleichzeitiges Drehen des Grundkörpers 3 des Käfigs 1 um die Drehachse 7 des Grundkörpers 3 in Umfangsrichtung U, so dass der Fräser 4 relativ zum Käfig 1 eine bogenförmige Bahn beschreibt. Entsprechend erhält der Hinterstich 5 die Form eines in Längsrichtung gebogenen Kreiszylinders.
In 4 ist illustriert, dass es auch möglich ist, dass das Fräswerkzeug 4 bei seiner Verschiebebewegung radial nach außen geschwenkt werden kann, und zwar insbesondere um eine Achse, die in Richtung der Drehachse 7 des Käfiggrundkörpers 3 weist. Das Fräswerkzeug 4 ist hier in zwei unterschiedlichen Positionen skizziert, wobei die radial weiter innen liegende Position einen früheren Verfahrenszeitpunkt darstellt, als es für die radial weiter außen liegende Position gilt; d. h. der Fräser 4 wird vorliegend von innen nach außen bewegt, um den Hinterstich 5 herzustellen. Zu erkennen ist, dass der Winkel α in der weiter innen liegenden radialen Position des Fräsers 4 kleiner ist, als es radial weiter außen der Fall ist.
In 5 ist zu sehen, dass als Fräswerkzeug 5 statt eines Fräsers mit Kugelkopf genauso auch ein Fräser 4 zum Einsatz kommen kann, der als Schaftfräser ausgebildet ist und eine zylindrische Schnittfläche aufweist.
Durch die vorzugsweise CNC-gesteuerten Bewegungen einmal der Drehung des Käfiggrundkörpers 3 um die Drehachse 7 und einmal der Verschiebebewegung des Bohr- oder Fräswerkzeugs in radiale Richtung können beliebige Kurvenformen für die Begrenzungsfläche des Hinterstichs 5 erzeugt werden.
Zu erkennen ist in den 3 bis 5 weiterhin, dass die Kontur des Hinterstichs 5 derjenigen der Aufnahmetasche 2 folgt. Wie in den gezeigten Schnittdarstellungen zu sehen ist, verläuft im Schnitt A-B gemäß 2 betrachtet die Hinterstich-Kontur äquidistant zu derjenigen der Tasche.

1: Massivkäfig
2: Aufnahmetasche
3: Käfiggrundkörper
4: Bohr- oder Fräswerkzeug
5: Hinterstich
6: Schnittfläche des Bohr- oder Fräswerkzeugs
7: Drehachse des Käfiggrundkörpers
8: Steg
9: Seitenring
10: Seitenring
R: Radialrichtung
U: Umfangsrichtung
α: Winkel

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Massivkäfigs (1) eines Wälzlagers, bei dem zunächst eine Anzahl in Radialrichtung (R) betrachtet viereckige Aufnahmetaschen (2) für Wälzkörper in einem ersten Fräsprozess in einen Käfiggrundkörper (3) eingebracht werden und dann mit einem Bohr- oder Fräswerkzeug (4) Hinterstiche (5) für die Wälzkörper in den Ecken der viereckigen Kontur der Aufnahmetaschen (2) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Hinterstiche (5) so erfolgt, dass ein Bewegen der Schnittfläche (6) des Bohr- oder Fräswerkzeugs (4) von der Drehachse (7) des Käfiggrundkörpers (3) weg oder auf sie zu bei gleichzeitiger Relativbewegung zwischen dem Käfiggrundkörper (3) und dem Bohr- oder Fräswerkzeug (4) in Umfangsrichtung (U) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohr- oder Fräswerkzeug (4) und insbesondere dessen Schnittfläche (6) beim Erzeugen der Hinterstiche (5) relativ zum Käfiggrundkörper (3) eine bogenförmige Bahn beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Hinterstiche (5) so erfolgt, dass das Bohr- oder Fräswerkzeug (4) translatorisch in eine Richtung bewegt wird, die mit der Radialenrichtung (R) einen Winkel (α) einschließt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Bewegungsrichtung in einer Ebene liegt, die senkrecht auf der Drehachse (7) des Käfiggrundkörpers (3) steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhüllende der Schnittfläche (6) des Bohr- oder Fräswerkzeugs (4) in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen konvex ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhüllende der Schnittfläche (6) des Bohr- oder Fräswerkzeugs (4) kugelförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhüllende der Schnittfläche (6) des Bohr- oder Fräswerkzeugs (4) zylinderförmig ausgebildet ist.
Wälzlagerkäfig, der einen Käfiggrundkörper (3) aufweist, in den eine Anzahl in Radialrichtung (R) betrachtet viereckige Aufnahmetaschen (2) für Wälzkörper eingebracht sind, wobei in den Ecken der viereckigen Kontur der Aufnahmetaschen (2) Hinterstiche (5) für die Wälzkörper angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Hinterstiche (5), in Richtung der Drehachse (7) des Käfiggrundkörpers (3) gesehen, einen bogenförmigen Verlauf aufweisen, wobei der Hinterstich (5) in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse (7) des Käfiggrundkörpers (3) äquidistant zur Form der Aufnahmetasche (2) in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse (7) des Käfiggrundkörpers (3) in der axialen Mitte der Aufnahmetasche (2) verläuft.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Hinterstiche (5) einen Teil eines in Hauptachsenrichtung gebogenen Kreiszylinders bildet.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es der Käfig eines Zylinderrollenlagers ist.
Wälzlagerkäfig nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es der Käfig eines Kegelrollenlagers ist.