DE102007044946A1

DE102007044946A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein auf einer gekröpften Welle oder dergleichen angeordnetes Wälzlager

Info

Publication number: DE102007044946A1
Application number: DE200710044946
Authority: DE
Inventors: Erich Lunz; Hartwig Waldert
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs (32) für ein auf einer gekröpften Welle (2) oder dergleichen angeordnetes Wälzlager. Um auch bei derartigen gekröpften Wellen (2) geschlossene Wälzlagerkäfige einsetzen zu können, wird ein profilierter, gestanzter und abgelängter Bandabschnitt (28) auf dem zugeordneten Wellenabschnitt (Kurbelzapfen 26) fertig bearbeitet. Der Bandabschnitt (28) wird an den Wellenabschnitt angelegt und um diesen herumgebogen. Sodann werden die Bandabschnittenden miteinander zu einem geschlossenen Wälzlagerkäfig (32) verbunden. Anschließend kann eine weitere Oberflächenbearbeitung des Wälzlagerkäfigs stattfinden, wie Härten, Schleifen, Beschichten usw.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein auf einer gekröpften Welle oder dergleichen angeordnetes Wälzlager
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein auf einer einstückigen, gekröpften Welle oder dergleichen angeordnetes Wälzlager, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Derartige Wälzlager sind üblicherweise so aufgebaut, dass die vom Wälzlagerkäfig gehaltenen Wälzkörper ohne Lagerringe einerseits direkt auf den Wellenzapfen und andererseits auf der zugehörigen Gegenfläche laufen.
Hintergrund der Erfindung
Ein typischer Anwendungsbereich für die vorliegende Erfindung sind aus einem Stück gefertigte Kurbelwellen, Nockenwellen und dergleichen, also Wellen, bei denen die Wälzlagerkäfige nicht axial auf die zugeordneten Wellenzapfen aufgeschoben werden können. Bei Kurbelwellen betrifft dies sowohl die Grundlagerzapfen für die Drehlagerung der Kurbelwelle als auch die Kurbelzapfen, an denen die zugeordneten Pleuel angreifen. Da die Wälzlagerkäfige nicht axial aufgeschoben werden können, werden im Allgemeinen geteilte Wälzlagerkäfige verwendet, wie beispielsweise sie die DE 1 249 020 A und die DE 1 840 715 U schon zeigen. Diese haben sich bei langsam laufenden und großen Maschinen wie Pressen, Schiffsdieselmotoren usw., bei denen im Betrieb keine allzu großen Fliehkräfte auftreten, bewährt. Bei schnell laufenden Maschinen, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren für Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, hat sich gezeigt, dass aufgrund der höheren Drehzahlen und der dadurch verursachten höheren Fliehkräfte die nicht miteinander verbundenen Wälzlagerkäfighälften ähnlich wie Trommelbremsen wirken, was große Reibungskräfte und einen hohen Verschleiß zur Folge hat. Eine Verbindung der beiden Käfighälften an den beiden Trennstellen ist jedoch fertigungstechnisch verhältnismäßig aufwendig.
Es sind zwar insbesondere bei kleinen Einzylindermotoren beispielsweise für Mofas, Motorsägen und dergleichen schon so genannte "gebaute Kurbelwellen" verwirklicht worden, die so teilbar sind, dass die Grundlagerzapfen und/oder Kurbelzapfen axial zugänglich sind, so dass geschlossene Lager bzw. Lagerkäfige aufgeschoben werden können. Derartige Kurbelwellen sind jedoch für Mehrzylindermotoren konstruktiv und baulich äußerst aufwendig und damit teuer herzustellen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs vorzuschlagen, welche erlauben, mit einfachen Mitteln auch bei einer einstückigen, gekröpften Welle geschlossene Wälzlagerkäfige einzusetzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es genügen müsste, einen Wälzlagerkäfig in einer separaten Fertigungsanlage so weit vorzubereiten, dass er nur an einer Trennstelle noch offen ist, so dass er nach der Montage auf dem zugeordneten Wellenzapfen nur an dieser Trennstelle zusammengefügt werden muss.
Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein auf einer einstückigen, gekröpften Welle oder dergleichen angeordnetes Wälzlager. Dabei sind erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen:

a) Ein flaches Metall-Bandmaterial wird entsprechend dem gewünschten Querschnittsprofil profiliert,
b) aus dem profilierten Bandmaterial werden Ausnehmungen zur Aufnahme von Wälzkörpern ausgestanzt,
c) ein dem Umfang des Wälzlagerkäfigs entsprechender Bandabschnitt wird abgetrennt,
d) der Bandabschnitt wird an einen zugeordneten Wellenabschnitt angelegt und um diesen herum zu einem geschlossenen Käfigring gebogen,
e) die aneinander anliegenden Enden des Bandabschnittes werden miteinander verbunden.

Die Verbindung der Enden des Bandabschnittes erfolgt bei einem schweißbaren Material vorzugsweise durch Schweißen.
Auf diese Weise erhält man einen geschlossenen Wälzlagerkäfig ohne die Notwendigkeit, die Welle als "gebaute", also als teilbare Welle auszubilden.
Es ist zwar grundsätzlich bereits ein Verfahren zur Herstellung so genannter Schweißkäfige bekannt, bei welchem in dafür ausgelegten Fertigungsanlagen flaches Stahlband profiliert, gestanzt und abgelängt sowie anschließend rund gebogen und verschweißt wird. Dieses Verfahren führt jedoch lediglich zu auf diese besondere Herstellungsweise hergestellten geschlossenen Wälzlagerkäfigen, die in der weiter vorne beschriebenen Weise nur in Verbindung mit gebauten Kurbelwellen oder dergleichen verwendbar sind. Im Gegensatz dazu erfolgt erfindungsgemäß das Biegen und Schließen des Bandabschnittes direkt auf dem zugeordneten Wellenabschnitt, auf welchem der Wälzlagerkäfig verbleibt, so dass dieses Verfahren es ermöglicht, einen geschlossenen Wälzlagerkäfig auch in Verbindung mit einer einstückigen, gekröpften Welle einzusetzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Bandabschnitt vor dem Anlegen an den zugeordneten Wellenabschnitt vorgebogen wird, so dass er direkt und weitgehend verliersicher an dem Wellenabschnitt bei dem vorzunehmenden Bearbeitungsvorgang des Fertigbiegens gehalten werden kann. Es versteht sich, dass der Bandabschnitt höchstens so weit vorgebogen wird, dass er sich noch auf den zugeordneten Wellenabschnitt auffädeln lässt.
Um die Verschleißfestigkeit des Wälzlagerkäfigs zu verbessern, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der auf dem Wellenabschnitt angeordnete geschlossene Wälzlagerkäfig gehärtet wird. Gemäß einer speziellen Verfahrensweise kann der Wälzlagerkäfig induktiv erwärmt und anschließend beispielsweise durch Abduschen mit einem Abschreckmedium abgeschreckt werden. Ein anderes denkbares Härteverfahren sieht vor, dass die Käfigoberfläche lasergehärtet wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der auf dem Wellenabschnitt angeordnete geschlossene Wälzlagerkäfig am Außenumfang geschliffen wird. Auf diese Weise wird eine exakte Rundheit des Wälzlagerkäfigs erreicht und ein eventueller Stoß in dem Bereich, in welchem die Enden des Bandabschnittes miteinander verbunden sind, begradigt. Als Schleifverfahren kommen beispielsweise Einstichschleifen oder Kalibrieren in Frage.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der auf dem Wellenabschnitt angeordnete Wälzlagerkäfig oberflächenbeschichtet wird. Die Beschichtung erfolgt vorzugsweise auf galvanischem Wege, indem nur am Wälzlagerkäfig eine elektrische Spannung ange legt und die Welle zusammen mit dem Lagerkäfig der das Beschichtungsmaterial enthaltenden Elektrolytlösung ausgesetzt wird.
Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die eine feste Spannstation zum Einspannen der Welle umfasst, wobei der Spannstation jeweils nacheinander an die Spannstation zustellbare Einrichtungen zum Anlegen eines Bandabschnittes an den Wellenabschnitt, zum Biegen des Bandabschnittes und Verbinden der Enden desselben und gegebenenfalls zur weiteren Oberflächenbearbeitung des geschlossenen Käfigringes zugeordnet sind. Diese Einrichtungen werden entsprechend der Aufeinanderfolge der für die Herstellung des Wälzlagerkäfigs vorgesehenen Bearbeitungsschritte nacheinander an die Spannstation zugestellt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine bewegliche Spannstation zum Einspannen der Welle umfasst, wobei die Spannstation aufeinander folgend jeweils Einrichtungen zum Anlegen eines Bandabschnittes an den Wellenabschnitt und Verbinden der Enden desselben und gegebenenfalls zur weiteren Oberflächenbearbeitung des geschlossenen Käfigringes zugeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 schematisch eine Seitenansicht einer Kurbelwelle mit mehreren Grundlager- und Kurbelzapfen,
2 in einer perspektivischen Darstellung eine Kurbelwelle mit einem an einen Kurbelzapfen angelegten Bandabschnitt,
3 eine Ansicht der Kurbelwelle der 2 in Richtung des Pfeils A,
4 eine Ansicht entsprechend der 3 mit einem weiter umgebogenen Bandabschnitt,
5 eine Ansicht entsprechend den 3 und 4 mit einem zu einem geschlossenen Ring gebogenen Bandabschnitt,
6 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs, und
7 eine andere Ausgestaltung einer Vorrichtung zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine typische einstückige Kurbelwelle 2 mit drei Grundlagerzapfen 4 und zwei Kurbelzapfen 6. Die Grundlagerzapfen 4 dienen der Drehlagerung der Kurbelwelle 2 für eine Drehung um die Rotationsachse 8. An den Kurbelzapfen 6 greifen in an sich bekannter Weise nicht dargestellte Pleuel an, welche die Hin- und Herbewegung von Kolben einer Brennkraftmaschine auf die Kurbelwelle 2 übertragen. An den die Grundlagerzapfen 4 mit den Kurbelzapfen 6 verbindenden Wangen 10 sind dem Massenausgleich dienende Gegengewichte 12 angeordnet.
2 zeigt einen Teil einer beispielsweise für einen Vierzylinder-Motor ausgelegten Kurbelwelle 14, wobei drei Grundlagerzapfen 16, 18, 20 sowie drei Kurbelzapfen 22, 24, 26 dargestellt sind. Ein an den in 2 Kurbelzapfen 26 rechts anschließender Teil der Kurbelwelle 14 ist aus Gründen einer verständlicheren Darstellung nicht gezeigt.
Die Kurbelwelle 14 ist einstückig ausgebildet und so gestaltet, dass Wälzlagerkäfige für die Drehlagerung der Kurbelwelle sowie für die Lagerung der Pleuel nicht axial auf die Grundlagerzapfen 16, 18, 20 bzw. die Kurbelzapfen 22, 24, 26 (sowie weitere, nicht dargestellte Grundlagerzapfen und Kurbelzapfen) aufgeschoben werden können. Um keine geteilten Wälzlagerkäfige verwendet zu müssen, werden vorbereitete, also profilierte, gestanzte und abgelängte Bandabschnitte an die jeweiligen Wellenzapfen angelegt, um diese herum gebogen und an ihren Enden miteinander verbunden.
2 zeigt einen Bandabschnitt 28, welcher in einer separaten Bearbeitungsstation vorbereitet wurde. Wie 2 erkennen lässt, ist der Bandabschnitt 28 im Querschnitt profiliert und gestanzt, wobei Taschen bzw. Ausnehmungen 30 zur Aufnahme von Wälzkörpern, im vorliegenden Fall von Nadeln oder Rollen gebildet wurden. Wie 2 weiter erkennen lässt, ist der Bandabschnitt 28 in seinen beiden Endbereichen schon derart vorgebogen, dass sich diese nach dem Fertigbiegen an den Kurbelzapfen 26 anschmiegen.
3 zeigt die Kurbelwelle 14 in einer Ansicht entsprechend dem Pfeil A in 2, wobei sich der Bandabschnitt 28 im wesentlichen im gleichen Bearbeitungsstadium befindet. Wie insbesondere die 4 und 5 zeigen, wird der Bandabschnitt 28 in einem oder mehreren weiteren Bearbeitungsschritten mittels nicht dargestellter Biegewerkzeuge zu einem den Kurbelzapfen 26 umgreifenden Ring gebogen und beispielsweise durch Verschweißen der beiden Bandabschnittenden zu einem geschlossenen Wälzlagerkäfig 32 ausgebildet, in dessen Taschen bzw. Ausnehmungen 30 dann die Wälzkörper eingelegt werden können.
6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs gemäß der Erfindung mit einer festen Spannstation 34 zum Einspannen einer Kurbelwelle 36, sowie mit an diese Spannstation zustellbaren Bearbeitungsstationen 38, 40, 42 und 44 zum Anlegen eines Bandabschnittes an einen der Wellenzapfen, zum Biegen des Bandabschnittes, zum Verbinden von dessen Enden sowie beispielsweise für Oberflächenbehandlungen des geschlossenen Wälzlagerkäfigs.
7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die der 6, wobei jedoch im Unterschied dazu die Spannstation 46 in Richtung des Pfeils B verfahrbar und so den hintereinander angeordneten Bearbeitungsstationen 48, 50, 52 und 54 zuführbar ist.

2: Kurbelwelle
4: Grundlagerzapfen
6: Kurbelzapfen
8: Rotationsachse
10: Wangen
12: Gegengewichte
14: Kurbelwelle
16: Grundlagerzapfen
18: Grundlagerzapfen
20: Grundlagerzapfen
22: Kurbelzapfen
24: Kurbelzapfen
26: Kurbelzapfen
28: Bandabschnitt
30: Tasche bzw. Ausnehmung
32: Wälzlagerkäfig
34: Spannstation
36: Kurbelwelle
38: Bearbeitungsstation
40: Bearbeitungsstation
42: Bearbeitungsstation
44: Bearbeitungsstation
46: Spannstation
48: Bearbeitungsstation
50: Bearbeitungsstation
52: Bearbeitungsstation
54: Bearbeitungsstation
A: Pfeil
B: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1249020 A [0003]
- DE 1840715 U [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs (32) für ein auf einer einstückigen, gekröpften Welle (2) oder dergleichen angeordnetes Wälzlager, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Ein flaches Metall-Bandmaterial wird entsprechend dem gewünschten Querschnittsprofil profiliert, b) aus dem profilierten Bandmaterial werden Ausnehmungen (30) zur Aufnahme von Wälzkörpern ausgestanzt, c) ein dem Umfang des Wälzlagerkäfigs (32) entsprechender Bandabschnitt (28) wird abgetrennt, d) der Bandabschnitt (28) wird an einen zugeordneten Wellenabschnitt (26) angelegt und um diesen herum zu einem geschlossenen Käfigring gebogen, e) die aneinander anliegenden Enden des Bandabschnittes (28) werden miteinander verbunden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandabschnitt (28) vor dem Anlegen an den Wellenabschnitt (26) vorgebogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Wellenabschnitt (26) angeordnete geschlossene Wälzlagerkäfig (32) gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig (32) induktiv erwärmt und dann abgeschreckt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig an seiner Oberfläche lasergehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Wellenabschnitt (26) angeordnete Wälzlagerkäfig (32) am Außenumfang geschliffen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Wellenabschnitt (26) angeordnete Wälzlagerkäfig (32) oberflächenbeschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerkäfig (32) galvanisch beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur am Wälzlagerkäfig (32) eine elektrische Spannung angelegt und die Welle (2) zusammen mit dem Wälzlagerkäfig (32) der das Beschichtungsmaterial enthaltenden Elektrolytlösung ausgesetzt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine feste Spannstation (34) zum Einspannen der Welle (36) umfasst, und dass der Spannstation jeweils nacheinander an die Spannstation zustellbare Bearbeitungsstationen (38, 40, 42, 44) zum Anlegen eines Bandabschnittes (28) an den Wellenabschnitt, zum Biegen des Bandabschnittes und Verbinden der Enden desselben und gegebenenfalls zur weiteren Oberflächenbearbeitung des geschlossenen Wälzlagerkäfigs (32) zugeordnet sind.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine bewegliche Spannstation (46) zum Einspannen der Welle (36) umfasst, und dass die Spannstation (46) aufeinander folgend Bearbeitungsstationen (48, 50, 52, 54) zum Anlegen eines Bandabschnittes (28) an den Wellenabschnitt (Kurbelzapfen 26) und Verbinden der Enden desselben sowie gegebenenfalls zur weiteren Oberflächenbearbeitung des geschlossenen Wälzlagerkäfigs (32) zugeführt wird.