DE102007045275A1

DE102007045275A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein auf einer gekröpften Welle oder dergleichen angeordnetes Wälzlager

Info

Publication number: DE102007045275A1
Application number: DE102007045275A
Authority: DE
Inventors: Erich Lunz
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-22
Also published as: DE102007045275B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein auf einer einstückigen, gekröpften Welle (28) oder dergleichen angeordnetes Wälzlager. Um auch bei derartigen Wellen geschlossene Wälzlagerkäfige einsetzen zu können, werden gemäß der Erfindung zwei Käfighälften (2, 4) auf den zu lagernden Lagerzapfen (13) aufgelegt. Der aus den beiden Käfighälften (2, 4) gebildete Käfigring wird anschließend in einem Kunststoff-Spritzwerkzeug mit einem Mantel (6) umspritzt, welcher die beiden Käfighälften (2, 4) zu einem geschlossenen Wälzkäfig (10) verbindet.

Description

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 den zugehörigen Gegenflächen 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 üblicherweise geteilte Wälzlagerkäfige verwendet, wie sie beispielsweise die DE 1 249 020 A und die DE 1 840 715 U schon zeigen. Diese haben sich bei langsam laufenden, im Allgemeinen 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 Wälzlager bzw. Wälzlagerkäfige aufgeschoben werden können. Derartige Kurbelwellen sind jedoch für Mehrzylindermotoren konstruktiv und baulich äußerst aufwendig und damit in der Herstellung teuer.
Als Material für Wälzlagerkäfige kommt in der Regel ein verformbarer Metallwerkstoff zum Einsatz. Es ist jedoch auch bekannt, Wälzlagerkäfige in einem Gieß- oder Spritzverfahren aus Kunststoff herzustellen. Die DE 41 41 061 A1 zeigt beispielsweise ein Verfahren, bei welchem ein als Wälzkörpermagazin dienendes Kernelement in eine Kunststoff-Spritzform eingelegt und mit Kunststoff umspritzt wird, wobei von dem Kunststoffmaterial freizuhaltende Räume durch geeignete Schieber eingenommen werden. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch bisher auf die Herstellung von geschlossenen Wälzlagerkäfigen beschränkt gewesen, die bei teilbaren Kurbelwellen eingesetzt werden, wie oben dargelegt wurde.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs vorzustellen, welche es erlauben, mit einfachen Mitteln auch bei einer einstückigen, gekröpften Welle geschlossene Wälzlagerkäfige einzusetzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Technik des Umspritzens von Kernelementen auch dazu verwendet werden kann, zwei Wälzlagerkäfighälften miteinander zu einem geschlossenen Wälzlagerkäfig zu verbinden.
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) Es werden zwei Käfighälften hergestellt.
b) Die Käfighälften werden anschließend um einen Wellenabschnitt bzw. Lagerzapfen herum gelegt derart, dass sie einen Käfigring bilden.
c) Der Wellenabschnitt bzw. Lagerzapfen wird dann mit dem Käfigring in ein Kunststoff-Spritzwerkzeug eingelegt.
d) Schließlich wird der Käfigring außen mit einem geschlossenen Kunststoffmantel umspritzt, wobei die Ausnehmungen bzw. Taschen zur späteren Aufnahme der Wälzkörper durch Schieber freigehalten werden.

Auf diese Weise erhält man einen geschlossenen Wälzlagerkäfig ohne die Notwendigkeit, die Welle als "gebaute", also teilbare Welle auszubilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Käfighälften aus Metall hergestellt und so vorbereitet, dass sie bereits in der gewünschten Weise profiliert und mit ausgestanzten Taschen bzw. Ausnehmungen für die spätere Aufnahme der Wälzkörper versehen sind.
Der Wellenabschnitt mit den Käfighälften wird in das Kunststoff-Spritzwerkzeug eingelegt und die Schieber werden in Position gebracht, wobei sie die Käfighälften auf Abstand zum Wellenabschnitt und zu den Wänden des Spritzwerkzeuges halten. Nach dem Schließen des Spritzwerkzeuges wird Kunststoff eingespritzt, welcher die Käfighälften außen umgibt und miteinander zu einem geschlossenen Wälzlagerkäfig verbindet, in dessen Ausnehmungen bzw. Taschen die Wälzkörper eingelegt werden können.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Kunststoff-Spritzwerkzeug zur Aufnahme eines Wellenabschnittes mit den um diesen herum angeordneten Käfighälften, und mit beweglichen Schiebern zum Freihalten der Ausnehmungen für die spätere Aufnahme der Wälzkörper. Die Schieber dienen gleichzeitig dazu, die Käfighälften im Spritzwerkzeug so zu positionieren, dass sie exakt zueinander ausgerichtet sind und weder an dem Wellenabschnitt noch an den Innenwänden des Spritzwerkzeuges anliegen, welche für den Spritzvorgang die äußere "Schalung" für den eingespritzten Kunststoff bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt
1 perspektivisch einen geschlossenen Wälzlagerkäfig,
2 schematisch in einer Schnittansicht eine Nockenwelle mit an diese anzusetzenden Käfighälften,
3 eine Ansicht etwa gemäß der 2 mit einem zugeordneten geöffneten Spritzwerkzeug,
4 eine Ansicht gemäß der 3, wobei das Spritzwerkzeug geschlossen ist, und
5 in perspektivischer Darstellung eine Nockenwelle mit auf den Lagezapfen angeordneten geschlossenen Wälzlagerkäfigen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen fertigen Wälzlagerkäfig gemäß der vorliegenden Erfindung. Er umfasst zwei beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Käfighälften 2 und 4, deren Trennebene eine Durchmesserebene ist und die zu einem Käfigring zusammengefügt sind, sowie einen den Käfigring umgebenden Mantel 6 aus einem Kunststoffmaterial. Der Wälzlagerkäfig hat in an sich bekannter Weise über den Umfang verteilte Ausnehmungen bzw. Taschen, in die Wälzkörper 8, im vorliegenden Fall Rollen eingesetzt sind. Der als Ganzes mit 10 bezeichnete Wälzlagerkäfig ist demnach ein geschlossener Käfig, der nicht nachträglich auf die Wellenstutzen einer einstückigen Kurbelwelle, Nockenwelle oder dergleichen montiert werden könnte, wie weiter vorne erläutert wurde.
Um zu ermöglichen, dass auch bei derartigen einstückigen Kurbelwellen, Nockenwellen und dergleichen geschlossene Wälzlagerkäfige verwendet werden können, werden die Käfighälften auf die jeweils zugeordneten Wellenstutzen, im vorliegenden Fall auf die Lagerzapfen der Nockenwelle aufgelegt und auf diesen Lagerzapfen durch Umspritzen zu einem geschlossenen Wälzlagerkäfig miteinander verbunden, wie im folgenden beschrieben wird.
2 zeigt beispielhaft in einer Ansicht von vorne eine Nockenwelle 12 sowie zwei Käfighälften 14 bzw. 16, die an einen Lagerzapfen der Nockenwelle 12 angesetzt werden, so dass sie einen geteilten Käfigring bilden. Der Teilungsschnitt verläuft durch den Lagerzapfen 13.
In einem nächsten, in 3 dargestellten Arbeitsschritt wird an die Nockenwelle 12 mit den an diese angesetzten Käfighälften 14 und 16 ein aus zwei Werkzeughälften 18 bzw. 20 bestehendes Kunststoff-Spritzwerkzeug angesetzt. Jede Werkzeughälfte 18, 20 besteht aus einer Halbschale 22 bzw. 24, die zu einer den jeweiligen Lagerzapfen 13 und den darauf angeordneten Käfigring umfassenden geschlossenen Schale zusammengesetzt werden können. In den Halbschalen 22, 24 sind jeweils radial verstellbare Schieber 26 angeordnet, von denen jeder nach dem Schließen der beiden Halbschalen 22, 24 in eine der Ausnehmungen bzw. Taschen der zugeordneten Käfighälften 14, 16 eingeführt wird. Die Schieber 26 fixieren die Käfighälften 14, 16 in einer derartigen Position, dass diese einen vorgegebenen Abstand zum Außenumfang des Lagerzapfens 13 und zur Innenwand des Spritzwerkzeuges einhalten, wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist. Sie halten außerdem die Ausnehmungen bzw. Taschen zur späteren Aufnahme der Wälzkörper verschlossen, wenn ein Kunststoffmaterial in das geschlossene Kunststoff-Spritzwerkzeug eingespritzt wird.
Nach dem Einspritzen des Kunststoffes werden die Schieber 26 zurückgezogen und die Werkzeughälften 18, 20 voneinander getrennt, so dass der den jeweiligen Lagerzapfen 13 umgebende geschlossene Wälzlagerkäfig 10 freigelegt wird. Anschließend werden die Wälzkörper 8 in die Ausnehmungen bzw. Taschen eingesetzt.
5 zeigt zum Zwecke der Veranschaulichung eine Nockenwelle 28 mit vier mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten, auf den Lagerzapfen der Nockenwelle montierten geschlossenen Wälzlagerkäfigen 30.

2: Käfighälfte
4: Käfighälfte
6: Mantel
8: Wälzkörper
10: Wälzlagerkäfig
12: Nockenwelle
13: Wellenabschnitt, Lagerzapfen
14: Käfighälfte
16: Käfighälfte
18: Werkzeughälfte
20: Werkzeughälfte
22: Halbschale
24: Halbschale
26: Schieber
28: Nockenwelle
30: Wälzlagerkäfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1249020 A [0002]
- DE 1840715 U [0002]
- DE 4141061 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein auf einer einstöckigen, gekröpften Welle oder dergleichen angeordnetes Wälzlager, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Es werden zwei Käfighälften (14, 16) hergestellt. b) Die Käfighälften (14, 16) werden anschließend um einen Wellenabschnitt (Lagerzapfen 13) herum gelegt derart, dass sie einen Käfigring bilden. c) Der Wellenabschnitt (13) mit dem Käfigring wird in ein Kunststoff-Spritzwerkzeug eingelegt. d) Der Käfigring wird außen mit einem geschlossenen Kunststoffmantel (6) umspritzt, wobei die Ausnehmungen bzw. Taschen zur späteren Aufnahme der Wälzkörper (8) durch Schieber (26) freigehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfighälften (14, 16) aus Metall hergestellt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Kunststoff-Spritzwerkzeug zur Aufnahme eines Wellenabschnittes (Lagerzapfen 13) mit den um diesen herum angeordneten Käfighälften (14, 16) und mit beweglichen Schiebern (26) zum Freihalten der Ausnehmungen bzw. Taschen für die spätere Aufnahme der Wälzkörper (8) umfasst.