DE102008027305B3 - Verfahren zur Herstellung eines Nietzapfenkäfigs und Nietzapfenkäfig - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nietzapfenkäfigs (1), der einen ersten Seitenring (2) mit daran angeformten Stegen (3) aufweist, wobei sich die Stege (3) in eine Längsrichtung (L) erstrecken, wobei an den vom ersten Seitenring (2) entfernten Enden der Stege (3) ein zweiter Seitenring (4) befestigt ist, wobei zur Schaffung von Aufnahmetaschen (5) für Wälzkörper (6) zwischen zwei Stegen (3) ein Bohr- oder Fräswerkzeug (7) bei entferntem zweiten Seitenring (4) vom vom ersten Seitenring (2) entfernten Ende der Stege (3) bis an die dem zweiten Seitenring (4) zugewandte Stirnseite (8) des ersten Seitenrings (2) in Längsrichtung (L) vorgeschoben wird und wobei das Bohr- oder Fräswerkzeug (7) der Stirnseite (8) eine gewünschte Form verleiht. Um die Schmierverhältnisse zu verbessern und die Reibung zu reduzieren, sieht die Erfindung vor, dass das der Stirnseite (8) des ersten Seitenrings (2) zugewandte Ende des Bohr- oder Fräswerkzeugs (7) in einem Schnitt (A-A), der die Drehachse (9) des Bohr- oder Fräswerkzeugs (7) beinhaltet, in seinem radial äußeren Bereich einen in Längsrichtung (L) vorspringenden Schnittabschnitt (10) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Nietzapfenkäfig.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nietzapfenkäfigs, der einen ersten Seitenring mit daran angeformten Stegen aufweist, wobei sich die Stege in eine Längsrichtung erstrecken, wobei an den vom ersten Seitenring entfernten Enden der Stege ein zweiter Seitenring befestigt ist, wobei zur Schaffung von Aufnahmetaschen für Wälzkörper zwischen zwei Stegen ein Bohr- oder Fräswerkzeug bei entferntem zweiten Seitenring vom vom ersten Seitenring entfernten Ende der Stege bis an die dem zweiten Seitenring zugewandte Stirnseite des ersten Seitenrings in Längsrichtung vorgeschoben wird und wobei das Bohr- oder Fräswerkzeug der Stirnseite eine gewünschte Form verleiht. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Nietzapfenkäfig.
• Im Stand der Technik ist es bekannt, Nietzapfenkäfige einzusetzen, deren grundsätzlicher Aufbau in 1 gezeigt ist. Der Nietzapfenkäfig 1, von dem hier nur ein Teil bzw. Ausschnitt zu sehen ist, weist einen ersten Seitenring 2 auf, aus dessen Material auch Stege 3 geformt sind, die sich in eine Längsrichtung L erstrecken. Am dem Ende der Stege 3, das vom ersten Seitenring 2 entfernt ist, ist ein zweiter Seitenring 4 angeordnet. Die Befestigung des zweiten Seitenrings 4 mit den Stegen 3 erfolgt durch nietartige Verbindungen 18, d. h. die Enden der Stege 3 sind verjüngt und reichen durch Ausnehmungen im zweiten Seitenring 4 hindurch; durch Verformung der Stegenden (der Nieten) erfolgt die formschlüssige Verbindung zwischen Stegen 3 und zweitem Seitenring 4. Jeweils zwei benachbarte Stege 3 bilden eine Aufnahmetasche 5 für einen Wälzkörper. Die Aufnahmetasche 5 wird axial durch jeweilige Stirnseiten 8 bzw. 14 des ersten bzw. zweiten Seitenrings 2, 4 begrenzt.
• Zur Ausformung der Aufnahmetaschen 5, die jeweils von zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgende Stege 3 gebildet werden, wird – wie es in 2 gesehen werden kann – ein Bohr- oder Fräswerkzeug 7 in Längsrichtung L zwischen den Stegen 3 zugestellt, bis die vorderste Schnittkante des Bohr- oder Fräswerkzeugs 7 die Stirnseite 8 des ersten Seitenrings 2 erreicht und diese durch spanende Bearbeitung ausformt. Das Bohr- oder Fräswerkzeug 7 hat hierbei bei der Lösung gemäß 2 am axialen Ende eine Hartmetallplatte 19, deren Querschnittsform – wie in 2 zu sehen – sich bei Rotation des Werkzeugs 7 an der Stirnseite 8 abbildet. Im Bereich der Drehachse 9 des Werkzeugs 7 kann dabei ein Zentrieransatz 20 in der Stirnseite 8 ausgebildet werden.
• Nachteilig ist bei vorbekannten Nietzapfenkäfigen, dass die Anlaufverhältnisse des Wälzkörpers an den Stirnseiten 8, 14 der Seitenringe 2, 4 nicht immer optimal sind. Es kommt gelegentlich aufgrund ungünstiger Schmierverhältnisse zu einer relativ hohen Reibung zwischen der Stirnseite des Seitenrings und dem Wälzkörper, so dass auf letzteren ein Bremsmoment ausgeübt wird. Weiterhin ist die Dimensionierung der Seitenringe nicht immer optimal, so dass das Material des Käfigs nicht immer bestmöglich ausgenutzt wird und damit das Gewicht des Käfigs nicht immer so gering wie möglich gehalten wird.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Nietzapfenkäfigs sowie einen Nietzapfenkäfig der vorbekannten Art so fortzubilden, dass der Käfig im Betrieb verbesserte Schmierverhältnisse aufweist und damit die Reibung der Rollen in der Käfigtasche minimiert werden kann. Ferner soll das Material des Käfigs optimal belastet und so ein geringes Käfiggewicht erreicht werden.
• Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das der Stirnseite des ersten Seitenrings zugewandte Ende des Bohr- oder Fräswerkzeugs in einem Schnitt, der die Drehachse des Bohr- oder Fräswerkzeugs beinhaltet, in seinem radial äußeren Bereich einen in Längsrichtung vorspringenden Schnittabschnitt aufweist.
• Der vorgeschlagene Nietzapfenkäfig, der einen ersten Seitenring mit daran angeformten Stegen aufweist, wobei sich die Stege in eine Längsrichtung erstrecken, wobei an den vom ersten Seitenring entfernten Enden der Stege ein zweiter Seitenring befestigt ist, wobei zwischen zwei Stegen eine im Schnitt senkrecht zur Längsrichtung kreisförmige Aufnahmetasche mit einer Zentralachse für einen Wälzkörper vorhanden ist und wobei die dem zweiten Seitenring zugewandte Stirnseite des ersten Seitenrings eine durch einen Bohr- oder Fräsvorgang erzeugte gewünschte Form aufweist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Stirnseite des ersten Seitenrings im radial äußeren Bereich eine sich um die Zentralachse herum erstreckende Ringnut aufweist, die eine gegenüber dem radial weiter innen liegenden Bereich der Stirnseite vorgegebene Tiefe hat.
• Die Ringnut weist dabei bevorzugt in einem Schnitt, der die Zentralachse der Aufnahmetasche beinhaltet, einen abschnittweise kreisbogenförmigen Verlauf auf. Der kreisbogenförmige Verlauf kann tangential in Längsrichtung in den Steg auslaufen. Der kreisbogenförmige Verlauf kann weiterhin in den ersten Seitenring mit einer Tangente auslaufen, die einen spitzen Winkel zur Senkrechten auf die Längsrichtung einschließt; der Winkel beträgt dabei bevorzugt zwischen 10° und 45°.
• Das Verhältnis der Dicke des ersten Seitenrings an der tiefsten Stelle der Ringnut zur maximalen Dicke des ersten Seitenrings liegt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 0,7 und 0,97.
• Die radiale Erstreckung der Ringnut beträgt bevorzugt zwischen 10% und 30% des Durchmessers des Wälzkörpers.
• Die dem ersten Seitenring zugewandte Stirnseite des zweiten Seitenrings weist mit Vorteil dieselbe Ausformung wie der erste Seitenring auf.
• Zumindest einer der Seitenringe kann im radial äußeren Bereich eine Abschrägung aufweisen.
• Der Nietzapfenkäfig kann zum Anlauf an einem Bord eines Lageraußenrings ausgebildet sein.
• Der Käfig besteht zumeist aus Messing, Bronze oder Stahl; er kann auch aus Kunststoff bestehen.
• Die bevorzugten Anwendungsfälle des vorgeschlagenen Nietzapfenkäfigs sind Zylinderrollenlager, Pendelrollenlager oder Toroidallager.
• Durch die vorgeschlagene Vorgehensweise bei der Herstellung des Käfigs und die entsprechende Ausgestaltung der Stirnseite der Käfig-Seitenringe können die Käfigstege und die Seitenringe schwacher dimensioniert werden, wodurch das Gewicht des Käfigs reduziert werden kann.
• Ferner kann bei gleichbleibenden Abmessungen des Käfigs die Dauerfestigkeit gesteigert werden. Unter gewissen Umständen wird es so auch möglich, eine zusätzliche Rolle im Käfig unterzubringen, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Tragzahl des Lagers führt. Andererseits wird es möglich, die Käfigstege und die Seitenringe bei Beibehaltung der Festigkeit des Käfigs schwacher zu dimensionieren. Eine Festigkeitserhöhung kann in an sich bekannter Weise beispielsweise durch Kugelstrahlen erreicht werden, was die Oberfläche verfestigt.
• Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung können die Schmierverhältnisse verbessert werden, insbesondere im Falle der Schulterführung des Käfigs. Dadurch kann die Reibung zwischen der Stirnseite des Wälzkörpers und den Seitenringen und damit auch das Reibmoment reduziert werden.
• Die stirnseitige Ausformung der Seitenringe kann fertigungstechnisch sehr einfach und kostengünstig umgesetzt werden. D. h. es ist besonders vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße Konzept ohne jeden Mehraufwand umgesetzt werden kann. Lediglich die Schneidkanten bzw. Hartmetallplatten des Bohr- bzw. Fräswerkzeugs müssen in der Form geändert werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
• 1 einen Teil eines Nietzapfenkäfigs mit erstem und zweitem Seitenring, die über Stege verbunden sind,
• 2 das Ausfräsen von Aufnahmetaschen zwischen zwei Stegen eines Nietzapfenkäfigs mit einem Bohr- oder Fräswerkzeug gemäß dem Stand der Technik in einem Schnitt, dessen Ebene die Drehachse des Bohr- oder Fräswerkzeugs aufweist,
• 3 die zu 2 analoge Darstellung für eine Ausführungsform der Erfindung, im Schnitt A-A gemäß 4,
• 4 die Ansicht B gemäß 3 mit teilweise freigelegtem Bohr- oder Fräswerkzeug,
• 5 einen Ausschnitt des Nietzapfenkäfigs mit erstem Seitenring und einem Steg, wobei ein Schnitt dargestellt ist, dessen Ebene die Zentralachse einer Aufnahmetasche aufweist,
• 6 einen Teil des Nietzapfenkäfigs mit einem in eine Aufnahmetasche eingesetzten Wälzkörper, in Längsrichtung gesehen, und
• 7 einen Ausschnitt aus einem Wälzlager im Radialschnitt, das mit einem Nietzapfenkäfig versehen ist.
• In den 3 bis 7 ist ein erfindungsgemäßer Nietzapfenkäfig bzw. seine Herstellung zu sehen.
• In den 3 und 4 ist der Herstellungsprozess des Nietzapfenkäfigs 1 illustriert. 3 zeigt den Schnitt A-A gemäß 4; 4 zeigt die Ansicht B gemäß 3, wobei jeweils ein Bohr- oder Fräswerkzeug 7 zu sehen ist, das mit einer Hartmetallplatte 19 versehen ist, die in 3 in der Vorderansicht dargestellt ist, d. h. das dort zu sehende Profil bildet sich bei der Rotation des Fräs- oder Bohrwerkzeugs 7 um die Drehachse 9 an der Stirnseite 8 des ersten Seitenrings 2 ab. Statt einem Werkzeug mit Hartmetallplatte 19 kann beispielsweise auch ein mit Hartmetall beschichteter Wendelbohrer mit entsprechendem Schliff an der Stirnseite eingesetzt werden.
• In der Zusammenschau der 3 und 4 ist zu erkennen, dass das Bohr- bzw. Fräswerkzeug 7 zwischen zwei Stegen 3 in Längsrichtung L zugestellt wird, wobei sich eine Aufnahmetasche für einen Wälzkörper ausbildet, die sich um die Zentralachse 9 rotationssymmetrisch erstreckt, wobei die Zentralachse mit der Drehachse des Werkzeugs 7 identisch ist.
• Wesentlich ist, dass das der Stirnseite 8 des ersten Seitenrings 2 zugewandte Ende des Bohr- oder Fräswerkzeugs 7 im Schnitt A-A gemäß 3, d. h. in einem Schnitt, der die Drehachse 9 des Bohr- oder Fräswerkzeugs 7 beinhaltet, in seinem radial äußeren Bereich einen in Längsrichtung L vorspringenden Schnittabschnitt 10 aufweist.
• Rotiert das Werkzeug 7, bildet sich infolge des vorspringenden Schnittabschnitts 10 eine Ringnut 11 in der Stirnseite 8 des ersten Seitenrings 2 aus, wie es in den 5 und 6 zu sehen ist.
• Die bevorzugte geometrische Ausgestaltung der Ringnut 11 ergibt sich aus den Angaben in 5. Durch den vorspringenden Schnittabschnitt 10 bildet sich die Ringnut 11 mit einem kreisbogenförmigen Verlauf 12, der zum einen in den Steg 3 tangential übergeht, der zum anderen mit einer Tangente 13 in den Seitenring 2 übergeht, wobei die Tangente 13 einen spitzen Winkel α zur Senkrechten auf die Längsrichtung L einschließt. Ferner ist die maximale Tiefe der Ringnut 11 durch die Differenz der größten Dicke b des Seitenrings 2 und der Dicke a des Seitenrings 2 an der dünnsten Stelle definiert. Die radiale Erstreckung der Ringnut 11 wird durch den Wert c angegeben. Unter Vorgabe der genannten geometrischen Größen insbesondere gemäß den oben genannten Verhältnissen ergibt sich ein Radius R, der für optimale Spannungsverhältnisse sorgt. Die Abhängigkeit der geometrischen Größen kann dabei teilweise vom Durchmesser D des Wälzkörpers 6 erfolgen, der in 6 eingezeichnet ist.
• Ein optimaler Radius ist erreicht, wenn die Sicherheit gegen Dauerbruch für den Käfigsteg und den Käfigseitenring etwa gleich ist. Dabei ist auch die Sicherheit gegen Dauerbruch am Nietzapfen zu berücksichtigen; sie muss mindestens gleich der genannten Sicherheit am Käfigsteg bzw. am Käfigseitenring sein.
• In 6 ergibt sich die Ringnut 11 mithin in den mit einem Stern markierten Bereichen, die sich zur Aufnahme von Schmiermittel eignen. Die mit zwei Sternen markierten Bereiche kennzeichnen dem gegenüber den Anlauf der Wälzkörper 6 am Seitenring 2. Aufgrund des reduzierten Abstands zur Zentralachse 9 – im Vergleich mit der vorbekannten Lösung – liegt ein kleinerer Hebelarm für die Reibungskraft und damit auch ein geringeres Reibmoment vor.
• Im Vergleich mit den vorbekannten Lösungen ergibt sich durch die Ausbildung der Stirnseite 8 des Seitenrings 2 daher in vorteilhafter Weise eine verbesserte Ölversorgung, denn das Öl wird nicht abgestreift. Bei Fettschmierung ist ein entsprechender Raum für das Fett vorhanden.
• In 7 ist noch zu sehen, dass der Nietzapfenkäfig 1 schultergeführt an einem Bord 16 eines Lageraußenringes 17 anliegen kann, was die Ölversorgung ebenfalls begünstigt. Die Seitenringe weisen hier im radial äußeren Bereich eine Abschrägung 15 auf, was auch die Schmiermittelzuführung verbessert.
• Die Stirnseite 14 des zweiten Seitenringes 4 weist eine zum ersten Seitenring 2 analoge Form auf, die mit dem Fräs- bzw. Bohrwerkzeug 7 in gleicher Weise erzeugt werden kann.

1

Nietzapfenkäfig

2

erster Seitenring

3

Steg

4

zweiter Seitenring

5

Aufnahmetasche

6

Wälzkörper

7

Bohr- oder Fräswerkzeug

8

Stirnseite des ersten Seitenrings

9

Drehachse des Bohr- oder Fräswerkzeugs/Zentralachse der Aufnahmetasche

10

vorspringender Schnittabschnitt

11

Ringnut

12

kreisbogenförmiger Verlauf

13

Tangente

14

Stirnseite des zweiten Seitenrings

15

Abschrägung

16

Bord

17

Lageraußenring

18

nietartige Verbindung

19

Hartmetallplatte

20

Zentrieransatz

L

Längsrichtung

a

Dicke des Seitenrings an der dünnsten Stelle

b

größte Dicke des Seitenrings

b–a

größte Tiefe der Ringnut

c

radiale Erstreckung der Ringnut Winkel

D

Durchmesser des Wälzkörpers

R

Radius

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines Nietzapfenkäfigs (1), der einen ersten Seitenring (2) mit daran angeformten Stegen (3) aufweist, wobei sich die Stege (3) in eine Längsrichtung (L) erstrecken, wobei an den vom ersten Seitenring (2) entfernten Enden der Stege (3) ein zweiter Seitenring (4) befestigt ist, wobei zur Schaffung von Aufnahmetaschen (5) für Wälzkörper (6) zwischen zwei Stegen (3) ein Bohr- oder Fräswerkzeug (7) bei entferntem zweiten Seitenring (4) vom vom ersten Seitenring (2) entfernten Ende der Stege (3) bis an die dem zweiten Seitenring (4) zugewandte Stirnseite (8) des ersten Seitenrings (2) in Längsrichtung (L) vorgeschoben wird und wobei das Bohr- oder Fräswerkzeug (7) der Stirnseite (8) eine gewünschte Form verleiht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Aufnahmetaschen (5) ein Bohr- oder Fräswerkzeug (7) verwendet wird, bei welchem das der Stirnseite (8) des ersten Seitenrings (2) zugewandte Ende in einem Schnitt (A-A), der die Drehachse (9) des Bohr- oder Fräswerkzeugs (7) beinhaltet, in seinem radial äuße ren Bereich einen in Längsrichtung (L) vorspringenden Schnittabschnitt (10) aufweist, mit dem abschließend mit der Erzeugung jeder Aufnahmetasche (5) in die Stirnseite (8) des ersten Seitenrings (2) im radial äußeren Bereich eine sich um die Drehachse (9) herum erstreckende Ringnut (11) entsprechend der Form des vorspringenden Schnittabschnitts (10) eingearbeitet wird.
2. Nietzapfenkäfig (1), der einen ersten Seitenring (2) mit daran angeformten Stegen (3) aufweist, wobei sich die Stege (3) in eine Längsrichtung (L) erstrecken, wobei an den vom ersten Seitenring (2) entfernten Enden der Stege (3) ein zweiter Seitenring (4) befestigt ist, wobei zwischen zwei Stegen (3) eine im Schnitt senkrecht zur Längsrichtung (L) kreisförmige Aufnahmetasche (5) mit einer Drehachse (9) für einen Wälzkörper (6) vorhanden ist und wobei die dem zweiten Seitenring (4) zugewandte Stirnseite (8) des ersten Seitenrings (2) eine durch einen Bohr- oder Fräsvorgang erzeugte gewünschte Form aufweist, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (8) des ersten Seitenrings (2) im radial äußeren Bereich eine sich um die Drehachse (9) herum erstreckende Ringnut (11) aufweist, die eine gegenüber dem radial weiter innen liegenden Bereich der Stirnseite (8) vorgegebene Tiefe (b–a) hat.
3. Nietzapfenkäfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (11) in einem Schnitt (A-A), der die Zentralachse der Aufnahmetasche (5) beinhaltet, einen abschnittweise kreisbogenförmigen Verlauf (12) aufweist.
4. Nietzapfenkäfig nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisbogenförmige Verlauf (12) tangential in Längsrichtung (L) in den Steg (3) ausläuft.
5. Nietzapfenkäfig nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisbogenförmige Verlauf (12) in den ersten Seitenring (2) mit einer Tangente (13) ausläuft, die einen spitzen Winkel (α) zur Senkrechten auf die Längsrichtung (L) einschließt.
6. Nietzapfenkäfig nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 10° und 45° beträgt.
7. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke (a) des ersten Seitenrings (2) an der tiefsten Stelle der Ringnut (11) zur maximalen Dicke (b) des ersten Seitenrings (2) zwischen 0,7 und 0,97 liegt.
8. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Erstreckung (c) der Ringnut (11) zwischen 10% und 30% des Durchmessers (D) des Wälzkörpers (6) beträgt.
9. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten Seitenring (2) zugewandte Stirnseite (14) des zweiten Seitenrings (4) dieselbe Ausformung wie der erste Seitenring (2) aufweist.
10. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Seitenringe (2, 4) im radial äußeren Bereich eine Abschrägung (15) aufweist.
11. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Anlauf an einem Bord (16) eines Lageraußenrings (17) ausgebildet ist.
12. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Messing, Bronze oder Stahl besteht.
13. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Kunststoff besteht.
14. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines Zylinderrollenlagers ist.
15. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines Pendelrollenlagers ist.
16. Nietzapfenkäfig nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines Toroidallagers ist.