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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Wälzlager, insbesondere
solche, die zum Betrieb bei erhöhten Temperaturen vorgesehen
sind. Die Erfindung betrifft beispielsweise die Lager, wie sie als
Anlagen von Ventilfedern von Verbrennungsmotoren verwendet werden.
Derartige Ventilfederwiderlager dienen dazu, damit sich die Windung
der Ventilfeder frei gegenüber jenem Teil drehen kann,
gegen den die Windung eine Axialkraft ausübt. Das axiale
Zusammendrücken der Windungen der schraubenförmigen
Feder ruft eine leicht Relativdrehbewegung zwischen den beiden Enden
der Feder hervor. Im Sinne einer Verminderung der Reibungen und
der Gewährleistung eines ökonomischen Energieeinsatzes
in dem mechanischen Ensemble mit schraubenförmigen Federn
kann man ein Wälzlager zwischen einem Federende und dem
Sitz oder an dem Widerlagerelement, gegen das die Feder die Axialkraft
ausübt, anordnen. Bei derartigen Einsätzen sind
die verwendeten Wälzlager häufig Kugellager oder
konventionelle Nadellager, die verhältnismäßig
teuer in der Herstellung sind.
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Diese
Art von Lager erfordert die Verwendung eines zusätzlichen
Sicherungselementes, das dazu dient den Zusammenhalt des Lagers
während des Transports und der Handhabung sicher zu stellen,
bevor das Lager endgültig an Ort und Stelle gebracht wird.
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Aus
dem Gebiet der Radaufhängungslager ist im Übrigen
die
FR 2 630 375 bekannt,
gemäß der zwei Ringe des Wälzlagers durch
eine Hülse in axialer Richtung zusammengehalten werden,
die aus einem durchschneidbaren elastischen Material hergestellt
ist. Die Hülse wird während des Einbaus der Ringe
durchgetrennt. Diese Art von Lagern eignet sich nicht für
Anwendungen, die zum Betrieb bei hohen Temperaturen vorgesehen sind,
insbesondere im Inneren einer Brennkraftmaschine.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, die oben erwähnten Nachteile zu
beheben.
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Gemäß der
Erfindung wird ein Wälzlager mit vertretbaren Herstellungskosten
vorgeschlagen, das eine geringe Anzahl von Teilen aufweist und bei
dem ein geringes Risiko des zufälligen Auseinanderfallens
besteht, wobei das Lager erhöhte Temperaturen aushält.
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Die
Wälzlageranordnung weist einen ersten Ring sowie einen
zweiten Ring und eine Reihe von zwischen den Ringen angeordnete
Wälzkörper, einen Haltekäfig für
die Wälzkörper und eine Sicherungshülse
für die Ringe auf. Der Käfig und die Sicherungshülse
bestehen aus gestanztem und gebogenem Blech. Die Hülse
weist einen Sicherungsabschnitt auf, der sich radial nach außen
erstreckt. Der Sicherungsabschnitt wird von einem Kreis umschrieben,
dessen Durchmesser gleich der Bohrung des Käfigs ist.
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Der
Sicherungsabschnitt kann sich ebenfalls axial erstrecken oder dies
auch nicht tun. Der Käfig und die Sicherungshülse
können so aus einem gemeinsamen Stanzschritt hervorgehen,
was es gestattet die Anzahl der Herstellungs schritte und den Materialverlust
zu reduzieren. Der Käfig und die metallische Hülse
sind in der Lage erhöhten Temperaturen, beispielsweise über
200 Grad, zu Wiederstehen, wie unter dem Zylinderkopfdeckel einer
Brennkraftmaschine herrschen können.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel weist die Hülse einen wesentlichen
axialen Abschnitt auf, der in einem der Kugellagerringe eingepresst
ist. Der Sicherungsabschnitt ist so gestaltet, dass der andere Ring
axial gesichert wird. Der axiale Abschnitt der Hülse kann
in einen axialen Abschnitt des ersten Rings eingepresst sein. Der
Sicherungsabschnitt der Hülse kann mit einem im wesentlichen
radialen Abschnitt des zweiten Rings zusammenwirken.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel weist der erste Ring einen im
wesentlichen axialen Abschnitt auf, an dem die Hülse befestigt
ist, einen im wesentlichen radialen Abschnitt, der ein Widerlager
bildet, und einen toroidförmigen Abschnitt, der eine Laufbahn
für die Wälzkörper bildet. Der im wesentlichen radiale
Abschnitt kann als Widerlager für eine Feder dienen, beispielsweise
eine Ventilfeder. Die Feder kann an einer Fläche des ersten
Rings zur Anlage kommen, die von den Wälzkörpern
abliegt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel weist der zweite Ring einen im
wesentlichen radialen Abschnitt auf, der einen Anlagesitz bildet,
einen troidförmigen Abschnitt, der eine Laufbahn für
die Wälzkörper bildet und einen im Wesentlichen
radialen Abschnitt, der mit einem Sicherungsabschnitt der Hülse
gegenüberliegend zusammenwirkt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel weist der Sicherungs abschnitt
einen ringförmigen Kragen oder Rand auf, dessen Außendurchmesser
im wesentlichen gleich der Bohrung des Käfigs ist. Der
Rand oder Kragen kann radial, schräg oder toroidförmig ausgebildet
sein.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist der Sicherungsabschnitt im
Wesentlichen radial ausgerichtet.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel verläuft der
Sicherungsabschnitt schräg.
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Der
Sicherungsabschnitt kann eine Vielzahl von Laschen, Sicken, Schlitzen,
axial eingeschnittenen Rändern und dergleichen enthalten.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel gehört zu einer mechanischen
Anordnung ein Wälzlager wie es oben beschrieben ist, das
dazwischen einem Federende und einem weiteren Element angeordnet
ist, gegen das die Feder eine Axialkraft ausübt und gegenüber
dem das besagte Federende sich drehen kann. Die Feder kann so zusammengedrückt
werden, was eine leichte Rotation der Windung am Federende hervorruft,
die mit der Anlage in Berührung steht, während
das andere Elementstationär bleibt. Die mechanische Anordnung
kann ein Aufhängungelement umfassen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel gehört zu einer Montageeinrichtung
das Ventil, ein Wälzlager, wie es oben beschrieben ist,
das zwischen einem Federende und einem anderem Element angeordnet ist,
auf das die Feder eine Axialkraft ausübt und gegenüber
dem das Ende der besagten Feder sich drehen kann. Der Ventilschaft
kann durch das Lager hindurch führen. Das Lager kann einen
Durchmesser in der Größenordnung zwischen 40 mm
und 50 mm aufweisen.
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Zu
dem Herstellungsverfahren eines Wälzlagers gehört
die Herstellung eines gemeinsamen Stanzbiegeteils für die
Hülse und den aus Blech bestehenden Käfig. Das
gemeinsame Stanzbiegeteil weist einen wesentlichen axialen Abschnitt,
einen im wesentlichen radialen Abschnitt und einen schrägen Abschnitt
auf, der mit Öffnungen versehen ist. Zu dem Verfahren gehört
auch, das kreisförmige Abtrennen oder Abschneiden, des
im wesentlichen radialen Teils des Stanzbiegeteils in zwei Teile,
wobei ein äußerer Teil zu einem Käfig
und ein innerer Teil zu einer Hülse wird.
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Vorzugsweise
bildet der äußere Teil den Käfig.
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Vorzugsweise
bildest der innere Teil die Hülse. Der Trennschnitt kann
in einer Stanzpresse ausgeführt werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist der Käfig in einem
der Ringe angeordnet, und die Wälzkörper liegen
in den Ausnehmungen des Käfigs. Der Käfig gewährleistet
so, deren gleichmäßige Beabstandung längs
dem Umfang, was es gestattet die Axialkräfte angemessen
voneinander zu übertragen und ein Reiben eines Wälzkörpers
an den anderen zu vermeiden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist der andere Ring auf in den
Wälzkörpern angeordnet.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel wird die Hülse durch
eine Axialbewegung angebracht. Der axiale Teil der Hülse
reicht durch den anderen Ring hindurch. Der axiale Abschnitt der
Hülse ist in einem axialen Teil des ersten Rings eingepresst.
Der im wesentlichen radial sich erstreckenden Teil der Hülse bildet
einen Flansch oder Kragen, der nach außen zeigt und der
in axialer Richtung den zweiten Ring sichert, indem er auf der anderen
Seite mit dem im wesentlichen radialen Teil mit einem kleinen Durchmesser
des ersten Rings zusammenwirkt.
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Das
so hergestellte Lager zeigt ein geringes Risiko, zufällig
in seine Einzelteile auseinander zu fallen. Die Einpresslänge
der Hülse in dem ersten Ring kann abhängig von
der Gefahr eines Auseinanderfallens eingestellt werden. Das Wälzlager
kann so zwischen einem Sitz und einer Feder angeordnet werden.
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Das
Wälzlager umfasst Ringe, die aus dem Blech mit dem wesentlichen
konstanter Dicke hergestellt werden, sowie eine Hülse und
einen Käfig, die in gleicher Weise aus Blech, ausgehend
von derselben Blechplatte hergestellt sind. Der Trennschnitt an dem
gemeinsamen Stanzbiegeteil für die Hülse und den
Käfigs erweist sich als besonders wirtschaftlich, insofern,
als er in einer Presse ohne signifikanten Materialverlust ausgeführt
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung erschließt sich besser aus dem Studium
der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele,
die lediglich beispielhaft genannt sind und nicht beschränken; in
den beigefügten Figuren zeigen:
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1 ein
Wälzlager im montierten Zustand, in einem Längsschnitt;
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2 das
Wälzlager in einem Längsschnitt;
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3 das
gemeinsame Stanzbiegeteil vor dem Trennschnitt; und
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4:
den Käfig und die Hülse nach dem Trennschnitt
an dem gemeinsamen Stanzbiegeteil, in einem Längsschnitt.
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Gemäß der
Darstellung 1 ist ein Wälzlager 1 zwischen
einer Feder 2 und einem Widerlager 3 angeordnet.
Die Feder 2 bildet eine obere Federwindung 2a,
die eine im wesentlichen ebene obere Anlagefläche 2b darstellt.
Die Feder 2 ist eine Schraubenfeder und kann aus einem
geeigneten Stahl hergestellt sein. Das Widerlager 3 hat
insgesamt die Gestalt eines im wesentlichen ringförmigen-Tellers
mit einem radialen Abschnitt 3a, der mit einer Unterseite
versehen ist, die mit dem Lager 1 in Berührung
steht, sowie einen axial sich erstreckenden äußeren
Rand 3b, der nach unter ragt und die Zentrierung sowie
die radiale Positionierung des Lagers 1 gewährleistet.
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Zu
dem Lager 1 gehören ein erster Ring 4, hier
in der unteren Lage, ein zweiter Ring 5, hier in der oberen
Lage, eine Reihe von Wälzkörpern 6, beispielsweise
Kugeln, die zwischen den Ringen 4 und 5 angeordnet
sind. Das Lager 1 umfasst fernen einen Käfig 7,
der die in Umfangsrichtung regelmäßige Beabstandung
der Wälzkörper 6 gewährleistet,
sowie eine Hülse 8 um die Ringe 4 und 5 in
axialer Richtung zu sichern.
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Der
erste Ring 4 weist einen im wesentlichen axialen Abschnitt 4a auf,
der mit der Hülse 8 in Berührung steht
und der sich in dem Innenraum der oberen Federwindung 2a der
Feder 2 befindet. Der erste Ring 4 weist auch
einen im wesentlichen radialen Abschnitt 4b auf, der sich
auf der Oberseite 2b des Federendes 2a der Feder 2 abstützt.
Der erste Ring 4 bildet einen toroidalen Abschnitt 4c,
der mit einer Oberseite versehen ist, die eine Laufbahn 4d für die
Wälzkörper 6 bildet. Der im wesentlichen
axiale Abschnitt 4a erstreckt sich ausgehend von dem Ende mit
dem kleineren Durchmesser des im wesentlichen radialen Abschnittes 4b nach
unten. Der toroidförmige Teil 4c zeigt nach unten
und nach außen, ausgehend von dem Rand mit dem großen
Durchmesser des im wesentlichen radialen Abschnittes 4b.
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Der
zweite Ring 5 bildet einen im wesentlichen radialen Abschnitt
mit kleinem Durchmesser 5a, einen toroidförmigen
Abschnitt 5b und einen im wesentlichen radialen Abschnitt
mit großem Durchmesser 5c. Der toroidförmige
Abschnitt 5b ist mit einer Unterseite versehen, die eine
Laufbahn 5b für die Wälzkörper
bildet. Die Laufbahnen 4d und 5d sorgen für
einen schrägen Kontakt Schrägkugellager. Mit anderen
Worten, die Laufbahnen 4d und 5d liegen an gegenüberliegenden
Seiten eines fiktiven Kreises, der durch die Mitte der Wälzkörper 6 hindurchfährt. Der
im wesentlichen radiale Abschnitt 5a mit dem kleinen Durchmesser
erstreckt sich ausgehend von dem Innenrand des toroidförmigen
Abschnittes 5b. Der im wesentlichen radiale Abschnitt 5c mit
großem Durchmesser ragt ausgehend von dem oberen Rand und
dem großen Durchmesser des toroidförmigen Abschnittes 5b nach
außen.
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Die
Oberseite des im wesentlichen radialen Abschnittes 5c liegt
gegen den radialen Abschnitt 3a des Widerlagers 3 an.
Das Ende des im wesentlichen radialen Abschnittes 5c steht
mit der durch den Rand 3b des Sitzes 3 begrenzten
Bohrung in Berührung. Das Lager 1 wird so axial
und radial in den Sitz 3 gehalten. Der radiale Abschnitt 5a mit
dem kleinen Durchmesser bildet eine obere Bohrung, die größer ist
als die Bohrung des im wesentlichen axialen Abschnittes 4a und
des ersten Rings 4.
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Der
Ring 7 weist einen ringförmigen Abschnitt 7a auf,
der in axialer Richtung zwischen dem im wesentlichen radialen Abschnitt 5a mit
dem kleinen Durchmesser des zweiten Rings 5 und dem im wesentlichen
radialen Abschnitt 4b des ersten Rings 4 liegt.
Der Käfig 7 bildet ferner eine Vielzahl von Zähnen
oder Zungen 7b, zwischen denen Ausnehmungen definiert sind,
in denen die Wälzkörper 6 angeordnet
sind. Der Abschnitt 7a kann radial oder leicht schräg
ausgerichtet sein. Die Zähne 7b erstrecken sich
schräg nach außen und nach oben. Der Käfig 7 kann
aus Stahl oder Messing hergestellt sein.
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Die
Sicherungshülse 8 hat die Gestalt einer ringförmigen
Hülse mit einem L-förmigen Querschnitt. Die Hülse 8 bildet
einen im wesentlichen axialen Abschnitt 8a und einen Kragen
oder Flansch 8b, der sich in radialer Richtung nach außen
ausgehend von einem Ende des im wesentlichen axialen Abschnittes 8a erstreckt.
Der Kragen oder Flansch 8b ist im wesentlichen radial ausgerichtet.
Der im wesentlichen axiale Abschnitt 8a der Hülse 8 ist
in die Bohrung des im wesentlichen axialen Abschnittes 4a des
ersten Rings 4 eingepresst. Der im wesentlichen axiale
Abschnitt 8a der Hülse 8 hat eine Länge,
die deutlich über der des im wesentlichen axialen Abschnittes 4a des
ersten Rings 4 liegt derart, dass der Kragen oder Flansch 8b einen
axialen Spalt zwischen dem Kragen oder Flansch 8b und dem
im wesentlichen radialen Abschnitt 4b des ersten Rings 4 lässt.
Der Ring 7a des Käfigs 7 und der im wesentlichen
radialer Abschnitt 5a mit dem kleinem Durchmesser des zweiten
Rings 5 sind in diesem axialen Raum untergebracht. Der
Flansch oder Kragen 8b kann leicht oberhalb der Radialebene
liegen, auf der die Mittelpunkte der Wälzkörper
liegen.
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Der
Außendurchmesser des Kragens oder Flansches 8b ist
im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Bohrung in dem Käfig 7.
Auf diese Weise können der Käfig 7 und
die Hülse 8 ausgehend von demselben Stanzbiegeteil
hergestellt werden. Der Außendurchmesser des Kragens oder
Flansches 8b der Hülse 8 ist größer
als der Durchmesser der Bohrung des im wesentlichen radialen Abschnittes 5a des
zweiten Rings 5. Eine mögliche Bewegung im Sinne
eines Separierens oder Wegfallens des zweiten Rings 5 wird
durch den Kragen oder Flansch 8b verhindert. Man gewährleistet
so eine Unzerlegbarkeit des Wälzlagers in dem in 2 gezeigten
Zustand, d. h. vor der Montage zwischen der Feder 2 und
dem Widerlager 3, wie dies in 1 gezeigt
ist, was die problemlose Handhabung des Lagers gestattet.
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Die
Montage des Lagers in die Position wie sie in 2 gezeigt
ist, kann erfolgen, indem der Käfig 7 in einem
der Ringe beispielsweise dem ersten Ring 4 angeordnet wird
und indem die Wälzkörper 6 in den Ausnehmungen 9 des
Käfigs 7 platziert werden, woraufhin dann der
zweite Ring 5 auf die Wälzkörper 6 aufgelegt
wird, um anschließend die Hülse 8 in
die Bohrung des ersten Rings 4 einzupressen, wobei sie
sich innen an dem zweiten Ring 5 und dem Käfig 7 vorbei
bewegt, womit der im wesentlichen radiale Abschnitt 5a mit
dem kleineren Durchmesser des zweiten Rings 5 in axialer
Richtung zwischen den Kragen oder Flansch 8b der Hülse 8 und
dem Einpressbereich der Hülse 8 in dem ersten
Ring 4 liegt, ohne dass der Flansch oder Kragen 8b mit
dem zweiten Ring 5 in Berührung kommt.
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Die
Herstellung des Käfigs 7 und der Hülse 8 können
wie folgt ausgeführt werden. Es wird ein gemeinsames Stanzbiegeteil
erzeugt, wie es in der 3 dargestellt ist. Das gemeinsame
Stanzbiegeteil 10 wird durch ausstanzen und umformen aus
einer Blechplatte, beispielsweise aus einer Stahlblechplatte, hergestellt.
Das gemeinsame Stanzbiegteil 10 weist ein im wesentlichen
axialen Abschnitt 8a, einen im wesentlichen radialen gemeinsamen
Abschnitt für die wesentlichen radialen Abschnitte 8b und 7a sowie
die Zähne 7b auf. Die Ausnehmungen 9 können zuvor
durch Ausstanzen mittels der Presse hergestellt werden.
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Sodann
wird das Stanzbiegeteil 10 in zwei Teile aufgetrennt, die
den Käfig 7 und die Hülse 8 bilden,
siehe 4. Der Trennschnitt kann in einer Stanzpresse
mittels geeigneter Werkzeuge ausgeführt werden, wobei das
gesamte Material in dem Sinne erhalten bleibt, als die Bohrung des
Käfigs 7 gleich dem Außendurchmesser
des Kragens oder Flansches 8b der Hülse 8 ist.
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Das
Wälzlager ist speziell an die Anwendung bei hohen Temperaturen
angepasst. Insbesondere sind die Ringe 4 und 5,
die Wälzkörper 6, der Käfig 7 und
die Hülse 8 aus Metall hergestellt. Die Ringe 4 und 5 können
durch Stanzbiegen aus einem Stahlblech hergestellt sein, was sehr
wirtschaftlich ist. Das Wälzlager kann ebenso aus Metallbestehen
und damit in der Lage sein, Temperaturen von über 200°C auszuhalten.
Diese Temperaturen können ständig in der Nähe
von den Ventilen eines Verbrennungsmotors angetroffen werden. Das
Vorhandensein eines Wälzlagers am Ende der Ventilfeder
gestattet es die Reibkräfte zu vermindern und folglich
die Erwärmung des Motors. Die Verminderung der Reibung
gestattet außerdem eine Verminderung des Kraftstoffverbrauchs.
Das Wälzlager ist gut an das Zusammenwirken mit einer Feder
angepasst, auch bei anderen Anwendungen, insbesondere bei Radaufhängungen.
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Die
Hülse wird ausgehend von demselben Stanzbiegeteil hergestellt
wie der Käfig, was besonders wirtschaftlich ist und es
gestattet, die Verwendung von komplizierten Sicherungselementen
für die beiden Ringe des Wälzlagers zu vermeiden,
oder auch das Auftreten von Abfallteilen, die die Kosten erhöhen
und recycled werden müssen. Die Kugellageranordnung wird
so einfach und wirtschaftlich herzustellen, ist sehr kompakt und
leicht, was die Trägheitskräfte vermindert und Änderungen
des Betriebsbereiches des Verbrennungsmotors begünstigt.
Die Erfindung gestattet so eine Verminderung der Masse, eine Verminderung
des Energieverbrauches, eine Verminderung der Erwärmung
von Teilen und dies alles, indem die Gefahr des Verlustes von Teilen
vor der Montage auf ein Minimum reduziert wird.
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Eine
Wälzlageranordnung weist einen ersten Ring 4,
einen zweiten Ring, sowie eine Reihe von Wälzkörpern
auf, die zwischen den Ringen angeordnet sind und mittels eines Käfigs
in Umfangsrichtung beabstandet gehalten werden. Eine Sicherungshülse führt
mit Spiel durch den einen Ring hindurch und ist in dem anderen Ring
eingepresst. Die Sicherungshülse weist einen radialen Flansch
auf, der bezogen auf den Ring, in dem die Hülse eingepresst
ist, auf der Rückseite des anderen Rings liegt. Die Sicherungshülse
und der Käfig sind als gemeinsames Stanzbiegeteil hergestellt,
das anschließend in zwei Teilen, nämlich den Käfig
und die Sicherungshülse, aufgeschnitten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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