DE102009041372A1

DE102009041372A1 - Ringförmiger Massivkäfig für zylindrische oder tonnenförmige Wälzkörper

Info

Publication number: DE102009041372A1
Application number: DE200910041372
Authority: DE
Inventors: Herbert Roth; Rainer Schröder
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-09-12
Filing date: 2009-09-12
Publication date: 2011-03-24

Abstract

Ringförmiger Massivkäfig (1) aus Metall mit teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Aufnahmetaschen (2) für zylindrische oder tonnenförmige Wälzkörper mit parallelen, zur Drehachse der Wälzkörper senkrecht verlaufenden, an entsprechenden Endflächen (6) der Aufnahmetaschen (2) geführten Endflächen, wobei im Übergang von den teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Bereichen (5) der Aufnahmetaschen (2) zu den Endflächen (6) bogenförmig verlaufende Hinterstiche (7) vorgesehen sind, und bei dem der Massivkäfig (1) senkrecht zur Rotationsachse (8) der Wälzkörper geteilt oder einseitig offen ist sowie die Aufnahmetaschen (2) mit den Hinterstichen (7) ohne scharfkantige Übergänge durch mechanische Bearbeitung in Richtung der Rotationsachse (8) der Wälzkörper hergestellt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen ringförmigen Massivkäfig mit teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Aufnahmetaschen für zylindrische oder tonnenförmige Wälzkörper mit parallelen, zur Drehachse der Wälzkörper senkrecht verlaufenden, an entsprechenden Endflächen der Aufnahmetaschen geführten Endflächen, wobei im Übergang von den teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Bereichen der Aufnahmetaschen zu den Endflächen bogenförmig verlaufende Hinterstiche vorgesehen sind.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Massivkäfig und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind in der DE 10 2006 006 146 B3 beschrieben. Zur Herstellung des Massivkäfigs wird zunächst, aus der Radialrichtung betrachtet, eine Anzahl von viereckigen Aufnahmetaschen für Wälzkörper in einem radial gerichteten, ersten Fräsprozess in einen Käfiggrundkörper eingebracht, und dann mit einem ebenfalls im Wesentlichen radial gerichteten Bohr- oder Fräswerkzeug Hinterstiche für die Wälzkörper in den Ecken der viereckigen Kontur der Aufnahmetaschen erzeugt. Mit dem Ziel, die Anbindungsfläche zwischen Steg und Käfigring zu vergrößern, wird in der Druckschrift vorgeschlagen, das Bohr- oder Fräswerkzeug so zu führen, dass in den Eckbereichen in einer Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse des Wälzlagerkäfigs ein gekrümmtes Fräsprofil erzeugt wird.
Dabei erfolgt das Erzeugen der Hinterstiche in der Weise, 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. Auf diese Weise beschreibt das Bohr- oder Fräswerkzeug und insbesondere dessen Schnittfläche beim Erzeugen der Hinterstiche relativ zum Käfiggrundkörper eine bogenförmige Bahn.
Das Ziel dieser bekannten Verfahrensweise ist es, einen Käfig für ein Wälzkörperlager vorzuschlagen, das die Möglichkeit bietet, entweder eine erhöhte Wälzkörperanzahl unterzubringen oder sich durch eine verbesserte Belastbarkeit auszeichnet.
Der entsprechende Hinterstich lässt sich auf einer CNC-Fräsmaschine durch gleichzeitiges Verdrehen der Käfigachse und durch das Zurückziehen des Bohr- oder Fräswerkzeugs herstellen, wobei das Bohr- oder Fräswerkzeug beispielsweise kugelförmig oder als Schaftfräser mit Halbkugelform ausgeführt sein kann. Es ist ersichtlich, dass diese Fertigungsverfahren aufwendig sind, weil zunächst die Aufnahmetaschen hergestellt werden müssen und anschließend die Hinterstiche mittels eines gesonderten Fertigungsganges unter Zuhilfenahme eines speziellen Bohr- oder Fräswerkzeugs mit aufwendiger Steuerung der Werkzeugbewegung eingebracht werden.
Dieser Nachteil soll bei einem Käfig für Wälzkörperlager sowie mittels eines Verfahrens zu dessen Herstellung gemäß der DE 10 2007 057 550 A1 vermieden werden, indem das Fräswerkzeug zum Herstellen der Hinterschnitte rein axial geführt wird und keine Drehbewegung des Käfigs bei der Bearbeitung erforderlich ist, wobei der Fräsverlauf so gelegt ist, dass gegenüber dem Radialvektor nach radial innen Material des Käfiggrundkörpers im Bereich der angrenzenden Käfigtaschen verbleibt, nämlich da, wo der Querschnitt der Querstege und Seitenringe am geringsten ist. Auf diese Weise wird ein erhöhter Anbindungsquerschnitt zwischen Quersteg und Seitenring sowie eine höhere Stabilität des Querstegs erreicht. Das durch die konstruktive Maßnahme verbesserte Belastungsverhalten des Käfigs lässt sich zum einen dazu nutzen, einen Käfig bei gleicher Anzahl der Wälzkörper in seiner Belastbarkeit zu verbessern, oder einen Käfig bei Beibehaltung seiner Belastbarkeit in der Anzahl der Käfigtaschen zu erhöhen.
Sowohl der Käfig gemäß der DE 2006 006 146 B3 als auch der DE 10 2007 057 550 A1 sind demnach nur darauf gerichtet, einen Käfig für ein Wälzkörperlager sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, die entweder eine erhöhte Wälzkörperanzahl aufweisen können oder sich durch eine verbesserte Belastbarkeit auszeichnen.
Die Belastbarkeit eines Wälzlagerkäfigs hängt aber auch stark von den in den Taschenecken auftretenden Kerbspannungen ab, die bei den Käfigen gemäß den vorerwähnten Druckschriften in den Übergängen zwischen den Stegen und Seitenringen zu den ausgerundeten Hinterstichen auftreten, da diese aufgrund des jeweiligen Bearbeitungsverfahrens unstetig mit ausgeprägten Kanten verlaufen.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Massivkäfig der eingangs erwähnten Art im Hinblick auf auftretende Kerbspannungen zu optimieren und eine Kontur der Aufnahmetaschen mit den Hinterstichen vorzuschlagen, die möglichst robust hinsichtlich der entstehenden Kerbspannungen ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem ringförmigen Massivkäfig der eingangs erwähnten Art darin, dass der Käfig senkrecht zur Rotationsachse der Wälzkörper geteilt oder einseitig offen ist, und dass die Aufnahmetaschen mit den Hinterstichen ohne scharfkantige Übergänge durch mechanische Bearbeitung in Richtung der Rotationsachse der Wälzkörper hergestellt sind.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die mechanische Bearbeitung in Richtung der Rotationsachse der Wälzkörper keine komplizierte Steuerung des Bearbeitungswerkzeugs erfordert, das nur in Axialrichtung bewegt werden muss, während der Massivkäfig bei der Bearbeitung stillsteht.
Je nach Größe des Massivkäfigs lassen sich die Aufnahmetaschen mittels Formfräser in einem Bearbeitungsgang einschließlich der Hinterstiche herstellen, wobei die Hinterstiche nur in den Endflächen der Aufnahmetaschen hergestellt sind, oder dass die Aufnahmetaschen in verhältnismäßig großen Massivkäfigen zunächst gebohrt werden und die Hinterstiche anschließend mit CNC-Unterstützung ausgespindelt werden.
Die CNC-Unterstützung, also die Nutzung einer computergesteuerten Bearbeitungsmaschine, bezieht sich nur auf die radiale und axiale Zustellung des Bearbeitungswerkzeugs für die Herstellung der Hinterstiche und erlaubt es insbesondere, die Hinterstiche nicht nur in den Endflächen der Aufnahmetaschen sondern auch in den Endbereichen der teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Bereiche der Aufnahmetaschen anzuordnen.
In beiden Fällen lassen sich die Bearbeitungswerkzeuge so gestalten, dass sich absatzlose Übergänge ohne scharfe Kanten zwischen den Aufnahmetaschen und den Hinterstichen ergeben, wodurch sich gefährliche Kerbspannungen vermeiden lassen.
Im Einzelnen können die Hinterstiche stufenlos und/oder mit einer Abrundung in die Endbereiche der teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Bereiche der Aufnahmetaschen und in die Endflächen der Aufnahmetaschen übergehen.
Vorzugsweise beträgt die Breite B der Hinterstiche zwischen etwa 0,5% und 10% der Wälzkörperlänge, die Tiefe T der Hinterstiche in den Endflächen zwischen etwa 1% und 5% des Durchmessers der Endflächen und die Hinterstichradien R betragen zwischen dem 1,5-fachem bis 10-fachem des Kantenradius der Wälzkörper.
Die erfindungsgemäßen Massivkäfige, insbesondere aus Metall, finden vorzugsweise Verwendung für große, Stark belastete Radial- und Axialpendelrollenlager mit tonnenförmigen Wälzkörpern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
1 eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Massivkäfigs,
2 einen Schnitt durch den Massivkäfig gemäß 1 in einer Mittelebene durch den Käfig,
3 eine vergrößerte Darstellung des Hinterstichs gemäß 2, und
4 eine vergrößerte Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Hinterstichs.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Ein in 1 ausschnittweise und perspektivisch dargestellter Massivkäfig 1 stellt nur eine Hälfte eines geteilten Massivkäfigs für ein Radialpendelrollenlager dar. Die beiden Käfighälften werden nach dem Einsetzen der nicht dargestellten, tonnenförmigen Wälzkörper in Aufnahmetaschen 2 in bekannter Weise zusammengefügt. Es kann sich bei dem Massivkäfig 1 aber auch um einen einseitig offenen Kammkäfig handeln.
Der Massivkäfig 1 weist Aufnahmetaschen 2 zwischen mit Seitenringen 3 einstückig hergestellten axialen Stegen 4 auf. Die Aufnahmetaschen 2 werden durch teiltonnenförmige Bereiche 5 an den Stegen 4 und an zu einer Rotationsachse 8 der Wälzkörper senkrecht verlaufenden Endflächen 6 begrenzt.
Die nicht dargestellten, tonnenförmigen Wälzkörper weisen zur Rotationsachse 8 der Wälzkörper senkrecht verlaufende Endflächen auf, die an den Endflächen 6 geführt werden, während die teiltonnenförmigen Bereiche 5 an den Stegen 4 die tonnenförmige Umfangsfläche der jeweiligen Wälzkörper führen, die radial nach außen und innen über den Massivkäfig 1 hinausragen und auf entsprechenden, nicht dargestellten Laufflächen von Außen- und Innenringen des Wälzlagers abrollen.
Die Aufnahmetaschen 2 mit den Hinterstichen 7 lassen sich auf einfache Weise mittels eines Formfräsers herstellen, der entlang der Rotationsachse 8 der Wälzkörper bewegt wird und weitgehend die Form der Aufnahmetasche 2 und des Hinterstichs 7 aufweist.
Gemäß den 2 und 3 kann dieser Formfräser im Endbereich so geformt sein, dass sich bei der Bearbeitung, ausgehend von dem teiltonnenförmigen Bereichen 5 zunächst ein zylindrischer Bereich 9 und dann der Hinterstich 7 ergeben, wobei letzterer ausschließlich im Bereich der Endfläche 6 ausgebildet ist.
Aus der vergrößerten Darstellung in 3 ist ersichtlich, dass die Übergänge von den teiltonnenförmigen Bereichen 5 zum zylindrischen Bereich 9 und vom Hinterstich 7 zur Endfläche 6 stufenlos und ohne Kanten und Absätze ausgebildet sind, so dass an keiner Stelle erhöhte Kerbspannungen auftreten können.
Das Fräswerkzeug wird ausschließlich axial in Richtung der Rotationsachse 8 der Wälzkörper geführt, um die Aufnahmetaschen 2 und die Hinterstiche 7 herzustellen, während der Massivkäfig 1 während der Bearbeitung einer Aufnahmetasche 2 stillsteht. Der Massivkäfig 1 braucht somit nur für die nächstfolgende Bearbeitung eine Aufnahmetasche 2 um einen entsprechenden Winkel verdreht zu werden, welches sich einfach durch Aufspannen auf einen Drehtisch bewerkstelligen lässt.
Der dargestellte Massivkäfig 1 besteht vorzugsweise aus Metall und ist für die Verwendung in einem großen, stark belasteten Radialpendelrollenlager vorgesehen und weist dementsprechend teiltonnenförmige Aufnahmetaschen 2 auf. Der erfindungsgemäße Massivkäfig 1 ist jedoch ebenso für große Zylinderrollenlager geeignet, wobei in diesem Fall die Aufnahmetaschen 2 teilzylindrisch bearbeitet sind.
Bei sehr großen Pendelrollenlagern kann es vorteilhafter sein, keinen Formfräser zur vollständigen Bearbeitung der Aufnahmetaschen 2 und der Hinterstiche 7 zu verwenden, sondern es kann zunächst mittels eines Bearbeitungswerkzeuges die Herstellung der Aufnahmetaschen 2 mit den Endflächen 6 erfolgen, wonach mit einem weiteren Bearbeitungswerkzeug ein Ausspindeln der Hinterstiche 7 erfolgt. In diesem Fall ist es möglich, den Hinterstich sowohl in den an die Endflächen 6 angrenzenden Endbereichen der Aufnahmetaschen 2 als auch in den Endflächen 6 anzuordnen und abgerundete Übergänge zwischen diesen Endbereichen und Endflächen 6 sowie den Hinterstichen 7 vorzusehen.
Die Breite B der Hinterstiche soll vorzugsweise etwa 0,5% bis 10% der Rollenlänge betragen, während die Tiefe T der Hinterstiche etwa 1% bis 5% des Durchmessers der Endfläche 6 betragen kann. Der Radius R des Hinterstichs kann je nach Größe des Massivkäfigs 1 zwischen dem 1,5-fachem bis 10-fachem des Kantenradius der Wälzkörper betragen. Der in 4 gezeigte Übergangsradius R₁ kann kleiner oder gleich dem Hinterstichradius R sein. Der erfindungsgemäße Massivkäfig 1 lässt sich auf einfache und schnelle Weise mechanisch bearbeiten und ist äußerst robust hinsichtlich etwaiger Kerbspannungen.
Bezugszeichenliste

1: Massivkäfig
2: Aufnahmetasche
3: Seitenring
4: Steg
5: Teilzylindrischer oder teiltonnenförmiger Bereich
6: Endfläche
7: Hinterstich
8: Rotationsachse der Wälzkörper
9: Zylindrischer Bereich
B: Breite des Hinterstichs
T: Tiefe des Hinterstichs
R: Radius des Hinterstichs
R1: Übergangsradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006006146 B3 [0002]
DE 102007057550 A1 [0006, 0007]
DE 2006006146 B3 [0007]

Claims

Ringförmiger Massivkäfig (1) mit teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Aufnahmetaschen (2) für zylindrische oder tonnenförmige Wälzkörper mit parallelen, zur Rotationsachse (8) der Wälzkörper senkrecht verlaufenden, an entsprechenden Endflächen (6) der Aufnahmetaschen (2) geführten Endflächen, wobei im Übergang von den teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Bereichen (5) der Aufnahmetaschen (2) zu den Endflächen (6) bogenförmig verlaufende Hinterstiche (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Massivkäfig (1) senkrecht zur Rotationsachse (8) der Wälzkörper geteilt oder einseitig offen ist, und dass die Aufnahmetaschen (2) mit den Hinterstichen (7) ohne scharfkantige Übergänge durch mechanische Bearbeitung in Richtung der Rotationsachse (8) der Wälzkörper hergestellt sind.
Massivkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmetaschen (2) mittels Formfräser in einem Bearbeitungsgang einschließlich der Hinterstiche (7) hergestellt sind, wobei die Hinterstiche (7) nur in den Endflächen (6) der Aufnahmetaschen (2) hergestellt sind.
Massivkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmetaschen (2) gebohrt und die Hinterstiche (7) mit CNC-Unterstützung ausgespindelt sind.
Massivkäfig nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hinterstiche (7) von den Endbereichen der teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Bereiche (5) der Aufnahmetaschen (2) bis in die Endflächen (6) der Aufnahmetaschen (2) erstrecken.
Massivkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterstiche (7) stufenlos und/oder mit einer Abrundung in die Endbereiche der teilzylindrischen oder teiltonnenförmigen Bereiche (5) der Aufnahmetaschen (2) und in die Endflächen (6) der Aufnahmetaschen (2) übergehen.
Massivkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Hinterstiche (7) zwischen etwa 0,5% und 10% der Wälzkörperlänge beträgt.
Massivkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) der Hinterstiche (7) in den Endflächen (6) zwischen etwa 1% und 5% des Durchmessers der Endflächen (6) beträgt.
Massivkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterstichradius (R) zwischen dem 1,5-fachem bis 10-fachem des Kantenradius der Wälzkörper beträgt.
Verwendung des Massivkäfigs nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für große, stark belastete Radial- und Axialpendelrollenlager.