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Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs oder eines Segments für einen Wälzlagerkäfig, der eine hohe mechanische Stabilität aufweist, ohne die Tragzahl des Lagers zu beeinträchtigen.
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Bei verschiedenen Wälzlagertypen, beispielsweise bei Zylinderrollenlagern, werden in den Ecken von Käfigtaschen von im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt Hinterstiche in der Kontur der Taschen erzeugt, um ein ungewolltes Anlaufen der Wälzkörper in den Ecken der Taschen zu verhindern.
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Beispielsweise bei Massivkäfigen von Zylinderrollenlagern ist dafür eine Fertigungsmethode bekannt, bei der zunächst die Grundkontur der Taschen für die Wälzkörper in einen ringförmigen Käfiggrundkörper gefräst wird. Im Falle eines Zylinderrollenlagers handelt es sich beispielsweise um eine Grundkontur mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, bei Kegelrollenlagern ist dieser trapezförmig. Bei Pendelrollenlagern ist der Querschnitt ebenfalls im Wesentlichen rechteckig, jedoch sind zwei gegenüberliegende Begrenzungslinien nicht gerade, sondern gekrümmt.
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Die in den Ecken der Taschen angebrachten Hinterschnitte schwächen den Querschnitt der Stege zwischen den Wälzkörpern und sind somit entscheidend für die Gesamtstabilität des Lagerkäfigs. Selbiges gilt selbstverständlich auch für segmentierte Lagerkäfige, also für Segmente von Lagerkäfigen, die Taschen für Wälzkörper aufweisen.
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Insbesondere bei Massivkäfigen, also bei Wälzlagerkäfigen, bei denen die Ausnehmungen für die Taschen mittels Fräswerkzeugen hergestellt werden, wird ein zusätzlicher Hinterstich in den Ecken der Taschen benötigt, um einen zwangsfreien Lauf der Wälzkörper zu gewährleisten. Dies ist insbesondere dadurch begründet, dass die Fräswerkzeuge zum Erzeugen der Taschen endliche Radien aufweisen. Die erforderlichen Hinterstiche werden dabei beispielsweise durch Bohrungen in den Ecken erzeugt, welche innerhalb einer Tasche parallel zueinander verlaufen. Bei anderen Verfahren werden die Hinterstiche mit einem Fräswerkzeug angefertigt, so dass sie der Kontur bzw. den Querschnitt der Tasche folgen. Dies ist jedoch äußerst aufwändig.
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Die innerhalb einer Tasche parallel zueinander verlaufenden Bohrungen führen zu einer Verjüngung des Querschnitts der Stege im Bereich der Hinterstiche, was die Stabilität der Stege und somit des gesamten Käfigs schwächt und Angriffspunkte für Materialermüdungserscheinungen erzeugt. Unterschreitet die Materialstärke der Stege im Bereich der Hinterstiche ein für die Stabilität und Langlebigkeit des Käfigs erforderliches Mindestmaß, wird bislang die Packungsdichte, d. h. die Anzahl der Wälzkörper in dem Lager, verringert, um die Querschnitte der Stege vergrößern zu können. Dies führt selbstverständlich zu einer unerwünschten Verringerung der Tragzahl bzw. der Lebensdauer des Wälzlagers.
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Die Deutsche Patentanmeldung
DE 10 2007 057 550 A1 beschreibt einen Käfig für ein Wälzkörperlager sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, wobei sich der Käfig entweder durch eine erhöhte Wälzkörperanzahl oder durch eine verbesserte Belastbarkeit auszeichnet. Dort wird ein Käfig für ein Wälzkörperlager mit einer Mehrzahl von Käfigtaschen zur Aufnahme der Wälzkörper mit zwei Seitenringen und einer Mehrzahl von Querstegen vorgeschlagen, wobei die Querstege die Seitenringe derart verbinden, dass die Käfigtaschen gebildet werden, wobei die Käfigtaschen ausgefräste oder ausgebohrte Eckbereiche aufweisen, wobei die Eckbereiche in einer Schnittebene senkrecht zur Drehachse des Käfigs einen radialen Fräsverlauf in Richtung der Drehachse aufweisen, der zumindest in einem Teilabschnitt gegenüber einem durch den Teilabschnitt und die Drehachse gelegten Radialvektor geneigt ausgebildet ist.
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Es besteht somit die Notwendigkeit, Wälzlagerkäfige bzw. Segmente derselben mit erhöhter Stabilität bereitzustellen bzw. ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, solche Wälzlagerkäfige auf effiziente Art und Weise herzustellen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen dies, indem bei einem Segment eines Lagerkäfigs bzw. bei einem Lagerkäfig für ein Wälzlager mit zwei zueinander benachbarten Taschen zur Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers, die von einem sich in einer axialen Richtung erstreckenden Steg getrennt sind, der Verlauf von insbesondere geraden Hinterstichen, die an einem axialen Ende des Steges und in den Ecken der Taschen angeordnet sind, besonders gewählt ist. Insbesondere wird dies ermöglicht, indem die Hinterstiche in den benachbarten Taschen jeweils parallel zueinander verlaufen und jeweils zwei paarweise einander gegenüberliegende Hinterstiche benachbarter Taschen von vier in radialer Richtung im Wesentlichen parallel laufenden Werkzeugen gleichzeitig erzeugt werden. Dies bewirkt, dass ein Querschnitt der Anbindung des Steges an den restlichen Lagerkäfig im Wesentlichen rechteckig ist, was verglichen mit Ausführungsformen mit sich verjüngendem Querschnitt bei ansonsten gleicher Geometrie zu einer größeren Anbindungsfläche führt. Darüber hinaus erzeugen die Ausführungsbeispiele der Erfindung keine künstlichen Angriffspunkte für Materialermüdungserscheinungen.
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Beispielsweise bei Massivkäfigen kann diese Form des Hinterstichs implementiert werden, ohne dass aufwändige zusätzlich Verfahrensschritte erforderlich wären, da der Hinterstich durch eine einfache Bohrung bzw. mittels eines zylindrischen Fräswerkzeugs oder dergleichen auf einfache Art und Weise erzeugt werden kann. Beispielsweise bei Zylinderrollenlagern vom Typ NU, also bei Lager, die zwei Borde am Außenring aufweisen und bei denen daher für den Lagerkäfig nur ein geringes Volumen zur Verfügung steht, kann diese Form der Hinterstiche dazu führen, dass darauf verzichtet werden kann, die Anzahl der Wälzkörper im Lager zu reduzieren. Selbiges gilt, allgemeiner gesprochen, insbesondere auch für andere Lagerkäfige, die unterhalb des Lagerteilkreises gestaltet sind bzw. welche ihre größten Volumenanteile unterhalb des Teilkreises aufweisen, wie z. B. unterteilkreis rollengeführte, oder innenringschulter- oder innenringlaufbahngeführte Wälzlagerkäfige. Bei Lager mit zwei festen Borden am Innenring (z. B. Bauform N, NF, RN) müssen die Wälzkörper von außen in den Käfig montiert werden. Derartige Käfige sind größtenteils unterhalb des Lagerteilkreises konstruiert, wo aufgrund der geometrischen Bedingungen ein geringerer Bauraum zur Gestaltung des Käfigs zur Verfügung steht. Daher ist die Taschenkontur vor allem bei Lager mit zwei Borden am Innenring von Vorteil.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend, bezugnehmend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Segment eines nach einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens hergestellten Lagerkäfigs;
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2 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Herstellen eines Segments eines Lagerkäfigs oder eines Lagerkäfigs; und
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3 eine den Stand der Technik repräsentierende Form eines Käfigs eines Wälzlagers.
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1 zeigt in der oberen Darstellung einen Schnitt durch ein Segment eines Käfigs eines Wälzlagers, vorliegend eines Radiallagers, sowie in der unteren Darstellung einen Schnittansicht des Käfigs durch eine in der oberen Darstellung gezeigte Tangentialebene 2.
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Die Tangentialebene 2 verläuft dabei senkrecht zu einer radialen Richtung 4, die von der Symmetrieachse des Wälzlagerkäfigs nach außen zeigt. Bei dem in 1 beispielhaft gewählten Käfig für einen Zylinderrollenlager weisen die benachbarten Taschen 6 und 8, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise dargestellt ist, entlang einer beliebigen Tangentialebene 2 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Der beispielsweise mittels eines Fräsvorgangs oder auch mittels Spritzgießen erzeugte rechteckige Grundquerschnitt der Taschen 6 und 8 ist in den Ecken der Taschen mit Hinterstichen 16 und 18 versehen, um ein ungewolltes Anlaufen des Wälzkörpers in den Ecken zu verhindern. Die Hinterstiche 16 und 18 sind an den in und entgegen einer axialen Richtung 10 liegenden axialen Enden eines Steges 14, der die beiden zueinander benachbarten Taschen 6 und 8 trennt, angeordnet. Sie führen zu einer Schwächung des Materialquerschnitts, mit dem der Steg 14 mit dem restlichen Teil des Lagerkäfigs, insbesondere mit den Seitenwänden, verbunden ist.
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Durch den aus der oberen Schnittansicht ersichtlichen Verlauf der Hinterstiche 16 und 18 der benachbarten Taschen 6 und 8, nämlich dadurch, dass die an demselben axialen Ende des Steges 14 angeordneten Hinterstiche der benachbarten Taschen 6 und 8 in radialer Richtung im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wird erreicht, dass die gesamte zur Anbindung des Steges 14 verwendete Fläche, verglichen mit herkömmlichen Lösungen, vergrößert wird und dass darüber hinaus keine Angriffspunkte für Materialermüdungserscheinen geschaffen werden. Beispielsweise kann bei einem Lagertyp N 334 mit einteiligem rollengeführten Messingmassivkäfig die zur Anbindung des Steges 14 zur Verfügung stehende Materialfläche, verglichen mit der in 3 dargestellten Standardform der Hinterstiche, um mehr als 30%, vergrößert werden. Im konkreten Beispiel bedeutet dies, dass die Gesamtfläche, mit der die Stege 14 axial an die Seitenringe angebunden sind, von 110 mm2 auf 157 mm2 steigt.
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Dies kann erreicht werden, ohne dass es zu signifikantem Mehraufwand bei der Produktion bzw. Herstellung des Lagerkäfigs oder des Lagerkäfigsegments kommt. Beispielsweise bei Massivkäfigen brauchen lediglich 4 Bohrungen an den Enden eines Steges, also jeweils 2 paarweise einander gegenüberliegende Bohrungen benachbarter Taschen gemeinsam von vier in radialer Richtung im Wesentlichen parallel laufenden Bohrern gleichzeitig erzeugt werden.
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Wie das in 2 schematisch dargestellte Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für einen Wälzlagerkäfig bzw. für ein Segment eines Wälzlagerkäfigs belegt, können die oben genannten Vorteile mit einem äußerst einfachen und kostengünstigen Herstellungsverfahren erzielt werden.
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So wird zunächst in einem Vorbereitungsschritt 20 ein Lagerkäfig bzw. ein Segment eines Lagerkäfigs für ein Wälzlager bereitgestellt, in den bzw. in das zwei zueinander benachbarte Taschen zur Aufnahme eines Wälzkörpers einbringbar sind (z. B. mittels Fräsen), die von einem sich in einer axialen Richtung erstreckenden Steg getrennt werden.
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In einem Bearbeitungsschritt 22 wird dann ein Hinterstich in den Ecken der Taschen derart erzeugt, dass die Hinterstiche der benachbarten Taschen an einem axialen Ende des Steges jeweils parallel zueinander verlaufen wobei die jeweils zwei paarweise einander gegenüberliegende Hinterstiche benachbarter Taschen von vier in radialer Richtung im Wesentlichen parallel laufenden Werkzeugen gleichzeitig erzeugt werden.
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Das Erzeugen der Hinterstiche kann beispielsweise durch Bohren oder Fräsen oder eine andere materialabtragende Bearbeitungsform erfolgen.
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Obwohl in der Regel zuerst die Taschenecken bzw. Hinterstiche gebohrt werden, um danach die Steg- bzw. die Taschenkontur herzustellen, können die beiden Schritte bei Ausführungsbeispielen auch vertauscht sein, sodass zunächst in einem Vorbereitungsschritt ein Lagerkäfig bzw. ein Segment eines Lagerkäfigs für ein Wälzlager bereitgestellt wird, das bereits zwei zueinander benachbarte Taschen zur Aufnahme eines Wälzkörpers aufweist, die von einem sich in einer axialen Richtung erstreckenden Steg getrennt sind. In einem darauffolgenden Bearbeitungsschritt können Hinterstiche in den Ecken der Taschen derart erzeugt werden, dass die Hinterstiche der benachbarten Taschen an einem axialen Ende des Steges jeweils in radialer Richtung, d. h. gesehen von einer Rotationsachse des Lagerkäfigs nach außen hin, parallel zueinander verlaufen.
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Beispielsweise bei einem Verfahren zur Herstellung eines Massivkäfigs kann der Vorbereitungsschritt das Fräsen eines Käfiggrundkörpers, d. h. aus einem Grundkörper eines massiven, beispielsweise metallischen, Materials umfassen. Verwendet werden können beispielsweise Stahllegierungen, Bleche oder Messing.
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Wie es im Vorhergehenden bereits erwähnt wurde, sind Ausführungsbeispiele insbesondere für Lagerkäfige von Vorteil, welche unterhalb des Lagerteilkreises gestaltet sind bzw. welche ihre größten Volumenanteile unterhalb des Teilkreises aufweisen, wie z. B. unterteilkreis rollengeführte, oder innenringschulter- oder innenringlaufbahngeführte Wälzlagerkäfige. Bei Lager mit zwei festen Borden am Innenring (z. B. Bauform N, NF, RN) müssen die Wälzkörper von außen in den Käfig montiert werden. Derartige Käfige sind größtenteils unterhalb des Lagerteilkreises konstruiert, wo aufgrund der geometrischen Bedingungen ein geringerer Bauraum zur Gestaltung des Käfigs zur Verfügung steht. Daher ist die Taschenkontur vor allem bei Lager mit zwei Borden am Innenring von Vorteil.
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Des Weiteren ergeben sich Vorteile vor allem auch bei großen Rollen verglichen zum Lagerteilkreis, d. h. bei einem großen Verhältnis von Rollendurchmesser Dw zu Lagerteilkreisdurchmesser P, wo sich ein Anbindungsflächenzuwachs der Stege 14 durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung besonders stark bemerkbar macht. Dabei meint ein großes Verhältnis Dw/P-Werte größer als 0.1, bevorzugt größer als 0.15 und noch bevorzugter Dw/P ≥ 0.19. Unter großen Rollen können dabei Rollen mit einem Rollendurchmesser Dw ≥ 25 mm verstanden werden. Lagerteilkreisdurchmesser P können beispielsweise oberhalb von 230 mm liegen.
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Wenngleich in den vorhergehenden Figuren anhand eines Käfigs für ein Zylinderrollenlager illustriert, versteht es sich von selbst, dass weiteren Ausführungsbeispiele von Käfigen bzw. Käfigsegmenten für andere Wälzlagertypen erzeugt werden können, wie beispielsweise für Kegelrollen- oder Tonnenrollenlager, Nadellager oder dergleichen.
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Auch muss die Form des Käfigs nicht durch metallbearbeitende Prozesse erzeugt werden. Vielmehr kann zur Herstellung weiterer Ausführungsbeispiele auch ein Kunststoffspritzgussverfahren oder ein beliebiges anderes Herstellungsverfahren verwendet werden. Ausführungsbeispiels der Erfindung können, allgemein gesprochen, also aus beliebigen Materialien bestehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Tangentialebene
- 4
- radiale Richtung
- 6
- erste Tasche
- 8
- zweite Tasche
- 10
- axiale Richtung
- 12
- Ecke
- 14
- Steg
- 16
- erster Hinterschnitt
- 18
- zweiter Hinterschnitt
- 20
- Vorbereitungsschritt
- 22
- Bearbeitungsschritt
