DE102014213634A1

DE102014213634A1 - Kammkäfig aus Kunststoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102014213634A1
Application number: DE102014213634.2A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schröder; Martin Grehn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-01-14
Also published as: CN105465181A; CN105465181B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kammkäfig (2) aus Kunststoff für ein Wälzlager, umfassend einen Käfigring (4) mit einer der Anzahl der zugeordneten Wälzkörper (8) entsprechenden Anzahl von vom Käfigring (4) axial abstehenden, die Wälzkörper (8) längs Mantellinien (10) haltenden und führenden Stegen (6). Um einerseits unterschiedliche Festigkeitsanforderungen beim Käfigring (4) sowie den Stegen (6) und andererseits zur Vermeidung von Verzug gleiche Wandstärken in allen Bereichen des Kammkäfigs verwirklichen zu können, ist vorgesehen, dass der Käfigring (4) aus mehreren zueinander koaxial angeordneten Ringscheiben (12, 14) gleicher Wandstärke (a, b) gebildet ist, dass zwei benachbarte Ringscheiben (12, 14) jeweils mittels mehrerer zwischen diesen angeordneter Abstandsstücke (16) miteinander verbunden sind, dass die Stege (6) als sich axial erstreckende Strangprofile mit an die Form der Wälzkörper (8) angepassten Seitenflanken ausgebildet sind, und dass die Wandstärke von das Strangprofil bildenden Wandelementen weitgehend gleich ist wie der Wandstärke (a, b) der Ringscheiben (12, 14).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kammkäfig aus Kunststoff für ein Wälzlager gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu Herstellung eines solchen Kammkäfigs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Wälzlagerkäfige haben die Aufgabe, die über den Umfang des Lagers verteilt angeordneten Wälzkörper (Kugeln, Rollen, Nadeln) zu halten und zu führen sowie deren gegenseitige Berührung zu verhindern. Sie haben häufig einen komplexen Aufbau, so dass ihre Herstellung insbesondere bei einer Ausführung aus Metall, beispielsweise Messing, aufwendig und teuer ist. Wälzlagerkäfige aus Metall haben darüber hinaus den Nachteil, dass sie die rotierende Masse des Lagers im Betrieb in unerwünschter Weise erhöhen. Es werden deshalb auch Wälzlagerkäfige auch aus Kunststoff hergestellt.
Ein verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerkäfigen aus Kunststoff ist das Spritzgießen beziehungsweise Spritzformen. Um ein Fall Verformungen nach dem Entformen des Käfigs aus einer Spritzform zu vermeiden, ist es neben der grundsätzlichen Forderung, Überdimensionierungen zu vermeiden, wichtig, dass die Wandstärken der verschiedenen Käfigbestandteile im Wesentlichen gleich sind. Diese Forderung begrenzt andererseits in vielen Fällen die Einsatzmöglichkeiten von Kunststoffkäfigen, wenn beispielsweise aus Festigkeitsgründen erwünschte Materialstärken bestimmter Bereiche des Käfigs nicht mit den gießtechnisch zulässigen Wandstärken in Übereinstimmung gebracht werden können. Das gilt insbesondere für sogenannte Kammkäfige mit ihren frei vom Käfigring auskragenden Stegen, bei denen die Forderung nach gleichen Wandstärken einerseits für den Käfigring, an den besondere Festigkeitsanforderungen gestellt werden, und andererseits für die Stege, deren äußere Form vorwiegend durch die Form der zu führenden Wälzkörper bestimmt wird, schwer zu erfüllen ist.
Aus der DE 33 10 938 A1 ist bereits ein Kammkäfig aus Kunststoff für Wälzlager bekannt, bei welchem bei jedem einzelnen Steg mit Hilfe von zwei zusätzlichen, etwa die Funktion von Gießkernen erfüllenden Werkzeugteilen komplexe Ausnehmungen beziehungsweise Hinterschneidungen geformt werden, um die oben beschriebenen Forderungen insbesondere nach gleichen Wandstärken in allen Bereichen des Käfigringes zu erfüllen. Es ist offensichtlich, dass sowohl die Spritzgießform als auch deren Handhabung im Herstellungsprozess aufwendig und teuer sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kammkäfig aus Kunststoff für ein Wälzlager sowie ein Verfahren für dessen Herstellung vorzustellen, bei welchem die in unterschiedlichen Bereichen des Käfigs unterschiedlichen Festigkeitsanforderungen einerseits und Formgebungsanforderungen andererseits bei im Wesentlichen gleichen Wandstärken in allen Käfigbereichen mit einfachen Mitteln erfüllt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einerseits aus den Merkmalen des Anspruchs 1 und anderseits aus den Merkmalen des Anspruchs 6, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den jeweils zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach geht die Erfindung zum einen aus von einem Kammkäfig aus Kunststoff für ein Wälzlager, umfassend einen Käfigring mit einer der Anzahl der zugeordneten Wälzkörper entsprechenden Anzahl von vom Käfigring axial abstehenden, die Wälzkörper längs Mantellinien haltenden und führenden Stegen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass der Käfigring aus mehreren zueinander koaxial angeordneten Ringscheiben gleicher Wandstärke gebildet ist, dass zwei benachbarte Ringscheiben jeweils mittels mehrerer zwischen diesen angeordneter Abstandsstücke miteinander verbunden sind, dass die Stege als sich axial erstreckende Strangprofile mit an die Form der Wälzkörper angepassten Seitenflanken ausgebildet sind, und dass die Wandstärke von das Strangprofil bildenden Wandelementen im Wesentlichen gleich ist wie der Wandstärke der Ringscheiben.
Der Käfigring wird aus so vielen Ringscheiben gleicher Wandstärke zusammengesetzt, dass die sich ergebende effektive Wandstärke ausreicht, die Festigkeitsanforderungen an den Käfigring zu erfüllen. Die Stege werden aus einzelnen ein Strangprofil bildenden Wandelementen gleicher Wandstärke gebildet, deren Außenkontur an die Kontur der zu haltenden Wälzkörper angepasst ist, so dass sie die Halte- und Führungsfunktion erfüllen können. Wesentlich dabei ist, dass die Wandstärken der einzelnen Ringscheiben einerseits und der die Strangprofile bildenden Wandelemente andererseits gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sind, um jeglichen Verzug nach dem Entformen zu vermeiden.
Die Form der den Käfigring bildenden Ringscheiben und der die Ringscheiben miteinander verbindenden Abstandsstücke ist einfach und erfordert keine komplexe Spritzform. Auch die an die Außenkontur der jeweiligen Lagerrollen (Zylinderrollen, Tonnenrollen, Pendelrollen) angepassten Stege lassen sich durch Zusammensetzen einzelner Wandelemente bilden, die die oben beschriebenen Forderungen gleicher Wanddicke erfüllen, wie anhand eines Ausführungsbeispiels noch genauer dargelegt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stege des Kammkäfigs im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines radial nach außen offenen Y haben. Diese Stege bestehen demnach aus drei einfachen Wandelementen, nämlich einem radial nach innen gerichteten Arm und zwei daran angeordneten nach außen gerichteten Armen, die so ausgebildeten sind, dass sie sich an die Form der Lagerrollen anschmiegen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des Kammkäfigs können die Stege im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines nach außen offenen, ebenfalls aus drei Wandelementen gebildeten U haben, also einen etwa in Umfangsrichtung sich erstreckenden Basisschenkel sowie zwei an diesem angeordnete, radial nach außen gerichtete Seitenschenkel aufweisen.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Stege im Querschnitt im Wesentlichen rohrförmig mit einer den oben beschriebenen Anforderungen entsprechenden Rohrwandstärke ausgebildet sind, wobei die Außenkontur des rohrförmigen Steges wiederum an die zu führenden Wälzkörper angepasst ist.
Um ein axiales Entformen von zwei die Spritzform bildenden Werkzeughälften zu ermöglichen, weisen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Wände der Stege in einer vom Käfigring fortweisenden Richtung Entformungsschrägen auf, so dass die Stege sich axial verjüngend ausgebildet sind.
Zur Herstellung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Kammkäfigs ist ein Herstellungsverfahren vorgesehen, bei welchem der Kammkäfig in einer Kunststoff-Spritzform mit axial entformbaren Werkzeughälften spritzgeformt wird. Dabei wird der Bereich zwischen zwei benachbarten Ringscheiben des Kammkäfigs durch zwei halbkreisförmige, in entgegengesetzten Richtungen radial entformbare kammartige Werkzeugstrukturen gebildet, die jeweils mit radial nach innen und zueinander parallel ausgerichteten Zähnen besetzt sind. Die Zähne erzeugen beim Spritzvorgang die zwischen den Abstandsstücken auszubildenden Taschen und die Zahnlücken die Abstandsstücke zwischen den benachbarten Ringscheiben des Kammkäfigs. Nach dem Spritzformvorgang des Kammkäfigs werden sodann in einem ersten Schritt die kammartigen Werkzeugstrukturen radial entformt, also die Zähne radial aus den Taschen entfernt, und in einem nachfolgenden Schritt werden die beiden Werkzeughälften axial entformt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
1 in einer perspektivischen Teilansicht einen Doppelkammkäfig für ein Rollenlager, und
2 in einer perspektivischen Teilansicht einen auf einen inneren Lagerring aufgesetzten, mit Tonnenrollen bestückten Doppelkammkäfig gemäß der 1.
Der in der 1 dargestellte Kammkäfig 2 ist als Doppelkammkäfig ausgebildet und besteht im Wesentlichen aus einem Käfigring 4 sowie einer Anzahl von über den Umfang des Käfigrings 2 verteilt angeordneten, axial vom Käfigring 4 abstehenden Stegen 6, welche die zugeordneten, als Lagerrollen ausgebildeten Wälzkörper 8 im wesentlichen längs axialer Mantellinien 10 der Wälzkörper 8 halten und führen.
Der Käfigring 4 besteht in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei zueinander koaxial angeordneten Ringscheiben 12 und 14, die mittels mehrerer über den Umfang der Ringscheiben verteilt angeordneter Abstandsstücke 16 einstückig miteinander verbunden sind. Wie die 1 erkennen lässt, haben die beiden Ringscheiben 12, 14 die gleiche Wandstärke a bzw. b, und auch der axiale Abstand c der beiden Ringscheiben 12, 14 zueinander ist im Wesentlichen gleich groß wie die Wandstärke a bzw. b, so dass auch die Abstandsstücke 16 eine axiale Wandstärke c aufweisen, welche derjenigen der beiden Ringscheiben 12, 14 gleich ist, weshalb gilt: a = b = c. Damit ist eine der vorne genannten Forderungen erfüllt, nämlich dass einerseits eine für die Festigkeit des Käfigrings 2 geforderte effektive Wandstärke erreicht wird, die gießtechnisch vorgegebenen Wandstärken der Einzelelemente jedoch überall gleich sein können.
Die Abstandsstücke 16 haben jeweils einander gegenüberliegende Begrenzungsflächen, die sich in Richtung einer der Achsen, hier der X-Achse des die Käfigebene definierenden Achsenkreuzes X-Y erstrecken. Die kammartige Struktur eines Spritzgießwerkzeugs zur die Bildung der zwischen den Abstandsstücken 16 verbleibenden Taschen 18 besteht demnach aus zwei etwa halbkreisförmigen Kämmen, die jeweils mit einer der Anzahl der Taschen des halben Käfigringes entsprechenden Anzahl von Zähnen besetzt sind, welche in Entsprechung zu den oben beschriebenen Taschen ausgebildet sind. Sie werden in die Spritzgießform jeweils entgegen der X-Richtung bzw. (-X)-Richtung eingesetzt und in X-Richtung bzw. (-X)-Richtung entformt, wie hier nicht im Einzelnen dargestellt wurde. Nach dem Entformen der kammartigen Strukturen werden in einem nachfolgenden Schritt die beiden Werkzeughälften axial, also in Z-Richtung und (-Z)-Richtung entformt.
Die Stege 6 haben im dargestellten Ausführungsbeispiel im Querschnitt die Form eines radial nach außen offenen Y, wobei die das Y bildenden Wandelemente, nämlich der radial nach innen zeigende Arm 20 sowie die radial nach außen zeigenden Arme 22, 24 jeweils eine den Wandstärken a, b der Ringscheiben 12, 14 entsprechende Wandstärke aufweisen. Wie bereits dargelegt, kann der Querschnitt der Stege andere Formen, beispielsweise eine U-Form oder eine Rohr-Form haben, wie nicht im Detail dargestellt werden braucht.
Wie in der Zeichnung zu erkennen ist, weisen die Wandelemente 20, 22, 24 der Stege 6 jeweils in einer vom Käfigring 4 fortweisenden Richtung Entformungsschrägen 28 auf, die ein axiales Entformen der beiden Werkzeughälften erleichtern.
2 zeigt den Kammkäfig 2 gemäß der 1 in teilweise montiertem Zustand. Als Lagerrollen ausgebildete Wälzkörper 8 sind jeweils in zwischen zwei Stegen 6 gebildete Wälzkörpertaschen 30 eingesetzt, wobei die Stege 6 die Wälzkörper 8 jeweils seitlich entlang Mantellinien 10 der Wälzkörper 8 halten und führen. Der mit den Lagerrollen 8 bestückte Kammkäfig 2 ist auf einen radial inneren Lagerring 26 aufgesetzt. Man erkennt, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Kammkäfig 2 rollengeführt ist, wobei der Kammkäfig 2 selbst keinen Kontakt mit einem der Lagerringe 26 beziehungsweise mit einem an diesen ausgebildeten axialen Bord 32 hat.
Bezugszeichenliste

2: Doppelkammkäfig, Kammkäfig
4: Käfigring
6: Stege
8: Wälzkörper, Lagerrolle
10: Mantellinie
12: Ringscheibe
14: Ringscheibe
16: Abstandsstücke
18: Taschen
20: Wandelement (Arm) eines Stegs 6
22: Wandelement (Arm) eines Stegs 6
24: Wandelement (Arm) eines Stegs 6
26: Innerer Lagerring
28: Entformungsschrägen
30: Wälzkörpertaschen
32: Bord am Innenring 26
a: Wandstärke von Ringscheibe 12, 14
b: Wandstärke von Ringscheibe 12, 14
c: Abstand/Wandstärke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3310938 A1 [0004]

Claims

Kammkäfig (2) aus Kunststoff für ein Wälzlager, umfassend einen Käfigring (4) mit einer der Anzahl der zugeordneten Wälzkörper (8) entsprechenden Anzahl von vom Käfigring (4) axial abstehenden, die Wälzkörper (8) längs Mantellinien (10) haltenden und führenden Stegen (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (4) aus mehreren zueinander koaxial angeordneten Ringscheiben (12, 14) gleicher Wandstärke (a, b) gebildet ist, dass zwei benachbarte Ringscheiben (12, 14) jeweils mittels mehrerer zwischen diesen angeordneter Abstandsstücke (16) miteinander verbunden sind, dass die Stege (6) als sich axial erstreckende Strangprofile mit an die Form der Wälzkörper (8) angepassten Seitenflanken ausgebildet sind, und dass die Wandstärke von das Strangprofil bildenden Wandelementen im Wesentlichen gleich ist wie der Wandstärke (a, b) der Ringscheiben (12, 14).
Kammkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (6) im Querschnitt die Form eines radial nach außen offenen Y haben.
Kammkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege im Querschnitt die Form eines nach radial außen offenen U haben.
Kammkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege im Querschnitt rohrförmig sind.
Kammkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Stege (6) in einer vom Käfigring (4) fortweisenden Richtung sich verjüngende Entformungsschrägen (28) aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines Kammkäfigs (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der Kammkäfig (2) in einer Kunststoff-Spritzform mit axial entformbaren Werkzeughälften spritzgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen zwei benachbarten Ringscheiben (12, 14) des Kammkäfigs (2) durch zwei halbkreisförmige, in entgegengesetzten Richtungen radial entformbare kammartige Werkzeugstrukturen gebildet wird, die jeweils mit radial nach innen und zueinander parallel ausgerichteten Zähnen besetzt sind, derart, dass die Zähne beim Spritzvorgang die zwischen den Abstandsstücken (16) auszubildenden Taschen (18) und die Zahnlücken die Abstandsstücke (16) des Kammkäfigs (2) bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Spritzformen des Kammkäfigs (2) in einem ersten Schritt die kammartigen Werkzeugstrukturen radial und in einem nachfolgenden Schritt die beiden Werkzeughälften axial entformt werden.