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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen als Blechkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kugellagers.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein gattungsgemäßer Wälzlagerkäfig ist beispielsweise aus der
DE 88 16 173 U1 bekannt. Dieser Wälzlagerkäfig ist aus zwei Ringhälften, das heißt Käfighälften, aufgebaut, wobei durch Taschenhälften der Ringhälften Wälzkörpertaschen gebildet sind. In Umfangsrichtung des Käfigs jeweils zwischen zwei Wälzkörpertaschen befinden sich Verbindungsstege, die durch Nieten miteinander verbunden sind. Beim Käfig nach der
DE 88 16 173 U1 sind im Bereich der Verbindungsstege axial versetzte und ineinander greifende Abschnitte vorgesehen.
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Weitere, ebenfalls für Kugellager vorgesehene Wälzlagerkäfige, welche in den Dokumenten
DE 39 39 438 C2 und
DE 39 01 250 C2 offenbart sind, unterscheiden sich von dem Blechkäfig nach der
DE 88 16 173 U1 hinsichtlich der Gestaltung der Wälzkörpertaschen. Die besondere Gestaltung der Wälzkörpertaschen dient im Fall der
DE 39 39 438 C2 der Geräuschreduzierung sowie der Erzielung einer hohen Laufqualität des Lagers. Im Fall der
DE 39 01 250 C2 liegt der Entwicklungsschwerpunkt auf einer kleinen und gleichmäßigen Reibung der Kugeln im Käfig.
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Auf geometrische Merkmale von Wälzkörpertaschen wird auch in den Dokumenten
DE 10 2006 024 375 A1 und
WO 2007/134591 A1 eingegangen. In diesen Fällen sind spezielle Maßnahmen zur Senkung des Betriebsgeräusches getroffen.
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Ein weiterer Käfig für ein Kugellager ist in der
DE 10 2013 223 749 A1 beschrieben. In diesem Fall sind zwei Käfighälften aus Kunststoff gefertigt. Zur Verbindung der Käfighälften sind Rastmittel vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wälzlagerungen mit käfiggeführten Wälzkörpern Fortschritte gegenüber dem genannten Stand der Technik unter schwingungstechnischen Aspekten zu erzielen, wobei zugleich rationelle Fertigungsmöglichkeiten gegeben sein sollen.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Sofern der Wälzlagerkäfig als Kugellagerkäfig gestaltet ist, ist er zur Verwendung in einem Kugellager nach Anspruch 7 geeignet. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kugellagers gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtungen, das heißt den Käfig und das Kugellager, und umgekehrt.
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Der Wälzlagerkäfig umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption zwei mittels Nietverbindungen miteinander verbundene, als Blechteile ausgebildete Käfighälften, zwischen welchen Wälzkörpertaschen gebildet sind. Erfindungsgemäß sind die Käfighälften durch die Nietverbindungen auf Abstand zueinander gehalten.
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Die Nietverbindungen erfüllen somit eine Doppelfunktion: Zum einen ist damit eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Käfighälften hergestellt. Zum anderen ist im Vergleich zu herkömmlichen Lagerkäfigen, bei welchen ein Kontakt zwischen den Käfighälften gegeben ist, die schwingungstechnische Kopplung zwischen den Käfighälften signifikant modifiziert. Tendenziell ist beim erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine weichere, gedämpfte Verbindung zwischen beiden Käfighälften gegeben. Es hat sich gezeigt, dass dennoch eine ausreichend hohe geometrische Präzision der Wälzkörpertaschen in jedem Betriebszustand erhalten bleibt.
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Gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung sind die einzelnen Nietverbindungen zwischen den Käfighälften jeweils durch einen einstückigen Niet gebildet. Der Niet weist die Grundform eines Bolzens auf, wobei in dessen mittlerem Bereich ein scheibenförmiger Abschnitt - optisch an einen Saturnring erinnernd - als Verdickung des Bolzens vorhanden ist. Anders ausgedrückt: Der Niet weist die Grundform einer Scheibe auf, aus deren Stirnseiten jeweils ein Zapfen herausragt. Beim fertig montierten Wälzlagerkäfig liegt der verdickte, scheibenförmige Abschnitt derart zwischen den Käfighälften, dass sich die Käfighälften nicht berühren. Durch Umformung der aus der Scheibe herausragenden zapfenförmigen Abschnitte des Niets werden die Käfighälften miteinander verbunden.
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Optional ist der Niet mit einer Kunststoffbeschichtung versehen. Hierbei deckt die Kunststoffschicht nicht notwendigerweise die gesamte Oberfläche des Niets ab. Beispielsweise sind lediglich die Stirnseiten des scheibenförmigen Abschnitts, die jeweils eine Ringform aufweisen und die Käfighälften kontaktieren, mit Kunststoff beschichtet.
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Je nach Dimensionierung und Beanspruchung des Wälzlagerkäfigs können auch Kunststoffniete zur Verbindung der beiden Käfighälften geeignet sein. Die Käfighälften selbst sind in allen Bauformen vorzugsweise aus Stahlblech gefertigt. Prinzipiell ist auch eine Fertigung der Käfighälften aus sonstigen metallischen Werkstoffen, beispielsweise Buntmetall, oder eine beschichtete Ausführung der Käfighälften möglich.
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Gemäß einer alternativen Bauform ist jede Nietverbindung mehrteilig gestaltet. Hierbei ist auf jeden Niet eine Scheibe als gesonderte Komponente aufgeschoben, welche den Abstand zwischen den Käfighälften bestimmt und als dämpfendes Element wirkt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Scheibe um ein Kunststoffteil. Alternativ kommt zum Beispiel die Verwendung einer Metallscheibe mit Kunststoffbeschichtung in Betracht.
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Der Abstand zwischen den Käfighälften ist in allen Ausführungsformen mit der Dicke der Scheibe beziehungsweise - bei einteiligen Nieten - mit der Dicke des scheibenförmigen Abschnitts identisch. Von der Wandstärke der Käfighälften, gemessen in einem der vernieteten Abschnitte, weicht die Dicke der Scheibe beziehungsweise des scheibenförmigen Abschnitts vorzugsweise um nicht mehr als 40 %, insbesondere um nicht mehr als 25 %, ab.
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Was die Anzahl und Geometrie der Wälzkörpertaschen betrifft, können herkömmliche Lösungen, wie sie in den oben genannten Dokumenten beschrieben sind, übernommen werden. Der Wälzlagerkäfig ist somit geeignet, in Kugellagern an sich bekannter Geometrie herkömmliche Käfige zu ersetzen.
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Der Wälzlagerkäfig ist insbesondere für die Verwendung in einem einreihigen Rillenkugellager geeignet. Ebenso sind Verwendungen des Wälzlagerkäfigs in zweireihigen Rillenkugellagern, in ein- und zweireihigen Schrägkugellagern, sowie in Vierpunktlagern und Spannlagern möglich.
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Die Herstellung des Kugellagers einschließlich Wälzlagerkäfigs umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellung zweier Lagerringe, einer Mehrzahl an Wälzkörpern, sowie zweier Käfighälften und Komponenten zur Verbindung der Käfighälften mittels Nietverbindungen,
- - Platzierung der Wälzkörper, das heißt Kugeln, zwischen den Lagerringen mittels Exzentermontage,
- - Zusammensetzung der beiden Käfighälften und Verbindung mittels Nietverbindungen derart, dass zwischen den Käfighälften ein axialer Abstand verbleibt, dessen Betrag durch die Nietverbindungen bestimmt ist.
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In Ausgestaltungen, in welchen zumindest ein Teil der Komponenten, aus welchen die Nietverbindungen hergestellt werden, Kunststoff aufweist, kann durch Wahl der Farbe des Kunststoffs auf einfache Weise ein Zusatznutzen generiert werden. So kann die Farbe des Kunststoffs als Codierung eingesetzt werden, mit welcher Eigenschaften des Käfigs sowie des gesamten Lagers gekennzeichnet sind.
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Durch die Kunststofffarbe können hierbei Eigenschaften des Kunststoffteils selbst, beispielsweise das Material sowie dessen dämpfende Eigenschaften, ebenso markiert sein wie Eigenschaften des übrigen Wälzlagerkäfigs oder des gesamten Wälzlagers. An dieser Stelle sei angemerkt, dass bei herkömmlichen Kugellagern teilweise die Farbe von Dichtungen eine Markierungsfunktion hat. Insbesondere bei Lagern ohne Dichtungen kann diese Markierungsfunktion durch Kunststoffteile, nämlich Kunststoffscheiben oder Kunststoffniete, des Wälzlagerkäfigs übernommen werden.
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Figurenliste
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Das erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager wird nachfolgend in drei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 einen Wälzlagerkäfig für ein Kugellager in perspektivischer, teilweise geschnittener Darstellung;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wälzlagerkäfigs für ein Kugellager in einer Ansicht analog 1 ;
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagerkäfigs für ein Kugellager in einer Ansicht analog 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wälzlagerkäfig ist als Blechkäfig ausgebildet und zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten Rillenkugellager vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Wälzlagerkäfigs 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Der Wälzlagerkäfig 1 ist aus zwei Käfighälften 2, 3 aufgebaut, zwischen welchen Wälzkörpertaschen 4 für Wälzkörper, das heißt Kugeln, gebildet sind. In Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 zwischen zwei Wälzkörpertaschen 4 befindet sich jeweils ein Verbindungsbereich 5, in welchem eine Nietverbindung 10 zwischen den aus Stahlblech gefertigten Käfighälften 2, 3 hergestellt ist. Die Nietverbindung 10 umfasst in allen Fällen einen Niet 6, welcher allgemein als Verbindungselement bezeichnet wird.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 handelt es sich bei den Verbindungselementen 6 um Kunststoffteile. In 1 ist der zusammengesetzte, jedoch noch nicht endgültig fertig gestellte Zustand des Wälzlagerkäfigs 1 sichtbar. Vor dem Zusammensetzten der Komponenten des Wälzlagerkäfigs 1 weist jeder Niet 6 die Grundform eines Bolzens mit einem mittigen Scheibenabschnitt 7 auf. Der Scheibenabschnitt 7, welcher allgemein als verdickter Abschnitt bezeichnet wird, hat im Fall von 1 einen kreisrunden Querschnitt. Beim Zusammensetzen der Käfighälften 2, 3 werden die einzelnen Verbindungselemente 6 zwischen die Käfighälften 2, 3 eingelegt, so dass sich die scheibenförmigen Abschnitte 7 zwischen den Käfighälften 2, 3 befinden und diese damit auf Abstand halten.
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In 1 ist die Dicke eines scheibenförmigen Abschnitts 7 mit D und die Wandstärke einer jeden Käfighälfte 2, 3, zu messen jeweils im Verbindungsbereich 5, mit W bezeichnet. Die Dicke D entspricht dem Abstand zwischen den Käfighälften 2, 3 und weicht von der Wandstärke W um nicht mehr als 40 % ab. Diese Relation gilt auch für die Ausführungsbeispiele nach den 2 und 3.
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Nach dem Zusammensetzten von Käfighälften 2, 3 und Verbindungselementen 6 werden in der Variante nach 1 Nietköpfe 8 der Verbindungselemente 6 erzeugt. Je nach verwendetem Material der Verbindungselemente 6 werden diese zu diesem Zweck erhitzt. Bezogen auf die Anordnung nach 1 sind die Nietköpfe 8 auf der Unterseite des Wälzlagerkäfigs 1 bereits hergestellt, wogegen auf der Oberseite des Wälzlagerkäfigs 1 entsprechende Nietköpfe 8 noch herzustellen sind. Nach Formung sämtlicher Nietköpfe 8 sind die Käfighälften 2, 3 dauerhaft miteinander verbunden, wobei kein Metall-Metall-Kontakt existiert. Vielmehr wirken die Verbindungselemente 6, insbesondere deren Scheibenabschnitte 7, als dämpfende Elemente zwischen den Käfighälften 2, 3.
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In den Ausgestaltungen nach den 2 und 3 sind die Nietverbindungen 10 jeweils mehrteilig aufgebaut. Hierbei ist um ein Verbindungselement 6 in Form eines Metallniets jeweils eine Scheibe 9 aus Kunststoff gelegt, welche die Funktion des Scheibenabschnitts 7 übernimmt. Im Vergleich zur Version nach 1 zeichnen sich die Bauformen nach 2 und 3 durch eine erhöhte mechanische Belastbarkeit aus, wobei auch in diesen Fällen ein schwingungstechnischer Entkopplungseffekt zwischen den Käfighälften 2, 3 gegeben ist. Im Fall von 2 hat jede Scheibe 9 eine rechteckige Grundform. Dagegen sind im Fall von 3 die Scheiben 9 kreisrund, so dass bei zusammengebautem Wälzlagerkäfig 1 optische Übereinstimmungen mit der Bauform nach 1 gegeben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlagerkäfig
- 2
- Käfighälfte
- 3
- Käfighälfte
- 4
- Wälzkörpertasche
- 5
- Verbindungsbereich
- 6
- Verbindungselement, Niet
- 7
- Scheibenabschnitt, verdickter Abschnitt
- 8
- Nietkopf
- 9
- Scheibe
- 10
- Nietverbindung
- D
- Abstand
- W
- Wandstärke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 8816173 U1 [0002, 0003]
- DE 3939438 C2 [0003]
- DE 3901250 C2 [0003]
- DE 102006024375 A1 [0004]
- WO 2007/134591 A1 [0004]
- DE 102013223749 A1 [0005]
