DE102019201560A1 - Lagerkäfigsegment mit Stoßkante zum Verschweißen - Google Patents

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Norbert Huhn
Thomas Kettner
Manfred Mattes
Harald Metz
Achim Müller
Alfred Radina
Jonas Schierling
Maximilian Soellner
Markus Volkmuth
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Abstract

Offenbart wird ein Lagerkäfigsegment eines Metallblechkäfigs, insbesondere für einen Nadellagerkäfig, mit einem ersten Ringabschnitt (2), zumindest einem zweiten Ringabschnitt (3) und mehreren, den ersten Ringabschnitt (2) und den zumindest einen zweiten Ringabschnitt (3) miteinander verbindenden Stegen (4), wobei zwischen den Stegen (4) jeweils eine Tasche (5) zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet ist, wobei das Lagerkäfigsegment an mindestens einem Ringabschnitt (2, 3) eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante (7) aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante (8) verbunden zu werden, wobei die Stoßkante (7) im Bereich einer durch diese Verbindung zu bildenden Tasche (14) angeordnet ist und wobei die Stoßkante (7) mittels Laserschneiden ausgebildet ist.

Description

  • Vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerkäfigsegment eines Metallblechkäfigs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung einen Metallblechkäfig mit einem solchen Lagerkäfigsegment.
  • Aus dem Stand der Technik sind Lagerkäfige bekannt, die aus einem oder mehreren rundgebogenen Käfigsegmenten aus Metallblech zusammengesetzt sind, die an ihren Stoßkanten jeweils miteinander, beispielsweise durch Schweißen verbunden sind.
  • Dabei ist bekannt, die Struktur und Kontur derartiger Lagerkäfigsegmente mittels Stanzen und Prägen herzustellen. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein Metallband in Längsrichtung intermittierend fortbewegt, wobei mittels einer Stanzpresse sich quer erstreckende Schlitze gebildet werden. In einem weiteren Schritt wird das Metallband mittels einer Querschneidvorrichtung abgelängt, so dass ein leiterartig geformtes Blechteil gebildet ist, wobei die „Sprossen“ dieses Teils Stege des Lagerkäfigsegments bilden, die Schlitze des Teils Taschen des Lagerkäfigsegments und die „Holme“ des Teils die Ringabschnitte des Lagerkäfigsegments. In einem folgenden Schritt werden dann die Ringabschnitte durch Rundformen auf den gewünschten Krümmungsradius gebogen.
  • Das Ablängen erfolgt dabei üblicherweise im Bereich einer Tasche, so dass an den Ringabschnitten jeweils eine Stoßkante gebildet ist und dazwischen eine „Teiltasche“. Beim Zusammensetzen des Lagerkäfigsegments zum fertigen Käfig werden diese Stoßkanten - nach einer Nachbearbeitung, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird - mit zwei weiteren, analog gebildeten Stoßkanten zusammengeschweißt, so dass durch die Verbindung der „Teiltaschen“ eine „Schweißtasche“ gebildet wird.
  • Das Ablängen ist ein Stanzprozess, bei dem es zu einem kombinierten Scherschneiden und Brechen kommt. Aus diesem Grund sind die durch das Ablängen des Metallblechs gebildeten, in Umfangsrichtung weisenden Stoßkanten der Ringabschnitte zu wenig maßhaltig, um unmittelbar als Schweißfläche dienen zu können. Daher ist hier die genannte Nachbearbeitung erforderlich. Zudem wird beim Ablängen typischerweise eine Schneidflüssigkeit verwendet, die für eine Weiterbehandlung ebenfalls noch entfernt werden muss.
  • Die Nachbearbeitung ist dabei zwangsläufig mit einem Materialabtrag verbunden. Wenn daher nach dem Rundbiegen des Lagerkäfigsegments die nachbearbeiteten Stoßkanten einfach mit den entsprechenden, in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Stoßkanten verschweißt werden würden, so entstünde an dieser Verbindungsstelle eine Schweißtasche, die in Umfangsrichtung betrachtet eine geringere Breite hätte als die anderen Taschen. Aus diesem Grund werden gemäß dem Stand der Technik nach dem Ablängen die Ringabschnitte zunächst um etwa eine ganze Taschenbreite verkürzt und erst dann nachbearbeitet, so dass sie hinsichtlich der gewünschten Taschenbreite die richtige Länge zur Verbindung mit den gegenüberliegenden Stoßkanten aufweisen. Der letzte Steg geht auf diese Weise als Ausschuss verloren. Dementsprechend kommt es hier neben dem zusätzlichen Aufwand der Nachbearbeitung auch zu einem signifikanten Materialverlust.
  • Die Qualität der Schweißverbindung ist dabei von besonderer Bedeutung, weil die Leistungsfähigkeit des fertigen Lagerkäfigs maßgeblich hiervon abhängt.
  • Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Lagerkäfigsegment anzugeben, das sich bei hoher Zuverlässigkeit mit geringerem Aufwand herstellen lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Lagerkäfigsegment gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Im Folgenden wird ein Lagerkäfigsegment eines Metallblechkäfigs, insbesondere für ein Nadellager, bereitgestellt, das einen ersten Ringabschnitt, zumindest einen zweiten Ringabschnitt und mehrere, den ersten Ringabschnitt und den zumindest einen zweiten Ringabschnitt miteinander verbindende Stege, aufweist, wobei zwischen den Stegen jeweils eine Tasche zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet ist. Dabei basiert die Erfindung auf der Idee, dass das Lagerkäfigsegment an mindestens einem Ringabschnitt eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante verbunden zu werden, wobei die Stoßkante im Bereich einer durch diese Verbindung zu bildenden Tasche angeordnet ist und wobei die Stoßkante mittels Laserschneiden ausgebildet ist.
  • Dabei kann das Lagerkäfigsegment für einreihige oder mehrreihige Lagerkäfige ausgebildet sein.
  • Durch das Laserschneiden lässt sich die Stoßkante so präzise bilden, dass sie sich unmittelbar als Schweißkante eignet. Auf diese Weise ist für eine zuverlässige Schweißverbindung eine Nachbearbeitung der Stoßkante nicht erforderlich. Außerdem lässt sich durch das Laserschneiden das Lagerkäfigsegment individuell fertigen, beispielsweise durch ein Ausschneiden aus einem Metallblech, so dass die Stoßkante nicht durch ein Ablängen gebildet werden muss. Auf diese Weise kann auch der Materialverlust, wie er beim oben genannten Stand der Technik auftritt, vermieden werden. Somit ist die Herstellung erleichtert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Stoßkante auf der radial äußeren Seite und/oder der radial inneren Seite eine Fase auf. Durch diese Gestaltung wird ermöglicht, dass sich bei der Herstellung der Schweißverbindung kein, über den betreffenden Ringabschnitt radial oder axial überstehender Bereich bildet, insbesondere keine überstehende Schweißnaht (sogenannte Oberraupe).
  • Eine besonders einfache Herstellung der Fase ist ermöglicht, wenn sie durch einen Umformprozess gebildet wird, also beispielswiese durch ein Rollen oder ein Walzen.
  • Gemäß einem Ausführungbeispiel ist die gesamte zu bildende Tasche lasergeschnitten, wobei vorzugsweise die anderen Taschen gestanzt sind. Durch das Laserscheiden der zu bildenden Tasche lässt sich die Stoßkante entsprechend vorteilhaft gestalten. Das Herstellen der „normalen“ bzw. „ganzen“ Taschen kann demgegenüber vorteilhaft durch ein einfaches und schnelles Stanzen erfolgen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Stoßkante in etwa mittig der zu bildenden Tasche angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich - mit Bezug auf eine Ebene der Schweißverbindung - eine besonders symmetrische Gestaltung, wodurch sich erzielen lässt, dass unerwünschte ungleichmäßige Kräfte, die bei Betrieb des fertigen Lagerkäfigs auf die Verbindung wirken, vermieden werden können oder zumindest besonders gering sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Ringabschnitte im Bereich der zu bildenden Tasche eine Stoßkante auf. So ergeben sich die oben genannten Vorteile an allen Ringabschnitten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Metallblechkäfig, insbesondere für ein Nadellager bereitgestellt, der mit mindestens ein oben beschriebenes Lagerkäfigsegment aufweist. Dabei ist das mindestens eine Lagerkäfigsegment bzw. sind die mehreren Lagerkäfigsegmente an ihren Stoßkanten über eine stoffschlüssige Verbindung verbunden, insbesondere verschweißt. Somit lässt sich der Metallblechkäfig insgesamt besonders vorteilhaft herstellen. Als Schweißen eignet sich dabei besonders ein elektrisches Widerstandsschweißen oder ein Laserschweißen. So lässt sich erzielen, dass die Schweißnaht besonders klein ist. Der Metallblechkäfig kann einreihig oder mehrreihig ausgebildet sein.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
  • Es zeigen:
    • 1: eine perspektivische Darstellung eines Verbindungsbereichs bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigsegments,
    • 2 eine Querschnittdarstellung von zwei sich kontaktierenden Stoßkantenbereichen des Lagerkäfigsegments vor deren Verschweißung, und
    • 3 eine der 2 entsprechende Darstellung nach der Verschweißung.
  • Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die im Folgenden benutzten Richtungsbezeichnungen axial, radial, umfänglich beziehen sich stets auf den fertigen Lagerkäfig.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mindestens eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigsegments 1 eines Metallblechkäfigs im Stoßbereich zwischen einem ersten Lagerkäfigsegmentende 6 und einem zweiten Lagerkäfigsegmentende 9. Der Metallblechkäfig ist dabei entweder aus einem einzigen Lagerkäfigsegment 1 gebildet, so dass die Lagerkäfigsegmentenden 6, 9, hier im Folgenden auch einfach als „Enden“ 6, 9, zwei umfängliche Enden nur eines Lagerkäfigsegments 1 sind. Alternativ kann der Metallblechkäfig mehrere Lagerkäfigsegmente 1 aufweisen, wobei das erste Ende 6 ein Ende eines ersten Lagerkäfigsegments 1 ist und das zweite Ende 9 ein Ende eines zweiten Lagerkäfigsegments 1.
  • Der Einfachheit halber wird hier im Folgenden davon ausgegangen, dass zwei Lagerkäfigsegmente 1, 1' mit ihren Enden 6, 9 aneinander anstoßen die. Der Fall, dass das erste Ende 6 und das zweite Ende 9 durch das gleiche Lagerkäfigsegment 1 ausgebildet sind ergibt sich in analoger Weise offensichtlich.
  • Jedes Lagerkäfigsegment 1,1' weist einen ersten Ringabschnitt 2 und einen zweiten Ringabschnitt 3 auf, und mehrere, den ersten Ringabschnitt 2 und den zweiten Ringabschnitt 3 miteinander verbindende Stege 4. In 1 ist lediglich der letzte Steg 4 des ersten Endes 6 und der letzte Steg 4 des zweiten Endes 9 gezeigt sind. Statt der hier dargestellten einreihigen Ausgestaltung des Lagerkäfigsegments 1 kann das Lagerkäfigsegment 1 auch mehrreihig ausgestaltet sein, und würde dann einen ersten, einen zweiten und weitere Ringabschnitte aufweisen, die jeweils mittels Stege miteinander verbunden sind.
  • Zwischen den Stegen 4 ist jeweils eine Tasche 5 zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet. Im gezeigten Beispiel ist der Metallblechkäfig ein Nadellagerkäfig und die Taschen 5 sind jeweils zur Aufnahme eines nadelförmigen Wälzkörpers ausgestaltet.
  • Das Lagerkäfigsegment 1 weist an seinem ersten Ende 6 an dem ersten Ringabschnitt 2 eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante 7 auf, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante 8 des zweiten Lagerkäfigsegments 1' verbunden zu werden, die hier in analoger Weise am zweiten Ende 9 am ersten Ringabschnitt 2 ausgebildet ist.
  • Die Stoßkanten 7, 8 sind vorzugsweise über eine Verbindung, insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung, hier eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Dabei eignet sich insbesondere ein Laserschweißen oder ein elektrisches Widerstandsschweißen zur Herstellung der Verbindung.
  • Wie aus der perspektivischen Darstellung der 1 hervorgeht, ist die Stoßkante 7 im Bereich einer durch die Verbindung zu bildenden Tasche 14, hier auch als „Schweißtasche“ 14 bezeichnet, angeordnet. Dementsprechend ist durch das erste Ende 6 eine erste „Teiltasche“ gebildet, und durch das zweite Ende 9 eine entsprechende zweite Teiltasche, wobei durch die Verbindung der Stoßkanten 7, 8 diese Teiltaschen die zu bildende Tasche 14 bilden bzw. zu der zu bildenden Tasche 14 zusammengesetzt werden.
  • Dabei sind die Stoßkanten 7, 8 in Umfangsrichtung betrachtet in etwa mittig der Schweißtasche 14 angeordnet. Insbesondere kann die Gestaltung derart sein, dass die Stoßkanten 7, 8 in einer Ebene liegen, die für die zu bildende Tasche 14 eine Symmetrieebene darstellt. Selbstverständlich können die Stoßkanten 7, 8 aber auch nicht mittig und/oder versetzt zueinander angeordnet sein.
  • Die Stoßkanten 7, 8 sind mittels Laserschneiden ausgebildet. Vorzugsweise ist die gesamte Teiltasche des ersten Endes 6 des ersten Lagerkäfigsegments 1, bzw. des zweiten Endes 9 des zweiten Lagerkäfigsegments 1' durch Laserschneiden gebildet. Auf diese Weise können die Stoßkanten 7, 8 so präzise geformt werden, dass eine Nachbearbeitung für eine Eignung als Schweißfläche nicht mehr notwendig ist. Dabei wird durch den Laserschneidprozess die Fläche unmittelbar gereinigt.
  • Am zweiten Ringabschnitt 3 ist die Gestaltung im Bereich der Verbindung vorzugsweise analog zu der Gestaltung am ersten Ringabschnitt 1.
  • Die Taschen 5 (ohne die „Schweißtasche“ 14) können alle durch ein Stanzen gebildet sein.
  • Wie aus 1 hervorgeht, können an den Stegen 4 und an den Ringabschnitten 2, 3 Führungsflächen 15 der Taschen 5 zur Führung der Wälzkörper ausgebildet sein. Diese Führungsflächen 15 können beispielsweise durch das Stanzen der Taschen 5 gebildet sein. Die Schweißtasche 14 kann ebenfalls entsprechende Führungsflächen 15 aufweisen, die hier vorzugsweise unmittelbar durch das oben erwähnte Laserschneiden der betreffenden Teiltaschen gebildet sein können.
  • 2 zeigt eine Querschnittdarstellung durch den ersten Ringabschnitt 2 im Bereich der Verbindung der Stoßkanten 7, 8, wobei ein Zustand gezeigt ist, in dem sich die Stoßkanten 7, 8 berühren, aber noch nicht verschweißt sind.
  • Wie 2 zu entnehmen, weisen die Stoßkanten 7, 8 zudem auf der radial äußeren Seite eine erste Fase 10 auf und der radial inneren Seite eine zweite Fase 11. Die Fasen 10, 11 dienen dazu, eine radiale oder axiale Materialanhäufung, beispielsweise eine Oberraupe, wie sie durch den Schweißprozess auftreten könnte, aufzunehmen. In 3 ist der Zustand nach dem Schweißen gezeigt. Man erkennt hier die durch das Schweißen gebildete Schweißnaht 12. Aufgrund der Fasen 10, 11 sind keine Überstände gebildet.
  • Die Fasen 10, 11 sind vorzugsweise durch eine Umformprozess beispielsweise, ein Walzen bzw. Rollen, hergestellt. Vorzugsweise erfolgt das Laserschneiden und das Umformen mit Hilfe ein und derselben Maschine, so dass das Lagerkäfigsegment 1 insbesondere zur Bildung der Fasen 10, 11 nicht zu einem weiteren Werkzeug transportiert werden muss.
  • Zusammenfassend wird ein Lagerkäfigsegment bereitgestellt, das eine lasergeschnittene Stoßkante aufweist, die sich unmittelbar für eine Schweißverbindung eignet. Die Stoßkante weist dabei eine Fase auf, wodurch sich die Bildung eines Überstands im Rahmen des Schweißens vermeiden lässt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1'
    Lagerkäfigsegment
    2
    erster Ringabschnitt
    3
    zweiter Ringabschnitt
    4
    Stege
    5
    Taschen
    6
    erstes Ende
    7, 8
    Stoßkanten
    9
    zweites Ende
    10
    Erste Fase
    11
    Zweite Fase
    12
    Schweißnaht
    14
    Schweißtasche
    15
    Führungsflächen

Claims (7)

  1. Lagerkäfigsegment (1) eines Metallblechkäfigs, insbesondere für ein Nadellager, mit einem ersten Ringabschnitt (2), zumindest einem zweiten Ringabschnitt (3) und mehreren, den ersten Ringabschnitt (2) und den zumindest einen zweiten Ringabschnitt (3) miteinander verbindenden Stegen (4), wobei zwischen den Stegen (4) jeweils eine Tasche (5) zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerkäfigsegment (1) an mindestens einem Ringabschnitt (2, 3) eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante (7) aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante (8) verbunden zu werden, wobei die Stoßkante (7) im Bereich einer durch diese Verbindung zu bildenden Tasche (14) angeordnet ist und wobei die Stoßkante (7) mittels Laserschneiden ausgebildet ist.
  2. Lagerkäfigsegment nach Anspruch 1, wobei die Stoßkante (7) auf der radial äußeren Seite und/oder der radial inneren Seite eine Fase (10, 11) aufweist.
  3. Lagerkäfigsegment nach Anspruch 2, wobei die Fase (10, 11) umgeformt ist, beispielsweise gerollt oder gewalzt ist.
  4. Lagerkäfigsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gesamte zu bildende Tasche (14) lasergeschnitten ist und vorzugsweise die anderen Taschen (5) gestanzt sind.
  5. Lagerkäfigsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stoßkante (7) in etwa mittig der zu bildenden Tasche (14) angeordnet ist.
  6. Lagerkäfigsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ringabschnitte (2, 3) im Bereich der zu bildenden Tasche (14) eine Stoßkante aufweisen.
  7. Metallblechkäfig, insbesondere für ein Nadellager, mit mindestens einem Lagerkäfigsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Lagerkäfigsegment oder die mehreren Lagerkäfigsegmente an ihren Stoßkanten (7, 8) über eine stoffschlüssige Verbindung verbunden sind, insbesondere verschweißt sind, vorzugsweise über ein elektrisches Widerstandsschweißen oder ein Laserschweißen.
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