DE102019204010A1

DE102019204010A1 - Lagerkäfig

Info

Publication number: DE102019204010A1
Application number: DE102019204010.1A
Authority: DE
Inventors: Berthold Beyfuss; Hans-Juergen Friedrich; Alfred Radina; Jonas Schierling; Maximilian Soellner; Stefan Volpert
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US11541447B2; US20200306816A1; CN111734743A

Abstract

Offenbart wird ein Lagerkäfig (1) für ein Wälzlager mit zwei Seitenringen (2, 3), die über Stege (4) miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Stegen (4) Taschen (5) ausgebildet sind, die für eine Aufnahme von mindestens einem Wälzkörper ausgebildet sind, wobei an den Stegen (4) mindestens eine Schnappfläche (6) ausgebildet ist, wobei die Taschen (5) und die Schnappflächen (6) gestanzt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lagerkäfig für ein Wälzlager gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lagerkäfigs gemäß Patentanspruch 8.
Lagerkäfige werden in Wälzlagern verwendet, um Wälzkörper aufzunehmen und zwischen einem Innen- und Außenring zu führen. Um die Wälzkörper in dem Lagerkäfig anzuordnen, ist es üblich, Käfige herzustellen, die Schnappflächen zum Einschnappen der Wälzkörper aufweisen.
Bisher werden die Schnappflächen solcher Käfige durch einen Schälvorgang hergestellt. Bei einem solchen Vorgang wird zunächst ein Käfigrohling, vorzugsweise in Topfform, hergestellt. Anschließend wird die Taschenkontur entsprechend der Anzahl der benötigten Taschen aus dem Rohling herausgestanzt. Hierbei wird an der Position des Stegs, an der später die Schnappfläche gebildet werden soll, noch Material belassen. Anschließend wird das restliche Material, das als Schnappfläche dienen soll, entsprechend der Taschenanzahl abgeschabt bzw. abgeschält. Durch diesen Abschab- bzw. Schälvorgang entstehen Späne. Diese verkleben teilweise aufgrund des Schmiermittels, das für den Schälvorgang benötigt wird, und lassen sich hierdurch schwer entfernen. Des Weiteren können unkontrolliert herumfallende Späne die Funktion des Spanwerkzeugs blockieren oder das Wälzlager während des Betriebs beschädigen.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Lagerkäfig und ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerkäfigs bereitzustellen, bei dem die Spanbildung reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Lagerkäfig gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerkäfigs gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
Der vorgeschlagene Lagerkäfig für ein Wälzlager weist zwei Seitenringen auf, die über Stege miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Stegen Taschen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Wälzkörper aufnehmbar ist. An den Stegen ist mindestens eine Schnappfläche ausgebildet. Die Schnappfläche wird verwendet, um die Wälzkörper, nachdem sie in die Taschen eingeführt sind, zu fixieren. Hierbei schnappen die Wälzkörper beim Einführen in die Taschen in die Schnappflächen ein.
Um keine Späne, die durch einen Schäl- bzw. Spanvorgang entstehen, zu erzeugen, werden bei dem hier vorgeschlagenen Lagerkäfig sowohl die Taschen als auch die Schnappflächen gestanzt. Bei bisherigen Käfigen werden zwar die Taschen gestanzt, allerdings wird im Anschluss das restliche Material an der Schnappfläche spanabhebend geschält. Dieses spanabhebende Schälen hat den Nachteil, dass während des Vorgangs geschmiert werden muss und die Späne schwer aus dem Stanzwerkzeug und vom Käfig zu entfernen sind. Da bei dem hier vorgeschlagenen Lagerkäfig sowohl die Taschen als auch die Schnappflächen gestanzt werden, wird kein spanabhebendes Schälverfahren benötigt, sodass keine Späne entstehen.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Tasche von radial innen nach radial außen gestanzt und die mindestens eine Schnappfläche von radial außen nach radial innen gestanzt. In diesem Fall ist insbesondere der mindestens eine Wälzkörper von radial außen in die Tasche einschnappbar. Alternativ kann die Tasche von radial außen nach radial innen gestanzt werden, wobei in diesem Fall die mindestens eine Schnappfläche von radial innen nach radial außen gestanzt ist. Der mindestens eine Wälzkörper kann dann von radial innen in die Tasche eingeschnappt werden. Die Taschen und die Schnappflächen werden somit immer in unterschiedliche Richtungen gestanzt.
Auf diese Weise wird eine Stanz- oder Reißfläche, die beim Stanzen der Schnappflächen entsteht, durch das Stanzen der Taschen wieder entfernt. Zum einen ist dies der Fall, da die Schnappflächen und die Taschen von zwei verschiedenen Richtungen ausgestanzt werden. Zum anderen wird dies erreicht, da die Taschen nach den Stanzflächen ausgestanzt werden. Auf diese Weise sind besonders die Schnappflächen, die in Kontakt mit den Wälzkörpern kommen, genau gearbeitet, ohne Stanz- oder Reißflächen.
Werden die Taschen von außen nach innen gestanzt, bietet dies den Vorteil, dass die Scherzone in diesem Fall außen am Blechmantel ist, d.h. dort wo der Stanzstempel ins Blech eindringt. Die Schnappfläche der Wälzkörper liegt somit an der Scherzone und erlaubt hierdurch ein prozesssicheres Einhalten des Schnappmaßes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Lagerkäfig aus einem topfförmigen Lagerkäfigrohling hergestellt. Der topfförmige Lagerkäfigrohling bietet bereits die grundlegende Form, die für den Lagerkäfig benötigt wird. Des Weiteren können aus einem solchen Lagerkäfigrohling auf einfache Weise die Taschen sowie die Schnappflächen gestanzt werden.
An der Schnappfläche kann mindestens ein Hinterschnitt vorgesehen sein. Durch diesen Hinterschnitt kann verhindert werden, dass eine Überlappung beim Ausstanzen der Taschen mit den bereits gestanzten Schnappflächen entsteht. Bevorzugt ist dabei beidseits jeder Schnappfläche ein Hinterschnitt vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schnappfläche in eine Richtung senkrecht zur Lagerkäfigachse oder winklig zur Lagerkäfigachse gestanzt. Je nach gewünschter Form der Schnappfläche kann eine senkrechte oder winklige Ausrichtung gewählt werden.
Die gestanzten Teile können im Vergleich zu Spänen einfach als Abfall abgeführt werden. Des Weiteren ist nur eine reduzierte Schmierung gegenüber dem bisherigen Vorgang des Schälens bzw. Spanens erforderlich. Darüber hinaus reduziert das Ausstanzen im Vergleich zu dem bisherigen spanabhebenden Schälen den Werkzeugverschleiß, da ein Stanzstempel für die Schnappfläche weniger beansprucht wird als ein Stempel, wie er für das Schälen benötigt wird. Zusätzlich ist die Herstellung des Lagerkäfigs im Vergleich zu einem bislang verwendeten Herstellungsverfahren mit spanabhebendem Schälen schneller.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerkäfigs, wie er oben beschrieben ist, vorgeschlagen. Das Verfahren weist zumindest die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte auf:

1. Bereitstellen eines topfförmigen Lagerkäfigrohlings aus einem Blech;
2. Ausstanzen mindestens einer Schnappfläche
3. Ausstanzen der zu der ausgestanzten Schnappfläche gehörenden Tasche.

Durch die Tatsache, dass sowohl die Schnappflächen als auch die Taschen ausgestanzt werden, kann ein spanabhebendes Schälen der Schnappflächen vermieden werden. Daher entstehen beim Herstellen des Lagerkäfigs keine Späne, die das Lager schädigen können.
Insbesondere werden dabei in Schritt 2 alle Schnappflächen gestanzt und nachfolgend auf das Ausstanzen der Schnappflächen erfolgt ein Ausstanzen aller Taschen. Es können hierzu auch Stanzstempel verwendet werden, die mehr als eine Schnappfläche und mehr als eine Tasche gleichzeitig ausstanzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Taschen in eine Richtung ausgestanzt, die der Stanzrichtung der Schnappflächen gegenüberliegt, und die Schnappflächen werden in einer Stanzrichtung ausgestanzt, die der Richtung des Einschnappens der Wälzkörper entspricht. Je nach Anordnung können dabei die Wälzkörper von radial innen nach radial außen oder von radial außen nach radial innen eingeschnappt werden.
Insbesondere kann es sich bei den Wälzkörpern um Pendelrollen handeln. Es kann jedoch auch jede andere Art von Wälzkörper in einen solchen Lagerkäfig eingesetzt werden.
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 Ansicht eines Lagerkäfigs;
2: eine Draufsicht eines Lagerkäfigrohlings mit einem Stanzwerkzeug zum Ausstanzen der Schnappflächen;
3: eine perspektivische Ansicht des Lagerkäfigrohlings von 2 mit zwei ausgestanzten Schnappflächen;
4: eine vergrößerte Ansicht der linken ausgestanzten Schnappfläche von 3;
5: eine vergrößerte Ansicht der rechten ausgestanzten Schnappfläche von 3;
6: eine perspektivische Ansicht des Lagerkäfigrohlings von 2 mit mehreren ausgestanzten Schnappflächen;
7: eine Draufsicht des Lagerkäfigrohlings von 6 mit einem Stanzwerkzeug zum Ausstanzen der Taschen;
8: eine Detailansicht einer Tasche des Lagerkäfigs von 7 mit Stegen und ausgestanzten Schnappflächen;
9: eine perspektivische Ansicht der Tasche von 8; und
10: eine Seitenansicht eines Stegs der Tasche von 8 und 9.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt einen Lagerkäfig 1 für ein Wälzlager. Der Lagerkäfig 1 weist zwei Seitenringen 2, 3 auf, die über Stege 4 miteinander verbunden sind. Zwischen den Stegen 4 sind Taschen 5 ausgebildet, die für die Aufnahme von mindestens einem Wälzkörper ausgebildet sind. An den Stegen 4 ist jeweils mindestens eine Schnappfläche 6 ausgebildet, in die die Wälzkörper eingeschnappt werden können.
In bisher verwendeten Lagerkäfigen werden die Taschen 5 ausgestanzt und die Schnappflächen 6 durch einen spanabhebenden Schälvorgang geformt. Hierbei wird an den Stegen 4 Material entfernt, um die Schnappflächen 6 zu bilden.
Durch diesen spanabhebenden Schälvorgang entstehen Späne. Diese können beispielsweise aufgrund des Schmiermittels, das für den Spanvorgang benötigt wird, verkleben und lassen sich dadurch nur schwer entfernen. Des Weiteren können unkontrolliert herumfallende Späne die Funktion des Spanwerkzeugs blockieren. Verbleiben Späne an dem Lagerkäfig, können diese im Betrieb das Wälzlager schädigen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist bei dem hier vorgeschlagenen Lagerkäfig 1 vorgesehen, sowohl die Taschen 5 als auch die Schnappflächen 6 auszustanzen. Dieser Herstellungsvorgang wird in Zusammenhang mit den 2 bis 10 näher beschrieben.
2 zeigt einen Lagerkäfig 1 in seinem Rohzustand als Blechtopf. Um in einem ersten Schritt die Schnappflächen 6 auszustanzen, wird ein Stanzwerkzeug verwendet, das aus einem Stempel 8 und einer Stempelmatrize 9 besteht. Wie in 2 gezeigt ist, kann das Stanzwerkzeug zwei Stempel 8 und zwei Stempelmatrizen 9 aufweisen, um gleichzeitig zwei Schnappflächen auszustanzen. Die Schnappflächen 6 werden hierbei von radial innen nach radial außen herausgestanzt. Die Wälzkörper können in den fertigen Lagerkäfig 1 dann ebenfalls von radial innen eingesetzt werden.
Nach dem ersten Schritt des Stanzvorgangs weist der Lagerkäfigring 1 zwei herausgestanzte Schnappflächen 6-1 und 6-2 auf, wie in 3 dargestellt ist. Eine mögliche Form der beiden Schnappflächen 6-1 und 6-2 ist in 4 und 5 dargestellt, wobei die linke Seite in 4 und die rechte Seite in 5 jeweils die tatsächliche Schnappfläche darstellt.
Der Stanzvorgang wird wiederholt, bis der Lagerkäfig 1 mehrere umlaufend verteilte herausgestanzte Schnappflächen 6 aufweist, wie es in 6 gezeigt ist.
Im Anschluss an das Herausstanzen der Schnappflächen werden in einem nächsten Schritt die Taschen 5 aus dem Lagerkäfig 1 gestanzt. Die Taschen 5 überlagern die herausgestanzten Schnappflächen 6. Dies ist in 6 dargestellt, wobei die Taschen 5 gestrichelt dargestellt sind.
Alternativ können immer zwei Schnappflächen 6 und anschließend die diese überlagernde Tasche 5 ausgestanzt werden. Dies wird dann für jede Tasche 5 wiederholt.
Wenn die Schnappflächen 6 von radial innen nach radial außen herausgestanzt wurden, werden die Taschen 5 von radial außen nach radial innen gestanzt. Dies ist in 7 dargestellt.
Werden die Taschen 5 von radial außen nach radial innen gestanzt, hat dies den Vorteil, dass die Scherzone 12, die durch das Stanzen entsteht, außen am Blechmantel des Lagerkäfigs 1 ist, d.h. dort wo der Stanzstempel 10 ins Blech eindringt. Die Schnappfläche 6 der Wälzkörper liegt somit an der Scherzone 12 und erlaubt hierdurch ein prozesssicheres Einhalten des Schnappmaßes.
Durch das Ausstanzen der Schnappflächen 6 und der Taschen 5 von verschiedenen Seiten wird eine Stanz- oder Reißfläche, die beim Stanzen der Schnappflächen 6 entsteht, durch das Stanzen der Taschen 5 wieder entfernt.
Alternativ, sofern die Schnappflächen 6 von radial außen nach radial innen gestanzt werden, werden die Taschen 5 von radial innen nach radial außen gestanzt.
Analog zu dem Ausstanzen der Schnappflächen 6 wird für das Ausstanzen der Taschen 5 ein Stanzwerkzeug verwendet, welches aus einem Stempel 10 zum Stanzen der Tasche 5 und einer Stempelmatrix 11 besteht. Nach dem Ausstanzen der Taschen 5 weist der Lagerkäfig 1 zwischen den beiden Seitenringen 2, 3 Stege 4 auf, die durch das Ausstanzen der Schnappflächen 6 und das anschließende Ausstanzen der Taschen 5 gebildet sind. Dies ist in 8 und 9 dargestellt.
Beim Ausstanzen der Schnappflächen 6 kann ein kleiner Hinterschnitt am Stanzstempel 9 angebracht sein. Dieser führt zu einem Hinterschnitt 14, wie er in 10 dargestellt ist. Dieser Hinterschnitt 14 verhindert, dass eine Überlappung beim Ausstanzen der Taschen 5 mit den bereits gestanzten Schnappflächen 6 entsteht. Auf diese Weise kann die Maßhaltigkeit der Schnappflächen 6 verbessert werden.
Da der hier vorgeschlagene Lagerkäfig durch Ausstanzen sowohl der Taschen als auch der Schnappflächen hergestellt wird, ist eine spanfreie Herstellung des Lagerkäfigs möglich. Zum einen ist die Herstellung des Lagerkäfigs im Vergleich zu spanabhebenden Verfahren schneller, und zum anderen werden Schäden im Wälzlager aufgrund von Spänen des Lagerkäfigs reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Lagerkäfig
2, 3: Seitenring
4: Steg
5: Tasche
6: Schnappfläche
8: Stempel
9: Stanzmatrize
10: Stempel
11: Stanzmatrize
12: Scherzone
14: Hinterschnitt

Claims

Lagerkäfig (1) für ein Wälzlager mit zwei Seitenringen (2, 3), die über Stege (4) miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Stegen (4) Taschen (5) ausgebildet sind, die für eine Aufnahme von mindestens einem Wälzkörper ausgebildet sind, wobei an den Stegen (4) mindestens eine Schnappfläche (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (5) und die Schnappflächen (6) gestanzt sind.
Lagerkäfig nach Anspruch 1, wobei die Tasche (5) von radial innen nach radial außen gestanzt ist, und die mindestens eine Schnappfläche (6) von radial außen nach radial innen gestanzt ist, und der mindesten eine Wälzkörper von radial außen in die Tasche (5) einschnappbar ist.
Lagerkäfig nach Anspruch 1, wobei die Tasche (5) von radial außen nach radial innen gestanzt ist, und die mindestens eine Schnappfläche (6) von radial innen nach radial außen gestanzt ist, und der mindestens eine Wälzkörper von radial innen in die Tasche (5) einschnappbar ist.
Lagerkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagerkäfig (1) aus einem topfförmigen Lagerkäfigrohling hergestellt ist.
Lagerkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Schnappfläche (6) mindestens ein Hinterschnitt (14) vorgesehen ist.
Lagerkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beidseits jeder Schnappfläche (6) ein Hinterschnitt (14) vorgesehen ist.
Lagerkäfig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnappfläche (6) in eine Richtung senkrecht zur Lagerkäfigachse oder winklig zur Lagerkäfigachse gestanzt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Lagerkäfigs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zumindest folgende aufeinanderfolgende Schritte aufweisend: 1. Bereitstellen eines topfförmigen Lagerkäfigrohlings aus einem Blech; 2. Ausstanzen mindestens einer Schnappfläche (6); 3. Ausstanzen der zu der ausgestanzten Schnappfläche (6) gehörenden Tasche (5).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in Schritt 2 alle Schnappflächen (6) gestanzt werden, und nachfolgend auf das Ausstanzen der Schnappflächen (6) ein Ausstanzen aller Taschen (5) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Taschen (5) in eine Richtung ausgestanzt werden, die der Stanzrichtung der Schnappflächen (6) gegenüberliegt, und die Schnappflächen (6) in einer Stanzrichtung ausgestanzt werden, die der Richtung des Einschnappens der Wälzkörper entspricht.