DE10217463B4

DE10217463B4 - Wälzlagerkäfig für zylindrische Wälzkörper, insbesondere Nadelkäfig

Info

Publication number: DE10217463B4
Application number: DE10217463A
Authority: DE
Inventors: Leo Müntnich; Wolfgang Fugel; Alexander Reimchen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2022-04-20
Also published as: DE10217463A1

Abstract

Wälzlagerkäfig für zylindrische Wälzkörper (16), insbesondere Nadelkäfig, der aus einem profilierten Blechband gerollt ist und zwei Seitenringe (1, 2) aufweist, die durch Taschen (6) bildende Stege (5) miteinander verbunden sind, wobei die Stege (5) mit Anprägungen (13) als Führungsflächen für die Wälzkörper (16) ausgebildet sind und aus zueinander parallel verlaufenden, teils innerhalb und teils außerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitten (11, 7, 8) bestehen, die durch schräg zur Käfigachse verlaufende Abschnitte (9, 10) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die als Führungsflächen für die Wälzkörper (16) ausgebildeten Anprägungen (13) ausschließlich an den schräg verlaufenden Abschnitten (9, 10) der Stege (5) angeordnet sind und jede Anprägung (13) beidseitig in Umfangsrichtung durch Freistellungen (14) begrenzt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig für zylindrische Wälzkörper, insbesondere Nadelkäfig, der aus einem profilierten Blechband gerollt ist und zwei Seitenringe aufweist, die durch Taschen bildende Stege miteinander verbunden sind, wobei die Stege mit Anprägungen als Führungsflächen für die Wälzkörper ausgebildet sind und aus zueinander parallel verlaufenden teils innerhalb und teils außerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitten bestehen, die durch schräg zur Käfigachse verlaufende Abschnitte miteinander verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 21 47 170 A ist ein derartiger Wälzlagerkäfig sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorbekannt. Bei diesem Verfahren geht man von einem flachen Blechband aus, dass durch Walzen in das gewünschte Querschnittsprofil gebracht wird, wobei entweder vor dem Profilieren oder daran anschließend die Taschen für die Aufnahme der Wälzkörper ausgestanzt und schließlich das Band rund gebogen und gegebenenfalls an den Stoßstellen verschweißt wird. Bei derartigen dünnwandigen profilgebogenen M- bzw. W-Käfigen werden die Wälzkörper durch innerhalb und außerhalb des Teilkreises angeordnete Haltekanten an den Stegen im Käfig gehalten. Die Käfige werden aus dünnwandigem Blech hergestellt, da die geringe Wandstärke eine besonders wirtschaftliche Herstellung der Taschen durch Stanzen ermöglicht. Dies hat jedoch den Nachteil, dass Stanzausrisse und insgesamt rauhe Stanzflächen an den Stegen gebildet werden, das heißt, die Führungsflächen für die Wälzkörper sind insgesamt rauh und ungenau. Laufen die Wälzkörper gegen solche rauhen Stegflächen an, entsteht jedoch ein nachteiliger Abrieb, während ungenaue Stegflächen zu einem axialen Schub und axialen Anlauf der Käfigstirnflächen gegen die axialen Begrenzungsflächen des Lagers mit einer erheblichen Flächenpressung führen. Bei der Losradlagerung in Schaltgetrieben hat das zur Folge, dass die Loslager erheblichen Quer- bzw. Schränkungskräften ausgesetzt sind und zu Taumelbewegungen neigen. Ein anderer Nachteil ist durch das Ausstanzen der Taschen vor dem Rundbiegen des Käfigbandes gegeben. Im fertigen Käfig weisen dann die Taschen in Richtung Lagermittelpunkt ein V-förmiges Profil auf, so dass die Gefahr der Klemmung der Wälzkörper besteht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik wurde durch die DE 197 40 435 A1 vorgeschlagen, den Nachteil der V-förmigen Ausbildung der die Lagernadeln aufnehmenden Taschen im fertig gebogenen Zustand des Käfigs zu dadurch zu vermeiden, dass nach dem Ausstanzen der Taschen durch einen zusätzlichen Formgebungsvorgang die Käfigstege durch Werkstoffverdrängung in eine für die präzise Funktion des Käfigs erforderliche Funktion gedrückt werden. Dieser Formgebungsvorgang ist dem Fachmann unter dem Begriff Zwickprägen bekannt und bewirkt, dass die Wälzkörper in einer Anprägung im Bereich des Teilkreises am Käfigsteg anliegen und nicht wie bisher, inner- oder außerhalb des Teilkreises. Durch diese Führung im Teilkreisbereich, die durch parallel zueinander verlaufende Anprägungen über die gesamte Länge der Käfigstege erzielt wird, werden auch die unerwünschten Quer- bzw. Schränkungskräfte auf den Käfig vermieden. Das Zwickprägen erfolgt dabei derart, dass jeder einzelne Steg eines Käfigs von Klemmwerkzeugen axial mit einer Kraft beaufschlagt wird und eine Werkstoffverdrängung in das Innere des Käfigsteges bewirkt.
Nachteilig dabei ist, dass diese Klemmwerkzeuge eine vertikale und einer horizontale Bewegung ausführen müssen, da diese zunächst über dem Band positioniert werden, bevor sie anschließend in eine Käfigtasche vertikal abgesenkt werden. Danach erfolgt eine horizontale Bewegung der Klemmwerkzeuge, so dass die Stege des Käfigs die gewünschte Form annehmen. Es liegt auf der Hand, dass eine solch zusammengesetzte Bewegung der Klemmwerkzeuge eine bestimmte Zeit erfordert. Hinzu kommt, dass jeder Steg einzeln angeprägt werden muss, was den Herstellungsaufwand nochmals erhöht. Dieser an sich bekannte Anprägevorgang ist sehr ausführlich in der DE 11 45 126 A dargestellt und braucht daher an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäßen Wälzlagerkäfig derart weiterzuentwickeln, dass er unter Beibehaltung seiner hervorragenden Laufeigenschaften einfacher herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlagerkäfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die als Führungsflächen für die Wälzkörper ausgebildeten Anprägungen ausschließlich an den schräg verlaufenden Abschnitten der Stege angeordnet sind und jede Anprägung beidseitig in Umfangsrichtung durch Freistellungen begrenzt wird.
Das Anprägen der Stege nur in schräg zur Käfigachse verlaufenden Abschnitten, dem sogenannten Profilsprung, erfolgt im Anschluss an das Taschenstanzen im profilierten Blechband und erzeugt eine geglättete Fläche, an der die Wälzkörper anlaufen und präzise geführt sind, wobei die Reibung minimiert ist. Das Anprägen erfolgt dabei derart, dass erst nach dem Rundbiegen des profilierten Käfigbandes die Anlaufflächen parallel zueinander stehen, wobei über die Prägetiefe die radiale Freigängigkeit der Nadel bestimmt wird. Auf diese Weise ist ein optimaler Anlauf der Wälzkörper im Teilkreisbereich im Bereich der schräg verlaufenden Käfigabschnitte realisiert. Dabei ist von entscheidendem Vorteil, dass dieses Anprägen im Profilsprung an den Taschen des profilierten Käfigbandes mit nur einem vertikalen Hub erfolgt, wobei ein Gegenhalter erforderlich ist, der die gleiche Bandkontur aufweist. Der zweite Bewegungsschritt der Prägewerkzeuge, das horizontale aufeinander Zubewegen im Taschenbereich, ist also nicht mehr erforderlich. Es liegt auf der Hand, dass durch das Fehlen dieses zweiten Bewegungsschrittes der Prägewerkzeuge die Produktivität zur Herstellung der Käfige wesentlich gesteigert werden kann. Hinzu kommt, dass nur mit einem Hub sämtliche Taschen eines Käfigs angeprägt sind. Die beidseitig jeder Anprägung angeordneten Freistellungen sind dabei erforderlich, wenn bei ungünstigen Verhältnissen von Nadeldurchmesser zu Käfigdurchmesser unerwünschte Materialverdrängungen an den Halterung für die Wälzkörper vermieden werden müssen.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs werden in den Unteransprüchen beschrieben.
So geht aus Anspruch 2 hervor, dass der Käfig M- oder V-förmig ausgebildet ist, wobei die sich an die Seitenringe anschließenden, parallel zur Käfigachse verlaufenden Abschnitte der Stege außerhalb des Teilkreises angeordnet sind Der umkehrte Fall geht aus Anspruch 3 hervor. Danach ist er Käfig W- oder A-förmig ausgebildet, wobei die sich an die Seitenringe anschließenden, parallel zur Käfigachse verlaufenden Abschnitte der Stege innerhalb des Teilkreises angeordnet sind.
Schließlich ist nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 4 vorgesehen, dass der Käfig außen- oder innengeführt ist. Das bedeutet, dass die Führung des Wälzlagerkäfigs entweder auf den Borden eines Lageraußenringes oder eines Lagerinnenringes oder, bei Ausführung als Nadelkranz, entweder auf entsprechenden Ringabsätzen in der Bohrung des Lagersitzes oder auf der zu lagernden Welle erfolgt.
In zweckmäßiger Weise wird bei der Herstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs von einem endlosen Blechband ausgegangen, welches zunächst entsprechend der gewünschten Querschnittsform des Käfigs profiliert wird. Nach dem Profilieren des Blechbandes werden die Taschen ausgestanzt, bevor die Anprägungen in den schräg zur Käfigachse verlaufenden Abschnitten der Stege mit einem Prägewerkzeug angeformt werden, das nur in vertikaler Richtung zu führen ist. Danach wird das Käfigband entsprechend dem späteren gewünschten Käfigdurchmesser zu Einzelstücken abgelängt, rundgebogen und gegebenenfalls an den Stoßstellen durch einen Schweißvorgang miteinander verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagerkäfigs wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einer perspektivischen Darstellung eines M-Käfigs nach dem bisherigen Stand der Technik,
2 eine Draufsicht auf ein profiliertes Käfigband im ungebogenen Zustand,
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
4 eine perspektivische Darstellung eines angeprägten Käfigbandes im nicht gebogenen Zustand,
5 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß gestalteten Wälzlagerkäfig,
6 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß gestalteten Wälzlagerkäfig mit Wälzkörpern,
7 eine erste Ablaufstufe der Bandanprägung,
8 eine zweite Ablaufstufe der Bandanprägung,
9 eine dritte Ablaufstufe der Bandanprägung,
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in 1 nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellte M-förmige Käfig besteht aus den Seitenringen 1 und 2, die mit radial nach innen gerichteten Borden 3 und 4 versehen sind. Die Seitenringe 1 und 2 sind durch eine Anzahl gleichmäßig um den Umfang verteilt angeordneter profilierter Stege 5 miteinander verbunden, so dass Taschen 6 zur Aufnahme von Wälzkörpern 16 gebildet sind. Die so entstanden Taschen 6 werden einerseits durch die Seitenringe 1, 2 und anderseits durch die Stege 5 begrenzt. Die Stege 5 sind in Richtung Lagermittelpunkt über den Wälzkörperteilkreis durchgekröpft und bestehen aus zwei an die Seitenringe 1, 2 sich anschließende Abschnitte 7, 8 die parallel zur Käfigachse verlaufen. Die Abschnitte 7, 8 liegen außerhalb des Teilkreises und gehen in je einen schräg zur Käfigachse gerichteten Abschnitt 9, 10 über, die sich wiederum zu einem parallel zur Käfigachse verlaufenden und innerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitt 11 vereinen. Die inneren Kanten der Stegabschnitte 11 begrenzen das radial Spiel der Wälzkörper 16 nach innen während das radial Spiel nach außen durch die äußeren Stegabschnitte 7, 8 begrenzt ist.
Der 1 ist weiter entnehmbar, dass im Bereich der schräg verlaufenden Abschnitte 9, 10, dass heißt im Profilierungsbereich der Stege 5 beidseitig vorn Wälzkörper 16 je ein Freiraum 12 angeordnet ist. Dieser freigestellte Bereich 12 ist nach dem bisherigen Stand der Technik erforderlich, um ein Klemmen der Wälzkörper 16 zu verhindern. Die Wälzkörper 16 gelangen demnach außerhalb des Teilkreises an den Stegabschnitten 7, 8 zur Anlage, was sich in der beschriebenen Weise nachteilig auf die Laufeigenschaften des Lagers auswirkt.
Wie aus den 2, 3, 4, 5 und 6 erkennbar, besteht der erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlagerkäfig ebenfalls aus den mit Borden 3, 4 versehenen Seitenringen 1, 2, die durch Stege 5 miteinander verbunden sind, so dass Taschen 6 gebildet sind. Im Anschluß an die Seitenringe 1, 2 weisen die Stege 5 die ebenfalls parallel zur Lagerachse verlaufenden Abschnitte 7, 8 auf, die außerhalb des Teilkreises angeordnet sind und mit dem Abschnitt 11, der innerhalb des Teilkreises liegt, über die beiden schräg verlaufenden Abschnitten 9, 10 verbunden sind. Die Abschnitte 7, 8 sind mit den Haltevorsprüngen 7.1, 8.1 versehen, während der Abschnitt 11 den Haltevorsprung 11.1 aufweist, so dass ein Herausfallen der Wälzkörper 16 aus dem Käfig verhindert ist.
In erfindungsgemäßer Weise sind ausschließlich die schräg verlaufenden Abschnitte 9, 10 der Stege 5 mit jeweils einer Anprägung 13 versehen, an der die Wälzkörper 16 anlaufen. Diese Anprägung 13 ist als eine glatte Fläche ausgebildet und erstreckt sich nicht über die gesamte Stärke der schräg verlaufenden Bereiche 9, 10. Wie aus 3 erkennbar, sind im Profilsprung die Anprägungen 13 V-förmig zueinander gestellt und werden, wie die zugehörige 6 zeigt, durch das Rundbiegen des Käfigbandes in Pfeilrichtung nahezu parallel zueinander ausgerichtet. Dadurch ist sichergestellt, dass die Krafteinleitung, wie in 6 durch den Pfeil zeichnerisch dargestellt, in vorteilhafter Weise nur in Umfangsrichtung erfolgt.
In den 5 und 6 ist das in den 2, 3 und 4 noch eben gezeigte Käfigband in zu einem endgültigen Käfig gebogener runder Form gezeigt. Deutlich sichtbar sind die Anprägungen 13 innerhalb einer Tasche 6 einander zugewandt und verlaufen nach dem Rundbiegen nahezu parallel zueinander. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht also demnach allein in einem vereinfachten Anprägen der Anlaufflächen der Wälzkörper im Profilsprung, wobei dieses Anprägen im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik nur in einer Richtung, nämlich in Hubrichtung des Prägestempels erfolgt. Schließlich lassen die genannten Figuren auch noch erkennen, dass die schräg verlaufenden Abschnitte 9, 10 mit in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Freistellungen 14 versehen sind.
In den 7, 8 und 9 sind schließlich noch die einzelnen Fertigungsstufen für die Anprägungen 13 schematisch dargestellt. In 7 ist der Prägestempel 15 vor dem Eintauchen in eine Tasche 6 des Käfigbandes gezeigt. Wie erkennbar, verlaufen in diesem Fall die einander zugewandten Flächen der Stege 5 im Bereich der Abschnitte 9, 10 noch parallel zueinander. Die 8 und 9 zeigen, dass nach dem Eindringen des Prägestempels 15 in diesen Bereich die Anprägungen 13 zunächst V-förmig zueinander verlaufen und nach dem Rundbiegen in Pfeilrichtung, wie in 6 erkennbar, nahezu parallel zueinander ausgerichtet sind. Zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung ist jeweils nur das Anprägen einer Tasche 6 gezeigt. Entsprechend der gewählten Käfigbandlänge ist jedoch eine Vielzahl von Prägestelmpeln 15 miteinander verbunden, so dass mit nur einem Pressenhub, wie in 7 durch den Pfeil gezeigt, der gesamte Käfig anprägbar ist. Aus Vereinfachungsgründen ebenfalls nicht dargestellt ist das zum Prägestempel 15 zugehörige Gesenk, das ein unerwünschtes Verformen des Käfigbandes verhindert und dessen Kontur angepasst ist.
Bezugszeichenliste

1: Seitenring
2: Seitenring
3: Bord
4: Bord
5: Steg
6: Tasche
7: Abschnitt
7.1: Haltevorsprung
8: Abschnitt
8.1: Haltevorsprung
9: Abschnitt
10: Abschnitt
11: Abschnitt
11.1: Haltevorsprung
12: Freiraum
13: Anprägung
14: Freistellung
15: Prägestempel
16: Wälzkörper

Claims

Wälzlagerkäfig für zylindrische Wälzkörper (16), insbesondere Nadelkäfig, der aus einem profilierten Blechband gerollt ist und zwei Seitenringe (1, 2) aufweist, die durch Taschen (6) bildende Stege (5) miteinander verbunden sind, wobei die Stege (5) mit Anprägungen (13) als Führungsflächen für die Wälzkörper (16) ausgebildet sind und aus zueinander parallel verlaufenden, teils innerhalb und teils außerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitten (11, 7, 8) bestehen, die durch schräg zur Käfigachse verlaufende Abschnitte (9, 10) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die als Führungsflächen für die Wälzkörper (16) ausgebildeten Anprägungen (13) ausschließlich an den schräg verlaufenden Abschnitten (9, 10) der Stege (5) angeordnet sind und jede Anprägung (13) beidseitig in Umfangsrichtung durch Freistellungen (14) begrenzt wird.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er M- oder V-förmig ausgebildet ist, wobei die sich an die Seitenringe (1, 2) anschließenden, parallel zur Käfigachse verlaufenden Abschnitte (7, 8) der Stege (5) außerhalb des Teilkreises angeordnet sind.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er W- oder A-förmig ausgebildet ist, wobei die sich an die Seitenringe (1, 2) anschließenden, parallel zur Käfigachse verlaufenden Abschnitte (7, 8) der Stege (5) innerhalb des Teilkreises angeordnet sind.
Wälzlagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er außen- oder innengeführt ist.