DE112011101552B4

DE112011101552B4 - Axialkäfig für zylindrische Wälzkörper

Info

Publication number: DE112011101552B4
Application number: DE112011101552.6T
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fugel; Andreas Kirschner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: DE102010019069A1; WO2011138108A1; US20130089286A1; CN102869893A; DE112011101552A5; US8926191B2; CN102869893B

Abstract

Axialkäfig (1) für zylindrische Wälzkörper, bestehend aus einer dünnwandigen Ringscheibe (2) mit einem W-förmigen Profilquerschnitt, dessen einzelne Profilschenkel durch einen an den Innenrand der Ringscheibe (2) angeformten radialen inneren Bord (3), einen an den Außenrand der Ringscheibe (2) angeformten radialen äußeren Bord (4) und eine über gerade Profilabschnitte (5, 6) mit den Borden (3, 4) verbundene sowie die gleiche radiale Erstreckung wie die Borde (3, 4) aufweisende U-förmige Sicke (7) gebildet werden, wobei aus der Sicke (7) und den angrenzenden geraden Abschnitten (5, 6) eine Vielzahl gleichmäßig zueinander beabstandeter, rechteckförmiger Käfigtaschen (8) ausgenommen sind, zwischen denen die Borde (3, 4) miteinander verbindende Taschenstege (9) gebildet werden, durch welche die zylindrischen Wälzkörper (10) in den Käfigtaschen (8) gehalten sowie in Umlaufrichtung geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bord (4) des Axialkäfigs (1) mit einer kronkorkenartigen Gesamtform ausgebildet ist, durch welche der Bord (4) jeweils im Bereich der Käfigtaschen (8) axial in diese hineinragende und jeweils mit einer Stirnseite (11) der Wälzkörper (10) in Stützkontakt stehende Einschnürungen (12) aufweist sowie jeweils im Bereich der Taschenstege (9) mit dem Außendurchmesser des Axialkäfigs (1) entsprechenden Abschnitten (13) ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Axialkäfig für zylindrische Wälzkörper nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und ist insbesondere vorteilhaft an Axialnadelkäfigen realisierbar.
Hintergrund der Erfindung
Durch die DE 1 174 113 A ist ein gattungsbildender Axialkäfig für ein Axialnadellager bekannt, der im Wesentlichen aus einer dünnwandigen Ringscheibe mit einem W-förmigen Profilquerschnitt besteht, dessen einzelne Profilschenkel durch einen an den Innenrand der Ringscheibe angeformten radialen inneren Bord, einen an den Außenrand der Ringscheibe angeformten radialen äußeren Bord und eine über gerade Profilabschnitte mit den Borden verbundene sowie die gleiche radiale Erstreckung wie die Borde aufweisende U-förmige Sicke gebildet werden. Aus der Sicke und den angrenzenden geraden Abschnitten sind dabei eine Vielzahl gleichmäßig zueinander beabstandeter, rechteckförmiger Käfigtaschen ausgenommen, zwischen denen die Borde miteinander verbindende Taschenstege gebildet werden, durch welche die als Lagernadeln ausgebildeten zylindrischen Wälzkörper in den Käfigtaschen gehalten sowie in Umlaufrichtung geführt werden.
Aus der Praxis ist es jedoch hinlänglich bekannt, dass es bei derartigen Axialkäfigen im Lagerbetrieb durch die auf die Lagernadeln wirkenden Fliehkräfte zu einem sogenannten Nadelbohren kommt, bei dem die Lagernadeln mit ihren äußeren Stirnseiten mit den Eckradien ihrer Käfigtaschen in Reibkontakt treten. Dieser Reibkontakt bewirkt, dass die aus Gründen der Erhöhung der Scher- und Gestaltfestigkeit des Axialkäfigs an dieser Stelle vorgesehenen Eckradien sich nach und nach abarbeiten bzw. verschleißen und es letztlich zum Bruch bzw. vorzeitigen Ausfall des Axialkäfigs kommt.
Zur Vermeidung eines solchen durch Nadelbohren verursachten vorzeitigen Ausfalls des Axialkäfigs wurde es deshalb durch die DE 101 43 089 A1 vorgeschlagen, den inneren und/oder äußeren Bord des Axialkäfigs so auszubilden, dass dieser am Übergangsbereich zu den geraden Profilabschnitten eine umlaufende Ausbauchung aufweist, die zu dessen freien Profilende hin in eine umlaufende Einschnürung übergeht. Diese umlaufende Einschnürung ragt dabei in die Käfigtaschen hinein und steht mit den Stirnseiten der Lagernadeln über zwei Berührungspunkte derart in Stützkontakt, dass die Lagernadeln unter Einfluss von Fliehkräften nicht mehr an die Eckradien der Käfigtaschen anlaufen können.
Bei dieser an sich sehr vorteilhaften Lösung hat es sich jedoch gezeigt, dass diese fertigungstechnisch nur mit zusätzlichem Aufwand oder mit völlig abgeänderter Verfahrenstechnik umsetzbar ist. Die übliche Verfahrenstechnik zur Herstellung eines spanlos hergestellten Axialkäfigs besteht bekanntermaßen darin, diesen aus einem endlosen Blechband in mehreren Arbeitsschritten in einem Stufen-Stanzziehwerkzeug herzustellen, in welchem zunächst die Borde in das Blechband eingearbeitet werden, anschließend die Käfigtaschen und der Innendurchmesser des Axialkäfigs ausgestanzt werden, dann die Sicke zwischen den Borden eingeformt wird und schließlich noch der Außendurchmesser des Axialkäfigs ausgestanzt wird. Am Ende der einzelnen Arbeitsschritte ist dann der fertige Axialkäfig lediglich noch über zwei an dessen äußeren Bord angeformte seitliche Haltestege mit dem Blechband verbunden, von denen er in einem letzen Arbeitschritt getrennt wird. Weist dieser Bord jedoch wie bei der beschriebenen Lösung eine umlaufende Einschnürung auf, die in eine umlaufende Ausbauchung übergeht, so ist dieses Trennen des fertigen Axialkäfigs von den seitlichen Haltestegen wegen der unter den Haltestegen angeordneten Ausbauchung nicht direkt am Bord möglich, da ansonsten mit einer Beschädigung der Ausbauchung zu rechnen ist. Das Trennen des Axialkäfigs von den Haltestegen muss somit am Innenrand des Blechbandes erfolgen, so dass die Haltestege zunächst am heraus getrennten Axialkäfig verbleiben und anschließend kostenaufwändig gesondert entfernt werden müssen. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung des beschriebenen Axialkäfigs wäre es, diesen aus einzelnen Blechronden zu fertigen, jedoch sind zu einer solchen Herstellung aufwändige Transportvorrichtungen nötig, die die Blechronden von einem Arbeitsschritt zum nächsten weiter transportieren und schon deshalb den Kostenaufwand für das Herstellungsverfahren in nachteiliger Weise erhöhen.
Eine andere Möglichkeit, das beschriebene nachteilige Nadelbohren in einem Axialkäfig zu vermeiden, wurde darüber hinaus durch die EP 2 103 825 A1 offenbart. Mit dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, an die zwischen den Borden des Axialkäfigs angeordneten geraden Profilabschnitte innerhalb der Käfigtaschen jeweils bordseitig zwei keilförmige Blechnasen anzuformen, die bei Wirkung von Fliehkräften auf die Lagernadeln mit den Stirnseiten der Lagernadeln in Höhe ihrer Längsmittelachsen in einen punktförmigen Stützkontakt treten.
Auch eine solche Lösung hat sich jedoch als nachteilig dahingehend erwiesen, dass die keilförmigen Blechnasen an den geraden Profilabschnitten des Axialkäfigs angeordnet sind und diese geraden Profilabschnitte üblicherweise die tiefste Ebene des Axialkäfigs bilden. Um somit die geraden Profilabschnitte mit den Blechnasen konstruktiv auf die Ebene der Längsmittelachsen heben zu können, müssen die Borde des Axialkäfigs eine zu den aus der eingearbeiteten Sicke entstandenen Taschenstegen entgegengesetzte radiale Erstreckung aufweisen. Dies hat jedoch wiederum einen negativen Einfluss auf die gesamte Stabilität des Axialkäfigs und bewirkt zudem ebenfalls fertigungstechnische Probleme, da derartige Axialkäfige nach dem Trennen vom Blechband zum Transport zur Endbearbeitung üblicherweise in Sammelbehältern aufgefangen werden. Durch die entgegengesetzt zu den Borden frei von den geraden Profilabschnitten weg ragenden Taschenstege entsteht dabei jedoch die Gefahr, dass sich die Axialkäfige in den Sammelbehältern mit ihren Taschenstegen ineinander verhaken. Dies kann somit nur mit zusätzlichen Stapelvorrichtungen vermieden werden, die ebenfalls zu einer Erhöhung der Herstellungskosten solcher Axialkäfige beitragen.
Mit JP 2006 - 242 199 A ist ein Axiallager mit einem gattungsgemäßen Käfig beschrieben, dessen Bord jeweils axial in die Käfigtaschen hineinragende und jeweils mit einer Stirnseite der Wälzkörper in Stützkontakt stehende Einschnürungen aufweist
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Axialkäfig für zylindrische Wälzkörper zu konzipieren, mit dem das bekannte Nadelbohren und die damit verbundenen Folgen vermieden werden und der gleichzeitig ohne fertigungstechnische Probleme nach der beschriebenen üblichen Verfahrenstechnik kostengünstig herstellbar ist.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Axialkäfig für zylindrische Wälzkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der äußere Bord des Axialkäfigs mit einer kronkorkenartigen Gesamtform ausgebildet ist, durch welche der Bord jeweils im Bereich der Käfigtaschen axial in diese hineinragende und jeweils mit einer Stirnseite der Wälzkörper in Stützkontakt stehende Einschnürungen aufweist sowie jeweils im Bereich der Taschenstege mit dem Außendurchmesser des Axialkäfigs entsprechenden Abschnitten ausgebildet ist.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es durch die kronkorkenförmige Gestaltung des äußeren Bordes des Axialkäfigs ohne Änderungen des an sich bewährten W-Profils des Axialkäfigs möglich ist, einerseits über die mit den Stirnseiten der Wälzkörper in Stützkontakt tretenden partiellen Einschnürungen des äußeren Bordes ein Nadelbohren im Axialkäfig wirksam zu vermeiden und andererseits den Axialkäfig zugleich nach der kostengünstigen Verfahrenstechnik aus einem Blechband herzustellen, da die dem Außendurchmesser des Axialkäfigs entsprechenden Abschnitte des äußeren Bordes zum Anformen der seitlichen Haltestege zum Blechband sowie zum Trennen des fertigen Axialkäfigs von diesen Haltestegen direkt am äußeren Bord geeignet sind.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß in einer bevorzugten ersten Ausführungsform vorgesehen, dass die Einschnürungen des äußeren Bordes im Profilquerschnitt kegelförmig ausgebildet sind und in Höhe der Längsmittelachsen der Wälzkörper mit den Stirnseiten der Wälzkörper in Stützkontakt stehen. Die kegelförmige Ausbildung der Einschnürungen bewirkt dabei einen einfachen Punktkontakt zu den Stirnseiten der Wälzkörper, der sich als besonders reibungsarm erwiesen hat.
Nach einer alternativen zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einschnürungen des äußeren Bordes im Profilquerschnitt radial gerade ausgebildet sind und in Höhe der Vertikalmittelachsen der Wälzkörper mit den Stirnseiten der Wälzkörper in Stützkontakt stehen. Die radial gerade Ausführung der Einschnürungen ist dabei mit einem geringeren Arbeitsaufwand verbunden und bewirkt durch die Konkavität der Einschnürungen einen einfachen Linienkontakt zu den Stirnseiten der Wälzkörper, der sich ebenfalls als besonders reibungsarm erwiesen hat.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Eckradien der Käfigtaschen an der Seite des äußeren Bordes entsprechend dem Maß, um welches die Einschnürungen in die Käfigtaschen hineinragen, vergrößert ausgebildet sind. Dies hat sich besonders vorteilhaft dahingehend erwiesen, dass dadurch die Kerbwirkung in diesem Bereich erheblich verringert und die gesamte Stabilität des Axialkäfigs vergrößert werden kann.
Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs noch vorgeschlagen, dass die dem Außendurchmesser des Axialkäfigs entsprechenden Abschnitte des Bordes mit zusätzlichen radialen Ausnehmungen ausgebildet sind. Diese zusätzlichen Ausnehmungen dienen zur verbesserten Ölabführung aus einem den Axialkäfig aufweisenden Axiallager, wenn dies beispielsweise in einem Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges eingesetzt ist und von Schmieröl durchströmt wird.
Figurenliste
Der erfindungsgemäß ausgebildete Axialkäfig wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs eines Axialnadellagers;
2 die Einzelheit X gemäß 1 mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs;
3 die Einzelheit X gemäß 1 mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs;
4 den Schnitt A - A gemäß 2 durch die erste Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs;
5 den Schnitt B - B gemäß 3 durch die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs;
6 eine Ansicht auf die Unterseite der Darstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs nach 2;
7 eine Vorderansicht der Darstellung gemäß 3 mit einer optionalen Variante des erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkäfigs.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 geht deutlich ein für ein Axialnadellager geeigneter Axialkäfig 1 hervor, welcher im Wesentlichen aus einer dünnwandigen Ringscheibe 2 besteht, die, wie die 4 und 5 zeigen, einen W-förmigen Profilquerschnitt aufweist. Ebenso ist in den 4 und 5 zu sehen, dass die einzelnen Profilschenkel des Axialkäfigs 1 durch einen an den Innenrand der Ringscheibe 2 angeformten radialen inneren Bord 3, einen an den Außenrand der Ringscheibe 2 angeformten radialen äußeren Bord 4 und eine über gerade Profilabschnitte 5, 6 mit den Borden 3, 4 verbundene U-förmige Sicke 7 gebildet werden, welche die gleiche radiale Erstreckung wie die Borde 3, 4 aufweist. Aus 1 wird darüber hinaus noch deutlich, dass aus der Sicke 7 und den angrenzenden geraden Abschnitten 5, 6 eine Vielzahl gleichmäßig zueinander beabstandeter, rechteckförmiger Käfigtaschen 8 ausgenommen sind, zwischen denen die Borde 3, 4 miteinander verbindende Taschenstege 9 gebildet werden, welche die als Lagernadeln ausgebildeten zylindrischen Wälzkörper 10 in den Käfigtaschen 8 halten sowie in Umlaufrichtung führen.
Die 2 und 3 zeigen desweiteren, dass der äußere Bord 4 des Axialkäfigs 1 erfindungsgemäß mit einer kronkorkenartigen Gesamtform ausgebildet ist, durch welche der Bord 4 jeweils im Bereich der Käfigtaschen 8 axial in diese hineinragende und jeweils mit einer Stirnseite 11 der Wälzkörper 10 in Stützkontakt stehende Einschnürungen 12 aufweist sowie jeweils im Bereich der Taschenstege 9 mit dem Außendurchmesser des Axialkäfigs 1 entsprechenden Abschnitten 13 ausgebildet ist. Durch die in den 4 und 5 gezeigten Schnitte A - A und B - B der 2 und 3 wird dabei deutlich, dass die Einschnürungen 12 des äußeren Bordes 4 im Profilquerschnitt entweder kegelförmig ausgebildet werden können und dann in Höhe der Längsmittelachsen A_L der Wälzkörper 10 mit den Stirnseiten 11 der Wälzkörper 10 in Punktkontakt stehen oder alternativ im Profilquerschnitt radial gerade ausgebildet werden können und dann in Höhe der Vertikalmittelachsen Av der Wälzkörper 10 mit den Stirnseiten 11 der Wälzkörper 10 in Linienkontakt stehen.
Aus der Darstellung gemäß 6 ist darüber hinaus ersichtlich, dass es durch die Einschürungen 12 am äußeren Bord 4 des Axialkäfigs 1 unabhängig von deren kegelförmiger oder radial gerader Ausführungsform möglich ist, die Eckradien 14, 15 der Käfigtaschen 8 an der Seite des äußeren Bordes 4 entsprechend dem Maß, um welches die Einschnürungen 12 in die Käfigtaschen 8 hineinragen, vergrößert auszubilden, um damit die Kerbwirkung in diesem Bereich des Axialkäfigs 1 erheblich zu verringern und dessen Stabilität insgesamt zu erhöhen.
Durch 7 wird schließlich noch deutlich, dass die dem Außendurchmesser des Axialkäfigs 1 entsprechenden Abschnitte 13 des Bordes 4 noch mit zusätzlichen radialen Ausnehmungen 16 ausgebildet werden können, um damit die Ölabführung aus einem den Axialkäfig 1 aufweisenden und in einem Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges eingesetzten Axialnadellager zur Vermeidung von sogenannten Planschreibungsverlusten zu verbessern.
Bezugszeichenliste

1: Axialkäfig
2: Ringscheibe
3: innerer Bord
4: äußerer Bord
5: gerader Profilabschnitt
6: gerader Profilabschnitt
7: Sicke
8: Käfigtaschen
9: Taschenstege
10: Wälzkörper
11: Stirnseiten von 10
12: Einschnürungen an 4
13: Abschnitte an 4
14: Eckradius von 8
15: Eckradius von 8
16: Ausnehmungen in 13
A_L: Längsmittelachse von 10
Av: Vertikalmittelachse von 10

Claims

Axialkäfig (1) für zylindrische Wälzkörper, bestehend aus einer dünnwandigen Ringscheibe (2) mit einem W-förmigen Profilquerschnitt, dessen einzelne Profilschenkel durch einen an den Innenrand der Ringscheibe (2) angeformten radialen inneren Bord (3), einen an den Außenrand der Ringscheibe (2) angeformten radialen äußeren Bord (4) und eine über gerade Profilabschnitte (5, 6) mit den Borden (3, 4) verbundene sowie die gleiche radiale Erstreckung wie die Borde (3, 4) aufweisende U-förmige Sicke (7) gebildet werden, wobei aus der Sicke (7) und den angrenzenden geraden Abschnitten (5, 6) eine Vielzahl gleichmäßig zueinander beabstandeter, rechteckförmiger Käfigtaschen (8) ausgenommen sind, zwischen denen die Borde (3, 4) miteinander verbindende Taschenstege (9) gebildet werden, durch welche die zylindrischen Wälzkörper (10) in den Käfigtaschen (8) gehalten sowie in Umlaufrichtung geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Bord (4) des Axialkäfigs (1) mit einer kronkorkenartigen Gesamtform ausgebildet ist, durch welche der Bord (4) jeweils im Bereich der Käfigtaschen (8) axial in diese hineinragende und jeweils mit einer Stirnseite (11) der Wälzkörper (10) in Stützkontakt stehende Einschnürungen (12) aufweist sowie jeweils im Bereich der Taschenstege (9) mit dem Außendurchmesser des Axialkäfigs (1) entsprechenden Abschnitten (13) ausgebildet ist.
Axialkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürungen (12) des äußeren Bordes (4) im Profilquerschnitt kegelförmig ausgebildet sind und in Höhe der Längsmittelachsen (A_L) der Wälzkörper (10) mit den Stirnseiten (11) der Wälzkörper (10) in Punktkontakt stehen.
Axialkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürungen (12) des äußeren Bordes (4) im Profilquerschnitt radial gerade ausgebildet sind und in Höhe der Vertikalmittelachsen (Av) der Wälzkörper (10) mit den Stirnseiten (11) der Wälzkörper (10) in Linienkontakt stehen.
Axialkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckradien (14, 15) der Käfigtaschen (8) an der Seite des äußeren Bordes (4) entsprechend dem Maß, um welches die Einschnürungen (12) in die Käfigtaschen (8) hineinragen, vergrößert ausgebildet sind.
Axialkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Außendurchmesser des Axialkäfigs (1) entsprechenden Abschnitte (13) des Bordes (4) mit zusätzlichen radialen Ausnehmungen (16) zur Ölabführung aus einem den Axialkäfig (1) aufweisenden Axiallager ausgebildet sind.