DE112011101737T5

DE112011101737T5 - Wälzlager und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112011101737T5
Application number: DE112011101737T
Authority: DE
Inventors: Akira Matsuo; Shunsuke Takeguchi; Shinji Oishi; Masashi Nishimura; Tsutomu Nakagawa
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-06-27
Also published as: JP2011247286A; US20130148919A1; WO2011145693A1; CN102906433A

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wälzlager vorzuschlagen, das hervorragend hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit, Wärmewiderstand und Dimensionsgenauigkeit ist, während es Wälzelemente auf stabile Weise halten kann und Herstellungskosten senken kann, ohne die Leistung als Lager zu beeinträchtigen, sowie ein Herstellungsverfahren für das Wälzlager vorzuschlagen. Um die Aufgabe zu erfüllen, bringt die vorliegende Erfindung ein Wälzlager in Vorschlag, mit einem Käfig, der mit einer Vielzahl von Taschen zur Aufnahme und zum Halten der Wälzelemente versehen ist, die in spezifischen Intervallen in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand eines zylindrischen Elements angeordnet sind, wobei der Käfig integral durch Metallpulver-Spritzgießen geformt ist, und der Käfig einen Aufnahmeraum für Wälzelemente umfasst, und wobei eine Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur ausgebildet ist, indem eine Kompressionsbearbeitung auf einen Außenrand des Aufnahmeraums in einer Richtung von einer Außenumfangsfläche zu einer radialen Mitte des Käfigs hin angewandt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager und auf ein Herstellungsverfahren dafür, und insbesondere auf ein Wälzlager, das einen integral durch Metall-Spritzgießen („metal injection molding”), und noch spezieller durch Metallpulver-Spritzgießen gebildeten Käfig besitzt, und das eine Struktur aufweist, um zu verhindern, dass das Wälzelement herausfällt, sowie auf ein Herstellungsverfahren des Wälzlagers.
Technischer Hintergrund
Wälzlager sind unersetzliche Komponenten für Maschinen, die drehende Teile besitzen, und sie spielen eine Rolle bei der gleichmäßigen Übertragung einer Leistung, indem sie Reibung soweit wie möglich verringern. Wälzlager wurden konventionell häufig für drehende Teile verschiedener Maschinen eingesetzt. Auch heute werden die Wälzlager beispielsweise in verschiedenen Teilen von Automobilen, elektrischen Haushaltsgeräten, Büroautomatisierungstechnik verwendet.
Es ist anzumerken, dass in Automobilen aufgrund der Anforderungen nach verbessertem Kraftstoffverbrauch sowie Kostensenkung durch Verringerung von Bearbeitungsstufen in Reaktion auf die Marktanforderungen die in den Maschinenkomponenten zu verwendenden Materialien tendenziell von Eisen, das das gegenwärtige Hauptmaterial darstellt, zu Aluminium wechseln. Wird jedoch Aluminium, das hinsichtlich der Scherfestigkeit schlechter ist, bei Maschinenkomponenten verwendet, ist es unausweichlich, Wandstärken an einigen Abschnitten aufgrund der Anforderung der Sicherstellung einer Festigkeit äquivalent zu der von Eisen zu erhöhen. Damit wird eine Verkleinerung der Wälzlager notwendig, um Größenzuwachs, der durch die aus Aluminium hergestellten Motorkomponenten bewirkt wird, zu kompensieren. Außerdem sind lange Standzeiten und geringe Kosten bei dem als Motorkomponenten verwendeten Wälzlagern erforderlich und außerdem wird eine hohe Maßgenauigkeit für einen Käfig zum Halten der Wälzelemente gefordert, der eine Komponente des Wälzlagers ist, um einen Kontaktwiderstand zu minimieren.
Um den Käfig mit hoher Maßgenauigkeit bei geringen Kosten herzustellen, offenbart beispielsweise das Patentdokument 1 ( Japanische Patenteröffentlichung Nr. 2001-82498 ) ein Universalgelenk für konstante Geschwindigkeit, das aus einem gesinterten Metall durch Metall- bzw. MIM-Spritzgießen hergestellt ist. Insbesondere schlägt das Patentdokument 1 das Universalgelenk für konstante Geschwindigkeit vor, das ein äußeres Gelenkelement, das mit einer Vielzahl von Führungsnuten versehen ist, die an einer sphärischen Innenfläche ausgebildet sind, ein inneres Gelenkelement mit einer Vielzahl von Führungsnuten, die an einer sphärischen Außenfläche vorgesehen sind, Drehmoment-Übertragungskugeln, die jeweils in einer Vielzahl von Kugelbahnen angeordnet sind, die durch die Führungsnuten des äußeren Gelenkelements und die Führungsnuten des inneren Gelenkelements, die einander zugewandt sind, gebildet sind, und einen Käfig, in dem eine Vielzahl von fensterartigen Taschen ausgebildet sind, um die jeweiligen Drehmoment-Übertragungskugeln aufzunehmen und zu halten, aufweist, wobei der die Taschen aufweisende Käfig durch Formgießen („Cast Molding” bzw. Metall-Spritzgießen/”Metal Injection Molding”) gebildet ist.
Da der Käfig des Universalgelenks für konstante Geschwindigkeit, das in dem Patentdokument 1 offenbart ist, aus einem gesinterten Metall durch Metall-Spritzgießen hergestellt ist, und ein Metallteil direkt in einer Form gebildet ist, die nahe einer Fertigteilform ist, wird die Form mit hoher Maßgenauigkeit gebildet. Die Anwendung des Metall-Spritzgießens zum Herstellen eines Produkts, das eine sogenannte Hinterschneidung („undercut”) besitzt, ist gleichzeitig aber nicht praktikabel, weil es eine komplizierte Formwerkzeug-Form und häufige Formwerkzeugwartung erfordert, und es erhöht die Herstellungskosten erheblich. Es ist zu beachten, dass die Hinterschneidungsform eine konkave Form ist, die an einer Seitenwand des gegossenen bzw. geformten Teils ausgebildet ist, wodurch es unmöglich wird, den geformten Gegenstand so, wie er ist, aus dem Formwerkzeug zu entnehmen.
Als eine Technologie zum Ausbilden von hinterschnittenen Formen unter Anwendung der Spritzgießtechnologie ohne das komplizierte Formwerkzeug ist ein Kunstharz-Wälzlagerkäfig beispielsweise in dem Patentdokument 2 ( Japanisches Patent Nr. 3651813 ) offenbart. Insbesondere offenbart das Patentdokument 2 einen Kunstharz-Wälzlagerkäfig mit einer Vielzahl von Taschen zur Aufnahme von Rollen bzw. Walzen, die in bestimmten Intervallen entlang einer Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei Rollen-Stopper zu den Taschen hin vorstehen und an Innenumfangskanten oder Außenumfangskanten von Streben zwischen den Taschen ausgebildet sind, wobei eine konkave Nut zum elastischen Verformen der Rollen-Stopper in der Umfangsrichtung um einen gesamten Umfang einer Basis der Rollen-Stopper ausgebildet ist.
Die Struktur des Kunstharz-Wälzlagerkäfigs gemäß dem genannten Dokument 2 kann die Rollen-Stopper einfach in der Umfangsrichtung elastisch mittels der Nut um die Basis der Rollen-Stopper herum verformen, indem Eigenschaften eines üblichen Harzes mit sowohl Elastizität als auch Viskosität genutzt werden. Der Käfig gemäß dem genannten Dokument 2 kann ein Reißen in der Basis der Rollen-Stopper verhindern, wenn das Formwerkzeug, das zum Formen der Taschen durch Spritzgießen verwendet wird, in einer Außenumfangsrichtung des Käfigs entfernt wird. Das bedeutet, dass der Kunstharz-Käfig gemäß dem genannten Dokument 2 hinterschnittene Formen bei Ausbildung in einem Spritzgießvorgang erreicht.
Der Grund jedoch, warum der Kunstharz-Käfig gemäß dem genannten Dokument 2 das Ausbilden von hinterschnittenen Formen bei einem Spritzgießvorgang ermöglicht, liegt jedoch in den Materialeigenschaften des Harzes und kann nicht auf Metallkäfige mit hoher Steifigkeit angewandt werden. Wenn die Unterschiede in den Materialeigenschaften zwischen Harz und Metall betrachtet werden, sind Kunstharz-Käfige nachteilig hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit und Wärmewiderstand gegenüber Metallkäfigen und besitzen Nachteile wie Schrumpfen unmittelbar nach dem Ausbilden und Dimensionsänderungen über der Zeit aufgrund einem großen thermischen Expansionskoeffizienten. Damit kann es nicht an Einsatzorten wie Brennkraftmaschinen verwendet werden, die die oben genannten Eigenschaften erfordern.
Gemäß der obigen Beschreibung werden als konventionelle Wälzlager, die auf Teile anwendbar sind, die Festigkeit, Steifigkeit und Wärmewiderstand sowie andere Eigenschaften erfordern und die mit einer Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur („rolling-element fall-out prevention structure”)versehen sind, häufig wie folgt hergestellt: Eine Basis-Querschnittform eines Käfigs wird durch Pressformen eines Streifens gebildet, dann werden Taschenlöcher zur Aufnahme von Wälzelementen ausgestanzt, der Streifen wird in eine spezifische Länge geschnitten und in eine Ringform gebogen, und beide Kanten des ringförmigen Streifens werden zusammengeschweißt. Der auf diese Weise durch Anwenden des Schweißens gebildete Käfig besitzt die Vorteile einer hohen Produktionseffizienz und eine Kostenverringerung im Vergleich zu Käfigen, die einfach durch Pressen und maschinelle Bearbeitung gebildet werden. Bei den konventionellen Wälzlagern, die durch den Einsatz von Schweißen gebildet werden, sind die Taschenlöcher zur Aufnahme der Wälzelemente an einer sphärischen Innenseite schmal verjüngt, wenn das streifenförmige Element in eine Ringform gebogen wird, und das macht es gelegentlich schwierig, die Wälzelemente in einer stabilen Weise zu halten.
Sodann offenbart zum Beispiel das Patentdokument 3 ( Japanische Patent-Offenlegung Nr. 2000-274439 ) einen geschweißten Käfig, der eine ausreichende Menge an Schmiermittel sicherstellen und eine Rollenkippung (Neigung) auch dann verhindern kann, wenn der Käfig in eine Radialrichtung verformt wird. Das bedeutet, dass das Patentdokument 3 ein sogenanntes Nadel-Wälzlager innerhalb der Wälzlagertypen offenbart. Insbesondere offenbart das Patentdokument 3 einen geschweißten Käfig, der durch Schweißen beider Enden eines ringförmigen Streifens eines Basismaterials gebildet ist, der mit einer Vielzahl von Taschenlöchern zur Aufnahme von Rollen bzw. Walzen (Wälzelemente) versehen ist, wobei jedes der Taschenlöcher Umfangs-Führungsflächen und eine Umfangs-Rollen-Stopperfläche besitzt, und die Umfangs-Führungsflächen und die Umfangs-Rollen-Stopperfläche sind im Wesentlichen parallel zu einer senkrechten Fläche an einer Umfangsmitte eines Taschenlochs.
Als Nächstes offenbart Patentdokument 4 ( Japanische Patent-Offenlegung Nr. 2002-106575 ) einen Käfig für ein Radialwälzlager, bei dem selbst dann, wenn ein Radialwälzlager, dessen Rollendurchmesser zu PCD-Verhältnis (Teilkreisdurchmesser bzw. „Pitch Circle Diameter”) 0,12 übersteigt, angewendet wird, der Käfig ein Herausfallen der Rollen in der Radialrichtung nach außen verhindern kann und kaum bei der Installation der Rollen in die Taschen bricht. Das Patentdokument 4 offenbart also ein sogenanntes Nadel-Wälzlager innerhalb der Wälzlagertypen. Insbesondere sind in dem Käfig gemäß dem Patentdokument 4 zum Halten der Rollen auf eine stabile Weise konvexe Halteelemente, die an einer Umfangs-Außenseite an beiden Enden jeder Käfig-Strebe vorgesehen sind, entlang gekrümmten Flächen der Rollen durch plastische Verformung ausgebildet, und die gesamte Breite von Teilen, die der plastischen Verformung ausgesetzt sind, beträgt 30% oder mehr der Strebenbreite.
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-82498
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 3651813
Patentdokument 3: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-274439
Patentdokument 4: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-106575

Zu Lösende Probleme
Im Fall des geschweißten Käfigs, der in dem oben beschriebenen Patentdokument 3 offenbart ist, sind jedoch, wenn die Umfangs-Führungsflächen und die Umfangs-Rollen-Stopperflächen der Taschenlöcher in dem Streifen aus Basismaterial gebildet werden, weitere Schritte erforderlich, um einen Winkel bezüglich der senkrechten Fläche des Streifens des Basismaterials so auszubilden, dass die Umfangs-Führungsflächen und die Umfangs-Rollen-Stopperflächen im Wesentlichen parallel zu den senkrechten Flächen in den Umfangsmitten der jeweiligen Taschenlöcher sind, und der Streifen des Basismaterials muss mindestens zwei Mal auf einer Seite und der anderen Seite in einer Längsrichtung ausgestanzt werden.
Außerdem wird der geschweißte Käfig gemäß dem Patentdokument 3 durch miteinander-Verbinden von Enden des Stahlstreifens durch Schweißen in herkömmliche Weise gebildet; bei einem Herstellungsverfahren, das Schweißen anwendet, gibt es aber unweigerlich Abweichungen in dem Schweißnaht-Überstand, und es ist schwierig, eine Form mit hoher Genauigkeit auszubilden, und es ist erforderlich, einen Schritt und Einrichtungen für einen Schweißvorgang vorzusehen. Daher kann der geschweißte Käfig gemäß dem Patentdokument 3 die Marktanforderungen hinsichtlich einer Kostensenkung nicht vollständig erfüllen.
In dem Käfig gemäß dem Patentdokument 4 sind verschiedene Schritte erforderlich, bevor das Produkt fertiggestellt ist, einschließlich: einem Schritt des Ausbildens der Streben bzw. Stege durch Ausstanzen eines flachen Plattenelements, einem Schritt zum Biegen des flachen Plattenelements in eine Ringform, einem Schritt zum miteinander-Verbinden beider Enden des flachen Plattenelements durch Schweißen, zum Beispiel, und einem Schritt zum plastischen Verformen der konvexen Halteelemente zum Halten der Rollen. Weil der geschweißte Käfig gemäß dem Patentdokument 4 große Abweichungen in der Form des Käfigs mit sich bringt, ist die Produktqualität schlechter und die Marktanforderung hinsichtlich Kostensenkung wird nicht vollständig erfüllt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der zuvor beschriebenen Probleme geschaffen und besitzt eine Aufgabe, ein Wälzlager, das hervorragend hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit, Wärmewiderstandsfähigkeit und Maßgenauigkeit ist, während es Wälzelemente stabil halten und Herstellungskosten ohne Abschwächung der Leistungsfähigkeit als ein Lager verringern kann, sowie ein Herstellungsverfahren für das Wälzlager vorzuschlagen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder haben somit sorgfältige Studien durchgeführt und die oben genannten Probleme gelöst, indem ein Wälzlager vorgesehen ist, das mit einem Käfig versehen ist, der integral durch Metall-Spritzgießen, insbesondere Metallpulver-Spritzgießen gebildet ist, und bei dem minimale maschinelle Bearbeitung angewandt ist. Die vorliegende Erfindung wird nun beschrieben.
Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung: ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Käfig umfasst, der mit einer Vielzahl von Taschen zur Aufnahme und zum Halten von Wälzelementen versehen ist, die in spezifischen Intervallen in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand eines zylindrischen Elements angeordnet sind, wobei: der Käfig integral durch Metallpulver-Spritzgießen gebildet ist, und der Käfig einen Aufnahmeraum für die Wälzelemente und eine Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in dem Aufnahmeraum vorgesehen ist, aufweist.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur vorzugsweise durch Anwenden einer plastischen Druck- bzw. Kompressionsbearbeitung auf einen Außenrand des Aufnahmeraums in der Richtung von einer Außenumfangsfläche zu einer radialen Mitte des Käfigs auszubilden.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur vorzugsweise durch Anwenden eines plastischen Biegens auf Vorsprünge, die radial von einer Außenumfangsfläche des Käfigs nach außen vorstehen, auszubilden.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur die Wälzelemente durch Wälzelement-Verriegelungsabschnitte sichert bzw. verriegelt, die von dem Käfig vorstehen, wobei die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte als ein Kontinuum von dem Käfig in den Taschen des Käfigs an beiden Innen- und Außen-Umfangsseiten der Umfangswand angeordnet sind, und paarweise an Stellen angeordnet sind, die hinsichtlich einer Symmetrieebene Ebenen-symmetrisch sind, die eine Drehachse jedes der Wälzelemente und eine Achse des Käfigs umfasst, und die Wälzelemente-Verriegelungsabschnitte in jedem Paar an beiden Seiten der Achse des Wälzelements zueinander hin vorstehen.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte außerdem vorzugsweise durch Anwenden einer plastischen Bearbeitung auf den Käfig auszubilden, nachdem die Wälzelemente in den Taschen des Käfigs aufgenommen sind.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte außerdem vorzugsweise durch Anwenden einer plastischen Bearbeitung auf den Käfig auszubilden, bevor die Wälzelemente in den Taschen des Käfigs aufgenommen sind.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Wälzelemente vorzugsweise Nadelrollen bzw. -walzen.
Herstellungsverfahren für ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung: Ein Herstellungsverfahren für ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur des Käfigs durch Anwenden eines Schieberformwerkzeugs („Slide Mold”) geformt wird.
Vorteile der Erfindung
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Käfig, der das Wälzlager bildet, durch Metall-Spritzgießen integral geformt, insbesondere durch Metallpulver-Spritzgießen, und umfasst die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur. Gemäß dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit eine Leistungsfähigkeit als ein Lager verbessert und die Herstellungskosten sind durch Verringerung der Anzahl der für die Herstellung eines Wälzlagers erforderlichen Schritte gesenkt. Somit kann die vorliegende Erfindung ein Wälzlager bereitstellen, das hervorragend hinsichtlich Qualität und Kostenleistung ist.
Außerdem verwendet das Herstellungsverfahren eines Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schieberformwerkzeug zum Ausbilden der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur des Wälzlagers. Somit erzeugt das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung niemals Falten und Grate an ausgestanzten Abschnitten, wie wenn das Herstellungsverfahren herkömmliche Press-Stanzungen anwenden würde, und es kann außerdem Formen mit hoher Genauigkeit ausbilden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittansicht, die den Hauptabschnitt des Wälzlagers von 1 zeigt, um eine Form und einen Formgebungsprozess einer Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittansicht, die den Hauptabschnitt des Wälzlagers von 3 zeigt, um eine Form und eine Ausbildungsprozess einer Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
5 ist eine perspektivische Ansicht des Wälzlagers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich von der der 3 unterscheidet.
6 ist eine Querschnittansicht, die den Hauptabschnitt eines Wälzlagers gemäß 5 zeigt, um eine Form und einen Ausbildungsprozess einer Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen eines Wälzlagers und eines Herstellungsverfahrens für ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben.
Ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung: Ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet einen Käfig, der mit einer Vielzahl von Taschen zur Aufnahme von Wälzelementen versehen ist, die in spezifischen Intervallen in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand eines zylindrischen Elements angeordnet sind. Der Käfig ist dadurch gekennzeichnet, dass er integral durch Metallpulver-Spritzgießen („Metal Powder Injection Molding”) ausgebildet ist, wobei ein Wälzelement-Aufnahmeraum in jeder der Taschen vorgesehen ist, und eine Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur in dem Wälzelement-Aufnahmeraum vorgesehen ist.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass 1 ein sogenanntes Nadel-Wälzlager innerhalb der Wälzlagertypen darstellt. Ein Käfig 2, der in 1 gezeigt ist, befindet sich in einem Zustand, bevor eine Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur vorgesehen wird. Gemäß der Darstellung in 1 umfasst das Wälzlager (Nadel-Wälzlager) 1 Wälzelemente (Nadelrollen bzw. -walzen) 6 und einen Nadel-Wälzlagerkäfig 2, der mit Taschen 4 zur Aufnahme der Wälzelemente (Nadelwalzen) 6 in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand 3 eines zylindrischen Elements des Käfigs 2 versehen ist. Das in 1 gezeigte Nadel-Wälzlager 1 als das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht einer sogenannten Nadelwalzen- und Käfiganordnung innerhalb der Nadel-Wälzlagertypen. Eine Nachfrage nach Nadel-Wälzlagern 1 ist gewachsen, weil es eine wichtige Komponente insbesondere in Automobilen mit Automatikgetriebe und Motoren darstellt.
Gemäß obiger Beschreibung ist der Käfig des Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung integral durch Metall-Spritzgießen, insbesondere durch Metallpulver-Spritzgießen gebildet. Durch Anwenden der Metallpulver-Spritzgießtechnologie zum Ausbilden des Käfigs wird ein präziser geformter Käfig für ein Wälzlager erreicht als der durch konventionelle Pressbearbeitung gebildete Käfig. Die Gründe hierfür werden im Folgenden beschrieben.
Zunächst wird das Metall-Spritzgießen kurz erläutert. Das Metall-Spritzgießen bzw. „Metal Injection Molding” (MIM)-Spritzgießen ist eine Technologie zur direkten Herstellung eines Metallteils in einer Form, die nahe an einer Fertigteilform ist, und es ist unterteilt in „ein Verfahren unter Verwendung eines Festmetallklumpens als Rohmaterial” und „ein Verfahren unter Verwendung eines Metallpulvers als Rohmaterial”. Das erstgenannte Verfahren ist eine Technologie zur Ausbildung eines Metallteils durch Gießen des Metallklumpens in einem geschmolzenen oder halb-geschmolzenen Zustand in ein Formwerkzeug. Bei der Herstellung des Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung wurde jedoch die zweitgenannte Technologie, die als die Metallpulver-Spritzgießtechnologie bekannt ist, eingesetzt, bei der eine geknetete Mixtur mit Metallpulver, Harz und Wachs als ein Binder in ein Formwerkzeug eingespritzt wird.
Bei dem Metallpulver-Spritzgießen gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine geknetete Mixtur mit Metallpulver und einem organischen Binder in ein Formwerkzeug eingespritzt. Als ein Einspritzverfahren wird vorzugsweise ein Inline-Schneckensystem (im Folgenden als ein Schneckensystem bezeihnet) im Allgemeinen verwendet. Bei dem Schneckensystem wird eine geknetete Mixtur mit einem Metallpulver und einem organischen Binder auf etwa die Schmelztemperatur des Harzes erhitzt, um die geknetete Mixtur zu schmelzen (plastizieren) und eine Mixtur aus geschmolzenem Harz und Metallpulver zu erzeugen; dann wird die Mixtur in einen Zylinder einer Spritzgießmaschine durch eine Rückwärtsbewegung einer kontinuierlich rotierenden Schnecke zugeführt, wonach durch einen hohen Druck, der durch eine Vorwärtsbewegung der Schnecke erzeugt wird, die Mixtur in das Formwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit eingespritzt wird. Das geformte Material, das erhärtet ist, indem die Mixtur des geschmolzenen Harzes und Metallpulvers, die durch das Schneckensystem in das Formwerkzeug eingespritzt wurden, abgekühlt wird, wird entfettet (Entfernen des Binders) und zur Fertigstellung eines Produkts gesintert.
Merkmale der Metallpulver-Spritzgießtechnologie umfassen: (1) Hervorragende Form-Flexibilität, (2) hervorragende Materialflexibilität, (3) hervorragende Dimensionsgenauigkeit, (4) hervorragende mechanische Festigkeit, (5) Freiheit bei der Nachbearbeitung, (6) Eignung für Massenproduktion, und (7) hervorragende Vorteile bei den Kosten. Diese Merkmale werden im Folgenden im Einzelnen beschrieben.
Das oben beschriebene Merkmal (1) ist. ein Vorteil, der durch die Charakteristik erreicht wird, dass die Metallpulver-Spritzgießtechnologie eine Produktform integral ausbilden kann, die stabil extrem nahe an einer erforderlichen Produktformstabilität ist. Damit verringert die Metallpulver-Spritzgießtechnologie die Anzahl von Teilen und kann eine Nachbearbeitung entbehrlich machen. Außerdem ist die Metallpulver-Spritzgießtechnologie ein Ressourcenschonendes Herstellungsverfahren, das einen Ausnutzungsgrad an Rohmaterial nahe an 100% erreichen kann, weil Eingießkanäle und Eingießtrichter, die beim Spritzgießen zusätzlichen zu dem Produkt gebildet werden, nach dem Zerkleinern wieder verwendet werden können. Somit kann die Metallpulver-Spritzgießtechnologie Materialkosten im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren verringern.
Das oben beschriebene Merkmal (2) ist ein Vorteil, der durch die Charakteristik erreicht wird, dass die Metallpulver-Spritzgießtechnologie im Prinzip jedes Metallpulver zum Ausbilden der Teile verwenden kann, solange es fein gemahlen ist. Damit zeigt die Metallpulver-Spritzgießtechnologie ihre Vorteile insbesondere beim Ausbilden von schwer zu verarbeitenden Materialien in Teile oder von Metallen mit hohem Schmelzpunkt in Produkte.
Das oben beschriebene Merkmal (3) ist ein Vorteil, der durch die Charakteristik erreicht wird, dass die Metallpulver-Spritzgießtechnologie eine genauere Größe und Form der Produkte erzielt als ein pulvermetallurgisches Verfahren, das übliches Pressformen anwendet. Es ist zu beachten, dass die Metallpulver-Spritzgießtechnologie als ein Ergebnis einer Prozessverbesserung Produkte mit weiter verbesserter Genauigkeit hinsichtlich Größe und Form erzielen kann.
Das oben beschriebene Merkmal (4) bei der Metallpulver-Spritzgießtechnologie ist ein Vorteil, der durch die Charakteristik erreicht wird, dass ein Herstellungsverfahren, welches feines Pulver mit hoher Sinterfähigkeit zum Spritzgießen verwendet, eine gefüllte Dichte und Druckverteilung während des Formens gleichmäßig macht, die Binderentfernung und das Sintern, die bei relativ geringen Temperaturen ausgeführt werden, ermöglicht, und eine gleichmäßige hohe Sinterdichte ermöglicht. Damit kann die Metallpulver-Spritzgießtechnologie Produkte liefern, die eine höhere Dichte (eine relative Dichte von 95% oder darüber) und eine höhere mechanische Festigkeit besitzen als wenn ein pulvermetallurgisches Verfahren unter Anwendung des üblichen Pressformens eingesetzt wird.
Das oben beschriebene Merkmal (5) ist ein Vorteil, der durch die Charakteristik erreicht wird, dass die Metallpulver-Spritzgießtechnologie einer Oberflächenbehandlung wie Plattieren bzw. Beschichten sowie typische Wärmebehandlung, die bei gegossenen Barren anzuwenden wäre, vorausgehen kann. Damit erlaubt die Metallpulver-Spritzgießtechnologie eine relativ freie Ausführung von Oberflächenverbesserungen in Abhängigkeit der erforderlichen Eigenschaften.
Das oben beschriebene Merkmal (6) ist ein Vorteil, der durch die Charakteristik erreicht wird, dass die Metallpulver-Spritzgießtechnologie eine kontinuierliche Produktion durch Spritzgießen unter Verwendung eines Formwerkzeugs ermöglicht. Somit ermöglicht die Metallpulver-Spritzgießtechnologie eine Massenproduktion bei hoher Produktivität.
Das oben beschriebene Merkmal (7) ist ein Vorteil, der durch die Charakteristik erreicht wird, dass die Metallpulver-Spritzgießtechnologie eine Form extrem nahe an der Form eines Endprodukts direkt durch Formgebung in einem Formwerkzeug erreichen kann. Somit kann die Metallpulver-Spritzgießtechnologie die Herstellungskosten erheblich senken. Damit kann die Kostenleistung des Produkts verbessert werden, selbst wenn ein zusätzlicher Schritt, beispielsweise für Teileverbindung zur Ausbildung eines Kompositteils, angewandt wird, weil die verringerten Herstellungskosten genutzt werden.
Als Nächstes wird die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in dem Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, beschrieben werden. Die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur des Käfigs gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit sogenannten Hinterschneidungsformen versehen, die an den Taschen des Käfigs ausgebildet sind, um ein Herausfallen der Wälzelemente zuverlässig zu verhindern. Das bedeutet, dass das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung integral durch die Metall-Spritzgießtechnologie ausgebildet ist, und die in dem Käfig vorgesehenen Taschen die Hinterschneidungsformen aufweisen.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur vorzugsweise auszubilden, indem eine plastische Druck- bzw. Kompressionsbearbeitung an einem Außenrand eines Wälzelement-Aufnahmeraums von einer Außenumfangsfläche zu einer radialen Mitte des Käfigs angewandt wird. Die plastische Kompressionsbearbeitung, wie sie hier verwendet wird, ist die Bearbeitung zur plastischen Verformung des Käfigs durch Anwenden einer Kompressions- bzw. Druckkraft in einer im Wesentlichen senkrechten Wirkung auf die Außenumfangsfläche des Käfigs.
Die 2 ist eine Querschnittansicht, die einen Hauptabschnitt des Wälzlagers von 1 zeigt, um eine Form und einen Ausbildungsprozess der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Der obere Teil von 2 zeigt eine Querschnittansicht des Hauptabschnitts, bevor Hinterschneidungsformen in der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in dem Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ausgebildet werden. Der untere Teil von 2 zeigt eine Querschnittansicht des Hauptabschnitts, nachdem Hinterschneidungsformen in der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in dem Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ausgebildet sind. Auf diese Weise verdeutlicht 2 den Prozess zum Ausbilden der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur mit den Hinterschneidungsformen, die in den Taschen 4 vorgesehen ist, durch Anwenden einer plastischen Druck- bzw. Kompressionsbearbeitung auf den Außenrand des Aufnahmeraums von der Außenumfangsfläche zu der radialen Mitte des Käfigs 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Darstellung in 2 wird die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in dem Käfig 2 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, durch Anwenden einer plastischen Kompressionsbearbeitung ausgebildet, um ein Ende bzw. eine Spitze eines spitzwinkligen Objekts mit einem im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt nahe jeder Tasche 4 des Käfigs 2 in die Außenumfangsfläche zu der radialen Mitte hin hineinzudrücken.
Außerdem ist die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur vorzugsweise auszubilden, indem eine plastische Biegung auf Vorsprünge angewandt wird, die in dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung radial von der Außenumfangsfläche des Käfigs nach außen vorstehen. Die plastische Biegung gemäß der hier verwendeten Bezeichnung ist eine Bearbeitung, um die Vorsprünge unter einem spezifischen Winkel plastisch zu verformen, indem eine Biegeverformung auf die Vorsprünge angewandt wird.
Die 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 3 verdeutlicht wie 1 ein sogenanntes Nadel-Wälzlager unter den Wälzlagertypen. Ein Käfig 12, der in 3 beispielhaft dargestellt ist, befindet sich in einem Zustand, bevor eine Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur vorgesehen ist. Gemäß der Darstellung in 3 umfasst das Wälzlager (Nadel-Wälzlager) 11 einen Nadel-Wälzlagerkäfig 12 und Wälzelemente (Nadelwalzen bzw. -rollen) 16 und ist mit Taschen 14 zur Aufnahme der Wälzelemente (Nadelrollen) 16 in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand 13 eines zylindrischen Elements des Käfigs 12 versehen.
Die 4 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt des Wälzlagers von 3 zeigt, um eine Form und einen Ausbildungsprozess der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Die 4 verdeutlicht den Prozess des Ausbildens der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur mit den Hinterschneidungsformen, die in den Taschen 14 vorgesehen werden, indem eine plastische Biegung auf die Vorsprünge 15c angewandt wird, die radial von der Außenumfangsfläche des Käfigs 12 nach außen vorstehen. Gemäß der beispielhaften Darstellung in 4 wird die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in dem Käfig 12 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ausgebildet, indem eine plastische Biegung auf die Vorsprünge 15c angewandt wird, die radial von der Außenumfangsfläche nahe jeder Tasche 14 des Käfigs 12 nach außen vorstehen.
Es ist zu beachten, dass, obwohl die 3 und 4 eine Ausführungsform zeigen, die sich von dem Wälzlager 1 gemäß den 1 und 2 als andere Ausführungsform unterscheidet, andere Ausführungsformen des Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform beschränkt sind. Beispielsweise können die Vorsprünge 15c, die von der Außenumfangsfläche des Käfigs 12 radial nach außen vorstehen, eine Form besitzen, die sich von der in den 3 und 4 gezeigten Form unterscheidet.
Die 5 ist eine perspektivische Ansicht des Wälzlagers gemäß der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich von der der 3 unterscheidet. Die 6 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt des Wälzlagers von 5 zeigt, um eine Form und einen Ausbildungsprozess einer Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Das in den 5 und 6 gezeigte Wälzlager unterscheidet sich von dem in den 3 und 4 gezeigten Wälzlager insbesondere in der Form (Dicke) der Vorsprünge 15c, die radial von der Außenumfangsfläche des Käfigs 12 nach außen vorstehen. Auf diese Weise kann bei dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung die Form der Vorsprünge 15c geeignet gewählt werden, in Abhängigkeit von dem Material und der Verwendung des Käfigs 12. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung der grundlegenden Ausführungsform weggelassen wird, weil das in den 5 und 6 gezeigte Wälzlager 11 die grundlegende Ausführung gemeinsam hat mit dem in den 3 und 4 gezeigten Wälzlager mit Ausnahme der Form der Vorsprünge 15c.
In dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung verriegelt die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur die Wälzelemente durch Wälzelement-Verriegelungsabschnitte, die von dem Käfig vorstehen. Vorzugsweise sind die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte als ein Kontinuum von dem Käfig, in den Taschen des Käfigs an sowohl einer Innenumfangsseite als auch an einer Außenumfangsseite der Umfangswand, und ferner paarweise an bezüglich einer Symmetrieebene Ebenen-symmetrischen Stellen angeordnet, welche Symmetrieebene eine Drehachse jedes der Wälzelemente und eine Achse des Käfigs umfasst. Ferner stehen die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte in jedem Paar an beiden Seite der Achse des Wälzelements vorzugsweise zueinander hin vor.
Die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte hier sind so ausgebildet, dass sie die in den bzw. an den in dem Käfig vorgesehenen Taschen vorgesehene Hinterschneidungsform ausbilden, nachdem der Käfig gemäß der vorliegenden Erfindung durch Metall-Spritzgießen geformt wurde. Gemäß 2 werden in dem Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b ausgebildet, wenn eine plastische Druck- bzw. Kompressionsbearbeitung auf die Außenumfangsfläche nahe jeder Tasche 4 des Käfigs 2 zu der radialen Mitte hin ausgeübt wird. Außerdem werden gemäß der Darstellung in den 4 und 6 in dem Wälzlager gemäß der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 15b durch Anwenden einer plastischen Biegeverformung auf die Vorsprünge 15c ausgebildet, welche radial von der Außenumfangsfläche nahe jeder Tasche 4 des Käfigs 12 nach außen vorstehen.
Es ist zu beachten, dass gemäß der Darstellung in den 1 bis 6, die Käfige 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Herausfallen der Wälzelemente 6 und 16 verhindern, indem Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5a und 15a als ein Kontinuum an der Innenumfangsseite der Umfangswand 3 und 13 zusätzlich zu den Wälzelement-Verriegelungsabschnitten 5b und 15b, die an der Außenumfangsseite der Umfangswand 3 und 13 ausgebildet sind, angeordnet werden. Außerdem sind, gemäß der Darstellung in den 1 bis 6, die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5a, 5b, 15a und 15b paarweise an bezüglich der Symmetrieebene Ebenen-symmetrischen Stellen angeordnet, welche Ebene die Drehachse der jeweiligen Wälzelemente 6 und 16 und die Achse des Käfigs 2 und 12 umfasst. Ferner sind in den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung sogenannte Hinterschneidungsformen ausgebildet, weil die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5a, 5b, 15a und 15b in jedem Paar in den Käfigen auf beiden Seiten der Achse jedes Wälzelements 6 und 16, die in dem Käfig 2 und 12 aufgenommen sind, zueinander hin vorstehen.
Auf diese Weise verhindern in der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5a, 5b, 15a und 15b, die paarweise an beiden Seiten der Achse jedes Wälzelements 6 und 16 angeordnet sind und zueinander hin vorstehen, zuverlässig das Herausfallen der Wälzelemente 6 und 16. Da außerdem die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5a und 5b und 15a und 15b integral mit dem Käfig ausgebildet sind, ist eine Haltbarkeit (Festigkeit) des Käfigs 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Käfig, der nachträglich mit Elementen entsprechend den Wälzelement-Verriegelungsabschnitten beispielsweise durch einen Verbindungsprozess versehen werden, verbessert.
Die in den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstrukturen wurden mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben. Die Anzahl und die Anordnungsstellen der Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5a und 5b sowie 15a und 15b, die die Herausfall-Verhinderungsstruktur bilden, sind aber nicht auf diese Beispiele in den Figuren beschränkt. Das heißt, dass die Anzahl und die Anordnungsstellen der Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5a und 5b sowie 15a und 15b, die in den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, beliebig in Abhängigkeit von der Verwendung und dergleichen der Wälzlager 1 und 11 gewählt werden können.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist in den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung die Wälzelement-Herausfallstruktur vorgesehen, indem an jeder Tasche 4 und 14 der Käfige die sogenannten Hinterschneidungsformen ausgebildet werden, indem jeder Wälzelement-Verriegelungsabschnitt 5b und 15b an beiden Seiten der Achse jedes Wälzelements 6 und 16 derart gestaltet wird, dass er jeweils zu seinem paarweisen Gegenstück, das an der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, hin vorsteht. Das heißt, dass die Wälzlager 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur versehen sind, die mit sogenannten Hinterschneidungsformen versehen ist, die an der internen Geometrie jeder Tasche 4 und 14 zur Aufnahme der Wälzelemente durch den einen minimalen sekundären Schritt nach den Formen der Käfige 2 und 12 durch Metall-Spritzgießen hinzugefügt wird. Es ist zu beachten, dass es bezüglich der Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 15b, die in den 3 bis 6 gezeigt sind, vorzuziehen ist, diese durch ein Komposit-Formwerkzeug auszubilden, wenn die Tasche 14 durch ein Schieberformwerkzeug gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildet wird, um die Effizienz und die Kostensenkung bei der Herstellung zu verbessern.
In den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Schleifbearbeitung oder andere maschinelle Bearbeitung auf Innenflächen der Taschen 4 und 14 in Abhängigkeit von den Anforderungen angewandt werden, nachdem der geformte Gegenstand, der durch Metallpulver-Spritzgießen produziert wurde, gesintert oder wärmebehandelt worden ist. Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann, wenn ein Schleifen oder andere maschinelle Bearbeitung zusätzlich auf die Innenflächen der Taschen 4 und 14 auf diese Weise angewandt wird, die Glattheit der Innenflächen der Taschen 4 und 14 weiter in den Käfigen 2 und 12 verbessert werden und der Reibungswiderstand gegenüber den Wälzelementen 6 und 16, die in dem Käfig aufgenommen sind, wird verringert.
In den Wälzlagern 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch bevorzugt, dass die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b und 15b, die in dem Käfig 2 und 12 des Wälzlagers ausgebildet sind, durch Anwenden einer plastischen Bearbeitung auf die Käfige 2 und 12 ausgebildet werden, nachdem die Wälzelemente 6 und 16 in den Taschen 4 und 14 des Käfigs aufgenommen sind.
Wenn die Käfige 2 und 12 durch eine Bearbeitung zur Ausbildung der Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b und 15b plastisch verformt werden, nachdem die Wälzelemente 6 und 16 in den Taschen 4 und 14 in den Käfigen 2 und 12 des Wälzlagers aufgenommen sind, steigt eine Produktionseffizienz der Wälzlager 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das bedeutet, dass die Wälzlager 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung die Wälzlager sind, die mit einer Struktur versehen sind, die eingerichtet ist, um ein Herausfallen der Wälzelemente 6 und 16 zu verhindern und bei der niedrige Herstellungskosten erreicht werden können.
Außerdem ist es bei den Wälzlagern 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, dass die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b und 15b, die in dem Käfig 2 und 12 des Wälzlagers ausgebildet sind, durch Anwenden einer plastischen Bearbeitung auf die Käfige 2 und 12 ausgebildet werden, bevor die Wälzelemente 6 und 16 in den Taschen 4 und 14 der Käfige 2 und 12 aufgenommen werden.
Die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur der Wälzlager 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine Konfiguration beschränkt, bei der die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b und 15b ausgebildet werden, nachdem die Wälzelemente 6 und 16 in den Taschen 4 und 14 in den Käfigen 2 und 12 des Wälzlagers aufgenommen sind. Es ist zu beachten, dass, wenn die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b und 15b durch plastisches Verformen der Käfige 2 und 12 ausgebildet werden, nachdem die Wälzelemente 6 und 16 in den Taschen 4 und 14 aufgenommen sind, die Wälzelemente 6 und 16 gelegentlich Fehlstellen erzeugen, abhängig von den verwendeten Einrichtungen oder den herrschenden Herstellungsbedingungen. In einem solchen Fall können die Käfige 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung Defekte wie die oben beschriebenen Fehler verhindern und dadurch die Produktqualität stabilisieren, weil die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b und 15b ausgebildet werden, indem eine plastische Bearbeitung auf die Käfige 2 und 12 angewandt wird, bevor die Wälzelemente 6 und 16 ausgebildet werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird angenommen, dass die Wälzlager 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung die Metallpulver-Spritzgießtechnologie bei der Herstellung anwenden. Dann besitzen die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstrukturen der Wälzlager 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung eine sogenannte Hinterschneidungsform, indem jeder Wälzelement-Verriegelungabschnitt 5b und 15b, der zu seinem paarweisen Gegenstück hin vorsteht, der an der gegenüberliegenden Seite jedes Wälzelements 6 und 16, die in den Käfigen 2 und 12 aufgenommen sind, vorgesehen ist, vorstehend ausgebildet wird, indem eine minimale plastische Bearbeitung auf die Käfige 2 und 12 angewandt wird. Außerdem werden die Käfige 2 und 12 des Wälzlagers 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch die Metallpulver-Spritzgießtechnologie ausgebildet werden, in komplexer Form und mit hoher Genauigkeit und mit einer geringeren Anzahl von Bearbeitungsschritten ausgebildet als konventionelle Käfige, die durch eine Bearbeitung von streifenförmigen Elementen hergestellt werden. Somit ist es bei den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung, die gleichzeitig mit dem Ausbilden der Käfige während ihrer Herstellung bearbeitet werden, möglich, die Anzahl der Bearbeitungsschritte zu verringern, eine hochgenaue Produktform auf stabile Weise vorzusehen, und den Ertrag im Vergleich zu herkömmlichen Käfigen zu verbessern. Damit sind die Anfangskosten für Einrichtungen, wenn die Metallpulver-Spritzgießtechnologie angewandt wird, in kurzer Zeit bei einer Massenproduktion der Produkte wieder amortisierbar.
Es ist zu beachten, dass Designanforderungen für Wälzlager (a) lange Standzeit, (b) niedriges Drehmoment und (c) hervorragende Leistung bei Hochgeschwindigkeitsrotation umfassen. Die lange Standzeit verringert die Häufigkeit von Wälzlager-Wartungsarbeiten, das niedrige Drehmoment verringert die zur Drehung aufgewendete Energie und die Wärmeerzeugung, und die hervorragende Hochgeschwindigkeitsrotationsleistung trägt zu einer Verbesserung der Leistung der Maschine bei. In dieser Hinsicht erfüllen die Wälzlager 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung die Designanforderungen gemäß obiger Beschreibung, weil Vorteile einschließlich einem niedrigen Startwiderstand, einem niedrigen Energieverlust und einem niedrigen Verschleiß bestehen, weil der Käfig mit hoher Genauigkeit hinsichtlich Größe und Form ausgebildet ist. Außerdem kann bei den Wälzlagern 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung der Reibungswiderstand minimiert werden, indem ein Kontaktdruck der Wälzlager gegen das Tragelement gleichmäßig gehalten ist, weil die Taschen 4 und 14 genau und gut ausbalanciert mit konstanten Intervallen angeordnet sind.
Außerdem sind bei den Wälzlagern 1 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung die Wälzelemente 6 und 16 vorzugsweise Nadelrollen bzw. -walzen. Ein sogenanntes Nadel-Wälzlager, dessen Wälzelemente 6 und 16 Nadelrollen bzw. -walzen sind, besitzt eine kleine Durchmesserdifferenz zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring und kann in ungünstigen Umgebungen eingesetzt werden im Vergleich zu Gleitlagern derselben Größe (zum Beispiel ein Kugellager, dessen Wälzelemente Kugeln sind). Das heißt, dass das Nadel-Wälzlager geeignet beispielsweise für Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, weil das sogenannte Nadel-Wälzlager ein Maschinenelement ist, das eine Verkleinerung der gesamten Maschine ermöglicht und höheren Belastungen standhält.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung: bei einem Herstellungsverfahren der Wälzlager 1 und 11 wird ein Schieberformwerkzeug („Slide Mold”) zum Ausbilden der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in den Käfigen 2 und 12 des Wälzlagers vorgesehen ist, verwendet.
Die Taschen 4 und 14 in den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch Abziehen einer Formwerkzeugkomponente, die als eine Klinge (Schieberformwerkzeug) bekannt ist, von dem Formwerkzeug zum Spritzgießen in der angewendeten Metall-Spritzgießtechnologie geformt werden, bevor das Produkt entfernt wird. Es ist zu beachten, dass ein geformter Artikel mit Hinterschneidungsform durch Verschieben eines Schieberkerns synchron mit dem Öffnen und Schließen des Formwerkzeugs bei dem Metall-Spritzgießen erhalten wird. Die Herstellungskosten zum Ausbilden von Hinterschneidungsformen gleichzeitig mit dem Formprozess des Metall-Spritzgießens steigen jedoch an, weil ein kompliziertes Formwerkzeug erforderlich ist. Daher werden bei der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in den Käfigen 2 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, die Hinterschneidungsformen gleichzeitig in einem Kalibrierungs- bzw. Klassierungsschritt ausgebildet, der zur Sicherstellung der Genauigkeit ausgeführt wird. Das heißt, dass in den Käfigen 2 und 12 gemäß den 1 bis 6 Hinterschneidungsformen in den Taschen 4 und 14 vorgesehen werden, indem ein minimaler zusätzlicher Schritt auf die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte 5b und 15b an der Außenumfangsfläche angewandt wird.
Mit dem Herstellungsverfahren für ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung macht es die Anwendung eines Schieberformwerkzeugs möglich, die Anzahl der Bearbeitungsschritte im Vergleich zu einem Press-Stanzverfahren zu verringern. Außerdem werden Formen mit hoher Genauigkeit gebildet, weil Grate und Abscherrabsenkungen an ausgestanzten Flächen, die beim Pressstanzen gebildet werden, eliminiert werden. Damit verbessert das Herstellungsverfahren eines Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung die Produktausbeute und senkt die Herstellungskosten im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren, das auf dem herkömmlichen Pressstanzen basiert. Wenn außerdem die Wälzelemente 6 und 16 gemäß der vorliegenden Erfindung Nadelrollen bzw. -walzen sind, werden sowohl die Merkmale der Metallpulver-Spritzgießtechnologie und des sogenannten Nadel-Wälzlagers in einem weiten Bereich mechanischer Teile anwendbar.
Somit wird mit dem Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leistungsfähigkeit als Lager dadurch verbessert, dass der Käfig integral mit dem Wälzlager durch Metall-Spritzgießen, insbesondere Metallpulver-Spritzgießen ausgebildet wird, und mit der Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur versehen wird. Außerdem verringert das Herstellungsverfahren eines Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Schritten zur Herstellung des Wälzlagers, wodurch Herstellungskosten gesenkt werden und ein Wälzlager mit hoher Qualität erzeugt wird. Es ist zu beachten, dass, obwohl das Wälzlager als ein Radiallager in den Ausführungsformen dargestellt wurde, das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf Radiallager beschränkt ist, sondern beispielsweise auch ein Axial- bzw. Schubwälzlager umfasst.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft beispielsweise in verschiedenen Teilen von Automobilen, elektrischen Haushaltsgeräten, Büroautomatisierungsausrüstung verwendet, weil es ein hohes Niveau an Flexibilität hinsichtlich der Materialauswahl, verringerte Kosten bei hoher Qualität und Anwendbarkeit in jeglicher Umgebung ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1, 11:: Wälzlager
2, 12:: Käfig
3, 13:: Umfangswand
4, 14:: Tasche
5a, 15a:: Wälzelement-Verriegelungsabschnitt (an der Innenumfangsseite der Umfangswand)
5b, 15b:: Wälzelement-Verriegelungsabschnitt (an der Außenumfangsseite der Umfangswand)
6, 16:: Wälzelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-82498 [0004, 0012]
JP 3651813 [0006, 0012]
JP 2000-274439 [0010, 0012]
JP 2002-106575 [0011, 0012]

Claims

Ein Wälzlager mit einem Käfig, der mit einer Vielzahl von Taschen zur Aufnahme und zum Halten von Wälzelementen versehen ist, die in spezifischen Intervallen in einer Umfangsrichtung in einer Umfangswand eines zylindrischen Elements angeordnet sind, wobei: der Käfig integral durch Metallpulver-Spritzgießen gebildet ist, und der Käfig einen Aufnahmeraum für die Wälzelemente und eine Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur, die in dem Aufnahmeraum vorgesehen ist, aufweist.
Das Wälzlager gemäß Anspruch 1, wobei die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur durch Anwenden einer plastischen Druck- bzw. Kompressionsbearbeitung auf einen Außenrand des Aufnahmeraums in einer Richtung von einer Außenumfangsfläche zu einer radialen Mitte des Käfigs ausgebildet ist.
Das Wälzlager gemäß Anspruch 1, wobei die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur durch Anwenden eines plastischen Biegens auf Vorsprünge, die radial von einer Außenumfangsfläche des Käfigs nach außen vorstehen, ausgebildet ist.
Das Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur die Wälzelemente durch Wälzelement-Verriegelungsabschnitte sichert bzw. verriegelt, die von dem Käfig vorstehen, die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte als ein Kontinuum von dem Käfig in den Taschen des Käfigs an beiden Innen- und Außen-Umfangsseiten der Umfangswand angeordnet sind, und paarweise an Stellen angeordnet sind, die hinsichtlich einer Symmetrieebene, die eine Drehachse jedes der Wälzelemente und eine Achse des Käfigs umfasst, Ebenensymmetrisch sind, und die Wälzelemente-Verriegelungsabschnitte in jedem Paar an beiden Seiten der Achse des Wälzelements zueinander hin vorstehen.
Das Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte durch Anwenden einer plastischen Bearbeitung auf den Käfig ausgebildet sind, nachdem die Wälzelemente in den Taschen des Käfigs aufgenommen sind.
Das Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wälzelement-Verriegelungsabschnitte durch Anwenden einer plastischen Bearbeitung auf den Käfig ausgebildet sind, bevor die Wälzelemente in den Taschen des Käfigs aufgenommen sind.
Das Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wälzelemente Nadelrollen bzw. -walzen sind.
Ein Herstellungsverfahren für ein Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wälzelement-Herausfall-Verhinderungsstruktur des Käfigs durch Anwenden eines Schieberformwerkzeugs („Slide Mold”) geformt wird.