DE19513668A1

DE19513668A1 - Nadellager und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19513668A1
Application number: DE1995113668
Authority: DE
Inventors: Horst Doeppling; Guenter Traeg
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-10-17
Also published as: JPH08284951A; BR9601308A

Description

Die Erfindung betrifft ein Nadellager zur spielfreien Lagerung einer Welle, bei dem eine dünnwandige Nadelhülse in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von der Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung auf weist, daß wenigstens eine der Nadeln zwischen der Laufbahnwölbung und einer dieser gegenüberliegenden Laufbahn radial vorgespannt ist, wobei die Nadelhülse in einer zylindrischen Bohrung aufgenommen ist und an ihren Stirnseiten radial nach innen gerichtete Borde aufweist sowie Verfahren zu seiner Herstellung.

Derartige Lager sind schon seit längerem bekannt. Durch die von der Kreisform abweichende Form läßt sich über die Wälzkörper eine definierte Vorspannung auf eine Welle aufbringen, so daß diese spielfrei gelagert werden kann. Ein solches Nadellager ist beispielsweise aus der DE 23 37 309 C2 vorbekannt. Nachteilig bei diesem Lager ist, daß dessen nach innen gerichtete Borde nicht über dem gesamten Umfang mit den Stirnseiten der Lagerhülse verbunden sind, sondern nur abschnittsweise. Mit anderen Worten, an bestimmten Umfangs stellen ist im Längsschnitt des Lagers gesehen zwischen Bord und Lagerhülse ein Schlitz vorhanden, der sich ungünstig auf die Stabilität eines solchen Lagers auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein stabileres Lager der gattungsgemäßen Art zu entwickeln.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Borde durch gehend mit den Stirnseiten der Lagerhülse verbunden sind und trotz ihrer von der Kreisform abweichenden Form eine gleiche radiale Ausdehnung aufweisen. Die radial nach innen gerichteten und über ihren gesamten Umfang angebunde nen Borde einerseits sowie deren gleiche radiale Ausdehnung andererseits bewirken, daß die Nadelhülse eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Dies ist ins besondere für die Stabilität der Nadelhülse an den Umfangsstellen von Bedeu tung, mit denen sie nicht an der sie aufnehmenden zylindrischen Bohrung anliegt.

Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß die Nadelhülse vorzugsweise in drei Umfangsabschnitten eine von der Kreisform abweichende Laufbahnwölbung aufweist. Natürlich ist die Erfindung nicht auf diese dreieckige Ausbildung der Nadelhülse beschränkt, sondern denkbar sind geometrische Vielecke mit n Punkten, wobei die dreieckige Variante fertigungstechnisch gesehen die optima le ist. Nach Anspruch 3 ist weiterhin vorgesehen, daß die Nadeln durch einen Käfig eine achsparallele Ausrichtung erfahren.

Ein Verfahren zur Herstellung des Nadellagers nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ein- oder mehrstufigen Tiefziehvorgang aus einer Ronde ein aus einem Boden und einem Mantel bestehendes topfförmiges rotationssymmetrisches Ziehteil geformt ist, wobei der Mantel an seiner dem Boden abgewandten Seite eine verringerte Wandstärke aufweist, anschließend der Boden ausgestanzt wird, so daß ein erster Bord entsteht, danach der Mantel im Bereich seiner verringerten Wandstärke beschnitten wird, nachfolgend der Mantel im Bereich der verringerten Wandstärke umgebördelt wird, so daß ein zweiter Bord entsteht, der anschließend durch einen Lochvorgang begradigt wird, bevor nach dem Umformen des Topfes in eine von der Kreisform abwei chende Lagerhülse ein mit Wälzkörpern bestückter geschlitzter Käfig eingesetzt wird, wobei das Umformen so erfolgt, daß der mittlere Durchmesser des rota tionssymmetrischen Ziehteils der mittleren Umfangslinie der umformten La gerhülse entspricht, so daß diese trotz ihrer von der Kreisform abweichenden Form Borde gleicher Breite besitzt. Das Umformen des rotationssymmetrischen Ziehteiles in eine von der Kreisform abweichenden Form erfolgt durch das Einpressen der Hülse in eine entsprechend gestaltete Matrize. Die Verformung erfolgt dabei im plastischen Bereich und ist somit dauerhaft.

Um eine weitere Verbesserung der mechanisch verformten Lagerhülse zu erreichen, wird diese gemäß Anspruch 5 vor dem Einsetzen des mit Wälzkör pern bestückten Käfigs einer martensitischen Härtung unterzogen.

Das in Anspruch 6 dargelegte Verfahren unterscheidet sich von dem in An spruch 4 dadurch, daß anstelle des geschlitzten Wälzlagerkäfigs ein geschlosse ner eingesetzt werden kann. Bereits wie unter Anspruch 4 beschrieben, wird zunächst durch einen ein- oder mehrstufigen Tiefziehvorgang aus einer Ronde ein aus einem Boden und einem Mantel bestehendes topfförmiges rotationssym metrisches Ziehteil geformt, wobei der Mantel an seiner dem Boden abgewand ten Seite eine verringerte Wandstärke aufweist. Anschließend wird der Boden ausgestanzt und danach der Mantel im Bereich seiner verringerten Wandstärke beschnitten. Im Unterschied zu dem in Anspruch 4 niedergelegten Verfahren wird anschließend der mit Wälzkörpern bestückte Käfig eingesetzt und der Mantel im Bereich der verringerten Wandstärke umgebördelt, bevor Lagerhülse einschließlich Wälzkörpern und Käfig nach dem Umformen in eine von der Kreisform abweichenden Form einer Gesamthärtung unterworfen werden, wobei wiederum in der bereits beschriebenen Weise das Umformen derart erfolgt, daß der mittlere Durchmesser des rotationssymmetrischen Ziehteils der mittleren Umfangslinie der umgeformten Lagerhülse entspricht, so daß diese trotz ihrer von der Kreisform abweichenden Form Borde gleicher Breite besitzt.

Aus Anspruch 7 geht hervor, daß anstelle des Tiefziehens auch andere spanlose Verfahren wie beispielsweise Drücken oder Fließpressen anwendbar sind.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 ist vorgesehen, daß nach dem Härten der Lagerhülse deren Druckeigenspannungen durch Gleitschleifen oder durch Strahlen erhöht werden. Derartige Eigenspannungen sind der Hertz′schen Pressung entgegengerichtet und bewirken eine Reduzierung der wirksamen Schub- und Zugspannungen im Werkstoff. Die definierten Druckeigenspannun gen, die in Höhe und Verlauf der Beanspruchung angepaßt sind, werden mit Hilfe von Strahlanlagen, so wie sie zum Kugelstrahlen üblicherweise verwendet werden, erzeugt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß eine Viel zahl von Kügelchen mit Hilfe von Druckluft aus einer Düse mit hoher Trägheit auf die Oberfläche der Nadelhülse geschleudert werden. Dies führt dann dazu, daß in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern wie Durchmesser der Ku geln, Material der Kugeln und Auftreffgeschwindigkeit in der Oberfläche der Nadelhülse die gewünschte Eigenspannung erzielt wird.

Natürlich ist es nach Anspruch 9 auch prinzipiell möglich, ein solch gattungs gemäßes Lager ausgehend von einem spanend hergestellten Hohlzylinder zu fertigen.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-7 die Nadelhülse in verschiedenen Stufen ihrer Herstellung,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein Nadellager entlang der Linie I-I in Fig. 9,

Fig. 9 einen Querschnitt durch ein Nadellager.

Das in den Fig. 8 und 9 dargestellte Nadellager besteht aus einer Nadel hülse 1, die an ihren beiden Stirnseiten mit radial nach innen gerichteten Borden 2, 18 versehen ist. Die Nadelhülse 1 weist an drei um 120° zueinander versetzten Umfangsabschnitten Laufbahnwölbungen 3 auf. Die Laufbahnwöl bungen 3 sind in radialer Richtung elastisch nachgiebig, so daß einerseits die Welle 4 in drei Umfangsbereiche vorgespannt ist, da die in einem mit einem Schlitz 12 versehenen Käfig 5 geführten Lagernadeln 6 sowohl an der inneren Laufbahn 7 als auch an der äußeren Laufbahn 8 anliegen, während andererseits eine Eigenbewegung der Welle 4 unter Überwindung der aus den Laufbahnwöl bungen 3 herrührenden Elastizität möglich ist. Die Nadelhülse 1 ist in eine zylindrische Bohrung eines Teiles 10 eingepreßt, so daß sich aufgrund ihrer von der Kreisform abweichenden Form zwischen ihr und dem Teil 10 drei zuein ander versetzte, für die Elastizität wichtige Schlitze 11 ergeben. Durch die durchgehend mit der Lagerhülse 1 verbundene Borde 2, 18 und deren gleiche radiale Ausdehnung über den gesamten Umfang erreicht diese insbesondere im Bereich der Schlitze 11 die erforderliche Stabilität.

Fig. 1 zeigt ein aus einer nicht dargestellten Ronde nach einem ersten Tief ziehvorgang hergestelltes topfförmiges Ziehteil 13, bestehend aus einem Boden 14 und einem am offenen Ende erweiterten Mantel 15. Nach einem weiteren Umformschritt ist bereits die Laufbahn 8 für die Wälzkörper 6 erkennbar. Auch kann Fig. 2 entnommen werden, daß der Mantel 15 an seinem oberen Ende 16 eine verringerte Wandstärke aufweist, die später umgebördelt wird. Der Boden 14 des Topfes 13 wird in einem weiteren Verfahrensschritt ausgestanzt, so daß wie aus Fig. 3 erkennbar, am Topf 13 ein erster Bord 2 entsteht. In einem weiteren Verfahrensschritt nach Fig. 4 wird nun der obere verbleibende Abschnitt 17 abgetrennt und das in seiner Wandstärke verringerte obere Ende 16 des Mantels 15 radial nach innen umgebogen, so daß ein zweiter Bord 18 entsteht, der, wie aus Fig. 6 ersichtlich, durch einen Lochvorgang auf seine endgültige radiale Ausdehnung gebracht wird. Als weiterer Schritt schließt sich nun mit Hilfe einer entsprechend ausgestalteten Matrize das Umformen des Topfes 13 zu einer von der Kreisform abweichenden Form an. In Fig. 7 ist dies durch ein auf die äußere Mantelfläche 15 angebrachtes Zeichen dargestellt. Die Matrize muß dabei so gestaltet sein, daß beim Umformgang der mittlere Durch messer des Topfes 13 der mittleren Umfangslinie der von der Kreisform ab weichenden Nadelhülse 1 entspricht. Dadurch wird sichergestellt, daß nach der bleibenden Umformung im plastischen Bereich die Borde 2, 18 über ihre gesamte umfangsmäßige Ausdehnung eine gleiche radiale Breite besitzen. Wie bereits ausgeführt, sind derartig gestaltete Borde 2, 18 für die Stabilität des Lagers insbesondere im Bereich der Schlitze 11 von entscheidender Bedeutung.

Üblicherweise schließt sich an den abgeschlossenen Umformgang eine marten sitische Härtung der von einer Kreisform abweichenden Nadelhülse 1 an, bevor der mit Wälzkörpern 6 bestückte und geschlitzte Käfig 5 eingesetzt wird.

Bezugszeichenliste

1 Nadelhülse
2 Bord
3 Laufbahnwölbung
4 Welle
5 Käfig
6 Lagernadel
7 innere Laufbahn
8 äußere Laufbahn
9 Bohrung
10 Teil
11 Schlitz
12 Schlitz
13 Ziehteil
14 Boden
15 Mantel
16 oberes Ende
17 Abschnitt
18 Bord

Claims

1. Nadellager zur spielfreien Lagerung einer Welle (4), bei dem eine dünn wandige Nadelhülse (1) in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von der Kreisform abweichende elastisch nachgiebige Laufbahnwölbung (3) aufweist, daß wenigstens eine der Nadeln (6) zwischen der Laufbahnwölbung (3) und einer dieser gegenüberliegenden Laufbahn (7) radial vorgespannt ist, wobei die Nadelhülse (1) in einer zylindrischen Bohrung (9) aufgenommen ist und an ihren Stirnseiten radial nach innen gerichtete Borde (2, 18) aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Borde (2, 18) durchgehend mit den Stirnseiten der Lagerhülse (1) verbunden sind und trotz ihrer von der Kreisform abweichenden Form eine gleiche radiale Ausdehnung aufweisen.

2. Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelhülse (1) in drei Umfangsabschnitten eine von der Kreisform abweichende Laufbahn wölbung (3) aufweist.

3. Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln (6) in einem Käfig (5) geführt sind.

4. Verfahren zum Herstellen eines Nadellagers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ein- oder mehrstufigen Tiefziehvorgang aus einer Ronde ein aus einem Boden (14) und einem Mantel (15) bestehendes topfförmiges rotationssymmetrisches Ziehteil (13) geformt wird, wobei der Mantel (15) an seiner dem Boden (14) abgewandten Seite eine verringerte Wandstärke aufweist, anschließend der Boden (14) ausgestanzt wird, so daß ein erster Bord (2) entsteht, danach der Mantel (15) im Bereich seiner verringerten Wandstärke beschnitten wird, nachfolgend der Mantel (15) im Bereich der verringerten Wandstärke umgebördelt wird, so daß ein zweiter Bord (18) ent steht, der anschließend durch einen Lochvorgang begradigt wird, bevor nach dem Umformen des Topfes (13) in eine von der Kreisform abweichende La gerhülse (1) ein mit Wälzkörpern (6) bestückter geschlitzter Käfig (5) eingesetzt wird, wobei das Umformen derart erfolgt, daß der mittlere Durchmesser des rotationssymmetrischen Ziehteiles (13) der mittleren Umfangslinie der umge formten Lagerhülse (1) entspricht, so daß diese trotz ihrer von der Kreisform abweichenden Form Borde (2, 18) gleicher Breite besitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülse (1) vor dem Einsetzen des Käfigs (5) einer martensitischen Härtung unterworfen ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Nadellagers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ein- oder mehrstufigen Tiefziehvorgang aus einer Ronde ein aus einem Boden (14) und einem Mantel (15) bestehendes topfförmiges rotationssymmetrisches Ziehteil (13) geformt wird, wobei der Mantel (15) an seiner dem Boden (14) abgewandten Seite eine verringerte Wandstärke aufweist, anschließend der Boden (14) ausgestanzt wird, so daß ein erster Bord (2) entsteht, danach der Mantel (15) im Bereich seiner verringerten Wandstärke beschnitten wird, anschließend ein mit Wälzkörpern (6) bestückter Käfig (5) eingelegt und der Mantel (15) im Bereich der verringerten Wandstärke umgebördelt wird, so daß ein zweiter Bord (18) entsteht, bevor nach dem Umformen des Topfes (13) zu einer von der Kreisform abweichenden Lagerhül se (1) diese einschließlich Wälzkörper (6) und Käfig (5) einer Gesamthärtung unterworfen wird, wobei das Umformen derart erfolgt, daß der mittlere Durch messer des rotationssymmetrischen Ziehteiles (13) der mittleren Umfangslinie der umgeformten Lagerhülse (1) entspricht, so daß diese trotz ihrer von der Kreisform abweichenden Form Borde (2, 18) gleicher Breite besitzt.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Tiefziehens auch andere spanlose Verfahren wie beispielsweise Drücken oder Fließpressen anwendbar sind.

8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Härten der Lagerhülse (1) deren Druckeigenspannungen durch Gleitschleifen oder durch Strahlen erhöht sind.

9. Verfahren zum Herstellen eines Nadellagers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Boden (14) und einem Mantel (15) beste hender Hohlzylinder spanend gefertigt ist, wobei der Mantel (15) an seiner dem Boden (14) abgewandten Seite eine verringernde Wandstärke aufweist, an schließend der Boden (14) ausgestanzt wird, so daß ein erster Bord (2) entsteht, danach der Mantel (15) im Bereich seiner verringerten Wandstärke beschnitten wird, nachfolgend der Mantel (15) im Bereich der verringerten Wandstärke umgebördelt wird, so daß ein zweiter Bord (18) entsteht, der anschließend durch einen Lochvorgang begradigt wird, bevor nach dem Umformen des Hohlzylinders in eine von der Kreisform abweichende Lagerhülse (1) ein mit Wälzkörpern (6) bestückter geschlitzter Käfig (5) eingesetzt wird, wobei das Umformen derart erfolgt, daß der mittlere Durchmesser des Hohlzylinders der mittleren Umfangslinie der umgeformten Lagerhülse (1) entspricht, so daß diese trotz ihrer von der Kreisform abweichenden Form Borde (2, 18) gleicher Breite besitzt.