DE19824394C2

DE19824394C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Fertigstellen von Käfigfenstern

Info

Publication number: DE19824394C2
Application number: DE19824394A
Authority: DE
Inventors: Volker Hainz
Original assignee: GKN Loebro GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH
Priority date: 1998-05-30
Filing date: 1998-05-30
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2018-05-31
Also published as: JP3401452B2; DE19824394A1; US6161414A; JPH11347631A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fertigstellen von Käfigfenstern in einem Kugelkäfig für ein Kugelgleichlaufdrehgelenk, der die Form eines Ringkörpers mit zwei parallelen Ringkanten und konvexer Außenfläche hat, aus dem gleichmäßig über den Umfang verteilt die Käfigfenster mit je weils zwei umfangsgerichteten Kanten ausgestanzt sind. Die Form der konvexen Außenfläche des Ringskörpers kann hierbei in weiten Bereichen variiert werden, wobei z. B. eine kugelige Außenwölbung oder eine doppelkonusförmige Form vorgesehen werden kann. Die Wandstärke des Käfigs ist angenähert gleichbleibend, wobei dies unterschiedliche Dickenverhältnisse im Bereich eines kleinzah ligen Mehrfachen einschließen kann.

Die inneren Kanten der Käfigfenster stellen nach dem Zusammenbau eines Kugelgleichlaufdrehgelenks Laufflächen für die in den Käfigfenstern geführten Kugeln dar. Sie müssen insofern gute Laufflächenqualität aufweisen, sowohl hinsichtlich ihrer Rauh tiefe als auch in Bezug auf eine Parallelität ihrer Mantelli nien. Im übrigen müssen sie eine ausreichende Oberflächenhärte haben.

Bei den bekannten Verfahren zum Fertigstellen von Käfigfenstern werden gestanzte Käfigfenster, deren Kanten von unzureichender Oberflächenqualität und Parallelität sind, zunächst geräumt oder gefräst, danach gehärtet und nach dem Härten schließlich ge schliffen. Dieses Verfahren ist teuer und zeitaufwendig, ins besondere aufgrund eines erforderlichen mehrfachen Umspannens des Werkstückes.

In der DE 42 11 758 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kugelkäfigen der gattungsgemäßen Art beschrieben, bei dem in einem Kalibrierschritt in die Käfigfenster ein Werkzeug mit dem Endmaß der Fensterbreite eingesetzt und dann die Ebene der Kä figmittellinien gegen ein Zentrum einer inneren Führungsfläche axial verschoben wird, d. h. die Gesamtheit der Käfigfenster wird im Kugelkäfig axial verlagert.

Aus "Technologie der Wälzlagerherstellung", VEB Verlag Technik, Berlin 1953, S. 371-384, ist es bekannt, an Wälzlagerkäfigen, also an gattungsfremden Erzeugnissen geringer Wandstärke, Käfig fenster in der Weise zu kalibrieren, daß Stempel gleichzeitig von innen nach außen durch die Käfigfenster gedrückt werden, während zugleich eine Ringkante verstärkt umgebördelt und dabei die von dieser begrenzte Zentralöffnung reduziert wird (S. 379, Bild 270; S. 381, Ziffer 4).

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zum Fertigstellen der Käfigfenster an zubieten, das kostengünstiger ist, sowie hierfür ein geeignetes Werkzeug bereitzustellen.

Nach einer ersten Lösung wird vorgeschlagen, daß Stützkörper mit geringem Spiel in die Käfigfenster eingeführt werden, daß der Ringkörper durch Druckbelastung auf die Ringkanten umgeformt wird, wobei der Axialabstand der Ringkanten zueinander und der umfangsgerichteten Kanten der Käfigfenster zueinander soweit bleibend verringert wird, daß die umfangsgerichteten Kanten auf den Stützkörpern geglättet und parallelisiert werden. Der Ring körper wird also zunächst mit axialem Übermaß hergestellt. Hier nach wird das Material des gesamten Ringkörpers plastisch umge formt, wodurch gleichzeitig noch einmal eine Kalibrierung der Form erfolgen kann.

Nach einer zweiten Lösung ist vorgesehen, daß der Ringkörper an den Ringkanten radial fixiert wird, daß der Ringkörper an den Ringkanten radial fixiert wird, daß Spreizkörper mit geringem Spiel in die Käfigfenster eingeführt werden, daß der Ringkörper durch Druckbelastung auf die Kanten umgeformt wird, wobei der Axialabstand der Ringkanten zueinander beibehalten wird und der umfangsgerichteten Kanten der Käfigfenster zueinander soweit bleibend vergrößert wird, daß die umfangsgerichteten Kanten durch die Spreizkörper geglättet und parallelisiert werden. Hierbei ist vorauszusetzen, daß die Käfigfenster zunächst mit Untermaß gestanzt sind und durch die Umformung auf ihr Endmaß gebracht werden. Der Formungsprozess muß nur Materialbereiche in der Umgebung der Käfigfenster umfassen, so daß weniger Energie eingesetzt werden muß.

Hierfür werden spezielle Werkzeuge erforderlich, die nachstehend noch erklärt werden. Im Vergleich mit einer spanenden Oberflä chenbearbeitung vor dem Härten ist das erfindungsgemäße Verfah ren jedoch wesentlich schneller und kostengünstiger durchzufüh ren und führt zu einer Reduzierung der Toleranzen in der Käfig fensterweite. Die spanlose Umformung führt zu einer Material verdichtung an der Oberfläche, die sich positiv auf die Lebens dauer der als Kugellauffläche fungierenden umfangsgerichteten Kanten der Käfigfenster auswirkt. Durch die Reduzierung der Toleranzen kann gegebenenfalls auf das Schleifen der Kanten der Käfigfenster nach dem Härten des Kugelkäfigs verzichtet werden.

Die konvexen Außenflächen des Ringkörpers sollen während des Umformens von außen radialspielfrei durch formstabile Mittel abgestützt werden. Beim Umformen sollen ausschließlich die um formungsgerichteten Kanten der Käfigfenster mit den Stützkörpern bzw. den Spreizkörpern in Kontakt kommen, während die die Zwi schenstege begrenzenden Kanten mit Abstand zu den Werkzeugen stehen können.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der erst genannten Lösung ist gekennzeichnet durch ein Unterwerkzeug und ein Oberwerkzeug, die jeweils zueinander parallele Ringeindre hungen zum radialen Fixieren der Ringkanten bilden, Stützkörper mit glatten und parallelen Oberfläche, die mit geringem Spiel zu den umfangsgerichteten Kanten in die Käfigfenster eines radial fixierten Kugelkäfigs einführbar sind, und Mittel zur Abstands verringerung von Unterwerkzeug und Oberwerkzeug zueinander in senkrecht zu den Ebenen der Ringeindrehungen liegender Richtung. Hierbei wird vorgeschlagen, daß Unterwerkzeug und Oberwerkzeug jeweils konzentrisch zu den Ringeindrehungen rotationssymme trische innere Stützflächen haben, die beim Umformen den Ring körper jeweils etwa bis zu einer Mittelebene radial von außen spielfrei formstabil abstützen können. Die Stützkörper sind bevorzugt radial in die Käfigfenster mit geringem Spiel einführ bare Stützdorne. Unterwerkzeug und Oberwerkzeug können jeweils der Zahl der Stützdorne entsprechende einander zugeordnete Radi alnuten haben, die paarweise gemeinsam der Führung der Stütz dorne in Unterwerkzeug und Oberwerkzeug dienen. Die Stützdorne können weiterhin an ihren inneren Enden Keilflächen haben, mit tels derer sie sich in ihrer radial inneren Position gegenseitig ringförmig aneinander abstützen können. Verschiebungen der ein zelnen Stützdorne sind hiermit weitgehend ausgeschlossen.

Unterwerkzeug und Oberwerkzeug können jeweils federnd auf einer Grundplatte bzw. an einer Stempelplatte abgestützt sein, an denen jeweils zentrale Druckstempel befestigt sind, so daß nach dem Umformvorgang ein gewisser Ausstoßereffekt durch das Rückfe dern der Werkzeuge bewirkt wird. Die Druckstempel können Zen trieransätze haben, die gemeinsam mit Unterwerkzeug bzw. Ober werkzeug die Ringeindrehung bilden und die koaxiale Ausrichtung der Käfigs zu den Werkzeugen sicherstellen.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung des zweitgenannten Verfahrens ist hier nicht im einzelnen ange geben. Bei wesentlichem gleichen Aufbau sind jedoch hierbei mehrteilige Spreizdorne vorzusehen, während die Ringkanten des Käfigs nur mit konstanten Axialabstand abgestützt werden müssen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Gesamtdar stellung im Vertikalschnitt;

Fig. 2 zeigt Unterwerkzeug und Oberwerkzeug mit einem einge setzten Kugelkäfig und eingeschobenen Schlitzdornen als Teildarstellung im Vertikalschnitt;

Fig. 3 zeigt einen Kugelkäfig mit eingeschobenen Stützdornen nach Fig. 2 als Einzelheit im Horizontalschnitt;

Fig. 4 zeigt das Unterwerkzeug als Einzelheit

a) in einem ersten Vertikalschnitt

b) in einem zweiten Vertikalschnitt

c) in Draufsicht;

Fig. 5 zeigt einen Kugelkäfig mit ausgestanzten Käfigfenstern

a) in Axialansicht

b) in einem Querschnitt

c) in der Ansicht Z nach a) mit einem Käfigfenster als Einzelheit vor dem Prägen

d) in der Ansicht Z nach a) mit einem Käfigfenster als Einzelheit nach dem Prägen.

In Fig. 1 ist ein mehrteiliges Maschinengestell 11 gezeigt, in das eine Grundplatte 12 eingelegt ist. Auf der Grundplatte 12 ruht ein Unterwerkzeug 13, das sich mit umfangsverteilten Tel lerfederpaketen 14 auf der Grundplatte 12 elastisch abstützt. Das Unterwerkzeug 13 ist auf einem Druckstempel 15 geführt, der mit Verschraubungsmitteln 16 in der Grundplatte 12 befestigt ist. Das Unterwerkzeug 13 bildet mit dem Druckstempel 15 eine Ringeindrehung 17. Das Unterwerkzeug 13 hat eine ringförmige innere Stützfläche 18 sowie umfangsverteilte radiale Nuten 19 in seiner Stirnfläche. Der Druckstempel 15 hat einen vorderen Zen trieransatz 20.

Auf dem Gestell 11 ist eine ringförmige Dornhalterung 25 mittels Schrauben 26 aufgespannt, in der einzelne Stützdorne 27 radial ausgerichtet und mit Betätigungsmitteln 28 radial verstellbar gehalten sind. Innerhalb der Dornhalterung 25 liegt mit Spiel ein Zentrierring 29, der das Unterwerkzeug 13 spielfrei umgreift und der dem Zentrieren des Oberwerkzeugs gegenüber dem Unter werkzeug dient. Der Zentrierring 29 hat hierfür einen Innenkonus 30 am oberen Ende.

Oberhalb des Unterwerkzeuges ist mit Abstand in einer höchsten Position ein Stempelwerkzeug 31 dargestellt, an dem eine Stem pelplatte 32 gehalten ist. Ein Oberwerkzeug 33 stützt sich mit tels Tellerfederpaketen 34 elastisch an der Stempelplatte 32 ab. Das Oberwerkzeug 33 ist auf einem oberen Druckstempel 35 ge führt, der mit Verschraubungsmitteln 36 in der Stempelplatte 32 befestigt ist. Das Oberwerkzeug 33 bildet ebenfalls mit dem Druckstempel 35 eine Ringeindrehung 37. Das Oberwerkzeug 33 hat eine ringförmige innere Stützfläche 38 sowie umfangsverteilt radiale Nuten 39 in seiner Stirnfläche. Der Druckstempel hat einen vorderen Zentrieransatz 40.

Ein Kugelkäfig 48 liegt mit vertikaler Achse auf dem unteren Druckstempel 15 in der Ringeindrehung 17 auf. Am Kugelkäfig 48 sind eine untere Ringkante 49, eine obere Ringkante 50, Käfig fenster 51 mit oberen umfangsgerichteten Kanten 52 und unteren umfangsgerichteten Kanten 53 erkennbar. Die Außenfläche 54 des Kugelkäfigs 48 wird von der Stützfläche 18 des Unterwerkzeugs 13 außen abgestützt. In der dargestellten äußersten inneren Posi tion der Stützdorne 27 sind diese in die Käfigfenster 51 einge führt.

Fig. 2 zeigt im wesentlichen die Grundplatte 12 mit Unterwerk zeug 13 und Druckstempel 15 sowie die Stempelplatte 32 mit Ober werkzeug 31 und Druckstempel 35. Die Stützdorne 27 sind einzeln ohne ihre Halterung 25 gezeigt. Zwischen die Druckstempel 15, 35 ist ein Kugelkäfig 48 eingesetzt.

In der linken Bildhälfte ist ein Zustand mit einem geringen Druck gezeigt, bei dem die Tellerfederpakete 14 bereits kom primiert sind und das Unterwerkzeug 13 auf der Grundplatte 12 aufliegt, während das Oberwerkzeug 33 durch die Tellerfederpake te 35 noch mit Abstand von der Stempelplatte 32 gehalten wird.

Der Kugelkäfig 48 ist bereits spielfrei in den Ringeindrehungen 17, 37 jeweils zwischen Unterwerkzeug 13 und Druckstempel 15 bzw. Oberwerkzeug 33 und Druckstempel 35 gehalten. Die Stütz dorne 37 haben noch Spiel gegenüber den Kanten 52, 53 der Käfig fenster 51.

In der rechten Bildhälfte ist der Druck des Stempels soweit erhöht, daß auch die Tellerfederpakete 34 komprimiert sind, so daß die Stempelplatte 32 auf dem Oberwerkzeug 33 aufliegt. Die Druckstempel 15, 35 sind in Anlage mit den Stirnflächen 46, 47 der Stützdorne 27. Die Ringkanten 49, 50 des Kugelkäfigs 48 sind hierdurch aneinander angenähert, d. h. die axiale Länge des Käfigs ist reduziert. Die in Umfangsrichtung laufenden Fenster kanten 52, 53 der Käfigfenster 51 haben sich auf den Stützdornen 37 aufgelegt und an diesen geglättet. Hierbei wird die Außen fläche 54 des Käfigs 48 von den Stützflächen 18, 38 formstabil abgestützt.

In Fig. 3 ist ein Kugelkäfig 48 mit einzelnen Käfigfenstern 51 gezeigt, in die die Stützdorne 27 radial eingeführt sind. Diese haben an den vorderen Enden Keilflächen 41, 42, die sich jeweils wechselweise aneinander anlegen, so daß die Gesamtheit der Stützdorne 27 innerhalb des Kugelkäfigs 48 einen geschlossenen Ringkörper bilden. Die jeweiligen ebenen Stirnflächen 46, 47 dieses Ringkörpers dienen als Anschlag und Abstützung für die in Fig. 1 und 2 bezeichneten unteren und oberen Druckstempel 15, 35.

In Fig. 4 ist das Unterwerkzeug 13 mit dem Druckstempel 15 gezeigt. Insbesondere in Draufsicht sind die radialen Führungs nuten 19 für die einzelnen Stützdorne erkennbar. Weiterhin ist die Ringeindrehung 17 zu sehen, die zwischen dem Unterwerkzeug 13 und dem Druckstempel 15 gebildet wird. Jeweils zwischen zwei Führungsnuten 19 sind Bohrungen 44, 45 zur Halterung des Unter werkzeugs auf der Grundplatte erkennbar.

In Fig. 5 ist in a) und b) der Kugelkäfig 48 mit seinen Ring kanten 49, 50 und Käfigfenstern 51 erkennbar, wobei die Käfig fenster 51 in Umfangsrichtung verlaufende Kanten 52, 53 haben. In den Darstellungen c) und d) ist ein Käfigfenster 51 mit den genannten umfangsverlaufenden Kanten 52, 53 sowie ein Stützdorn 27 im Querschnitt gezeigt. In c) ist noch Spiel zwischen Stütz dorn 27 und Kanten 52, 53 gegeben, während in d) angedeutet ist, wie sich die Kanten 52, 53 so verschoben haben, daß sie geglät tet auf dem Stützwerkzeug 27 aufliegen.

Bezugszeichenliste

11

Maschinengestell

12

Grundplatte

13

Untergesenk

14

Tellerfederpaket

15

Druckstempel

16

Verschraubung

17

Ringeindrehung

18

Stützfläche

19

Nut

20

Zentrieransatz

21

-

22

-

23

-

24

-

25

Dornhalterung

26

Schraube

27

Stützdorn

28

Bestätigungsmittel

29

Zentrierring

30

Innenkonus

31

Stempel

32

Stempelplatte

33

Obergesenk

34

Tellerfederpaket

35

Druckstempel

36

Verschraubung

37

Ringeindrehung

38

Stützfläche

39

Nut

40

Zentrieransatz

41

Keilfläche

42

Keilfläche

43

Führungsnut

44

Bohrung

45

Bohrung

46

Stirnfläche

47

Stirnfläche

48

Kugelkäfig

49

Ringkante

50

Ringkante

51

Käfigfenster

52

Fensterkante

53

Fensterkante

54

Außenfläche

Claims

1. Verfahren zum Fertigstellen von Käfigfenstern (51) in einem Kugelkäfig (48) für ein Kugelgleichlaufdrehgelenk, der die Form eines Ringkörpers mit zwei parallelen Ringkanten (49, 50) und konvexer Außenfläche (54) hat, aus dem gleichmäßig über den Umfang verteilt die Käfigfenster (51) mit jeweils zwei umfangsgerichteten Kanten (52, 53) ausgestanzt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringkörper an den Ringkanten (49, 50) radial fi xiert wird,
daß Stützkörper mit geringem Spiel in die Käfigfenster (51) eingeführt werden,
daß der Ringkörper durch Druckbelastung auf die Ringkanten (49, 50) umgeformt wird, wobei der Axialabstand der Ring kanten (49, 50) zueinander und der umfangsgerichteten Kan ten (52, 53) der Käfigfenster (51) zueinander soweit blei bend verringert wird, daß die umfangsgerichteten Kanten (52, 53) der Käfigfenster (51) durch spanlose Umformung auf den Stützkörpern geglättet und parallelisiert werden.

2. Verfahren zum Fertigstellen von Käfigfenstern (51) in einem Kugelkäfig (48) für ein Kugelgleichlaufdrehgelenk, der die Form eines Ringkörpers mit zwei parallelen Ringkanten (49, 50) und konvexer Außenfläche (54) hat, aus dem gleichmäßig über den Umfang verteilt die Käfigfenster (51) mit jeweils zwei umfangsgerichteten Kanten (52, 53) ausgestanzt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringkörper an den Ringkanten (49, 50) radial fixiert wird,
daß Spreizkörper mit geringem Spiel in die Käfigfenster (51) eingeführt werden,
daß der Ringkörper durch Druckbelastung auf die Kanten (52, 53) umgeformt wird, wobei der Axialabstand der Ringkanten (49, 50) zueinander beibehalten wird und der umfangsgerich teten Kanten (52, 53) der Käfigfenster (51) zueinander soweit bleibend vergrößert wird, daß die umfangsgerichteten Kanten (52, 53) der Käfigfenster (51) durch spanlose Umfor mung mittels der Spreizkörper geglättet und parallelisiert werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Außenflächen (54) des Ringkörpers während des Umformens von außen radial spielfrei durch formstabile Mittel abgestützt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die umfangsgerichteten Kanten (22, 23) der Käfigfenster (21) während des Umformens mit den Stütz körpern in Kontakt kommen.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die umfangsgerichteten Kanten (22, 23) der Käfigfenster (21) während des Umformens mit den Spreizkörpern in Kontakt kommen.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
ein Unterwerkzeug (13) und ein Oberwerkzeug (33), die je weils zueinander parallele Ringeindrehungen (17, 37) zum radialen Fixieren der Ringkanten (49, 50) bilden,
Stützkörper mit glatten und parallelen Oberfläche, die mit geringem Spiel zu den umfangsgerichteten Kanten (52, 53) in die Käfigfenster (51) eines radial fixierten Kugelkäfigs (48) einführbar sind, und
Mittel zur Abstandsverringerung von Unterwerkzeug (13) und Oberwerkzeug (33) zueinander in senkrecht zu den Ebenen der Ringeindrehungen (17, 37) liegender Richtung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Unterwerkzeug (13) und Oberwerkzeug (33) jeweils kon zentrisch zu den Ringeindrehungen (17, 37) rotationssymme trische innere Stützflächen (18, 38) haben, die beim Umfor men den Ringkörper jeweils etwa bis zu einer Mittelebene radial von außen spielfrei formstabil abstützen können.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper radial in die Käfigfenster (51) mit geringem Spiel einführbare Stützdorne (27) sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Unterwerkzeug (13) und Oberwerkzeug (33) jeweils der Zahl der Stützdorne (27) entsprechend einander zugeordnete Radialnuten (19, 39) haben, die paarweise gemeinsam der Führung der Stützdorne (27) im Unterwerkzeug (13) und im Oberwerkzeug (33) dienen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützdorne (27) an ihren inneren Enden Keilflächen (41, 42) haben, mittels derer sie sich in ihrer radial inneren Position gegenseitig ringförmig aneinander ab stützen können.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug (13) auf einer Grundplatte (12) und das Oberwerkzeug (33) an einer Stempelplatte (32) jeweils federnd abgestützt sind, an denen jeweils zentrale Druck stempel (15, 35) befestigt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstempel (15, 35) Zentrieransätze (20, 40) haben, die gemeinsam mit je einem von Unterwerkzeug (13) und Oberwerkzeug (33) die Ringeindrehungen (17, 37) bilden.