DE19910928A1

DE19910928A1 - Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälzlager und nach dem Verfahren hergestellter Käfig

Info

Publication number: DE19910928A1
Application number: DE19910928A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Grell
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-14
Also published as: DE10080504D2; WO2000055382A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für Wälzlager, bestehend aus zwei Seitenringen (1), die durch Stege miteinander verbunden sind, wobei der Käfig aus einem ebenen Band nach dem Einstanzen der Taschen in eine zylindrische oder in eine kegelige Form gerollt und an seinen Stoßstellen (14, 15, 16) verschweißt ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß der Käfig im Bereich der Schweißnaht (4) nach dem Verbindungsschweißen einem zusätzlichen Schmelzschweißen unterworfen ist. DOLLAR A Dadurch wird die Kerbwirkung der Schweißnaht (13) wesentlich herabgesetzt, so daß die Dauerfestigkeit des Käfigs erhöht ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälz lager, bestehend aus zwei Seitenringen, die durch Stege miteinander verbun den sind, wobei der Käfig aus einem ebenen Band nach dem Einstanzen der Taschen in eine zylindrische oder in eine kegelig Form gerollt und an seinen Stoßstellen verschweißt ist. Außerdem betrifft die Erfindung einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Käfig.

Hintergrund der Erfindung

Es ist schon seit langem bekannt, Lagerkäfige für Wälzlager derart herzustel len, daß zunächst in einem flachen Metallband durch einen Stanzvorgang Wälzkörper aufnehmende Taschen erzeugt werden. Nach dem Ablängen die ses Metallbandes entsprechend dem gewünschten Käfigdurchmesser wird die ses in eine zylindrische Form gerollt, so daß die beiden Stoßstellen aneinan derliegen. Zur Fertigstellung des Käfigs werden dann die aneinanderliegenden Stoßstellen durch einen Schweißvorgang miteinander verbunden (DE 15 52 099).

Nachteilig dabei ist, daß durch das Verbindungsschweißen Schweißaufwürfe entstehen, die in einem nachfolgenden Arbeitsgang abgetragen werden müs sen, da sie ansonsten das Lager beschädigen könnten. Es ist weiter von Nachteil, daß beim Verbindungsschweißen sogenannte Ungänzen entstehen. Darunter sind nach innen gehende geometrische Unregelmäßigkeiten zu ver stehen, die in verschiedenen Abstufungen auftreten können. Die Ungänzen beginnen ihr Spektrum innerhalb der Rauheit und enden in einer Tiefe, in der sie die Funktion des Bauteiles nachhaltig beeinflussen, d. h. im Extremfall das Bauteil unbrauchbar machen. Derartige Ungänzen weisen nun eine Kerbwir kung auf, d. h. sie bewirken durch die plötzliche Änderung des Querschnittes oder der Oberflächenkontur eine Störung des gleichmäßigen Kraftflusses im Bauteil. An diesen Kerben entsteht eine Spannungskonzentration, wobei sich eine Spannungsspitze im Kerbgrund bildet. Diese Kerbung bringt nun zwei Effekte mit sich. Zum einen wird der tragende Querschnitt verringert, zum zweiten konzentriert sich die Beanspruchung auf den Kerbgrund. Diese Kerb wirkung innerhalb der Schweißverbindung zwischen den beiden Stoßstellen des Käfigs wirkt sich nun so aus, daß dessen Dauerfestigkeit unter hohen Be anspruchungen nicht gewährleistet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen geschweißten Käfig für ein Wälzla ger zu entwickeln, der eine zuverlässige Dauerfestigkeit auch unter höchsten Beanspruchungen gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der Käfig im Bereich der Schweißnaht nach dem Verbindungsschweißen einem zusätzlichen Schmelzschweißen unterwor fen ist.

Beim Schmelzschweißen wird das Material der beim Verbindungsschweißen aneinander gefügten Stoßstellen nochmals kurzzeitig aufgeschmolzen. Durch das Aufschmelzen des Werkstoffes wird dieser innerhalb der Schweißnaht neu verteilt, d. h. durch diesen Materialausgleich wird die Schweißnaht geglättet, indem Werkstoff von hervorstehenden Spitzen in vorhandene Vertiefungen gelangt. Damit wird einerseits im Bereich der Stoßstellen der effektive Verbin dungsquerschnitt im Vergleich zum theoretisch möglichen Verbindungsquer schnitt erhöht. Andererseits wird durch diese Materialverlagerung die Kerbwir kung verringert, so daß innerhalb der Schweißnaht ein gleichmäßiger Kraftfluß erfolgen kann, d. h. die Spannungsspitzen werden vermindert. Durch die Erhö hung des Querschnittes und durch die Verringerung der Kerbwirkung wird die Dauerfestigkeit des Wälzlagerkäfigs im Bereich der Schweißnaht entscheidend verbessert.

Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß die Stoßstellen durch Widerstands stumpfschweißen miteinander verbunden sind. Dies erfolgt in bekannter Weise derart, daß die beiden Enden des rundgebogenen Käfigs mit ihren Stoßstellen in Spannbacken aus Kupfer aufgenommen sind und fest aufeinandergepreßt werden. Die Erwärmung tritt beim Stromdurchgang durch den elektrischen Wi derstand des Käfigs, insbesondere durch den hohen Widerstand an den Stoß stellen ein, die nach Erreichen der Schweißtemperatur unter Druck vereinigt werden, wobei an den Stoßstellen eine Materialverflüssigung eintritt. Der Strom wird direkt über entsprechende Elektroden oder induktiv zugeführt. Nach Errei chen der Schweißtemperatur wird der Strom abgeschaltet und der Stauchdruck zur Verschweißung nochmals erhöht.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 soll das Schmelzschweißen mit oder ohne Zusatzwerkstoff erfolgen. Die Zu satzwerkstoffe werden in Stab- oder in Drahtform zugeführt und dienen der Füllung der Schweißfuge. Der Zusatzwerkstoff hat normalerweise die gleiche Zusammensetzung wie der Grundwerkstoff des Käfigs und enthält gelegentlich zur Verbesserung des Flusses oder zur Erzielung eines besonders feinkörni gen Schweißgefüge geringfügige Legierungszusätze. Die Schweißdrähte oder Stäbe sind häufig noch mit speziellen Umhüllungen versehen, die als Flußmit tel dienen, die vorhandenen Oxide oder andere störende Stoffe entfernen, die Benetzbarkeit der Werkstückoberfläche verbessern, die Schweißstellen vor äußeren Einflüssen schützen sowie eine zu schnelle Abkühlung verhindern.

Aus Anspruch 4 geht hervor, daß das Schmelzschweißen als Elektronenstrahl-, oder als Laserstrahlschweißen erfolgt. Beim Strahlschweißen entsteht die Wärme durch Umwandlung gebündelter energiereicher Strahlung bei ihrem Auftreffen auf bzw. beim Eindringen in das Werkstück. Dem Elektronenstrahl schweißen dient ein durch elektrische oder magnetische Felder gesteuerter und scharf gebündelter Elektronenstrahl als Wärmequelle und dringt infolge Aufschmelzung und Verdampfung des Metalls in den Werkstoff ein. Beim La serstrahlschweißen wird die Energie mit Laserstrahlen erzeugt, d. h. mit scharf gebündelten Lichtstrahlen hoher Energiedichte.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Käfig zeichnet sich gemäß Anspruch 5 dadurch aus, daß ein im Bereich der Stoßstellen ver schweißter Querschnitt wenigstens 80% eines rechnerisch möglichen Quer schnitts der Stoßstellen ist. Dies ist gegenüber nach herkömmlichen Schweiß verfahren gefertigten Käfigen eine Erhöhung des effektiven Querschnittes, so daß die Festigkeit des Käfigs insgesamt erhöht ist.

Schließlich geht aus Anspruch 6 hervor, daß die Stoßstellen des Käfigs in axialer und/oder radialer Richtung eine Fase aufweisen sollen. Damit ist ge meint, daß die Enden des Käfigs in Umfangsrichtung beim Aufeinanderzuge hen in ihrem Querschnitt abnehmen. Dadurch ist gewährleistet, daß sich die Stoßstellen beim Aufeinanderzuführen der Käfigenden besser und einfacher finden lassen und daß eine gute Aufnahmemöglichkeit für das Schweißmaterial gegeben ist.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Schweißnaht an den Stoßstellen eines erfin dungsgemäßen Käfigs,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen Bord eines Käfigs im Schweißnahtbereich,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines angefasten Bordes eines Käfigs,

Fig. 5 und 6 Darstellung des Versatzes aufeinandertreffender Stoßstellen und

Fig. 7 eine Schweißnaht nach dem bisherigen Stand der Technik.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 7 ist ein Seitenring oder Bord 1 eines Käfigs gezeigt, dessen Enden 2 und 3 durch eine Schweißnaht 4 nach dem bisherigen Stand der Technik ver bunden sind. Die Schweißnaht 4 weist einen teigigen bzw. geschmolzenen Bereich 5 auf, an den sich beidseitig ein Bereich 6 mit Normalisierungsgefüge anschließt, der wieder beidseitig von einem Bereich 7 mit Rekristallisationsge füge begrenzt ist. Wie Fig. 7 weiter zeigt, ist die Schweißnaht 4 sehr unre gelmäßig gestaltet, d. h. sie weist eine Schweißwulst 8, Schweißkerben 9 so wie Stanzfasen 10 auf. Der Fachmann weiß, daß eine derart unregelmäßig gestaltete Schweißnaht 4 eine Kerbwirkung ausübt. Die unregelmäßig gestal tete Oberfläche bewirkt eine Störung des Kraftflusses im Bord 1, die die Dau erfestigkeit des Käfigs negativ beeinflußt. Dem Fachmann ist in diesem Zu sammenhang auch bekannt, daß kleine Kerbradien eine hohe Formzahl be deuten, wobei diese durch das Verhältnis von Maximalspannung zu Nenn spannung definiert ist. Die Formzahl ist ein konstanter Zahlenwert, unabhängig von der Beanspruchungshöhe und vom Werkstoff, die in erster Linie von der geometrischen Form, in zweiter Linie von der Beanspruchungsart bestimmt wird.

In den Fig. 5 und 6 ist dargestellt, wie durch Fertigungsungenauigkeiten ein radialer 11 und ein axialer Versatz 12 an den Enden 2 und 3 des Käfigs ent stehen kann. Dieser radiale und axiale Versatz 11, 12 beeinflußt die Dauerfe stigkeit des Käfigs gleich zweifach in negativer Weise. Zum einen wird, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich, an den Stoßstellen der Enden 2 und 3 der maximal mögliche Verbindungsquerschnitt verringert und zum anderen wird durch diesen Versatz auch die Schweißnaht 4 unregelmäßig gestaltet, d. h. sie weist eine kerbende Wirkung auf.

In den Fig. 1 und 2 ist die Verbindung von aus einem Stahlwerkstoff beste henden Käfigenden 2 und 3 mit Hilfe einer Schweißnaht 13 gezeigt, die in er findungsgemäßer Weise nach dem eigentlichen Verbindungsschweißen einem zusätzlichen Schmelzschweißen unterworfen war. Dies kann derart erfolgen, daß die Verbindungsschweißnaht in ein Aggregat übernommen wird, wobei die Wulste und Falten der Stumpfschweißung durch Ab- und Umschmelzen eine gleichmäßige Schweißnahtrampe mit milderen Kerben ergeben. Wie ein Ver gleich der Fig. 1 und 2 mit Fig. 7 verdeutlicht, sind die Ungänzen ver schwunden, d. h. die Oberfläche der Schweißnaht 13 ist geglättet. Dies hat zur Folge, daß die Kerbwirkung der Schweißnaht 13 wesentlich verringert ist, so daß schädliche Spannungsspitzen, die die Dauerfestigkeit in negativer Weise beeinflussen, nicht auftreten können. In Fig. 1 ist die Schweißnaht 13 ohne Zufuhr von Zusatzwerkstoff gebildet, während in Fig. 2 die Schweißnaht 13 mit Zusatzwerkstoff entstanden ist. Dies ist daran zu sehen, daß die Schweiß naht in Fig. 2 konvex und die in Fig. 1 konkav ausgebildet ist.

In Fig. 3 ist die Stoßstelle des Endes 3 von Bord 1 gezeigt. Bei Ausscheidung aller Fertigungsungenauigkeiten und bei einer theoretischen hundertprozenti gen Schweißverbindung ergibt sich im Bereich der Stoßstelle eine maximal mögliche Fläche a.b. Die schraffiert dargestellte Stoßfläche 14 entspricht der Stoßfläche nach dem bisherigen Verfahren und beträgt maximal 60% der rechnerisch möglichen Fläche, während die Stoßfläche 15 der erfindungsge mäßen Schweißnaht 13 zuzuordnen ist und sich aus der scharrfierten Stoßflä che 14 und dem punktierten Teil der Ellipse zusammengesetzt ist.

Schließlich ist in Fig. 4 ein Ende eines Bordes 1 gezeigt, dessen Stoßflä che 16 in radialer Richtung am oberen und unteren Ende eine Fase 17 auf weist. Beim Aneinanderliegen mit der dazugehörigen anderen Stoßfläche und den ebenfalls zugehörigen anderen Fasen 17 ist auf diese Weise eine drei eckförmige Nut gebildet, die in vorteilhafter Weise das zuzusetzende Schweißmaterial aufnehmen kann.

Bezugszeichen

1

Bord

2

Ende

3

Ende

4

Schweißnaht

5

Bereich

6

Bereich

7

Bereich

8

Schweißwulst

9

Schweißkerbe

10

Stanzfase

11

radialer Versatz

12

axialer Versatz

13

Schweißnaht

14

Stoßstelle

15

Stoßstelle

16

Stoßstelle

17

Fase

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälzlager, bestehend aus zwei Seitenringen (1), die durch Stege miteinander verbunden sind, wobei der Käfig aus einem ebenen Band nach dem Einstanzen der Taschen in ei ne zylindrische oder in eine kegelige Form gerollt und an seinen Stoßstellen (14, 15, 16) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig im Bereich der Schweißnaht (4) nach dem Verbindungsschweißen einem zu sätzlichen Schmelzschweißen unterworfen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen (14, 15, 16) durch Widerstandsschweißen miteinander verbunden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelz schweißen mit oder ohne Zusatzwerkstoff erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelz schweißen als Elektronenstrahl- oder als Laserstrahlschweißen erfolgt.

5. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellter Käfig, dadurch ge kennzeichnet, daß ein im Bereich der Stoßstellen (15) verschweißter Querschnitt wenigstens 80% eines rechnerisch möglichen Querschnittes der Stoßstellen ist.

6. Käfig nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen (14, 15, 16) in axialer und/oder in radialer Richtung eine Fase (17) aufweisen.