DE2605634A1

DE2605634A1 - Lagerkaefig aus geschweisstem kunststoff und fertigungsverfahren fuer den lagerkaefig

Info

Publication number: DE2605634A1
Application number: DE19762605634
Authority: DE
Inventors: Gerald L Bingle
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1974-08-29
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1977-08-18
Also published as: US4118259A; US3944307A

Description

Lagerkäfig aus geschweißtem Kunststoff und Fertigungsverfahren für den Lagerkäfig

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Die Erfindung betrifft allgemein Wälzlager und insbesondere Kunststofflagerkäfige zur Halterung einer Anzahl von Wälzkörpern wie Rollenjüber einen Umfang verteilt, sowie in geräuschloser Abrollberührung zwischen konzentrisch angeordneten Innen- und Außenjlagerlaufringen. Auf dem früheren Stand der Technik war es üblich MetallAgerkäfige zu verwenden, die meist sehr teuer und schwer zu fertigen sind und in einigen Fällen zum vorzeitigen Ausfall des Lagers infolge eines anormal' starken Verschleißes und des damit verbundenen Temperaturanstieges durch Reibkontakt zwischen den Wälzkörpern und ihren Lagerkäfigen führten. Einige dieser Schwierigkeiten wurden durch Pressen der Lagerkäfige aus verstärkten Kunstharzen gelöst, wobei sich gewisse Kostenvorteile sowie eine Verringerung der Laufgeräusche und des Abriebes während der Gebrauchslebensdauer der Lager ergaben. Ein typischer Lagerkäfig

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dieser Art ist in der US-PS 3 387 901 derselben Anmelderin bekannt gemacht.

Die geringere Festigkeit von Kunststoffen im Vergleich zu Metall ■ führt zu einer erhöhten Nachfrage nach Kunststofflagerkäfigen, j welche die nötige mechanische Festigkeit zur Erzielung einer

langen und zufriedenstellenden Gebrauchslebensdauer besitzen und j gleichzeitig eine einfache und wirtschaftliche Montage ihrer Be- ! standteile zu einem hochfesten einstückigen Käfig ermöglichen. Der schweißbare Kunststofflagerkäfig und sein Fertigungsverfahren nach den neuartigen Merkmalen der Erfindung beseitigen viele j Schwierigkeiten und Nachteile des früheren Standes der Technik

und stellen eine weitere Verbesserung gegenüber dem in der vorj erwähnten US-PS beschriebenen Aufbau und Fertigungsverfahren dar.

Der Nutzen und die Vorteile der Erfindung werden nach erfindungsgemäßen Konstruktionsmerkmalen durch Schweißmontage zweier getrennter Bauteile erzielt, die zu einem hochfesten einstückigen Kunststofflagerkäfig ultraschallverschweißt werden. Das Aggregat umfaßt zwei ringförmige Seitenträger sowie eine Anzahl von am Umfang verteilten Rippen oder Stegen, die an einem Ende an einem der Seitenträger befestigt sind. An den freien Enden der Stege sind Vorsprünge oder Zapfen ausgeformt, die mit einer in der gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Seitenträgers ausgeformten passenden Öffnung zusammenwirken, wobei das Endstück des Vorsprunges teleskopartig in die Öffnung hineinragt. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Öffnung im Seifcen-

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j träger mit einem ersten Teil ausgeformt, dessen Querschnittsform j

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j im allgemeinen der des Endteiles des Vorsprunges entspricht so- ί

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I wie mit einem zweiten nach innen ragenden Teil, dessen Quer- !

< schnittsform von der des Vorsprunges verschieden ist, und der J

j einen Absatz an seiner Schnittlinie mit dem ersten Teil bildet, \

' an welchem der Vorsprung vor dem letzten Schweißgang der Montage !

; aufliegt. Am Ende der Stege ist eine zur Fläche des gegenüberlie-i

^; i

I genden Seitenträgers planparallele Fläche ausgeformt, die als

, Anschlag zur Messung des Axialab Standes zwischen den Seitenträgerjn

I :

j sowie der Axialbreite der zwischen ihnen ausgebildeten Lagermul- ^l-

den dient. ί

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j Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die gepreßten Bau- f I teile so montiert, daß die Vorsprünge teleskopartig in die ent-

, sprechenden Öffnungen hineinragen, worauf das Aggregat in über- ί

; schallschwingungen versetzt wird, während eine Kraft aufgebracht

I j

j wird, welche die Seitenträger in einer Weise aufeinander zu au i

bewegen trachtet, daß sich eine Wärmeerweichung des Kunststoffes in der Eingriffszone zwischen den Vorsprüngen und den Öffnungen ergibt, die eine Verformung des Kunststoffes sowie eine Einwärts bewegung der Vorsprünge ermödflicht, bis die Endfläche eines jeden Steges auf der gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Seiten trägers aufliegt. Dann läßt man das ultraschall-verschweißtje Aggregat unter Druck abkühlen, wobei sich eine hochfeste Schweißverbindung zwischen den Rippen - und Seitenträgern sowie ein einstückiger Lagerkäfig bildet. Nach den Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen der Erfindung erheben sich weitere Einsparungen

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durch Kontrolle der Formgebung der Käfigbauteile, so daß sie I I leicht mit Schnellpreßverfahren auf ihre genauen Endabmessungen j gepreßt werden können; ferner ergibt die erfindungsgemäße Ultra- | ι schallschweißung der Bauteile einen Käfig, der keiner Nachbear- j beitung mehr bedarf. j

j Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Be-

I Schreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfin-

I dungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

I Figur 1 einen Teilseitenriß eines Ausführungsbeispieles

! des erfindungsgemäßen Kunststofflagerkäfigs mit

ι einer Anzahl von geraden Rollen in seinen RoI-

I lenmulden;

i Figur 2 einen Tei!querschnitt durch das in Figur 1 gezeigte Aggregat längs der Linie 2-2;

Figur 3 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch einen Steg des Kunststoffkäfigs der Figur 2 längs der Linie 3-3;

Figur 4 einen Seitenriß als Sprengzeichnung der beiden Käfigbauteile vor ihrer Montage;

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Figur 5 eine vergrößerte Ansicht einer Öffnung in einem

ί Seitenträger eines der in Figur 4 gezeigten Bau-

j teile auf der durch die Zeile 5-5 der Figur 4

: angegebenen Fläche;

! Figur 6 einen Querschnitt durch den in Figur 5 gezeigten Seitenträger längs der Linie 6-6 der Figur 5;

Figur 7 einen vergrößerten Teilseitenriß eines Steges ; mit Vorsprung gemäß den in Figur 4 gezeigten

ί Bauteilen;

, Figur 8 einen Endseitenriß des in Figur 7 gezeigten

ί Steges in Richtung des Pfeiles 8 der Figur 7;

■ Figur 9 einen Querschnitt durch eine Verbindung nach

j ihrer Ultraschallverschweißung;

i Figur 10 eine Teilsprengzeichnung eines anderen einwand-

j freien Ausführungsbeispieles der zu einem ein-

j stückigen Lagerkäfig zu verschweißenden Bauteile.

Der geschweißte Lagerkäfig 2O der Figuren 1 bis 3 umfaßt zwei ringförmige im Abstand voneinander angeordnete Seitenträger 22, 24 sowie eine Anzahl von an Umfang verteilten sich axial erstrekkenden Stegen 26, welche an einem ihrer Enden mit einem Seiten-

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träger einstückig ausgepreßt und vereint sind. Das andere Ende der Stege 26 ist mit Hilfe von zwei Stößen 28 (Figuren 2 und 9) , die durch ein nachstehend näher erläutertes ültraschallschweißverfahren erzeugt werden, fest (mit dem anderen Seitenträger) ver-¹·

bunden. I

Die Innenflächen der Seitenträger 22, 24 und die gegenüberliegen-,

i den Flächen der benachbarten Stege 26 bilden Mulden, in welchen !

Wälzkörper wie die Zylinderrollen 30 am Umfang verteilt gelagert sind. Die sich axial erstreckenden Flächen 32 der Stege sind im allgemeinen von konkaver mehrseitiger oder polygonaler Form, um eine Doppelwälzlinie mit Bewegungssitz gegenüber dem Umfang der Rolle zu schaffen, wenn Rolle und Käfig zwischen dem Innen- und Außenlaufring (nicht gezeigt) eingebaut sind, wodurch Reibung und j gegenseitiger Verschleiß weitgehend gemindert werden. Obwohl die ' Rollen in den Mulden vor der Verschweißung für Kunststoffbauteile i

j zu einem einstückigen Käfig montiert werden können, wird es meist I
vorgezogen, wie im Falle des als Ausführungsbeispiel gezeigten j Lagerkäfigs, die Kunststoffbauteile zuerst zu einem einstückigen Käfig zu verschweißen und dann die Lagerteile wie die Rollen mit Einrastwirkung in die Mulden zu drücken, was infolge der Elastizität der Stege möglich ist, die sich zur Aufnahme des Lagerteiles elastisch verbiegen.

Der Werkstoff, aus welchem Seitenträger und Stege geformt sind, kann aus jedem Thermoplasten oder Halbthermoplasten bestehen, der ultraschallverschweißt werden kann. Besonders gute Ergebnisse

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i erreicht man durch Verwendung von glasfaserverstärktem Nylon, |

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j welches selbst Schmierfähigkeit besitzt, obwohl auch andere Werk-;

l i

j Stoffe wie Azetal- und Acrylharze ohne weiteres für diesen Zweck I ¹ verwendet werden könne. Der Kunststoff ist ferner dadurch gekenn-;

■ zeichnet, daß er zur Ausformung der getrennten Lagerkäfigteile ! i

• preßbar ist, welche genaue Endabmessungen sowie die erforderliche

I
Wärmefestigkeit und Oberflächengüte besitzen. ^;

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j i

In den Figuren 4 bis 8 sind zusammenwirkende Vorrichtungen an den!

ι !

¹ Seitenträgern 22 sowie an den Enden der Stege 26 gezeigt, die zur

j Ausrichtung der Bauteile während der Montage dienen und anschlie- ! ßend einen hochfesten Schweißstoß bilden. Im gezeigten Ausfüh-J rungsbeispiel der Erfindung sind im Seitenträger 22 eine Anzahl , ^! von Öffnungen 34 ausgeformt, welche in Abständen auf dem Umfang !

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: seiner Innenfläche verteilt sind und zur Aufnahme eines Ansatzes i

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I oder Vorsprunges 36 von im allgemeinen ovalem Querschnitt be- I

■ stimmt sind, der einstückig mit den freien Endflächen 38 der Stegjs I 26 ausgeformt ist und von diesen aus axial herausragt. Wie aus

\ den Figuren 5 und 6 zu ersehen ist, umfaßt die Öffnung 34 einen ersten Teil 40, dessen Querschnittabmessung und Form im allgemeinen der des Vorsprunges 36 entspricht, jedoch etwas größer ist, um den Endteil des Vorsprunges im Bereich annehmbarer Ferti-

die

gungäboleranzen im Gleitsitz aufnehmen zu können, wie es Durchsicht szeichnung der Figur 6 zeigt. Dies kann manchmal zu einer Preßpassung führen, die jedoch zulässig ist. Der Hauptgrund für die Bedingung einer Einpassung besteht darin, das plastische Fließen während des Schweißganges auf die zur Erzielung einer

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! guten Bindung erforderliche Menge zu begrenzen. Nach Figur 6 besitzt der erste Teil 40 einen Außenkonus, um während der Mon-

' tage die Ausrichtung oder Fluchtung des Vorsprungsendes zu erleichtern. Einer zweiter oder Innenteil 42 der Öffnung besitzt einen kleineren Querschnitt und bildet an seiner Schnittlinie ^l

ι mit dem ersten Teil einen ringförmigen Absatz 44, auf welchem der Umfang des Endteiles des Vorsprunges 36 vor der Ultraschallverschweißung des Aggregates aufliegt. !

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, Für einige Anwendungen ist es auch vorteilhaft, besonders , wo i

der Außendurchmesser gegenüber dem Innendurchmesser des Seiten- j trägers 22 klein ist, den erstenTeil 40 mit einem Radius anstelle!

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i eines Konus auszuformen. Sowohl Radius als auch Konus geben den '

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ι Zusatznutzen, daß sie als Auffangraum für eventuell überfließen- ! , den Kunststoff dienen. ,

' Die Seitenwände des Vorsprunges 36 sind im Engsitz in eine Ring- i

I ' I

wand 43 der öffnung eingepaßt. Bei Einwirken einer Axialkraft i

j auf die vormontierten Bauteile, die gleichzeitig einer Uberschallj-

j I

: schwingung ausgesetzt werden, erfolgt eine Wärmeerweichung des j

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i Kunststoffes in der dem Ringabsatz unmittelbar benachbarten Gegend sowie auf der Oberfläche der Umfangskante des Vorsprunges, ! welche zu einer Verformung und zum Fließen der wärmeerweichten ! Teile führt. Diese Verformung und das Fließen des Werkstoffes werden von einer weiteren einwärts gerichteten teleskopartigen Stoßbewegung mit Keilwirkung des Vorsprunges gegenüber der öffnung begleitet. Die von der relativen Bewegung zwischen den Bau-

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¹ teilen begleitete Wärmeerweichung oder das Schmelzen des Werk-

I Stoffes bewirkt, daß die beiden Schmelzflächen plastisch werden ■ und bei der anschließenden Abkühlung eine gleichmäßige druckfeste

• Schweißverbindung mit einer homogenen Vermischungszone des KunstH ^! stoffes bilden, die in Figur 9 durch die gestrichelten Linien

! des Stoßes 28 dargestellt· ist. Nach einem bevorzugten Ausführungsi :

, beispiel der Erfindung ist in der Bodenfläche der Öffnung 34 ein Luftloch 46 zur Entlüftung eingeschlossener Luft und gasförmiger

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; Abfallprodukte ausgeformt, die sich während des Ultraschall- ^: [ Schweißens bilden. i

, Nach einem anderen in Figur 10 gezeigten Ausführungsbeispiel der ^! Erfindung sind in einem Seitenträger 48 eine Anzahl von am Um -

i fang verteilten Stegen oder hochstehenden Teilen 50 mit einer ra- ! [

I dialen Formgebung der Seiten ausgebildet, welche im allgemeinen i

i der konkaven Form der sich axial erstreckenden Seitenflächen 52 j

j der Stege 54 entspricht. Der gegenüberliegende Seitenträger 56 ] mit den an ihm einstückig ausgeformten Stegen 54 ist im allgemei-| nen dem vorstehend beschriebenen Seitenträger 24 identisch und j

besitzt einen Vorsprung 56, der axial aus der Stirnfläche der Stege herausragt und teleskopartig in eine abgesetzte Öffnung 58 des Seitenträgers 48 eingreift. Die in Figur 10 gezeigte erhabene Ausführung des Seitenträgers wird eingesetzt, wenn die Dicke des Trägers selbst so weit vermindert wird, daß eine angemessene Fläche für den Schweißstoß nicht ausreichen würde, um die erforderliche Festigkeit zu erzielen. Die Stege 50 vergrößern die wirksame Länge der Öffnung und damit die Fläche des sich daraus

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ergebenden Schweißstoßes. Die Tiefe und Form der Ausnehmungen 60 (Figur 10) zwischen den Stegen 50 sind so gewählt, daß sie

I den Stirnflächenteil einer Rolle 6 2 aufnehmen, die in der Rollen· j mulde gelagert werden soll.

! Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind j noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.¹

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Claims

2606634

Patentanwälte

Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schm.tz

Dipl. mg. B. Graalfs

Dipl. mg. W. Wehnert

Dipl. Phy^s- ^W· ^Carstens

8 München 2

Mozartstr. 23

j Federal Mogul Corporation

j P. 0. Box 1966

Detroit, Michigan 48235 3. Februar 1976

! U. S. A. Anwaltsakte: M-3798

l.\ Verfahren zur Fertigung eines Lagerkäfigs, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gepreßte ringförmige Seitenträger mit einer Anzahl von am Umfang verteilten sich axial erstreckenden Stegen an einem ihrer Enden versehen werden, daß das freie Ende eines jeden Steges und die gegenüberliegende Fläche des benachbarten Seitenträgers mit einer öffnung und einem mit dieser zusammenwirkenden Vorsprung versehen sind, der zur öffnung axial fluchtend angeordnet ist, wobei dieser eine Abmessung gegeben wird, um einen Teil des Vorsprunges mit teleskopartiger Stoßbewegung gleitend aufzunehmen, ferner dadurch, daß zuerst die Träger montiert werden, indem die Vorsprünge halbteleskopisch in den öffnungen angeordnet werden, weiter dadurch, daß das Aggregat Schwingungen und einer Axialkraft ausgesetzt wird, deren Richtung die Seitenträger zusammendrückt, daß die Schwingungen des Aggregats und die

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Axialkraft so lange erhalten bleiben, bis sie eine Wärmeerweichung des Werkstoffes an den Stoßflächen zwischen den Vorsprüngen und den öffnungen bewirken, um eine Verformung und ein Fließen des Werkstoffes so-wie eine weitere teleskoparti-

zu ge Bewegung der Vorsprünge in die öffnungen hinein ermögli-

chen, bis sich die Seitenträger auf den gewünschten im wesenttj liehen parallelen Abstand zusammenschieben und schließlich j

ι dadurch, daß man die Schwingungen unterbricht und den wärme-

erweichten Werkstoff abkühlen und zu einer Schweißverbindung aushärten läßt, welche einen einstückigen Lagerkäfig bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen, welchen das Aggregat ausgesetzt wird, aus Ultra Schallschwingungen bestehen, die einen Seitenträger des Aggre gats gegenüber dem anderen in Schwingungen versetzen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen in einem Seitenträger und die Vorsprünge an den freien Stirnseiten der Stege ausgeformt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen mit einem ersten Teil zur gleitenden Aufnahme des Endteiles des Vorsprunges sowie mit einem zweiten Innenteil von verringerter Querschnittfläche ausgeformt werden, der einen Absatz an seiner Schnittlinie mit dem ersten Teil bildet, sowie dadurch, daß der Absatz mit dem Umfang des Ertdteiles des Vorsprunges zusammenwirkt, der am Absatz aufliegt

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und eine teleskopartige Engpassung bildet.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der j

erste Teil mit einem auswärts gerichteten Konus versehen ist, j

j um während der Montage die Ausrichtung des Vorsprunges auf

die öffnung zu erleichter. ;
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das j j freie Ende der Stege mit einer Stirnfläche versehen ist und j die Seitenträger während der Ultraschallverschweißung so weit zusammengedrückt werden, bis die Stirnfläche auf der gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Seitenträgers aufliegt.

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7. Schweißbarer Kunststofflagerkäfig, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei ringförmige Seitenträger (22, 24) vorgesehen sind ! und eine Anzahl von am Umfang verteilten sich axial erstreckenden Stegen (26) mit einem Ende an einen der Seitenträger (24) befestigt ist, daß zusammenwirkende Vorrichtungen (34, 36)
am Endteil der Stege (26) und an der gegenüberliegenden Fläch des benachbarten Seitenträgers (22) eine öffnung (34) und
einen mit dieser zusammenwirkenden Vorsprung (36) umfassen,
dessen Endteil teleskopartig in die öffnung (34) hineingestoßen ist, sodann dadurch, daß in der öffnung (34) ein erstejr Teil (40) ausgeformt ist, dessen Querschnittform im allgemeinen der des Endteiles des Vorsprunges (36) entspricht sowie ein zweiter gegenüber den ersten (40) weiter innen angeordneter Teil (42) mit einer anderen Querschnittform, der

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an der Schnittlinie zwischen den beiden Teilen (40, 42) einen! Absatz (44) bildet, an welchem der Vorsprung (36) anliegt, weiter dadurch, daß am Endteil der Stege (26) eine Stirnfläche (38) ausgeformt ist, die im wesentlichen parallel und in einem Abstand zu der gegenüberliegenden Fläche des benachbarten Seitenträgers (22) angeordnet ist und schließlich dadurch, daß die Länge des Vorsprunges (36) größer ist als die Tiefe des ersten Teiles (40), jedoch kürzer als die vereinig-; te Tiefe des ersten (40) und zweiten (42) Teiles. |
8. Schweißbarer Kunststofflagerkäfig nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (34) im benachbarten Seitenträger (22) und die Vorsprünge (36) einstückig mit den Stirnflächen (38) der Stege (26) ausgeformt sind, von denen aus sie axial nach außen ragen.
9. Schweißbarer Kunststofflagerkäfig nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Teil (40) der Öffnung (34) ein nach außen gerichteter Konus ausgeformt ist, um die Fluchtung zwischen öffnung (34) und Vorsprung (36) zu erleichtern,
10. Schweißbarer Kunststofflagerkäfig nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (42) zum ersten Teil (40) der öffnung (34) axial fluchtend angeordnet ist und einen endlosen ringförmigen Absatz (44) von im wesentlichen gleicher Breite bildet.

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11. Schweißbarer Kunststofflagerkäfig nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Vorsprunges (36) kleiner ist als die Dicke des Seitenträgers (22).
12. Schweißbarer Kunststofflagerkäfig nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenträger (48) am Umfang verteilte Abschnitte (50) neben einer jeden in ihm ausgeformten
Öffnung (58) umfaßt, deren axiale Dicke größer ist als die der Zwischenteile (60) des Seitenträgers (48).
13. Schweißbarer Kunststofflagerkäfig nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Zwischenteile (60) so gewählt ist, daß sie die Enden von in den Lagerkäfig (20) einzubauenden Rollen (62) aufnehmen können.

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