DE4130143A1

DE4130143A1 - Verfahren und werkzeug zur herstellung eines waelzlagerkaefigs aus polymeren werkstoffen

Info

Publication number: DE4130143A1
Application number: DE4130143A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Rabe
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-18
Also published as: WO1993005309A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf ein Werkzeug zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs aus polymeren Werkstoffen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.

Derartige Wälzlagerkäfige werden bisher mit Werkzeugen hergestellt, die eine Vielzahl von radial beweglichen Form teilen aufweisen, mit denen die Formen für die die Borde verbindenden Stege und die Führungsaussparungen für die Wälzkörper gebildet werden. Diese Werkzeuge sind einerseits nur sehr zeitaufwendig und kostenintensiv herzustellen und unterliegen andererseits einem hohen Verschleiß.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst wer den, ein Verfahren und ein hierfür geeignetes Werkzeug anzu geben, das eine kostengünstige Herstellung derartiger Wälz lagerkäfige sowie des hierzu verwendeten Werkzeugs ermög licht. Darüber hinaus soll das Werkzeug eine hohe Standzeit aufweisen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des An spruches 1 angegebenen Verfahrensmerkmale bzw. durch die im Kennzeichen des Anspruches 6 angegebenen gegenständlichen Merkmale.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es nicht nur, Wälz lagerkäfige aus polymeren Werkstoffen kostengünstig herzu stellen, sondern es tritt darüber hinaus u. a. der vorteil hafte Effekt auf, daß die gebildeten Taschen ein großes Reservoir für Schmiermittel bilden, so daß deutlich ver besserte Schmierverhältnisse entstehen, wodurch wiederum die Lebensdauer günstig beeinflußt wird.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt eines Werkzeugs gemäß der vorliegenden Er findung,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Abschnitts eines erfindungsgemäß hergestellten Wälzlager käfigs,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen Abschnitt einer Ab wicklung eines Wälzlagerkäfigs mit einseitig angeordneten Durchbrüchen der Taschen im Bordbereich,

Fig. 4 die Draufsicht auf einen Abschnitt einer Ab wicklung eines Wälzlagerkäfigs mit ab wechselnd angeordneten Durchbrüchen der Taschen im Bordbereich und

Fig. 5 eine Ansicht gemäß dem Schnitt I-I des kreis förmigen Ausschnitts der Fig. 3.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Werkzeug bezeichnet, das aus einem vorzugsweise stationären Innenformteil 2 mit einer zylindrischen Außenfläche 3, einem bevorzugt ebenfalls stationären Außenformteil 4 mit einer die Außenfläche 3 in einem Abstand 5 koaxial umgebenden zylindrischen Innenfläche 6 und zwei im Hohlraum 7 zwischen Innen- und Außenformteil 2 und 4 bzw. zwischen deren Außen- und Innenflächen 3 und 6 axial zur Zentralachse 8 verschiebbaren Buchsen 9 und 10 besteht. Jede Buchse 9, 10 ist von je einer Seite aus in den Hohlraum 7 einschiebbar und nach dieser Seite wieder herausziehbar.

An der in der Fig. 1 rechts dargestellten Buchse 10 ist ein vorzugsweise mittig in den Hohlraum 7 ragender Taschenformteil 11 vorgesehen, dessen Dicke 12 kleiner ist als der Abstand 5, also kleiner ist als die lichte Weite zwischen der Außenfläche 3 und der Innenfläche 6 des Werkzeuges 1. Das Taschenformteil 11 ist bei geschlossenem Werkzeug 1 bis auf einen der Wandstärke des zu bildenden Bords 13 (Fig. 2) eines herzustellenden Wälzlagerkäfigs 14 entsprechenden Abstand 15 an die andere, also an die gegenüberliegende Buchse 9, heranschiebbar.

Am Innenformteil 2 bzw. an dessen Außenfläche 3 und an der Innenfläche 6 des Außenformteils 4 sind am Umfang verteilt eine Vielzahl von Erhöhungen 16 bzw. 17 vorgesehen, die jeweils bis zum Taschenformteil 11 reichen. Bei geschlossenem Werkzeug 1 können so ein Bord-Formhohlraum 18 und Steg-Formhohlräume 19 und 20 gebildet werden, wobei durch die Erhöhungen 16 bzw. 17 Führungsaussparungen 21 bzw. 22 für vom zu fertigenden Wälzlagerkäfig 14 zu führenden Wälzkörper eines Wälzlagers gebildet werden. Beim Formprozeß entsteht also ein Wälzlagerkäfig 14 mit im Querschnitt axial zur Zentralachse 8 verlaufender U-Form, deren Basis der Bord 13 und deren Schenkel 23, 24 die Stege 25 und die Führungsaussparungen 21, 22 bilden.

Wie ersichtlich, entspricht der Abstand 5 zwischen der Außenfläche 3 und der Innenfläche 6 der Innen- und Außenformteile 2, 4 der Dicke 26 des Wälzlagerkäfigs, wobei der Durchmesser der Außenfläche 3 dem Innendurchmesser 27 des Wälzlagerkäfigs 14 und der Durchmesser der Innenfläche 6 dem Außendurchmesser 28 des Wälzlagerkäfigs 14 entspricht.

Für die Herstellung des Wälzlagerkäfigs 14 wird ein polymerer Werkstoff verwendet, der nach dem Formprozeß noch elastisch verformbar ist.

Das Einbringen des polymeren Werkstoffes erfolgt über einen oder über mehrere Angußkanäle 39.

Außerdem wird die Wandstärke der Schenkel 23, 24 und des Bords 13 möglichst dünn gewählt. Beispielsweise beträgt die Wandstärke bevorzugt etwa 0,2 mm bis 1,0 mm, insbesondere etwa 0,3 mm bis 0,5 mm. Die Wandstärke sollte möglichst die Dicke von etwa 1 mm nicht überschreiten.

Besonders geeignete Werkstoffe sind thermoplastisch verarbeitbare flüssigkristalline Polymere oder deren Mischungen mit anderen amorphen oder teilkristallinen Kunststoffen. Eingesetzt werden können beispielsweise flüssigkristalline Kunststoffe auf der Basis von Polyester oder bei Verwendung von Mischungen Polyamide, Polyetherimide, Polyethersulfone oder Polyetherketone.

Diese Polymere ermöglichen aufgrund ihrer sehr hohen Festigkeitswerte, daß bei ausreichender Festigkeit der herzustellenden Wälzlagerkäfige diese mit einer außergewöhnlich dünnen Wandstärke hergestellt werden können.

Die Herstellung eines Wälzlagerkäfigs gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt derart, daß nach dem Schließen des Werkzeugs 1 die Formhohlräume 18, 19, 20 durch einen Spritz-, Preß- oder Gießprozeß in an sich bekannter Weise mit dem vorgesehenen polymeren Werkstoff gefüllt werden. Nach der Polymerisation dieses polymeren Werkstoffes werden die Buchsen 9, 10 ausgefahren und die Schenkel des Wälzlagerkäfigs 14 freigestellt. Anschließend wird der Wälzlagerkäfig 14 pneumatisch oder mechanisch, beispielsweise durch einen geeigneten Auswerfer, aus dem Hohlraum 7 herausgedrückt. Dabei werden die Schenkel 23, 24 durch die Erhöhungen 16 bzw. 17 am Innen- und Außenformteil 2, 4 elastisch nach innen ausgelenkt und nach Überwindung der Haltekraft der Erhöhungen 16, 17 der Wälzlagerkäfig 14 aus dem Werkzeug 1 durch einen geeigneten Auswerfer oder auch pneumatisch ausgestoßen. Nach Überwindung der Erhöhungen 16, 17 federn die Schenkel 23, 24 durch die Rückfederungseigenschaften des eingesetzten Polymers in die während des Formprozesses gebildete Lage zurück.

Um den Entformungsprozeß zu gewährleisten oder zu erleichtern, sind bevorzugt wenigstens die Anlauf- Stirnflächen 29 bzw. 30 der Erhöhungen 16 und 17 in Anlaufrichtung ansteigend abgeschrägt, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Im Werkzeug 1 sind mehrere Angußkanäle vorgesehen, die vorzugsweise im Innen- und Außenformteil 2, 4 eingebracht sind und in die Steg- und/oder Bord-Formhohlräume 18, 19 münden.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Taschenformteil 11 als umlaufender zylindrischer Ring ausgebildet sein, so daß ein an einer Bordseite einseitig offener Wälzlagerkäfigring oder ein Wälzlagerkäfig mit Taschen 38 in Form einer Ringnut entsteht. Es können jedoch auch je Führungsaussparung 21 und 22 separate Taschen gebildet und die Taschenformteile 11 als einzelne Zungen ausgebildet werden. Der oder die Taschenformteile 11 werden hierbei in Richtung des in Fig. 3 dargestellten Pfeiles 31 herausgezogen.

Gemäß einer anderen, in Fig. 4 als Abwicklung dargestellten Ausgestaltung der Erfindung können an beiden Buchsen 9, 10 separate Taschenformteile 11.1 bzw. 11.2 umlaufend abwechselnd auf beiden Bordseiten 32, 33 des Wälzlagerkäfigs 14 angeordnet werden. Dadurch entsteht ein Wälzlagerkäfig 14 mit abwechselnd auf einer Bordseite 32, 33 offenen Taschen 38 und mit zwischen den Taschenöffnungen 34 verbleibenden Bordabschnitten 35. Die Entformung der Buchsen 9, 10 erfolgt in Richtung der Pfeile 36 bzw. 37. Beim Entformen werden hierbei auch die Bordabschnitte 35 elastisch zusammengedrückt. Diese federn nach dem Entformen ebenfalls durch die Rückfederungseigenschaften des verwendeten Polymers in die ursprünglich geformte Gestalt zurück.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel grenzen die Taschenformteile 11.1 und 11.2 der Buchsen 9, 10 bei geschlossenem Werkzeug unmittelbar aneinander, so daß zwischen den Taschen keine Trennstege gebildet werden, welche die Schmierverhältnisse behindern würden. Sollten aus Fertigungsgründen geschlossene Trennstege oder nicht geschlossene stegähnliche Versteifungsrippen erforderlich sein, dann ist jeweils zwischen den benachbarten Taschenformteilen 11.1 und 11.2 ein deren Wandstärke formender Spalt vorzusehen.

Gemäß einer in der Fig. 5 dargestellten Weiterbildung der Erfindung kann der jeweils zu bildende Bord 13 derart ausgebildet sein, daß er in radialer Richtung des Doppelpfeiles P federnd verformbar ist. Hierzu kann der jeweilige Bord wellenförmig, schlangenlinienförmig, zickzackförmig, mäanderförmig oder dgl. ausgebildet sein.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das zugehörige Werkzeug können Wälzlagerkäfige der beschriebenen Art oder auch andersartige Wälzlagerkäfige außergewöhnlich wirtschaftlich hergestellt werden. Außerdem erhält man wegen der dünnen Wandstärke relativ große, als Reservoir für Schmiermittel dienende Hohlräume bzw. Taschen, wodurch die Schmiermittelversorgung gegenüber bekannten Lösungen wesentlich verbessert ist. Das für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz gelangende Werkzeug ist rationell herstellbar und weist eine hohe Standzeit auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs aus polymeren Werkstoffen nach dem Gieß-, Preß- oder Spritz verfahren, mit stirnseitigen Borden, die durch Stege miteinander verbunden sind, die gemeinsam mit den Borden Führungsaussparungen für die Wälzkörper bilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenformteil (2) mit zylindrischer Außenfläche (3), dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Wälzlagerkäfigs (14) und ein Außenformteil (4) mit zylindrischer Innenfläche (6), dessen Durchmesser dem Außendurchmesser des Wälzlagerkäfigs (14) entspricht, verwendet wird, daß in den Hohlraum (7) zwischen Innen- und Außenformteil (2, 4) von jeder Bordseite (32, 33) je eine Buchse (9, 10) derart axial eingeschoben wird, daß Form hohlräume (18, 19, 20) für die Wandung eines Wälzlagerkäfigs (14) mit möglichst dünner Wandstärke, bevorzugt im Bereich von etwa 0,2 mm bis 1,0 mm, und mit im Querschnitt in axialer Richtung verlaufender U-Form entstehen, deren Schenkel (23, 24) durch die Stege (25) gebildet sind, indem durch die Buchsen (9, 10) eine oder mehrere stirnseitig offene Tasche(n) (38), die Stege (25) und Führungsaussparungen (21, 22) durch sowohl am Innenformteil (2) als auch am Außenform teil (4) vorhandene, bis an das oder die Taschenformteile (11; 11.1, 11.2) der Buchse(n) (9 und/oder 10) reichende Erhöhungen (16 bzw. 17) gebildet werden, daß als Material für den Wälzlagerkäfig (14) ein polymerer Werkstoff verwendet wird und daß nach dem Formprozeß und dem Öffnen der Form durch axiales Herausziehen der Buchsen (9, 10) der Wälzlager käfig (14) unter Überwindung der Erhöhungen (16, 17) durch elastische Verformung zumindest der U-Schenkel (23, 24) einseitig aus dem geöffneten Formwerkzeug (1) entfernt wird, wobei er anschließend durch seine Rückfederungseigenschaften wieder seine während des Formprozesses gebildete Form ein nimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß selbst- oder eigenverstärkende Kunststoffe und zwar thermoplastische flüssigkristalline Polymere oder deren Mischungen mit amorphen oder teilkristallinen Kunststoffen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß lediglich nach einer Seite offene Taschen (38) gebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (38) durch eine einseitig zugängliche, umlaufende Nut gebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß abwechselnd nach der einen Bordseite (32) und anschließend nach der anderen Bordseite (33) offene Taschen (38) gebildet werden.

6. Werkzeug zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs aus polymeren Werkstoffen unter Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmalskombination:

- ein Innenformteil (2) mit einer dem Innendurchmesser des herzustellenden Wälzlagerkäfigs (14) ent sprechenden zylindrischen Außenfläche (3);
- ein Außenformteil (4) mit einer dem Außendurchmesser des herzustellenden Wälzlagerkäfigs (14) entsprechen den zylindrischen Innenfläche (6);
- zwei jeweils von einer Bordseite (32, 33) aus in den zwischen dem Innenformteil (2) und dem Außenformteil (4) gebildeten ringförmig-zylindrischen Hohlraum (7) axial ein- und ausfahrbaren Buchsen (9, 10);
- mindestens ein an wenigstens einer Buchse (9 und/oder 10) vorgesehenes Taschenformteil (11; 11.1,11.2), dessen bzw. deren Dicke (12) kleiner ist als die lichte Weite (5) des Hohlraums (7);
- das oder die Taschenformteil(e) (11; 11.1, 11.2) bildet bzw. bilden mit dem Innen- bzw. Außenformteil (2, 4) jeweils zum Hohlraum (7) konzentrische Steg- Formhohlräume (18, 19, 20) mit der lichten Weite der Wandstärke des Wälzlagerkäfigs (14);
- das oder die Taschenformteil(e) (11, 11.1, 11.2) der einen Buchse (9 bzw. 10) verbleibt bzw. verbleiben bei geschlossenem Werkzeug (1) im Abstand von der je weils anderen Buchse (10 bzw. 9) und bilden einen die Steg-Formhohlräume (19, 20) miteinander verbindenden Bord-Formhohlraum (18);
- an der Außenwand (3) des Innenformteils (2) und an der Innenwand (6) des Außenformteils (4) vorgesehene Führungsaussparungen für Wälzkörper bildende Er höhungen (16, 17), die bis an das oder an die Taschenformteil(e) (11; 11.1, 11.2) reichen;
- wenigstens eine Buchse (9 und/oder 10) ist aus dem Hohlraum (7) herausziehbar und der hergestellte Wälz lagerkäfig (14) nach dieser Seite (32 bzw. 33) ohne Lageveränderung des Innen- und Außenformteils (2, 4) pneumatisch oder mechanisch ausstoßbar.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Innen- als auch das Außenformteil (2, 4) in die Steg-und/oder Bord-Formhohlräume (18, 19, 20) mündende Anguß kanäle (39) aufweisen.

8. Werkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest die Anlauf-Stirnflächen (29, 30) der Erhöhungen (16, 17) in der beim Entformen vorhandenen Anlauf richtung ansteigend abgeschrägt sind.