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Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für ein Kegelrollenlager.
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Ein Kegelrollenlager umfasst, wie in 1 gezeigt, einen inneren Ring 2 mit einem großen Flansch 1a und einem kleinen Flansch 1b an beiden Seiten einer konischen Laufbahn, einen äußeren Ring 3 mit einer konischen Laufbahn, eine Vielzahl kegeliger Rollen 4, die zwischen den Laufbahnen der inneren und äußeren Ringe 2 und 3 abwälzbar montiert sind, und einen Käfig 6 zum Festhalten der kegeligen Rollen 4 in Taschen 5 mit gleichen Umfangsintervallen.
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Die Weite jeder Tasche 5 ist enger als der Durchmesser der kegeligen Rollen 4, so dass die Rollen nicht zu der Außendurchmesserseite des Käfigs frei kommen. Wie in 9 gezeigt, in welcher der Käfig 6 von seiner Innendurchmesserseite zu sehen ist, sind die in Umfangsrichtung gesehenen Endflächen 13 an beiden Seiten jeder Tasche 5, die mit der konischen Oberfläche der kegeligen Rolle 4 in Kontakt sind, schräg, derart, dass sie wie jede der kegeligen Rollen 4 zu deren großdurchmessriger Seite divergieren.
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Gewöhnlich werden solche durch Pressen von Stahlplatten gebildete Käfige 6 verwendet. Das heißt, zunächst wird eine Stahlplatte einem Ziehvorgang und einem Stanzvorgang unterworfen, um einen Rohling eines konischen, ringförmigen Käfigs 6 zu bilden, der in Umfangsrichtung angeordnete Taschen 5 hat. Dann, und wie in den 2A und 2B gezeigt, werden die Taschen 5 in Umfangsrichtung separierende Stege 7 geformt, und zwar durch vereinzeltes Boden-Umformen mittels eines Dorns 8 und einer Form 9 mit einem trapezförmigen Querschnitt in eine einwärts trapezförmige Gestalt.
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Wie in 1 gezeigt, und da der große Flansch 1a und der kleine Flansch 1b an beiden Seiten der Laufbahn des inneren Ringes 2 vorgesehen sind, und falls der Käfig 6 nur durch eine Boden-Umformung (bottoming) bearbeitet ist, ist es unmöglich, die kegeligen Rollen 4 von der inneren Durchmesserseite des Käfigs in die Taschen 5 einzusetzen.
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Deshalb, und wie in 4 gezeigt, wird der Durchmesser der kleindurchmessrigen Seite des konischen, ringförmigen Käfigs 6 mittels eines expandierenden Dornes 11 vergrößert. Danach, wie in 5 gezeigt, wird ein Kegelrollenlager, in welches die kegeligen Rollen 6 in die kegeligen Taschen 5 von der kleindurchmessrigen Seite des Käfigs 6 her eingesetzt sind, dessen Durchmesser vergrößert worden ist, und um diese mit dem inneren Ring 2 zu integrieren, in eine Pressform 12 eingesetzt und wird der Käfig 6 verpresst, so dass die kegeligen Rollen 4 nicht mehr freikommen können.
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Bei einem solchen konventionellen Kegelrollenlager, und wenn der Durchmesser des Käfigs an der kleindurchmessrigen Seite vergrößert oder expandiert wird, können dann die umfänglichen Endflächen in den Vertiefungen an der kleindurchmessrigen Seite der Tasche einwärts vorstehen. Wie in 9 gezeigt können diese vorstehenden Bereiche, sogar nach dem Verpressen, bleiben, so dass die Vertiefungswände an der kleindurchmessrigen Seite der Taschen 5 gegenüber dem Referenztrapez, das durch gestrichelte Linien in der Figur gezeigt ist, nach einwärts vorspringen. Eine solche Deformation der Vertiefungen der Taschen pflegt besonders bei Käfigen aufzutreten, welche eine starke Plattendicke oder eine große Stegweite haben.
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Falls eine solche Deformation der Vertiefungen der Taschen auftritt, und wenn das Kegelrollenlager an einer Einsatzstelle verwendet wird, an der starke Vibrationen auftreten oder bei der der dn-Wert hoch ist, dann kontaktieren die kegeligen Rollen die Vertiefungen des Käfigs während der Rotation des Lagers nur lokal. Der Käfig neigt deshalb dazu, verschlissen zu werden. Durch den Verschleiß generiertes Pulver des Käfigmaterials bewirkt auch eine frühzeitige Verschlechterung des schmierenden Öls für das Lager. Der dn-wert ist das Produkt des Wälzkreisdurchmessers d (mm) der Wälzelemente und der Umdrehungen n (rpm) des Lagers. Falls die Einwärtsversetzung der Vertiefungen groß ist, kann sich an den kegeligen Rollen sogar eine Verschmierung entwickeln.
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Durch Vorsehen einer Anordnung, in welcher der kleine Flansch des inneren Rings ein separates Glied ist, ist es möglich, die Schritte der Boden-Umformung und des Verpressens wegzulassen, so dass eine solche Deformation der Vertiefungen der Taschen nicht auftritt. Es ist dann jedoch nicht nur notwendig, den kleinen Flansch separat herzustellen, sondern es ist auch hohe Präzision erforderlich, um den Bereich zu bearbeiten, in welchen der kleine Flansch eingepasst wird, um es nimmt auch die Anzahl der Zusammenbauschritte zu, was letztendlich die Herstellungskosten des Lagers erhöht.
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Weiterhin sind ein Kegelrollenlager
1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung aus
US 4,700,443 A bekannt. Dieser Stand der Technik bezieht sich im Besonderen auf ein Verfahren zum Zusammenbauen eines inneren Rings für ein Wälzlager mit einem ringförmigen Käfig, dessen Öffnungen Wälzelemente enthalten. Das aus diesem Stand der Technik bekannte Wälzlager weist auch an beiden Seiten einer konischen Laufbahn Flansche auf. Die Tasche der Vorrichtung, die aus diesem Stand der Technik bekannt ist, enthält jedoch keinen Kegel, der sich so verjüngt, dass er zu der äußeren Durchmesserseite divergiert.
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Ein Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für ein Kegelrollenlager bereitzustellen, dessen Käfig im Gebrauch nicht verschleißt, selbst wenn zuvor an dem Käfig die Bearbeitungsschritte einer Boden-Umformung und einer Verpressung ausgeführt worden sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dieses Ziel wird durch ein Herstellungsverfahren für ein Kegelrollenlager erreicht, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
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Das heißt, da die umfänglichen Endflächen an beiden Seiten der Taschen des Käfigs kronenförmig ausgebildet sind, d. h., eine wie in Patentanspruch 1 definierte Gestalt haben, werden die kegeligen Rollen mit den Kronenbereichen der umfänglichen Endflächen an beiden Seiten in Kontakt gebracht, um einen lokalen Kontakt mit den Vertiefungen und dadurch einen Verschleiß des Käfigs zu vermeiden, und zwar selbst dann, wenn in den Vertiefungen der Taschen während der Schritte der expandierenden Boden-Umformung und der Verpressung eine Deformation auftritt.
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Da die axiale Länge der wegen der Kronenbereiche vorstehenden Abschnitte 40% oder mehr der gesamten Länge der umfänglichen Endflächen beträgt, führen die umfänglichen Endflächen die kegeligen Rollen stabil, so dass eine Schrägstellung der kegeligen Rollen minimiert werden kann, wenn das Lager rotiert.
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Andere Merkmale und Gegenstände der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen angefertigt ist, in denen:
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Kegelrollenlagers;
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2A ist eine vertikale Schnittansicht, die Werkzeuge zum Formen von Stegen des Käfigs von 1 durch Pressen zeigt;
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2B ist eine Schnittseitenansicht von 2A;
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3 ist eine Schnittansicht, die ein Längsprofil der Seitenwand der in 2A gezeigten Form verdeutlicht;
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4 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Umform-Schritt der Bodenexpandierung des in 1 gezeigten Käfigs illustriert;
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5 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Verpressschritt des Käfigs von 1 darstellt;
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6 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die Tasche des Käfigs von 1;
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7 ist ein Diagramm, das Messresultate von axialen Profilen von umfänglichen Endflächen an beiden Seiten der Tasche von 6 zeigt, und zwar vor den Schritten der Bodenexpandierung und der Verpressung;
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8 zeigt ein ähnliches Diagramm wie in 7, jedoch nach den Schritten der Bodenexpandierung und der Verpressung; und
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9 ist eine vergrößerte Draufsicht, die eine Tasche des Käfigs eines konventionellen Kegelrollenlagers zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugen Ausführungsform
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst dieses Kegelrollenlager grundsätzlich einen inneren Ring 2 mit einer konischen Laufbahn, der mit einem großen Flansch 1a und einem kleinen Flansch 1b an beiden Seiten der konischen Laufbahn geformt ist, einen äußeren Ring 3 mit einer konischen Laufbahn, eine Vielzahl kegeliger Rollen 4, die zwischen den Laufbahnen des inneren Rings 2 und des äußeren Rings 3 abwälzbar montiert sind, und einen mit Taschen 5 ausgebildeten Käfig 6 zum Festhalten der kegeligen Rollen 4 mit Intervallen in Umfangsrichtung in den Taschen 5.
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Der Käfig 6 ist durch Pressen einer Stahlplatte geformt. Zunächst wird die Stahlplatte einem Ziehprozess unterworfen, und gestanzt, um einen Rohling eines konischen, ringförmigen Käfigs 6 zu bilden, der mit in Umfangsrichtung angeordneten Taschen 5 ausgebildet ist. Dann werden, wie in den 2A und 2B gezeigt, Stege 7 geformt, die in Umfangsrichtung eine Tasche 5 von der anderen separieren, und zwar Boden-Umformen (bottoming) einer Vertiefung jeder Tasche nach der anderen jeweils in eine einwärts orientierte trapezförmige Gestalt mittels eines Dorns 8 und einer Form 9 mit einem trapezförmigen Querschnitt. Der Ausdruck ”Boden-Umformen” bedeutet das Aufbringen eines Drucks an dem Hubende während eines Pressvorgangs, um eine gewünschte Gestalt zu erzielen.
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Wie in 3 gezeigt, haben beide Seitenwände 10 der Form 9, die den trapezförmigen Querschnitt der Form 9 definieren, eine in der Mitte tiefere Gestalt entlang einer Längsrichtung, in welcher die Stege 7 durch das Boden-Umformen gebildet werden. Die Länge Lc des mittleren tieferen Abschnitts beträgt 40% oder mehr der Gesamtlänge L der Seitenwände 10.
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In Hinblick auf die Deformation der Vertiefungen der Taschen während der späteren Schritte der Bodenexpandierung und des Verpressens beträgt seine Höhe Hc, vorzugsweise, 0,05 mm oder mehr.
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Nach der Formbearbeitung durch die Boden-Umformung wird die Boden- oder Kleindurchmesserseite des Käfigs 6 mittels eines expandierenden Dornes 11, wie in 4 gezeigt, expandiert. Weiterhin, wie in 5 gezeigt, werden die kegeligen Rollen 4 von der Kleindurchmesserseite in die jeweiligen Taschen 5 eingesetzt, die expandiert worden sind, und wird dann der Käfig 6 durch eine Verpressform 12 verpresst, so dass die kegeligen Rollen 4 nicht mehr freikommen.
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6 zeigt eine vergrößerte Ansicht jeder Tasche 5 des Käfigs 6 nach den Schritten der Bodenexpandierung und des Verpressens. Da durch Transferieren der in der Mitte tieferen Gestalt der Seitenwände 10 der Form 9 die umfänglichen Endflächen 13 an beiden Seiten der Tasche 5, d. h., beide Endflächen der Stege 7, in der axialen Richtung in eine Kronengestalt verformt sind, stehen die Vertiefungen über die Außenseiten des Referenztrapezes vor, das in 6 durch gestrichelte Linien gezeigt ist, selbst dann, wenn während der Schritte der Bodenexpandierung und des Verpressens an der kleindurchmessrigen Seite der Tasche 5 eine Deformation in Vertiefung auf.
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Die 7 und 8 zeigen die Resultate von Messungen, in welchen die Axialprofile der umfänglichen Endflächen 13 an beiden Seiten der Tasche 5 vor und nach den Schritten der Bodenexpandierung und des Verpressens durch eine Gestaltmessmaschine ermittelt worden sind.
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Wie in 7 gezeigt, haben die umfänglichen Endflächen 13 vor den Schritten der Bodenexpandierung und der Verpressung an beiden Seiten eine Kronengestalt, und zwar durch Transferieren der in der Mitte tieferen Gestalt der Form 9. Nach den Schritten der Bodenexpandierung und der Verpressung, wie in 8 gezeigt, ist die Gestalt der umfänglichen Endflächen 13 eine solche, dass die Vorsprünge in den Vertiefungen an der kleindurchmessrigen Seite der Tasche 5 verbleiben, und das Ausmaß des Konkavseins der Vertiefungen der Tasche 5 kleiner ist als vor den Schritten der Bodenexpandierung und des Verpressens, wie in 7 gezeigt. Jedoch bleibt die Länge des Kronenbereichs einer jeden umfänglichen Endfläche 13 bei 40% oder mehr der gesamten axialen Länge.
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In diesem Kegelrollenlager kontaktieren die in den jeweiligen Taschen 5 des Käfigs 6 gehaltenen kegeligen Rollen 4 zuverlässig die Kronenbereiche der umfänglichen Endflächen 13 an beiden Seiten in einem langen Bereich, so dass als Folge keines nur lokalen Kontakts mit den Vertiefungen der Taschen 5 nur wenig Verschleiß auftritt.
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In dem Kegelrollenlager haben also die umfänglichen Endflächen an beiden Seiten der Tasche des Käfigs eine Kronengestalt, so dass die kegeligen Rollen die umfänglichen Endflächen auf beiden Seiten an ihren Kronenbereichen kontaktieren, selbst dann, wenn während der Schritte der Bodenexpandierung und der Verpressung in den Vertiefungen der Taschen eine Deformation auftritt. Demzufolge können die kegeligen Rollen die Vertiefungen der Taschen kaum nur lokal kontaktieren. Dies vermeidet einen exzessiven Verschleiß des Käfigs und eine Verschlechterung des schmierenden Öls als Folge von durch den Verschleiß generiertem Pulver.
