DE7407839U

DE7407839U - Wälzlager aus Kunststoff

Info

Publication number: DE7407839U
Application number: DE7407839*[U
Authority: DE
Original assignee: Deutsche Star Kugelhalter GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Publication date: 1975-07-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenlaufring und einem Aussenlaufring, beide aus Kunststoff gefertigt, und mit einer Reihe von in den Laufflächen der beiden Laufringe laufenden Wälzkörpern.

Wälzlager aus Kunststoff sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, so z.B. aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 7 142 627.

Bei der Herstellung derartiger Wälzlager geht man im allgemeinen so vor, daß die Laufringe zunächst ohne Laufflächen gegossen, gespritzt oder gepreßt werden und daß danach mit spanabhebenden Werkzeugen die Laufflächen für die Wälzkörper in den Laufringen ausgebildet werden. Diese Art der Herstellung ist zeitraubend und umständlich und erfordert einen erheblichen Aufwand, damit die Laufflächen von Innen- und Aussenlaufring eines Wälzlagers innerhalb der gewünschten Toleranzen konzentrisch sind.

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Es ist zwar grundsätzlich möglich, für die Herstellung der -""" Laufringe unter gleichzeitiger Ausbildung der Laufflächen ein Formwerkzeug zu verwenden, das längs eines die Lagerachse enthaltenden Schnittes in zwei Hälften zerlegbar ist, so daß ein Entformen des Werkzeuges möglich ist. Dabei ergeben sich aber zwangsläufig Gußnähte auf den Laufflächen, die dann wieder entfernt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Laufringe so auszubilden, daß sie ohne großen zeitlichen und materiellen Aufwand hergestellt werden können und eine höhere Laufruhe des montierten Wälzlagers gewährleisten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens einer der Laufringe unter gleichzeitiger Bildung seiner Lauffläche aus Kunststoff einstückig gespritzt, gegossen oder gepreßt ist und - in einem die Lagerachse enthaltenden Schnitt betrachtet - an seine Lauffläche anschließend einen beim Entformen des die Laufflächen bildenden Werkzeugteils in radialer und axialer Richtung ausweichenden Wulst besitzt. Damit der Wulst in axialer Richtung ausweichen kann, muß für das zu verdrängende Material Platz geschaffen werden. Das kann beispielsweise so geschehen, daß sich an den Wulst über je eine stetige Ubergangskrümmung eine Zylinderfläche anschließt, welche im Falle des Innenlaufrings in radialer Richtung nach innen und im Falle des Aussenlaufrings in radialer Richtung nach aussen gegenüber dem jeweiligen Wulstkamm versetzt ist. Das Maß der Versetzung entspricht dabei zweckmäßigerweise annähernd dem Maß der radialen Versetzung zwischen dem Wulstkamm und dem Laufflächengrund,bzw. ist etwas größer, so daß das die Lauffläche bildende Werkzeug passieren kann.

Die Zylinderflächen erstrecken sich nicht notwendigerweise in axialer Richtung bis zum Rand der Laufringe. Die Zylinderflächen können jeweils in eine sich bis zum Rand der Laufringe erstreckende Konusfläche übergehen, die beim Innenläufring nach radial innen und axial außen und beim Außenlaufring nach radial und axial außen verläuft.

Die Form des Wulstes wird sich im wesentlichen nach der gewünschten Belastbarkeit des Wälzlagers und der Elastizität des verwendeten Kunststoffes richten. In einer bevorzugten Ausführung beträgt das radiale Versetzungsmaß zwischen dem Laufflächengrund und dem Wulstkamm ca. 15 bis ca. 30 %, vorzugsweise ca. 20 %,des Krümmungsradius der Laufflächen. Ferner kann der Krümmungsradius des Wulstes ca. 15 bis ca. 30 %, vorzugsweise ca. 25 %, sowie der Krümmungsradius der Übergangskrümmung zwischen dem Wulst und der Zylinderfläche ca. 10 bis ca. 25 %, vorzugsweise ca. 20 %, des Krümmungsradius der Lauffläche betragen. Der Wulst soll gerade so breit sein, daß er sich beim Entformen des Werkzeuges in axialer Richtung deformieren läßt, daß er auf der anderen Seite aber den zu erwartenden Belastungen unter Betriebsbedingungen standhält. Zur Erfüllung dieser Aufgabe erscheint es bei der oben genannten Ausführung zweckmäßig, wenn der Abstand des Wendepunktes zwischen der Wulstkrümmung und der Übergangskrümmung des zugehörigen axialen Endes der Lauffläche ca. 20 bis ca. 35 %_t vorzugsweise ca. 30 %, des Krümmungsradius der Lauffläche beträgt.

Für die Herstellung beider Laufringe in einem Arbeitsgang ist es vorteilhaft, wenn - in einem die Lagerachse enthaltenden Schnitt betrachtet - die einander zugekehrten Profile der Laufringe auf der Wulstseite der Laufflächen in Bezug auf eine zur Lagerachse parallele, durch die Krümmungsmitte der Laufflächen gehende Symmetrieachse spiegelsymmetrisch sind.

Bei der herkömmlichen Lagermontage ist es erforderlich, zunächst die Laufringe exzentrisch zu verschieben, dann die Kugeln einzufüllen, diese auf den Laufflächen zu verteilen und damit die Lagereinheit herzustellen. Mit Laufringen aus Kunststoff besteht aufgrund der Elastizität des Materials die Möglichkeit, wie auch schon in dem DT-Gbm 7 142 627 aufgezeigt wurde, alle Wälzkörper auf einmal zwischen den Laufringen einzuschließen

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und das Wälzlager auf diese Weise mit einem Handgriff zu montieren. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn - in einem die Lagerachse enthaltenden Schnitt betrachtet - die Laufringe sich in axialer Richtung auf der dem Wulst gegenüberliegenden Seite jeder Lauffläche anschließende Einweisungsflächen für die Wälzkörper aufweisen. Diese Einweisungsflächen können als Konusflächen ausgebildet sein, die mit einer Übergangsrundung in die jeweilige Lauffläche übergehen und im Falle des Innenlaufrings von der Grenze der Lauffläche ab nach radial innen zum axialen Laufringende hin und im Falle des Aussenlaufrings von der Laufflächengrenze ab in radialer Richtung nach aussen zum axialen Laufringende hin verlaufen.

Die Abmessungen richten sich im einzelnen wieder nach der gewünschten Belastbarkeit des Lagers und der Art des verwendeten Kunststoffes. In der oben genannten bevorzugten Ausführung ist beispielsweise die Überangsstelle zwischen den Einweisungsflächen und den Laufflächen um ca. 15 bis ca. 30 %, vorzugsweise 25 % des Krümmungsradius der Laufflächen gegenüber dem Laufflächengrund in radialer Richtung auf den jeweils anderen Laufring hin versetzt. Die radiale Versetzung zwischen dem axial äusseren Ende der Einweisungsflächen und der Übergangsstelle ist in Richtung und Größe zweckmäßigerweise etwa gleich der radialen Versetzung zwischen der Übergangsstelle und dem Laufflächengrund oder gegebenenfalls etwas größer. Der Krümmungsradius der Übergangsrundung an der Übergangsstelle kann ca. 10 bis ca. 20 %_t vorzugsweise ca. 15 %,des Krümmungsradius der Laufflächen betragen.

Um den beim Einpressen der Wälzkörper auf die Laufringe wirkenden Druck gleichmäßig auf beide Laufringe zu verteilen, sind die Einweisungflächen zweckmäßigerweise - in einem die Achse enthaltenden Schnitt betrachtet - spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Symmetrielinie, die parallel zur Lagerachse und durch die Krümmungsmitte der Laufflächen verläuft.

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Als Werkstoffe zur Herstellung der Laufringe eines erfindungsgemäßen Wälzlagers eignen sich besonders die Kunststoffe Polyoxymethylen, Polyamid und Polypropylen.

Mit den gemäß der Erfindung ausgebildeten Laufringen vereinfacht ' sich das Herstellungsverfahren eines Wälzlagers ganz wesentlich. Denn man kann nun so vorgehen, daß man mindestens einen der Laufringe unter gleichzeitiger Bildung der Lauffläche durch Spritzen, Gießen oder Pressen in einem Stück herstellt und daß man bei der Entformung den die Lauffläche bildenden Werkzeugteil unter Deformation des Wulstes über diesen hinweg abzieht. Besonders vorteilhaft ist es, daß man die beiden Laufringe gleichzeitig in einer Form in ihrer relativen Arbeitsstellung zueinander herstellen kann. Dadurch erhält man genau konzentri&che Laufflächen und damit eine höhere Laufruhe und eine größere Lebensdauer des Wälzlagers. Eine Nachbearbeitung der Laufflächen ist nicht notwendig, da man die Laufringe unter Verwendung eines laufflächenbildenden Werkzeugteiles herstellen kann, welches sich über den ganzen laufflächenformenden Teil erstreckt. Beispielsweise kann man sich zur Formung der einander zugekehrten Flächen der Laufringe zweier Werkzeugteile bedienen, die an der vom Wulst abgelegenen Grenze der Lauffläche zusammenstoßen. Es kann also auf der Lauffläche keine Gußnaht entstehen, die den Lauf der Wälzkörper stören könnte.

Das Wälzlager wird dann montiert, indem man die beiden konzentrischen Laufringe über einen kompletten Satz von Wälzkörpern drückt.

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Die beiliegenden Zeichnungen erläutern die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele. Es stellen dar:

Fig. 1 einen die Lagerachse enthaltenden Schnitt durch eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Wälzlagers,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß dem in Fig. 1 durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers,

Fig. 3 einen Schnitt nach Fig. 1 mit zwischen den Laufringen eingeschlossenen Werkzeugteilen.

In Fig. 1 erkennt man einen Teil eines Wälzlagers 10, speziell eines Ringrillenlagers, mit einem Innenlaufring 12 und einem Aussenlaufring 14. Die Laufringe 12 und 14 schließen Kugeln zwischen sich ein, welche die Laufringe 12 und 14 an den Laufflächen 18, 20 berühren« Die einander zugekehrten Flächen der Laufringe 12, 14 sind bezüglich einer achsparallelen, durch den Krümmungsmittelpunkt der Lauffläche (bzw. Kugelmittelpunkt) verlaufenden Symmetrielinie spiegelsymmetrisch ausgebildet.

An einem axialen Ende sind die Laufflächen 18, 20 Jeweils von einem Wulst 22, 24 begrenzt. Diese sind dadurch gebildet, daß jeweils ein Randbereich der einander zugekehrten Flächen der Laufringe 12, 14 als eine sich an den Wulst 22, 24 anschließende Zylinderfläche 26, 28 ausgebildet ist, die beim Innenlaufring nach radial innen und beim Aussenlaufring 14 nach radial aussen gegenüber dem Wulstkamm versetzt ist. Der radiale Abstand zwischen den Zylinderflächen 26, 28 und dem jeweils zugehörigen Wulstkamm is gleich oder etwas größer als der radiale Abstand zwischen dem Wulstkamm und dem Laufflächengrund. D.h. der radiale Abstand der Zylinderflächen 26, 28 voneinander ist etwas größer als der Durchmesser der Kugel 16.

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Der Krümmungsradius r^ der Wulstkrümaiung beträgt ca. 25 %_t der Krümmungsradius r₂ der Übergangskrümmung zwischen dem jeweiligen Wulst 22, 24 und der zugehörigen Zylinderflache 26, ca. 20 % des Krümmungsradius r, der Laufflächen 18_P 20.

Der axiale Abstand d der Wendepunkte zwischen der Wulstkrümmung und der Übergangskrümmung von der Laufflächengrenze beträgt ca, 30 % des Krümmungsradius r,. An das dem jeweiligen Wulst 22, 24 gegenüberliegende axiale Ende der Laufflächen 18, 20 schließt sich jeweils eine Konusfläche 30, 32 an, die sich jeweils bis zum axialen Rand der Laufringe 12, 14 erstreckt. Die Konusflächen 30, 32 sind mit den Laufflächen 18, 20 durch Übergangskrümmungen verbunden, deren Krümmungsradius r^ ca. 15 % des Krümmungsradius ^s r-, beträgt.

Der radiale Abstand dieser Überangsstellen von der Lagerachse ist etwa gleich dem des jeweiligen Wulstkammes. Von der Übergangsstelle aus erstreckt sich die Konusfläche 30 nach radial innen und zum axialen Rand des Innenlaufringes 12,die Konusfläche 32 nach radial aussen und zum axialen Rand des Aussenlaufringes 14, so daß die Konusflächen 30, 32 an den axialen Rändern der Laufringe 12, 14 etwa den gleichen radialen Abstand von der Lagerachse haben wie die Zylinderflächen 26, 28. Die Konusflächen 30, dienen als Einweisungsflächen beim Eindrücken der Kugeln 16 zwischen die Laufringe 12, 14.

Während die Ausführung in Fig. 1 hauptsächlich für kleinere Lager gedacht ist, zeigt Fig. 2 eine Ausführung, die für größere Wälzlager geeignet ist. In Fig> 2 sind gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In dieser Ausführung erstrecken sich die Zylinderflächen 26, 28 nicht bis zum axialen Rand der Laufringe 12, 14, sondern gehen vorher in Konusflächen 34, 36 über, so daß sich der Abstand zwischen den Laufringen 12, 14, der zwischen den Zylinderflächen 26, 28 etwa gleich dem Durchmesser der eingeschlossenen Kugeln 16 ist, etwas ver-

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größert. Die relativen Maße sind im übrigen in etwa die / ( <y gleichen wie in der Ausführung nach Fig. 1.

In Fig. 3 ist anstelle der

zwischen den Laufringen 12, 14 eingeschlossenen Kugeln 16 ein Teil der die einander zugekehrten Flächen der Laufringe bildenden Werkzeugteile dargestellt. Ein Formring 38 dient zum Ausbilden der Laufflächen 18, 20, der Wulste 22, 24 und der Zylinder.flächen 26, 28. Von einem Konusring 40 werden die Konusflächen 30, 32 gebildet. Die beiden Ringe 38 und 40 stoßen an der Nabtfläche 42 zusammen, die an den dem jeweiligen Wulst 22, 24 abgewandten axialen Enden der Laufflächen 18, 20 liegt.

Nach dem Gießen oder Spritzen der Laufringe 12, 14 (auf die Darstellung der weiteren Werkzeugteile wurde verzichtet) wird der Konusring 40 in Richtung des Pfeiles A herausgezogen. Der Formring 38 wird in Richtung des Pfeiles B abgezogen, wobei der die Laufflächen 18, 20 ausbildende, torusförmige Teil des Formringes 38 die Wulste 22, 24 in Abzugsrichtung deformiert und das die Wulste 22, 24 bildende Material kurzzeitig in die Bereiche der Zylinderflächen 26, 28 verdrängt. Nach dem Entformen nehmen die Wulste 22, 24 wieder ihre ursprüngliche Lage ein. Durch dieses Verfahren erhält man Laufringe 12, 14 mit streng konzentrischen Laufflächen 18, 20.

In ihrer konzentrischen Arbeitslage werden die Laufringe in Richtung des Pfeiles A auf einen Satz von Kugeln gedrückt, die über die als Einweisungsflächen dienende Konusfläche 30, in die von den Laufflächen 18, 20 gebildete Kugellaufbahn gelangen. Der Anstiegswinkel der Konusflächen 30, 32 bezüglich der Lag- ichse ist flach genug und das Material der Laufringe 12, 14 elastisch genug, um die Kugeln 16 in Richtung des Pfeiles B passieren zu lassen.

Da die erfindungsgemäßen Wälzlager hauptsächlich für radiale Belastungen gedacht sind, besteht keine Gefahr, daß die Kugeln 16 über die Wulste 22, 24 aus dem Wälzlager springen. Im übrigen

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läßt sich durch einfache Maßnahmen eine abermalige Deformation der Wulste 22, 24 beim Gebrauch der Wälzlager verhindern, so daß diese auch axiale Belastungen, wie beispielsweise Stöße, in begrenztem Umfang aufnehmen können.

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Claims

Patentansprüche

Wälzlager mit einem Innenlaufring und einem Aussenlaufring, beide aus Kunststoff gefertigt und mit einer Reihe von in den Laufflächen _t der beiden Laufringe laufenden Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens einer der Laufringe (12, 14) unter gleichzeitiger Bildung seiner Lauffläche (18, 20) aus Kunststoff einstückig gespritzt, gegossen oder gepreßt ist und - in einem die Lagerachse enthaltenden Schnitt betrachtet - an seine Lauffläche (18, 20) anschließend einen beim Entformen des die Laufflächen bildenden Werkzeugteils in radialer und axialer Richtung ausweichenden Wulst (22, 24) besitzt.

Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Wulst (22, 24) über Je eine stetige Übergangskrümmung eine Zylinderfläche (2.6, 28) anschließt, welche im Falle des Innenlaufrings (12) in radialer Richtung nach innen und im Falle des Aussenlaufrings (14) in radialer Richtung nach aussen gegenüber dem jeweiligen Wulstkamm versetzt ist.

Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Versetzung annähernd dem Maß der radialen Versetzung zwischen dem Wulstkamm und dem Laufflächengrund entspricht oder größer ist als letzteres Maß, daß das radiale Versetzungsmaß zwischen dem Laufflächengrund und dem Wulstkamm ca. 15 bis ca. 30 %, vorzugsweise ca. 20 % des Krümmungsradius (r·*) der Laufflächen (18, 20) beträgt, daß der Krümmungsradius (r^) des Wulstes ca. 15 bis ca.30 %, vorzugsweise ca. 25 % des Krümmungsradius (r,) der Lauffläche (18, 20) beträgt, daß der Krümmungsradius (r₂) der Übergangskrümmung zwischen dem Wulst (22, 24) und der Zylinderfläche

(26, 28) ca. 10 bis ca. 25 %, vorzugsweise ca. 20 %,des Krümmungsradius (r,) der Lauffläche beträgt und daß der axiale Abstand (d ) des Wendepunktes zwischen der Wulstkrümmung und der Übergangskrümmung von dem zugehörigen axialen Ende der Lauffläche (18, 20) ca. 20 bis ca. 35 %, vorzugsweise ca. 30 %,aes Krümmungsradius (r,) der Lauffläche (18,20) beträgt.

4. Wälzlager nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß - in einem die Lagerachse enthaltenden f Schnitt betrachtet - Jie einander zugekehrten Profile der

Laufringe (12, 14) auf der Wulstseite der Laufflächen (18, 20)

t in Bezug auf eine zur Lagerachse parallele, durch die Krümmungsmitte der Laufflächen (18, 20) gehende Symmetrieachse spiegelsymmetrisch sind.

■; 5. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

I· gekennzeichnet, daß - in einem die Lagerachse

enthaltenden Schnitt betrachtet - die Laufringe (12, 14)

\ sich in axialer Richtung auf der dem Wulst (22, 24) gegen-

; Uberliegenden Seite Jeder Lauffläche (18, 20) anschließende

Einweisungsflächen für die Wälzkörper aufweisen.

6. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisungsflächen Konusflächen (30, 32) sind, welche mit einer Übergangsrundung in die jeweilige Lauffläche(18, 20) übergehen und im Falle des Innenlaufrings (12) von der Grenze der Lauffläche (18) ab nach radial innen zum axialen Laufringende hin und im Falle des Aussenlaufrings (14) von der Laufflächengrenze ab in radialer Richtung nach

aussen zum axialen Laufringende hin verlaufen.

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7. Wälzlager nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet» daß die Übergangsstelle zwischen den Einweisungsflächen und den Laufflächen (18, 20) um ca. 15 bis 30 %,vorzugsweise 25 %,des Krümmungsradius (r,) der Laufflächen (18, 20) gegenüber dem Laufflächengrund in radialer Richtung auf den jeweils anderen Laufring hin versetzt ist, daß die radiale Versetzung zwischen dem axial äußeren Ende der Einweisungsflächen und der Übergangsstelle in Richtung und Größe etwa gleich der radialen Versetzung zwischen der Übergangsstelle und dem Laufflächengrund oder größer ist und daß der Krümmungsradius (rj der Übergangsrundung an der Übergangsstelle ca. 10 bis ca. 20 %, vorzugsweise ca. 15 %,des Krümmungsradius (r,) der Laufflächen (18, 20) beträgt.

8. Wälzlager nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einweisungsflächen - in einem die Achse enthaltenden Schnitt betrachtet - spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Symmetrielinie sind, welche parallel zur Lagerachse und durch die Krümmungsmitte, der Laufflächen 18,20 verläuft.

9. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Laufringe (12, 14) aus Polyoxymethylen, Polyamid oder Polypropylen besteht.

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