EP4366892A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines wälzlagerkäfigs aus einem hülsenförmigen rohling - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines wälzlagerkäfigs aus einem hülsenförmigen rohling

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Publication number
EP4366892A1
EP4366892A1 EP22728184.7A EP22728184A EP4366892A1 EP 4366892 A1 EP4366892 A1 EP 4366892A1 EP 22728184 A EP22728184 A EP 22728184A EP 4366892 A1 EP4366892 A1 EP 4366892A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blank
wall section
sub
rolling
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22728184.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dennis Hahn
Giovanni SORRENTINO
Christian Schwahlen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hsp Schwahlen GmbH
Original Assignee
Hsp Schwahlen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hsp Schwahlen GmbH filed Critical Hsp Schwahlen GmbH
Publication of EP4366892A1 publication Critical patent/EP4366892A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/10—Making other particular articles parts of bearings; sleeves; valve seats or the like
    • B21D53/12—Making other particular articles parts of bearings; sleeves; valve seats or the like cages for bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/18—Spinning using tools guided to produce the required profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/06—Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/05—Making machine elements cages for bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/54—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal
    • F16C33/542—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal made from sheet metal
    • F16C33/543—Cages for rollers or needles made from wire, strips, or sheet metal made from sheet metal from a single part

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for producing a roller bearing cage from a sleeve-shaped blank.
  • An angular contact roller bearing also referred to below as an angular contact bearing, has an asymmetrical bearing cross-section compared to an ordinary roller bearing. This asymmetrical bearing cross-section is used to absorb forces whose lines of action are not exactly perpendicular to the axis, but diagonally at a certain angle to the axis of rotation.
  • the cage of an angular contact bearing - the so-called.
  • Angular bearings with diameters of more than 1 m are used, for example, as rotor blade bearings in wind turbines.
  • Angular bearing cages with an axial length of, for example, 10 to 30 cm and a diameter of 1 to 2 m and a wall thickness in the range of 5 to 20 mm are conventionally made from a component or semi-finished product with a conical wall section, which is produced by turning or pressing sheet metal .
  • a tube or rolled ring with a square cross-section is used as the starting material.
  • the cross section of the raw material must at least be chosen so that the cross section of the component to be manufactured fits into it.
  • the excess material is removed by machining until the desired component contour is created.
  • a lathe is used as the machining device, in which the raw material is held with a clamping device. By rotating the raw material, the excess material is removed by a fixed turning tool until the desired component contour is created. Since the underside of the raw material and the area of the clamping jaws cannot be reached with the lathe tool, the component has to be re-clamped for finish machining.
  • metal or sheet metal spinning a circular blank cut from sheet metal is used as the starting material.
  • the structure of the processing device is similar to a lathe machine.
  • the component is shaped using a hardened negative mold of the desired shape. door.
  • the material is pressed against the negative mold by a counterholder and then shaped onto the negative in small steps by a pressure roller using manual or hydraulic pressure.
  • Metal or sheet metal spinning is a forming process without material removal.
  • the material used remains largely intact after moulding. By forming the sheet, it is thinned out, whereas the original sheet thickness is retained in the area of the counterholder. The inner diameter and hem must be reworked by machine.
  • the present invention is based on the object of providing a method and a device for producing a roller bearing cage, in particular an angular bearing cage, in order to significantly reduce the manufacturing costs compared to the known solutions, even for small series.
  • the present invention provides the method according to claim 1 and the apparatus according to claim 6.
  • a method disclosed here for producing a component or semi-finished product with a formed wall section from a sleeve-shaped blank comprises the steps:
  • Step A Providing a sleeve-shaped blank extending along an axis.
  • Step B Rolling of a wall section to be formed of the blank while changing the angle of the wall section to be formed to the axis of the blank.
  • the method preferably has the additional step C:
  • Step C Insertion of rolling element mounts in the rolled wall section.
  • the wall section of the blank to be formed is preferably rolled into a cone shape.
  • other geometries can also be produced by rolling the sleeve-shaped blank in the wall section to be formed.
  • an inclined bearing according to the invention arises from this molded component or semi-finished product.
  • the introduction of the rolling element pockets in the rolled wall section is preferably carried out before machining, z. B. by drilling or milling.
  • the blank can be cylindrical or e.g. slightly conical. With small cone angles (up to approx. 5° to the axis), the manufacturing effort in the machining process is comparatively low, since only little material has to be removed.
  • a blank that is already conical can be further processed using the method according to the invention by increasing the cone angle.
  • step A comprises at least one of the following sub-steps, with the sub-steps preferably - but not necessarily - being carried out in the specified order:
  • Sub-step A-1 Production of the metal blank, preferably in the form of a cylinder, preferably by turning the blank from a raw material or by bending and welding a sheet metal strip.
  • a sleeve-shaped blank can be produced particularly easily with these techniques.
  • Substep A-2 Clamping the blank in a clamping device, preferably in the axial direction, preferably between two clamping tools or tool parts, preferably between a hold-down device and an expanding chuck clamped radially against the inner circumference of the blank. This measure enables precise processing of the blank.
  • Substep A-3 Arranging the sleeve-shaped blank so that an axis of the blank is oriented exactly or substantially vertically. With this arrangement or orientation of the blank, influences caused by gravity can be minimized.
  • Sub-step A-4 Rotating the blank about its axis, preferably with the axis aligned vertically, preferably by means of the clamping device according to sub-step A-2. This measure makes it possible to achieve a particularly homogeneous (rotationally symmetrical) machining of the blank.
  • Substep A-5 Reshaping of the blank to produce a radially projecting collar (towards the axis or inward), preferably at an axial end of the blank, preferably at the upper or lower edge of the blank, particularly preferably by flanging the edge inwards , most preferably while rotating the blank about its axis.
  • This collar enables the blank to be clamped axially, and thus enables the wall section to be reshaped to be machined under the action of considerable force.
  • the flanging is preferably done at the bottom of the blank because this bottom edge is easily accessible for processing.
  • the forming preferably takes place with a forming tool that has an inner and an outer forming roller.
  • the term collar denotes a radial projection with respect to the sleeve shape of the blank, on which the blank can be clamped in the axial direction.
  • the collar can be ring-shaped and extend exactly or essentially in a radial plane to the axis.
  • the federal government is preferably formed circumferentially, but can also have interruptions.
  • Sub-step A-6 Releasing the blank from the clamping device according to sub-step A-2. In this way, the blank can be aligned particularly advantageously for the subsequent forming of the wall section to be formed.
  • Substep A-7 Arranging the blank so that an axis of the blank is aligned exactly or substantially vertically, preferably such that the collar created in substep A-5 is at the top of the blank.
  • the wall section of the blank to be formed is particularly easily accessible for the subsequent rolling.
  • Sub-step A-8 Clamping the blank in a clamping device, preferably in the clamping device according to sub-step A-2 and/or in a different arrangement than in sub-step A-2, preferably in the axial direction, particularly preferably between two clamping tools or tool parts , very particularly preferably by clamping the collar produced in sub-step A-5 between a hold-down device and a counter-holder, such as the expanding chuck according to sub-step A-2, the expanding chuck preferably being additionally clamped radially against the inner circumference of the blank.
  • the blank can be well centered and machined will.
  • the use of the same jig as used to produce the collar avoids the use of a second jig and therefore simplifies the construction of a corresponding processing device.
  • step B includes at least one of the following sub-steps, wherein the
  • Sub-steps should preferably - but not necessarily - be carried out in the order given:
  • Sub-step B-1 Attaching a rolling tool to the wall section to be formed of the blank, preferably on the inner circumference and/or on the outer circumference of the wall section to be formed, preferably at the end of the wall section to be formed pointing towards the collar. This measure enables the rolling process in the subsequent processing step.
  • Sub-step B-2 Moving the rolling tool and/or the blank so that the rolling tool rolls on a path on the inner circumference and/or on the outer circumference of the wall section to be formed and thereby the wall section to be formed, reducing its wall thickness and changing its inner circumference and/or its Shaped outer circumference, preferably the web at least partially or completely has the shape of a helix, such as the shape of a cylindrical or conical screw or Spi rale, wherein the width of the web is preferably the same as or greater than the pitch of the helix turns, so that the adjacent windings of the web adjoin or overlap one another, with the web particularly preferably starting at the end of the wall section to be formed pointing to the collar produced in sub-step A-5 and/or running in a direction deviating from the collar produced in sub-step A-5 and/ or at the fret deviating from the fret produced in sub-step A-5 iron end of the wall section to be formed ends.
  • a helix such as the shape of a cylindrical or conical screw or
  • the wall section of the blank to be formed can be rolled particularly gently and evenly.
  • the helical rolling track of the rolling tool allows each area of the wall section to be formed to be processed uniformly and with almost identical rolling pressure, so that an optimal shaping of the wall section to be formed can be achieved. If the pitch of the helical track is smaller than the width of the track or the track left by the rolling tool on the wall section to be formed when rolling, the adjacent turns of the track will overlap. When the pitch of the track is the same as the track width, the adjacent turns of the track are contiguous.
  • Sub-step B-3 lifting (of the rollers or forming rollers) the rolling tool from the wall section of the blank to be formed. This measure makes it possible to repeat the rolling process according to sub-step B-2.
  • Sub-step B-4 Repeat sub-step B-2, preferably sub-steps B-1, B-2 and B-3, until the desired shape of the wall section to be formed is achieved, with the angle of the wall section to be formed to the axis of the blank preferably being according to sub-step B- 2 is changed with each repetition, preferably increased, preferably by an angle in the range from 0.1 to 5°, particularly preferably by an angle in the range from 0.5 to 2°, very particularly preferably by an angle of 1°.
  • sub-step B-2 preferably has to be repeated ten times.
  • Step B is preferably carried out on a roll forming tool (Flexformer).
  • Step C is preferably performed on a different tool.
  • step C includes at least one of the following sub-steps, wherein the
  • Sub-steps should preferably - but not necessarily - be carried out in the order given:
  • Sub-step C-1 Making at least one wall opening in the rolled wall section, preferably one wall opening in each corner area of a rolling element pocket to be formed, preferably with a cutting tool (such as a drilling or milling tool).
  • a cutting tool such as a drilling or milling tool.
  • Substep C-2 Cutting through the rolled wall section to form one of the rolling element pockets along a closed line, preferably at least in sections along a straight line, preferably connecting several wall openings, particularly preferably with a drilling or milling tool.
  • a plate-shaped wall piece with an outer contour corresponding to the inner contour of the rolling element pocket is preferably cut out of the rolled wall section along the previously made wall openings in order to form a single rolling element pocket.
  • Sub-step C-3 Shaping the contour of the rolling element pocket, preferably such that the contour of the rolling element pocket is exactly or essentially rectangular in shape, with the longer side of the rectangle preferably being parallel to the axis of rotation (of the blank) and/or the shorter side of the rectangle is arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation (of the blank).
  • This sub-step C-3 ideally takes place in one go together with sub-step C-2. However, if only rough machining takes place in step C-2, the contour of the rolling element pocket can be specifically reworked to size in step C-3.
  • Substep C-4 Forming a plurality of circumferentially spaced rolling element pockets in the rolled wall section, preferably by repeating substeps C-1 to C-3, preferably such that the number of rolling element pockets is preferably in the range from 10 to 200, or in range from 20 to 100, or in the range from 50 to 80, with particularly preferably at least two or all of these rolling element pockets being of non-uniform design and/or at least three or all of these rolling element pockets being spaced apart from one another at irregular angular intervals in the circumferential direction.
  • the running properties of the rolling elements to be accommodated therein can be specifically influenced in the application of the angular bearing cage. This can, for example, reduce wear on the bearing surfaces of the angular contact bearing and increase its service life.
  • a further aspect of the present invention relates to a component with a formed wall section, produced from a sleeve-shaped blank by rolling a wall section of the blank to be formed while changing the angle of the wall section to be formed to the axis of the blank, preferably according to the method according to one of the preceding embodiments.
  • a roller bearing cage according to the invention in particular an angular contact bearing cage, for example, can be produced from this component or semi-finished product.
  • the component or semi-finished product can also be used or further processed in other ways.
  • a device for producing a rolling bearing cage, in particular an angular bearing cage, from a sleeve-shaped blank preferably according to the method according to one of claims 1 to 5, comprising:
  • a clamping tool for clamping the sleeve-shaped blank A rolling tool that is designed to deform at least one wall section of the sleeve-shaped blank that is to be deformed by rolling.
  • a tool for introducing rolling element pockets into the rolled wall section is a tool for introducing rolling element pockets into the rolled wall section.
  • the device has a control unit that is configured (or programmed) to control the rolling tool and, if applicable, the clamping tool in such a way that the rolling tool is positioned on the inner circumference and/or on the outer circumference of the wall section to be formed in the clamping tool unrolls the clamped blank and thereby reshapes the wall section to be reshaped by reducing its wall thickness and changing its inner circumference and/or its outer circumference (incrementally) by rolling.
  • a hardening of the material can be achieved at the same time as the shaping.
  • control unit is configured (or programmed) in such a way that the rolling tool is guided on a path at least in sections or completely in the form of a helix such as a cylindrical or conical screw or spiral on the inner circumference and/or on the outer circumference of the wall portion to be formed, preferably such that adjacent turns of the sheet abut or overlap (i.e., pitch ⁇ sheet width).
  • a particularly material-friendly and uniform processing of the wall section to be formed can be achieved.
  • control unit is configured (or programmed) in such a way to control the rolling tool in such a way that the rolling tool successively rolls in several paths on the inner circumference and/or on the outer circumference of the wall section to be formed of the blank clamped in the clamping tool and the wall section to be formed is thereby formed by rolling, reducing its wall thickness and changing its inner circumference and/or its outer circumference until the desired shape of the wall section to be formed is achieved, with the angle of the wall section to be formed to the axis of the blank changing with each path is preferably increased, preferably by an angle in the range from 0.1 to 5°, particularly preferably by an angle in the range from 0.5 to 2°, very particularly preferably by an angle of 1°.
  • the rolling tool has a counter-rotating pair of rollers (or pair of forming rollers) with an adjustable roller gap in order to accommodate the wall section to be formed in the roller gap, with the axes of rotation of the rollers preferably being parallel to one another, at least in one of the axes of the blank clamped in the clamping tool enclosing plane can be aligned, the angle and/or the distance between the axes of rotation of the pair of rollers being adjustable relative to the axis of the blank clamped in the clamping tool.
  • Different contours of the wall section to be formed can be realized with this design.
  • the blank preferably has at least one of the following properties:
  • the blank is made of metal.
  • the blank consists of round-bent, welded sheet metal.
  • the blank is produced from a raw material by machining, preferably by turning.
  • the blank has a length (measured along the axis) in the range of 50 to 500 mm, preferably in the range of 100 to 400 mm, preferably in the range of 200 to 300 mm.
  • the blank has an (internal and/or external) diameter in the range from 500 to 5000 mm, preferably in the range from 1000 to 4000 mm, preferably in the range from 1200 to 2000 mm.
  • the blank has a wall thickness in the range from 1 to 30 mm, preferably in the range from 5 to 25 mm, preferably in the range from 10 to 20 mm.
  • the blank has a uniform wall thickness over its length.
  • the blank has a uniform (internal and/or external) diameter over its length.
  • the blank has a cylindrical or conical shape.
  • the blank includes at least one beaded edge or collar.
  • the blank includes a radially projecting collar.
  • the collar preferably projects radially to the axis or inwards.
  • the inside diameter of the ring-shaped collar is preferably in the range of 50-99%, preferably in the range of 60-85%, particularly preferably in the range of 70-90% of the outside diameter of the wall section of the blank to be formed.
  • the collar extends at least in sections, preferably completely, exactly or essentially in a plane aligned radially to the axis.
  • the blank has a continuous surface (without openings) on the inner circumference and/or on the outer circumference, in particular in the entire wall section to be formed.
  • the component or angular contact bearing cage preferably has at least one of the following properties:
  • the component or the angular contact bearing cage comprises the formed wall section.
  • the component or the angular contact bearing cage comprises a collar that projects radially inwards and/or outwards.
  • the reformed wall portion includes a larger (or larger diameter) end and a smaller (or smaller diameter) end.
  • the (internal and/or external) diameter of the formed wall section increases monotonically, preferably strictly monotonically, preferably linearly from the smallest to the largest diameter.
  • the component or the angular bearing cage has a length (measured along the axis) in the range from 50 to 450 mm, preferably in the range from 100 to 350 mm, preferably in the range from 200 to 250 mm.
  • the formed wall section has an (internal and/or external) diameter in the range from 500 to 5000 mm, preferably in the range from 1000 to 4000 mm, preferably in the range from 1200 to 2000 mm.
  • the formed wall section has an (internal and/or external) diameter in the range from 550 to 5500 mm, preferably in the range from 1100 to 4400 mm, preferably in the range from 1300 to 2200 mm.
  • the ratio between the (inner and / or outer) diameter at the larger end and the (inner and / or outer) diameter at the smaller end of the formed Wandab section is in the range of 1.01 to 1.50, preferably in Range of 1.02 to 1.10, preferably in the range of 1.03 to 1.07.
  • the formed wall section has a wall thickness in the range from 1 to 30 mm, preferably in the range from 5 to 25 mm, preferably in the range from 8 to 15 mm.
  • the ratio of the wall thickness of the formed wall section to the wall thickness of the wall section to be formed is in the range from 0.5 to 0.99, preferably in the range from 0.8 to 0.99, preferably in the range from 0.85 to 0.95.
  • the opening angle of the formed wall section to the axis of the component or inclined bearing cage is in the range from 5 to 45°, preferably in the range from 7 to 35°, preferably in the range from 8 to 25°.
  • the opening angle of the formed wall section to the axis of the component or inclined bearing cage is 5 to 30°, preferably 7 to 25°, preferably 8 to 20° greater than the opening angle of the sleeve-shaped blank.
  • a radius between the formed wall section and the collar on the inner side of the bend is in the range from 1 to 100%, preferably in the range from 5 to 50%, preferably in the range from 20 to 40% of the wall thickness of the component or angular bearing cage.
  • a radius between the formed wall section and the collar on the outside of the bend is in the range from 50 to 300%, preferably in the range from 80 to 200%, preferably in the range from 100 to 150% of the wall thickness of the component or angular bearing cage.
  • the component or the angular contact bearing cage comprises a cylindrical wall section which is preferably connected to the larger end of the formed wall section, the cylindrical wall section preferably having a length (measured along the axis) in the range from 5 to 25%, preferably in the range from 8 to 20%, preferably in the range from 10 to 15% of the total length of the component or angular bearing cage.
  • the formed wall section has a length (measured along the axis) in the range from 25 to 99%, preferably in the range from 50 to 95%, preferably in the range from 75 to 90% of the total length of the component or angular bearing cage.
  • the component or the angular contact bearing cage comprises a large number of rolling element pockets, preferably of an exactly or essentially rectangular shape, with the longer side of the rectangular shape preferably being exactly or essentially parallel to the axis of the component and/or the shorter side of the Rectangular shape is aligned exactly or essentially in a plane perpendicular to the axis of the component.
  • the rolling element pockets can be designed identically or differently from one another.
  • the rolling element pockets are designed as rolling elements, for example to accommodate rollers or balls.
  • the rolling element pockets are preferably distributed in the circumferential direction at equal or different angular distances around the axis of rotation of the angular contact bearing cage.
  • Rolling is a manufacturing process from the group of pressure forming, in which the (preferably metallic) material is formed between two or more rotating tools, thereby reducing its cross-section. If the forming takes place above the recrystallization temperature of the material, it is called hot rolling, otherwise cold rolling.
  • the rolling according to this invention may be hot rolling or cold rolling.
  • a cone In geometry, a cone is a surface of revolution formed by a curve rotating around an axis (straight line). The curve can be a straight line intersecting the axis, so that the cone is designed as a cone.
  • the cone shape is not limited to the shape of a cone or truncated cone, in which the diameter increases linearly from the smallest to the largest diameter.
  • the cone shape can also have a shape in which the diameter changes, e.g. monotonically or strictly monotonously from the smallest to the largest diameter, e.g. a nozzle shape.
  • rolling element seat includes any opening, recess, hole, window or pocket for rolling elements.
  • FIG. 1 shows schematic cross-sectional views of a sleeve-shaped or cylindrical blank (view a) and a sleeve-shaped or cone-shaped blank (view b), each in a sectional plane enclosing the central axis of the blank in an initial state.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the blank according to FIG.
  • Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of a component or fluff with a deformed wall section that is suitable for the preparation of the angular bearing cage according to the invention and that is produced from the blank according to Figure 2, in a sectional plane including the central axis in a state in which the contour rolling of the wall section to be deformed to increase the opening angle from the side of the collar has progressed and is almost complete.
  • Figure 4 shows a schematic cross-sectional view of part of the wall section to be formed of the component or flat part suitable for fixing the angular contact bearing cage according to the invention with a formed wall section during rolling processing in a sectional plane aligned perpendicular to the axis, the rolling tool having a pair of rollers or forming rollers rotating in opposite directions with an intermediate Has a nip in which the wall section to be formed is converted into a conical shape while changing its inner and outer diameter and changing its wall thickness.
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a component or fluff with a formed wall section that is suitable for preparing the angular bearing cage according to the invention and that is produced from the blank according to FIG to increase the opening angle, starting from the side of the federal government, has progressed and is almost complete, and the wall section to be formed is gradually rolled into a conical or frustoconical section and an adjoining or terminating cylindrical section.
  • Figure 6 shows a schematic cross-sectional view of a component or semi-finished product suitable for producing the angular bearing cage according to the invention with a formed wall section, which is produced from the blank according to Figure 2, in a sectional plane including the central axis in a state in which the contour rolling of the wall section to be formed is progressed to increase the Publ voltage angle starting from the side of the collar and almost or completely closed Tar, and also the upper edge of the wall portion to be formed is gradually rolled or crimped inwards to produce an annular collar.
  • the disclosed method and the disclosed device are used to produce a component 1" with a formed wall section lc from a sleeve-shaped blank 1, 1', with a wall section lc of the blank 1, 1' to be formed with (gradual) change of the angle a of the wall section to be formed lc to the axis A of the blank 1, 1 'is rolled into a cone shape. Subsequently JOd can be rolled into a cone shape in the wall section lc pockets for receiving Wälzkör carcases - so-called cone-shaped wall section lc to manufacture an angular bearing cage.
  • the reference numeral 1 designates the blank in the unmachined initial state.
  • the reference number 1′ designates the blank after formation of the collar 1d produced for axial clamping.
  • the reference numeral 1" designates the component or semi-finished product produced from the sleeve-shaped blank 1.
  • the angular contact bearing cage according to the invention is produced from this component or semi-finished product by introducing the rolling element pockets into the rolled wall section 1c.
  • the tubular blank 1 has, for example, an axial length of about 15 cm and a diameter of 100 cm with a wall thickness of 15 mm.
  • the blank 1 consists of metal and is produced in a cylindrical shape by turning a raw material or by bending and welding a rectangular sheet metal strip (partial step A1).
  • the blank 1 In order to form the collar 1d projecting radially inwards towards the axis A of the blank 1, the blank 1 is clamped in the axial direction in a clamping device S1, S2 consisting of a hold-down device S1 and an expanding chuck S2 to be clamped radially against the inner circumference of the blank 1 (partial step A-2) so that an axis A of the blank 1 is aligned exactly or substantially vertically (sub-step A-3).
  • a clamping device S1, S2 consisting of a hold-down device S1 and an expanding chuck S2 to be clamped radially against the inner circumference of the blank 1 (partial step A-2) so that an axis A of the blank 1 is aligned exactly or substantially vertically (sub-step A-3).
  • the blank 1 When rotated about its vertically aligned axis A by means of the clamping device Sl, S2 (partial step A-4), the blank 1 is used to produce the collar ld projecting radially to the axis A of the blank 1 at the lower edge lb by means of a forming tool W1 consisting of two opposing forming rollers crimped inward (sub-step A-5).
  • a forming tool W1 consisting of two opposing forming rollers crimped inward
  • the inner forming roller is "in the corner" of the blank 1' rotating about its axis A, while the outer forming roller is pivoted by 90° in relation to the inner forming roller in order to shape the collar ld in such a way that it protrudes radially inwards towards the axis A of the blank 1.
  • the blank 1' is then released from the clamping device S1, S2 (sub-step A-6)
  • step A-7 After turning the flanged blank 1, 1' so that the collar ld is at the top when the axis A is aligned vertically (step A-7), the blank 1, 1' is clamped by clamping the collar ld between the hold-down device Sl and the expanding chuck S2 clamped in a modified arrangement again in the clamping device Sl, S2.
  • a rolling tool W2 consisting of two counter-rotating rollers or forming rollers is applied to the inner circumference and the outer circumference of the wall section lc to be formed at its end pointing towards the collar ld (partial step B-l).
  • the rolling tool W2 - while the blank 1, 1' is rotated about its axis A by means of the clamping device S1, S2 - is moved on a helical path B to the lower end of the blank 1, 1', so that the rollers on the inner circumference and roll on the outer circumference of the wall section lc to be formed, thereby forming the wall section lc to be formed, reducing its wall thickness and changing its inner and outer circumference (cf. FIG. 4).
  • the rolling tool W2 is not rotated about the axis A, but only the blank 1, 1 ', wherein the angle and distance between the axes of rotation XI, X2 of the rolls compared to the Axis A of the blank 1, 1' can be changed at least in a plane E that encloses the axis A of the blank 1, 1'.
  • the path B runs as a helix in the form of a conical screw or spiral with mutually overlapping windings, starting from the end of the wall section lc to be formed pointing towards the collar ld in a direction away from the collar ld to the other axial end of the blank 1, 1' (partial step B-2).
  • the wall section 1c to be formed has the shape of a truncated cone in the representation according to FIG.
  • it is also possible to produce the formed wall section for example in the form of a nozzle, with an outwardly convex and/or concave curvature.
  • step B-3 After both rollers or forming rollers of the rolling tool W2 have been lifted off the wall section lc of the blank 1, 1' to be formed (sub-step B-3), the sub-steps B-1, B-2 and B-3 are repeated until the desired shape of the to-be-formed Wall section lc is reached (step A-4).
  • the angle a of the wall section 1c to be formed is increased by an angle of approximately 1° with respect to the axis A of the blank 1, 1' with each repetition of the partial step B-2.
  • partial step B-2 Starting from a cylindrical blank 1, 1', in order to produce a cone shape with an angle of 10° to the axis A or an opening angle of 20°, partial step B-2 must be repeated approximately 10 times.
  • the path B comprises approximately 10 turns or 10 revolutions around the axis A of the blank 1, 1'.
  • the rotational speed of the blank 1, 1' about its axis is preferably in the range from 30 to 120 revolutions per minute or in the range from 0.5 to 2 revolutions per second.
  • the device disclosed is primarily used to produce a component 1" or semi-finished product with a reshaped wall section lc from a sleeve-shaped blank 1, 1' by rolling the wall section lc to be reshaped, preferably also for introducing rolling element pockets into the rolled wall section lc in order to Component 1" or semi-finished product to complete the angular bearing cage according to the invention.
  • this device preferably also includes a control unit that is configured in such a way to move the rolling tool W2 and, if necessary, the clamping tool Sl, S2 in the manner described above, so that the Wall section to be reshaped lc of the sleeve-shaped Blank 1, 1 'formed, that is converted into the desired shape.
  • this device preferably also includes a corresponding device or tool, such as a milling tool.
  • the starting material is a sleeve made of round, welded sheet metal.
  • the sleeve can be turned from a tube or rolled ring, which has an oversize of e.g. 5 mm to the finished dimensions of the sleeve on all sides. This reduces the amount of material used, since the final contour is subsequently created using a forming process.
  • the method according to the invention comprises a forming method of a component 1′′ or semi-finished product with a formed wall section without material removal.
  • the material used remains largely intact after the wall section to be formed has been formed.
  • the sheet metal ring is held over the inner diameter by means of a segment chuck and fixed with a hold-down device.
  • the bottom edge of the raw material is shaped inwards to create the required contour.
  • the inwardly formed edge or collar serves as a receiving edge for the second step, in which the outer cone is formed. To do this, the inside edge or collar is clamped between the segmented chuck and the hold-down device.
  • the sleeve is clamped with hydraulic pressure by means of two opposing rollers.
  • the core wall is shaped outwards in several steps by means of the rollers until the required contour is achieved.
  • the wall section 1c to be formed in the representation according to FIG. 5 has the shape of a truncated cone with an adjoining cylindrical section lc' on.
  • the wall section to be formed lc can be rolled into a conical section with an adjoining or terminating cylindrical section lc′ instead of a pure cone or truncated cone shape (FIG. 3).
  • the wall section 1c to be reshaped has the shape of a truncated cone with an annular collar ld, le on both sides.
  • the upper edge la of the wall section to be formed lc, lc' which is located at the bottom after turning the flanged blank 1, 1', can be rolled into an annular collar le that it protrudes radially inwards toward the axis A of the blank 1, 1', 1". This can increase the stability of the roller bearing cage.
  • clamping tool 2 (segment chuck)
  • W2 Forming tool 2 (rolling tool or forming rolls)

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schräglagerkäfigs aus einem hülsenförmigen Rohling (1, 1'). Um die Fertigungskosten gegenüber den bekannten Lösungen auch bei Kleinserien deutlich zu verringern, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte: - Schritt A: Bereitstellen eines sich entlang einer Achse (A) erstreckenden, hülsenförmigen Rohlings (1, 1'). - Schritt B: Walzen eines umzuformenden Wandabschnitts (1c) des Rohlings (1, 1') unter Veränderung des Winkels (α) des umzuformenden Wandabschnitts (1c) zur Achse (A) des Rohlings (1, 1'). - Schritt C: Einbringen von Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt (1c). Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung und einen entsprechend hergestellten Wälzlagerkäfig bzw. Schräglagerkäfig bereit.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs aus einem hülsenförmigen
Rohling
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzlager käfigs aus einem hülsenförmigen Rohling.
Ein Schrägwälzlager, im Folgenden auch Schräglager genannt, weist im Vergleich zu einem gewöhnli chen Wälzlager einen unsymmetrischen Lagerquerschnitt auf. Dieser unsymmetrische Lagerquer schnitt dient der Aufnahme von Kräften, deren Wirkungslinien nicht exakt senkrecht zur Achse verlau fen, sondern schräg in einem bestimmten Winkel zur Rotationsachse. Der Käfig eines Schräglagers - der sog. Schräglagerkäfig - umfasst einen konusförmigen Wandabschnitt, in welchem sich eine Vielzahl von Taschen - sog. Wälzkörpertaschen - zur Aufnahme der Wälzkörper wie Kugeln oder Rollen befin den. Schräglager mit Durchmessern von mehr als 1 m werden beispielsweise als Rotorblattlager im Bereich von Windkraftanlagen eingesetzt.
Schräglagerkäfige mit einer axialen Länge von beispielsweise 10 bis 30 cm und einem Durchmesser von 1 bis 2 m sowie einer Wandstärke im Bereich von 5 bis 20 mm werden herkömmlicherweise aus einem Bauteil bzw. Halbzeug mit konusförmigem Wandabschnitt gefertigt, welches durch Drehen oder Blech drücken hergestellt ist.
Beim Drehen, einem abtragenden Verfahren, wird ein Rohr oder Walzring mit viereckigem Querschnitt als Ausgangsmaterial verwendet. Der Querschnitt des Rohmaterials muss mindestens so gewählt wer den, dass der Querschnitt des herzustellenden Bauteiles hineinpasst. Beim Drehen wird das überschüs sige Material mittels Zerspanung abgetragen, bis die gewünschte Bauteilkontur entsteht. Als Bearbei tungsvorrichtung wird eine Drehmaschine eingesetzt, in welcher das Rohmaterial mit einem Spann mittel gehalten wird. Durch Rotation des Rohmaterials wird das überschüssige Material von einem feststehenden Drehmeißel abgespant, bis die gewünschte Bauteilkontur entsteht. Da die Unterseite des Rohmaterials und der Bereich der Spannbacken mit dem Drehmeißel nicht erreicht werden kön nen, muss das Bauteil für eine Fertigbearbeitung umgespannt werden.
Beim Metall- oder Blechdrücken wird eine Blechronde, die aus einem Metallblech geschnitten ist, als Ausgangsmaterial verwendet. Der Aufbau der Bearbeitungsvorrichtung ist ähnlich einer Drehma schine. Die Formgebung des Bauteils erfolgt über eine gehärtete Negativform der gewünschten Kon- tur. Das Material wird über einen Gegenhalter gegen die Negativform gedrückt und über eine Drück rolle mittels manuellem oder hydraulischem Druck in kleinen Schritten auf das Negativ geformt. Das Metall- oder Blechdrücken ist ein formendes Verfahren ohne Materialabtrag. Das eingesetzte Material bleibt nach dem Formen zum größten Teil erhalten. Durch das Umformen des Bleches wird dieses aus gedünnt, wohingegen im Bereich des Gegenhalters die ursprüngliche Blechdicke erhalten bleibt. In nendurchmesser und Saum müssen maschinell nachbearbeitet werden. Beim Metall- oder Blechdrü cken können das eingesetzte Material, die Fertigungszeit und die aufgewandte Energie gegenüber dem zerspanenden Verfahren um 80 bis 90 % eingespart werden. Allerdings erfordert dieses Verfahren für jede Bauteilkontur eine eigene Negativform, was die Fertigung von Kleinserien nach diesem Verfahren aus Kostengründen nahezu ausschließt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Her stellung eines Wälzlagerkäfigs, insbesondere Schräglagerkäfigs bereitzustellen, um die Fertigungskos ten gegenüber den bekannten Lösungen auch bei Kleinserien deutlich zu verringern.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 6 bereit.
Ein hierin offenbartes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils bzw. Halbzeugs mit umgeformtem Wandabschnitt aus einem hülsenförmigen Rohling umfasst die Schritte:
Schritt A: Bereitstellen eines sich entlang einer Achse erstreckenden, hülsenförmigen Roh lings.
Schritt B: Walzen eines umzuformenden Wandabschnitts des Rohlings unter Veränderung des Winkels des umzuformenden Wandabschnitts zur Achse des Rohlings.
Um aus diesem Bauteil bzw. Halbzeug mit umgeformtem Wandabschnitt einen Schräglagerkäfig her zustellen, weist das Verfahren vorzugsweise den zusätzlichen Schritt C auf:
Schritt C: Einbringen von Wälzkörperaufnahmen in den gewalzten Wandabschnitt.
Es ist grundsätzlich auch möglich, andere Bauteile als Schräglagerkäfige aus diesem Bauteil bzw. Halb zeug herzustellen. Vorzugsweise wird der umzuformende Wandabschnitt des Rohlings in eine Konus form gewalzt. Durch Walzen des hülsenförmigen Rohlings im umzuformenden Wandabschnitt sind aber auch andere Geometrien herstellbar. Diese Lösung ermöglicht eine formende Herstellung eines Bauteils bzw. Halbzeugs zur Fertigung eines Wälzlagerkäfigs, insbesondere Schräglagerkäfigs ohne Verwendung einer Negativform, um die Herstel lung des Wälzlagerkäfigs insgesamt zu vereinfachen, und kombiniert dabei die Vorteile der bekannten Herstellungstechniken des Drehens (keine Negativform) und des Blechdrückens (formendes Verfahren ohne Materialverlust). Durch das Einbringen der Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt entsteht aus diesem formend hergestellten Bauteil bzw. Halbzeug ein erfindungsgemäßer Schrägla gerkäfig. Das Einbringen der Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt erfolgt dabei vor zugsweise spanend, z. B. durch Bohren oder Fräsen.
Die Veränderung des Winkels des umzuformenden Wandabschnitts zur Achse des Rohlings bis zum Erreichen der gewünschten Form erfolgt vorzugsweise in mehreren Arbeitsschritten. Der Rohling kann zylinderförmig oder z.B. leicht konusförmig ausgebildet sein. Bei geringen Konuswinkeln (bis ca. 5° zur Achse) ist der Herstellungsaufwand im zerspanenden Verfahren vergleichsweise gering, da nur wenig Material abgetragen werden muss. Ein bereits konusförmiger Rohling kann mit dem erfindungsgemä ßen Verfahren durch Vergrößerung des Konuswinkels weiterverarbeitet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Es kann von Vorteil sein, wenn Schritt A wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst, wobei die Teilschritte vorzugsweise - aber nicht zwingend - in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt wer den:
Teilschritt A-l: Herstellen des Rohlings aus Metall, vorzugsweise in Form eines Zylinders, be vorzugt durch Drehen des Rohlings aus einem Rohmaterial oder durch Rundbiegen und Ver schweißen eines Blechstreifens. Mit diesen Techniken lässt sich ein hülsenförmiger Rohling besonders einfach hersteilen.
Teilschritt A-2: Einspannen des Rohlings in einer Spannvorrichtung, vorzugsweise in axialer Richtung, bevorzugt zwischen zwei Spannwerkzeugen oder -werkzeugteilen, bevorzugt zwi schen einem Niederhalter und einem radial gegen den Innenumfang des Rohlings gespannten Spreizfutter. Diese Maßnahme ermöglicht eine präzise Bearbeitung des Rohlings.
Teilschritt A-3: Anordnen des hülsenförmigen Rohlings, sodass eine Achse des Rohlings exakt oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Bei dieser Anordnung bzw. Ausrichtung des Rohlings können schwerkraftbedingte Einflüsse minimiert werden. Teilschritt A-4: Drehen des Rohlings um seine Achse, vorzugsweise bei vertikaler Ausrichtung der Achse, bevorzugt mittels der Spannvorrichtung gemäß Teilschritt A-2. Durch diese Maß nahme lässt sich eine besonders homogene (rotationsymmetrische) Bearbeitung des Rohlings erreichen.
Teilschritt A-5: Umformen des Rohlings zur Erzeugung eines radial (zur Achse bzw. nach innen) vorspringenden Bundes, vorzugsweise an einem axialen Ende des Rohlings, bevorzugt am obe ren oder unteren Rand des Rohlings, besonders bevorzugt durch Bördeln des Randes nach in nen, ganz besonders bevorzugt während der Rohling um seine Achse gedreht wird. Dieser Bund ermöglicht eine axiale Einspannung des Rohlings, und damit eine Bearbeitung des um zuformenden Wandabschnitts unter erheblicher Krafteinwirkung. Die Bördelung erfolgt vor zugsweise am unteren Rand des Rohlings, weil dieser untere Rand zur Bearbeitung gut zugäng lich ist. Das Umformen erfolgt vorzugsweise mit einem Umformwerkzeug, das eine innere und eine äußere Formrolle aufweist. Der Begriff Bund bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung ei nen radialen Vorsprung bezüglich der Hülsenform des Rohlings, an welchem der Rohling in axialer Richtung eingespannt werden kann. Der Bund kann ringförmig ausgebildet sein und sich exakt oder im Wesentlichen in einer Radialebene zur Achse erstrecken. Der Bund ist vor zugsweise umlaufend ausgebildet, kann aber auch Unterbrechungen aufweisen.
Teilschritt A-6: Lösen des Rohlings aus der Spannvorrichtung gemäß Teilschritt A-2. So kann der Rohling zur nachfolgenden Umformung des umzuformenden Wandabschnitts besonders vorteilhaft ausgerichtet werden.
Teilschritt A-7: Anordnen des Rohlings, sodass eine Achse des Rohlings exakt oder im Wesent lichen vertikal ausgerichtet ist, bevorzugt derart, dass sich der in Teilschritt A-5 erzeugte Bund am oberen Ende des Rohlings befindet. Somit ist der umzuformende Wandabschnitt des Roh lings für die nachfolgende Walzbearbeitung besonders gut zugänglich.
Teilschritt A-8: Einspannen des Rohlings in einer Spannvorrichtung, vorzugsweise in der Spann vorrichtung gemäß Teilschritt A-2 und/oder in anderer Anordnung als in Teilschritt A-2, bevor zugt in axialer Richtung, besonders bevorzugt zwischen zwei Spannwerkzeugen oder -werk zeugteilen, ganz besonders bevorzugt durch Klemmung des in Teilschritt A-5 erzeugten Bundes zwischen einem Niederhalter und einem Gegenhalter, wie z.B. dem Spreizfutter gemäß Teil schritt A-2, wobei das Spreizfutter vorzugsweise zusätzlich radial gegen den Innenumfang des Rohlings gespannt wird. Mit dieser Maßnahme kann der Rohling gut zentriert und bearbeitet werden. Die Verwendung derselben Spannvorrichtung wie zur Erzeugung des Bundes vermei det die Verwendung einer zweiten Spannvorrichtung und vereinfacht daher den Aufbau einer entsprechenden Bearbeitungsvorrichtung.
Es kann sinnvoll sein, wenn Schritt B wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst, wobei die
Teilschritte vorzugsweise - aber nicht zwingend - in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden:
Teilschritt B-l: Ansetzen eines Walzwerkzeugs an dem umzuformenden Wandabschnitt des Rohlings, vorzugsweise am Innenumfang und/oder am Außenumfang des umzuformenden Wandabschnitts, bevorzugt an dem zum Bund weisenden Ende des umzuformenden Wandab schnitts. Diese Maßnahme ermöglicht die Walzbearbeitung im nachfolgenden Bearbeitungs schritt.
Teilschritt B-2: Bewegen des Walzwerkzeugs und/oder des Rohlings, sodass das Walzwerkzeug auf einer Bahn am Innenumfang und/oder am Außenumfang des umzuformenden Wandab schnitts abrollt und dabei den umzuformenden Wandabschnitt unter Verringerung dessen Wandstärke sowie unter Veränderung dessen Innenumfangs und/oder dessen Außenumfangs umformt, wobei vorzugsweise die Bahn wenigstens abschnittsweise oder vollständig die Form einer Helix aufweist, wie z.B. die Form einer zylindrischen oder konischen Schraube oder Spi rale, wobei bevorzugt die Breite der Bahn gleich ist wie oder größer ist als die Ganghöhe der Helixwindungen, sodass die benachbarten Windungen der Bahn aneinander angrenzen oder überlappen, wobei besonders bevorzugt die Bahn an dem zu dem in Teilschritt A-5 erzeugten Bund weisenden Ende des umzuformenden Wandabschnitts beginnt und/oder in einer von dem in Teilschritt A-5 erzeugten Bund abweisenden Richtung verläuft und/oder an dem von dem in Teilschritt A-5 erzeugten Bund abweisenden Ende des umzuformenden Wandab schnitts endet. Mit dieser Maßnahme kann eine besonders materialschonende und gleichmä ßige Walzbearbeitung des umzuformenden Wandabschnitts des Rohlings erfolgen. Insbeson dere kann durch die helixförmige Rollbahn des Walzwerkzeugs jeder Bereich des umzuformen Wandabschnitts gleichmäßig und mit nahezu identischem Walzdruck bearbeitet werden, so dass eine optimale Formgebung des umzuformenden Wandabschnitts erreicht werden kann. Wenn die Ganghöhe der helixförmigen Bahn kleiner ist als die Breite der Bahn bzw. die Spur, die das Walzwerkzeug beim Abrollen auf dem umzuformenden Wandabschnitt hinterlässt, überlappen die benachbarten Windungen der Bahn. Wenn die Ganghöhe der Bahn gleich ist wie die Bahnbreite, grenzen die benachbarten Windungen der Bahn aneinander an. Teilschritt B-3: Abheben (der Walzen bzw. Formrollen) des Walzwerkzeugs von dem umzufor menden Wandabschnitt des Rohlings. Diese Maßnahme ermöglicht eine Wiederholung der Walzbearbeitung gemäß Teilschritt B-2.
Teilschritt B-4: Wiederholen des Teilschritts B-2, vorzugsweise der Teilschritte B-l, B-2 und B- 3, bis die gewünschte Form des umzuformenden Wandabschnitts erreicht ist, wobei bevorzugt der Winkel des umzuformenden Wandabschnitts zur Achse des Rohlings gemäß Teilschritt B- 2 bei jeder Wiederholung verändert wird, vorzugsweise vergrößert wird, bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,1 bis 5°, besonders bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,5 bis 2°, ganz besonders bevorzugt um einen Winkel von 1°. Um den Winkel des umzuformenden Wandabschnitts gegenüber der Achse des Rohlings beispielsweise von 0° auf 10° zu erhöhen, sind vorzugsweise zehn Wiederholungen des Teilschritts B-2 erforderlich.
Schritt B wird vorzugsweise auf einem Formwalzwerkzeug (Flexformer) ausgeführt. Der Schritt C wird vorzugsweise auf einem anderen Werkzeug ausgeführt.
Es kann sinnvoll sein, wenn Schritt C wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst, wobei die
Teilschritte vorzugsweise - aber nicht zwingend - in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden:
Teilschritt C-l: Einbringen wenigstens eines Wanddurchbruchs in den gewalzten Wandab schnitt, vorzugsweise jeweils eines Wanddurchbruchs in jedem Eckbereich einer auszuformen den Wälzkörpertasche, bevorzugt mit einem spanenden Werkzeug (wie z.B. einem Bohr- oder Fräswerkzeug). Dadurch kann der durch Walzen verfestigte Wandabschnitt besonders einfach und präzise durchbrochen werden. Zudem gestaltet sich die Formgebung der Wälzkörperta schen durch Einbringen von Wanddurchbrüchen im spanenden Verfahren einfacher als im for menden Verfahren.
Teilschritt C-2: Durchtrennen des gewalzten Wandabschnitts zur Ausbildung einer der Wälz körpertaschen entlang einer in sich geschlossenen Linie, vorzugsweise zumindest abschnitts weise entlang einer Geraden, bevorzugt unter Verbindung mehrerer Wanddurchbrüche, be sonders bevorzugt mit einem Bohr- oder Fräswerkzeug. Vorzugsweise wird entlang der zuvor gefertigten Wanddurchbrüche ein plattenförmiges Wandstück mit Außenkontur entspre chend der Innenkontur der Wälzkörpertasche, aus dem gewalzten Wandabschnitts herausge schnitten, um eine einzelne Wälzkörpertasche zu bilden. Teilschritt C-3: Formen der Kontur der Wälzkörpertasche, vorzugsweise derart, dass die Kontur der Wälzkörpertasche exakt oder im Wesentlichen eine Rechteckform aufweist, wobei bevor zugt die längere Seite des Rechtecks parallel zur Rotationsachse (des Rohlings) und/oder die kürzere Seite des Rechtecks in einer senkrecht zur Rotationsachse (des Rohlings) ausgerichte ten Ebene angeordnet ist. Dieser Teilschritt C-3 erfolgt idealerweise in einem Zug zusammen mit dem Teilschritt C-2. Soweit im Teilschritt C-2 aber nur eine Grobbearbeitung erfolgt, kann die Kontur der Wälzkörpertasche in Teilschritt C-3 gezielt auf Maß nachgearbeitet werden.
Teilschritt C-4: Ausbilden einer Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Wälzkörperta schen in dem gewalzten Wandabschnitt, vorzugsweise durch Wiederholung der Teilschritte C- 1 bis C-3, bevorzugt derart, dass die Anzahl der Wälzkörpertaschen vorzugsweise im Bereich von 10 bis 200, oder im Bereich von 20 bis 100, oder im Bereich von 50 bis 80 liegt, wobei besonders bevorzugt wenigstens zwei oder sämtliche dieser Wälzkörpertaschen uneinheitlich ausgebildet sind und/oder wenigstens drei oder sämtliche dieser Wälzkörpertaschen in unre gelmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Durch die individuelle Ausgestaltung der Wälzkörpertaschen, sodass die Wälzkörpertaschen zueinander leicht unterschiedliche Konturen und/oder Ausrichtungen und/oder Winkelabstände aufwei sen, können die Laufeigenschaften der darin aufzunehmenden Wälzkörper im Anwendungsfall des Schräglagerkäfigs gezielt beeinflusst werden. Dadurch kann z.B. die Abnutzung der Lager flächen des Schräglagers verringert bzw. dessen Lebensdauer erhöht werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Bauteil mit umgeformten Wandabschnitt, hergestellt aus einem hülsenförmigen Rohling durch Walzen eines umzuformenden Wandabschnitts des Rohlings unter Veränderung des Winkels des umzuformenden Wandabschnitts zur Achse des Roh lings, vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungen. Durch Ein bringen von Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt kann aus diesem Bauteil bzw. Halb zeug beispielsweise ein erfindungsgemäßer Wälzlagerkäfig, insbesondere Schräglagerkäfig hergestellt werden. Das Bauteil bzw. Halbzeug aber kann auch in anderer Weise verwendet oder weiterverarbei tet werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wälzla gerkäfigs, insbesondere Schräglagerkäfigs aus einem hülsenförmigen Rohling, vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend:
Ein Spannwerkzeug zur Einspannung des hülsenförmigen Rohlings. Ein Walzwerkzeug, das ausgebildet ist, um zumindest einen umzuformenden Wandabschnitt des hülsenförmigen Rohlings durch Walzen umzuformen.
Ein Werkzeug zum Einbringen von Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt.
Es kann sinnvoll sein, wenn die Vorrichtung ein Steuergerät aufweist, das konfiguriert (bzw. program miert) ist, um das Walzwerkzeug und ggf. das Spannwerkzeug derart anzusteuern, sodass das Walz werkzeug am Innenumfang und/oder am Außenumfang des umzuformenden Wandabschnitts des im Spannwerkzeug eingespannten Rohlings abrollt und dabei den umzuformenden Wandabschnitt unter Verringerung dessen Wandstärke sowie unter Veränderung dessen Innenumfangs und/oder dessen Außenumfangs (schrittweise) durch Walzen umformt. Durch eine Verringerung der Wandstärke sowie unter Veränderung des Innenumfangs und/oder dessen Außenumfangs des umzuformenden Wand abschnitts kann gleichzeitig mit der Formgebung eine Verfestigung des Materials erreicht werden.
Es kann von Vorteil sein, wenn das Steuergerät derart konfiguriert (bzw. programmiert) ist, um das Walzwerkzeug auf einer Bahn wenigstens abschnittsweise oder vollständig in Form einer Helix wie zum Beispiel einer zylindrischen oder konischen Schraube oder Spirale am Innenumfang und/oder am Au ßenumfang des umzuformenden Wandabschnitts abzurollen, vorzugsweise derart, dass benachbarte Windungen der Bahn aneinander angrenzen oder überlappen (d. h. Ganghöhe < Bahnbreite). Bei dieser Ausführung lässt sich eine besonders materialschonende und gleichmäßige Bearbeitung des umzufor men Wandabschnitts erreichen.
Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn das Steuergerät derart konfiguriert (bzw. programmiert) ist, um das Walzwerkzeug derart anzusteuern, dass das Walzwerkzeug nacheinander in mehreren Bahnen am Innenumfang und/oder am Außenumfang des umzuformenden Wandabschnitts des im Spann werkzeug eingespannten Rohlings abrollt und dabei den umzuformenden Wandabschnitt unter Ver ringerung dessen Wandstärke sowie unter Veränderung dessen Innenumfangs und/oder dessen Au ßenumfangs durch Walzen umformt, bis die gewünschte Form des umzuformenden Wandabschnitts erreicht ist, wobei mit jeder Bahn der Winkel des umzuformenden Wandabschnitts zur Achse des Roh lings verändert wird, vorzugsweise vergrößert wird, bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,1 bis 5°, besonders bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,5 bis 2°, ganz besonders bevorzugt um einen Winkel von 1°. Es kann nützlich sein, wenn das Walzwerkzeug ein gegenläufig rotierendes Walzenpaar (bzw. Formrol lenpaar) mit verstellbarem Walzenspalt aufweist, um den umzuformenden Wandabschnitt im Walzen spalt aufzunehmen, wobei vorzugsweise die Drehachsen der Walzen parallel zueinander zumindest in einer die Achse des im Spannwerkzeug eingespannten Rohlings einschließenden Ebene ausrichtbar sind, wobei bevorzugt der Winkel und/oder der Abstand der Drehachsen des Walzenpaars gegenüber der Achse des im Spannwerkzeug eingespannten Rohlings verstellbar ist. Mit dieser Ausführung kön nen verschiedene Konturen des umzuformenden Wandabschnitts realisiert werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbart sind.
Der Rohling weist vorzugsweise wenigstens eine der folgenden Eigenschaften auf:
Der Rohling besteht aus Metall.
Der Rohling besteht aus rundgebogenem, verschweißtem Blech.
Der Rohling ist durch spanende Fertigung, vorzugsweise durch Drehen, aus einem Rohmaterial hergestellt.
Der Rohling weist eine (entlang der Achse gemessene) Länge im Bereich von 50 bis 500 mm, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 400 mm, bevorzugt im Bereich von 200 bis 300 mm auf.
Der Rohling weist einen (Innen-und/oder Außen-) Durchmesser im Bereich von 500 bis 5000 mm, vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 4000 mm, bevorzugt im Bereich von 1200 bis 2000 mm auf.
Der Rohling weist eine Wandstärke im Bereich von 1 bis 30 mm, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 25 mm, bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 mm auf.
Der Rohling weist über seine Länge eine einheitliche Wandstärke auf.
Der Rohling weist über seine Länge einen einheitlichen (Innen- und/oder Außen-) Durchmes ser auf.
Der Rohling weist eine zylindrische oder konische Form auf.
Der Rohling umfasst wenigstens einen gebördelten Rand bzw. Bund. Der Rohling umfasst einen radial vorspringenden Bund. Der Bund springt vorzugsweise radial zur Achse bzw. nach innen vor. Der Innendurchmesser des ringförmigen Bundes liegt vorzugs weise im Bereich von 50 - 99 %, bevorzugt im Bereich von 60 - 85 %, besonders bevorzugt im Bereich von 70 - 90 % des Außendurchmessers des umzuformenden Wandabschnitts des Roh lings.
Der Bund erstreckt sich zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, exakt oder im Wesentlichen in einer radial zur Achse ausgerichteten Ebene.
Der Rohling weist, insbesondere im gesamten umzuformenden Wandabschnitt, am Innenum fang und/oder am Außenumfang eine durchgehende Oberfläche (ohne Durchbrüche) auf.
Das Bauteil bzw. Schräglagerkäfig weist vorzugsweise wenigstens eine der folgenden Eigenschaften auf:
Das Bauteil bzw. der Schräglagerkäfig umfasst den umgeformten Wandabschnitt.
Das Bauteil bzw. der Schräglagerkäfig umfasst einen radial nach innen und/oder nach außen vorspringenden Bund.
Der umgeformte Wandabschnitt umfasst ein größeres Ende (bzw. ein Ende mit größerem Durchmesser) und ein kleineres Ende (bzw. ein Ende mit kleinerem Durchmesser).
Der (Innen- und/oder Außen-) Durchmesser des umgeformten Wandabschnitts steigt mono ton, vorzugsweise streng monoton, bevorzugt linear vom kleinsten auf den größten Durch messer an.
Das Bauteil bzw. der Schräglagerkäfig weist eine (entlang der Achse gemessene) Länge im Be reich von 50 bis 450 mm, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 350 mm, bevorzugt im Bereich von 200 bis 250 mm auf.
Der umgeformte Wandabschnitt weist an seinem kleineren Ende einen (Innen- und/oder Au ßen-) Durchmesser im Bereich von 500 bis 5000 mm, vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 4000 mm, bevorzugt im Bereich von 1200 bis 2000 mm auf. Der umgeformte Wandabschnitt weist an seinem größeren Ende einen (Innen- und/oder Au ßen-) Durchmesser im Bereich von 550 bis 5500 mm, vorzugsweise im Bereich von 1100 bis 4400 mm, bevorzugt im Bereich von 1300 bis 2200 mm auf.
Das Verhältnis zwischen dem (Innen- und/oder Außen-) Durchmesser am größeren Ende und dem (Innen- und/oder Außen-) Durchmesser am kleineren Ende des umgeformten Wandab schnitts liegt im Bereich von 1,01 bis 1,50, vorzugsweise im Bereich von 1,02 bis 1,10, bevor zugt im Bereich von 1,03 bis 1,07.
Der umgeformte Wandabschnitt weist eine Wandstärke im Bereich von 1 bis 30 mm, vorzugs weise im Bereich von 5 bis 25 mm, bevorzugt im Bereich von 8 bis 15 mm auf.
Das Verhältnis der Wandstärke des umgeformten Wandabschnitts zur Wandstärke des umzu formenden Wandabschnitts liegt im Bereich von 0,5 bis 0,99, vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 0,99, bevorzugt im Bereich von 0,85 bis 0,95.
Der Öffnungswinkel des umgeformten Wandabschnitts zur Achse des Bauteils bzw. Schrägla gerkäfigs liegt im Bereich von 5 bis 45°, vorzugsweise im Bereich von 7 bis 35°, bevorzugt im Bereich von 8 bis 25°.
Der Öffnungswinkel des umgeformten Wandabschnitts zur Achse des Bauteils bzw. Schrägla gerkäfigs ist um 5 bis 30°, vorzugsweise um 7 bis 25°, bevorzugt um 8 bis 20° größer als der Öffnungswinkel des hülsenförmigen Rohlings.
Ein Radius zwischen dem umgeformten Wandabschnitt und dem Bund liegt an der Biegein nenseite im Bereich von 1 bis 100 %, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 %, bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 % der Wandstärke des Bauteils bzw. Schräglagerkäfigs.
Ein Radius zwischen dem umgeformten Wandabschnitt und dem Bund liegt an der Biegeau ßenseite im Bereich von 50 bis 300 %, vorzugsweise im Bereich von 80 bis 200 %, bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 % der Wandstärke des Bauteils bzw. Schräglagerkäfigs.
Das Bauteil bzw. der Schräglagerkäfig umfasst einen zylindrischen Wandabschnitt, der vor zugsweise an das größere Ende des umgeformten Wandabschnitts anschließt, wobei der zy lindrische Wandabschnitt vorzugsweise eine (entlang der Achse gemessene) Länge im Bereich von 5 bis 25 %, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 20 %, bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 % der Gesamtlänge des Bauteils bzw. Schräglagerkäfigs aufweist.
Der umgeformte Wandabschnitt weist eine (entlang der Achse gemessene) Länge im Bereich von 25 bis 99 %, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 95 %, bevorzugt im Bereich von 75 bis 90 % der Gesamtlänge des Bauteils bzw. Schräglagerkäfigs auf.
Das Bauteil bzw. der Schräglagerkäfig umfasst im Bereich des umgeformten Wandabschnitts eine Vielzahl von Wälzkörpertaschen, vorzugsweise von exakt oder im Wesentlichen rechtecki ger Form, wobei bevorzugt die längere Seite der Rechteckform exakt oder im Wesentlichen parallel zur Achse des Bauteils und/oder die kürzere Seite der Rechteckform exakt oder im Wesentlichen in einer senkrecht zur Achse des Bauteils ausgerichteten Ebene ausgerichtet ist. Die Wälzkörpertaschen können identisch oder verschieden voneinander ausgebildet sein. Die Wälzkörpertaschen sind beispielsweise zur Aufnahme von Rollen oder Kugeln als Wälzkörper ausgebildet. Die Wälzkörpertaschen sind vorzugsweise in Umfangsrichtung in gleichmäßigen oder verschiedenen Winkelabständen um die Rotationsachse des Schräglagerkäfigs verteilt angeordnet.
Begriffe und Definitionen
Walzen ist ein Fertigungsverfahren aus der Gruppe des Druckumformens, bei dem der (vorzugsweise metallische) Werkstoff zwischen zwei oder mehreren rotierenden Werkzeugen umgeformt und dabei dessen Querschnitt verringert wird. Findet die Umformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffs statt, wird sie Warmwalzen genannt, sonst Kaltwalzen. Das Walzen nach dieser Erfin dung kann Warmwalzen oder Kaltwalzen sein.
Konus: Ein Konus ist in der Geometrie eine Rotationsfläche, gebildet durch eine um eine Achse (Ge rade) rotierende Kurve. Die Kurve kann eine die Achse schneidende Gerade sein, sodass der Konus als Kegel ausgebildet ist. Im Rahmen dieser Erfindung ist die Konusform nicht auf die Form eines Kegels oder Kegelstumpfes beschränkt, bei der der Durchmesser linear vom kleinsten auf den größten Durch messer ansteigt. Die Konusform kann insbesondere auch eine Form aufweisen, bei der sich der Durch messer z.B. monoton oder streng monoton vom kleinsten auf den größten Durchmesser verändert, z.B. eine Düsenform.
Der Begriff Wälzkörperaufnahme umfasst jedwede Öffnung, Ausnehmung, Bohrung, Fenster oder Ta schen für Wälzkörper. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 schematische Querschnittsansichten eines hülsen- bzw. zylinderförmigen Rohlings (Ansicht a) und eines hülsen- bzw. konusförmigen Rohlings (Ansicht b), jeweils in einer die Mittelachse des Roh lings einschließenden Schnittebene in einem Ausgangszustand.
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht des Rohlings gemäß Figur la in einer die Mittelachse des Rohlings einschließenden Schnittebene in einem Zustand nach dem Bördeln des unteren Randes zur Erzeugung des ringförmigen Bundes, an welchem der Rohling nachfolgend axial eingespannt wird.
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht eines zur Fierstellung des erfindungsgemäßen Schräg lagerkäfigs geeigneten Bauteils bzw. Flalbzeugs mit umgeformtem Wandabschnitt, das aus dem Roh ling gemäß Figur 2 hergestellt ist, in einer die Mittelachse einschließenden Schnittebene in einem Zu stand, in welchem das Konturwalzen des umzuformenden Wandabschnitts zur Vergrößerung des Öff nungswinkels ausgehend von der Seite des Bundes fortgeschritten und nahezu abgeschlossen ist.
Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils des umzuformenden Wandabschnitts des zur Fierstellung des erfindungsgemäßen Schräglagerkäfigs geeigneten Bauteils bzw. Flalbzeugs mit um geformtem Wandabschnitt während einer Walzbearbeitung in einer senkrecht zur Achse ausgerichte ten Schnittebene, wobei das Walzwerkzeug ein gegenläufiges Paar von Walzen bzw. Formrollen mit zwischenliegendem Walzenspalt aufweist, in welchem der umzuformende Wandabschnitt unter Ver änderung seines Innen- und Außendurchmessers sowie unter Veränderung seiner Wandstärke in eine Konusform überführt wird.
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht eines zur Fierstellung des erfindungsgemäßen Schräg lagerkäfigs geeigneten Bauteils bzw. Flalbzeugs mit umgeformtem Wandabschnitt, das aus dem Roh ling gemäß Figur 2 hergestellt ist, in einer die Mittelachse einschließenden Schnittebene in einem Zu stand, in welchem das Konturwalzen des umzuformenden Wandabschnitts zur Vergrößerung des Öff nungswinkels ausgehend von der Seite des Bundes fortgeschritten und nahezu abgeschlossen ist, und der umzuformende Wandabschnitt schrittweise in einen konus- bzw. kegelstumpfförmigen Abschnitt und einen an- bzw. abschließenden zylinderförmigen Abschnitt gewalzt ist. Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht eines zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schräg lagerkäfigs geeigneten Bauteils bzw. Halbzeugs mit umgeformtem Wandabschnitt, das aus dem Roh ling gemäß Figur 2 hergestellt ist, in einer die Mittelachse einschließenden Schnittebene in einem Zu stand, in welchem das Konturwalzen des umzuformenden Wandabschnitts zur Vergrößerung des Öff nungswinkels ausgehend von der Seite des Bundes fortgeschritten und nahezu oder vollständig abge schlossen ist, und auch der obere Rand des umzuformenden Wandabschnitts schrittweise zur Erzeu gung eines ringförmigen Bundes gewalzt bzw. nach innen gebördelt ist. Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Die Darstellungen des Rohlings, des Bauteils bzw. Halbzeugs zur Herstellung des späteren Schräglagerkäfigs und der Werkzeuge sind in den beiliegenden Zeichnungen schemenhaft und nicht maßstabsgetreu.
Das offenbarte Verfahren und die offenbarte Vorrichtung dienen zur Herstellung eines Bauteils 1" mit umgeformtem Wandabschnitt lc aus einem hülsenförmigen Rohling 1, 1', wobei ein umzuformender Wandabschnitt lc des Rohlings 1, 1' unter (schrittweiser) Veränderung des Winkels a des umzufor menden Wandabschnitts lc zur Achse A des Rohlings 1, 1' in eine Konusform gewalzt wird. Anschlie ßend können in den in Konusform gewalzten Wandabschnitt lc Taschen zur Aufnahme von Wälzkör pern - sog. Wälzkörpertaschen - eingebracht werden, um aus dem Bauteil bzw. Halbzeug l"mit konus förmigem Wandabschnitt lc einen Schräglagerkäfig zu fertigen. Es ist grundsätzlich auch möglich, das Bauteil bzw. Halbzeug l"mit konusförmigem Wandabschnitt lc in anderer Weise weiterzuverarbeiten. Wenngleich dieses Ausführungsbeispiel ein Bauteil bzw. Halbzeug l"mit konusförmigem Wandab schnitt lc beschreibt, wird an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass auch andere, insbesondere ro tationssymmetrische, Geometrien/Konturen durch das sog. Konturwalzen herstellbar sind.
Das Bezugszeichen 1 bezeichnet den Rohling im unbearbeiteten Ausgangszustand. Das Bezugszeichen 1' bezeichnet den Rohling nach Ausbildung des zur axialen Einspannung erzeugten Bundes ld. Das Bezugszeichen 1" bezeichnet das aus dem hülsenförmigen Rohling 1 hergestellte Bauteil bzw. Halb zeug. Der erfindungsgemäße Schräglagerkäfig entsteht aus diesem Bauteil bzw. Halbzeug durch das Einbringen der Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt lc.
Der hülsenförmige Rohling 1 weist beispielsweise eine axiale Länge von ca. 15 cm und einen Durch messer von 100 cm bei einer Wandstärke von 15 mm auf. Der Rohling 1 besteht aus Metall und wird in Zylinderform durch Drehen aus einem Rohmaterial oder durch Rundbiegen und Verschweißen eines rechteckigen Blechstreifens hergestellt (Teilschritt A-l).
Zur Formung des radial nach innen zur Achse A des Rohlings 1 vorspringenden Bundes ld wird der Rohling 1 in axialer Richtung in einer aus einem Niederhalter S1 und einem radial gegen den Innenum fang des Rohlings 1 zu spannenden Spreizfutter S2 bestehenden Spannvorrichtung Sl, S2 eingespannt (Teilschritt A-2), sodass eine Achse A des Rohlings 1 exakt oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist (Teilschritt A-3).
Bei Drehung um seine vertikal ausgerichtete Achse A mittels der Spannvorrichtung Sl, S2 (Teilschritt A-4) wird der Rohling 1 zur Erzeugung des radial zur Achse A des Rohlings 1 vorspringenden Bundes ld am unteren Rand lb mittels eines aus zwei gegenläufigen Formrollen bestehenden Umformwerkzeugs W1 nach innen gebördelt (Teilschritt A-5). Beim Bördeln des unteren Randes lb steht die innere Form rolle „im Eck" des sich um seine Achse A drehenden Rohlings 1', während die äußere Formrolle in Bezug auf die innere Formrolle um 90° geschwenkt wird, um den Bund ld derart auszuformen, dass er radial nach innen zur Achse A des Rohlings 1 vorspringt. Anschließend wird der Rohling 1' aus der Spannvorrichtung Sl, S2 gelöst (Teilschritt A-6)
Nach dem Wenden des gebördelten Rohlings 1, 1', sodass sich der Bund ld bei vertikaler Ausrichtung der Achse A oben befindet (Teilschritt A-7), wird der Rohling 1, 1' durch Klemmung des Bundes ld zwischen dem Niederhalter Sl und dem Spreizfutter S2 in veränderter Anordnung erneut in der Spann vorrichtung Sl, S2 eingespannt.
Zur Walzbearbeitung des umzuformenden Wandabschnitts gemäß Schritt B wird ein aus zwei gegen läufigen Walzen bzw. Formrollen bestehendes Walzwerkzeug W2 am Innenumfang und am Außenum fang des umzuformenden Wandabschnitts lc an dessen zum Bund ld weisenden Ende angesetzt (Teil schritt B-l).
Ausgehend von dieser Position wird das Walzwerkzeug W2 - während der Rohling 1, 1' mittels der Spannvorrichtung Sl, S2 um seine Achse A gedreht wird - auf einer helixförmigen Bahn B zum unteren Ende des Rohlings 1, 1' bewegt, sodass die Walzen am Innenumfang sowie am Außenumfang des um zuformenden Wandabschnitts lc abrollen und dabei den umzuformenden Wandabschnitt lc unter Verringerung dessen Wandstärke sowie unter Veränderung dessen Innen- und Außenumfangs umfor men (vgl. Figur 4). Das Walzwerkzeug W2 wird dabei nicht um die Achse A gedreht, sondern lediglich der Rohling 1, 1', wobei der Winkel und Abstand der Drehachsen XI, X2 der Walzen gegenüber der Achse A des Rohlings 1, 1' zumindest in einer die Achse A des Rohlings 1, 1' einschließenden Ebene E verändert werden können. Die Bahn B verläuft als Helix in Form einer konischen Schraube oder Spirale mit gegenseitig überlappenden Windungen, ausgehend von dem zum Bund ld weisenden Ende des umzuformenden Wandabschnitts lc in einer vom Bund ld abweisenden Richtung bis zum anderen axialen Ende des Rohlings 1, 1' (Teilschritt B-2). Die axiale Länge des Walzwerkzeugs bzw. Bahnbreite und die Ganghöhe bzw. Steigung der Bahn B pro Windung um die Achse A sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Bahn B in benachbarten Windungen aneinander angrenzt oder überlappt, sodass der Innenumfang sowie der Außenumfang des umzuformenden Wandabschnitts lc lückenlos bearbei tet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der umzuformende Wandabschnitt lc in der Darstellung gemäß Figur 3 die Form eines Kegelstumpfs auf, dessen Durchmesser sich ausgehend vom Bund ld zum davon abgewandten Ende des Rohlings 1, 1' streng monoton und linear vergrößert. Es ist aber auch möglich, den umgeformten Wandabschnitt z.B. in Düsenform mit einer nach außen kon vex und/oder konkav geformten Wölbung zu erzeugen.
Nach dem Abheben beider Walzen bzw. Formrollen des Walzwerkzeugs W2 von dem umzuformenden Wandabschnitt lc des Rohlings 1, 1' (Teilschritt B-3) werden die Teilschritte B-l, B-2 und B-3 so oft wiederholt, bis die gewünschte Form des umzuformenden Wandabschnitts lc erreicht ist (Teilschritt A-4). Der Winkel a des umzuformenden Wandabschnitts lc wird gegenüber der Achse A des Rohlings 1, 1' bei jeder Wiederholung des Teilschritts B-2 um einen Winkel von ca. 1° vergrößert. Um ausgehend von einem zylindrischen Rohling 1, 1' eine Konusform mit einem Winkel von 10° zur Achse A bzw. einen Öffnungswinkel von 20° zu erzeugen, sind ca. 10 Wiederholungen des Teilschritts B-2 erforderlich. Ab hängig von der Breite des Walzwerkzeugs W2 und der axialen Länge des umzuformenden Wandab schnitts lc umfasst die Bahn B ca. 10 Windungen bzw. 10 Umdrehungen um die Achse A des Rohlings 1, 1'. Die Drehgeschwindigkeit des Rohlings 1, 1' um seine Achse liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 30 bis 120 Umdrehungen pro Minute bzw. im Bereich von 0,5 bis 2 Umdrehungen pro Sekunde.
Die offenbarte Vorrichtung dient vorwiegend zur Herstellung eines Bauteils 1" bzw. Halbzeugs mit um geformtem Wandabschnitt lc aus einem hülsenförmigen Rohling 1, 1' durch Walzen des umzuformen den Wandabschnitts lc, vorzugsweise auch zum Einbringen von Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt lc, um aus diesem Bauteil 1" bzw. Halbzeug den erfindungsgemäßen Schräglagerkäfig fertigzustellen. Diese Vorrichtung umfasst neben dem vorstehend beschriebenen Spannwerkzeug Sl, S2 und dem vorstehend beschriebenen Walzwerkzeug W2 vorzugsweise auch ein Steuergerät, das der art konfiguriert ist, um das Walzwerkzeug W2 und ggf. das Spannwerkzeug Sl, S2 in der vorstehend beschriebenen Weise zu bewegen, sodass der umzuformende Wandabschnitt lc des hülsenförmigen Rohlings 1, 1' umgeformt, d.h. in die gewünschte Form überführt wird. Zum Einbringen der Wälzkör pertaschen in den durch Walzen umgeformten Wandabschnitt des Bauteils 1" bzw. Halbzeugs umfasst diese Vorrichtung vorzugsweise auch eine entsprechende Einrichtung bzw. ein Werkzeug, wie z.B. ein Fräswerkzeug.
Der Kerngedanke der Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Rohmaterial
Ausgangsmaterial ist eine Hülse aus rund gebogenem, verschweißtem Blech. Alternativ dazu kann die Hülse aus einem Rohr oder Walzring gedreht werden, welcher allseitig z.B. 5 mm Aufmaß zu den Fer tigmaßen der Hülse hat. Somit verringert sich der Materialeinsatz, da die Endkontur in der Folge über ein Umformverfahren erzeugt wird.
Prozessbeschreibung
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein formendes Verfahren eines Bauteils 1" bzw. Halbzeugs mit umgeformtem Wandabschnitt ohne Materialabtrag. Das eingesetzte Material bleibt nach dem For men des umzuformenden Wandabschnitts zum größten Teil erhalten.
Für die Herstellung spezifischer angewinkelter Ringe, wird der Blechring über den Innendurchmesser mittels Segmentspannfutter gehalten und mit einem Niederhalter fixiert.
Im ersten Arbeitsgang wird für die Erzeugung der geforderten Kontur die Unterkante des Vormaterials nach innen geformt.
Die nach innen geformte Kante bzw. der Bund dient als Aufnahmekante für den zweiten Arbeitsgang, bei welchem der Außenkegel geformt wird. Dazu wird die innenliegende Kante bzw. der Bund zwischen Segmentspannfutter und Niederhalter geklemmt.
Die Hülse wird mittels zweier gegenüberliegender Rollen mit hydraulischen Druck geklemmt. Über eine Drehbewegung der geklemmten Hülse wird die Hülsenwand mittels der Rollen in mehreren Schritten nach außen geformt, bis die geforderte Kontur erreicht ist.
Weitere Ausführungsbeispiele
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der umzuformende Wandabschnitt lc in der Darstel lung gemäß Figur 5 die Form eines Kegelstumpfs mit einem angrenzenden zylinderförmigen Abschnitt lc' auf. Hierfür kann ausgehend von dem in Figur 2 dargestellten Herstellungsschritt der umzufor mende Wandabschnitts lc anstelle einer reinen Konus- bzw. Kegelstumpform (Figur 3) in einen konus förmigen Abschnitt mit einem an- bzw. abschließenden zylinderförmigen Abschnitt lc' gewalzt wer den.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der umzuformende Wandabschnitt lc in der Dar stellung gemäß Figur 6 die Form eines Kegelstumpfs mit einem beidseitigen ringförmigen Bund ld, le auf. Hierfür kann ausgehend von den in Figuren 2, 3 oder 5 dargestellten Herstellungsschritten der obere Rand la des umzuformend Wandabschnitt lc, lc', der sich nach dem Wenden des gebördelten Rohlings 1, 1' unten befindet, zu einem ringförmigen Bund le gewalzt werden, dass er radial nach innen zur Achse A des Rohlings 1, 1', 1" vorspringt. Damit kann die Stabilität des Wälzlagerkäfigs er höht werden.
Bezugszeichenliste
1 Rohling
1' Rohling mit Bund ld
1" Bauteil bzw. Halbzeug (Rohling mit Bund ld und umgeformtem Abschnitt lc) la Erster Rand des Rohlings lb Zweiter Rand des Rohlings lc Umzuformender bzw. umgeformter Wandabschnitt lc' Zylinderförmiger Abschnitt des umzuformenden bzw. umgeformten Wandabschnitts lc ld Bund le Bund
A Achse des Rohlings bzw. Bauteils
B Bahn (des Walzwerkzeugs)
D Durchmesser des zylindrischen Rohlings
Dl Kleinerer Durchmesser des Rohlings
D2 Größerer Durchmesser des Rohlings
D" Größerer Durchmesser des Bauteils E Ebene senkrecht zur Achse a Öffnungswinkel
51 Spannwerkzeug 1 (Niederhalter)
52 Spannwerkzeug 2 (Segmentspannfutter)
W1 Umformwerkzeug 1 (Bördelwerkzeug bzw. Formrollen)
W2 Umformwerkzeug 2 (Walzwerkzeug bzw. Formrollen)
XI, X2 Drehachsen der Walzen

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs, insbesondere Schräglagerkäfigs, aus einem hülsenförmigen Rohling (1, 1'), umfassend die Schritte: a. Schritt A: Bereitstellen eines sich entlang einer Achse (A) erstreckenden, hülsenförmi gen Rohlings (1, 1'). b. Schritt B: Walzen eines umzuformenden Wandabschnitts (lc) des Rohlings (1, 1') unter Veränderung des Winkels (a) des umzuformenden Wandabschnitts (lc) zur Achse (A) des Rohlings (1, 1'). c. Schritt C: Einbringen von Wälzkörperaufnahmen in den gewalzten Wandabschnitt (lc).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt A wenigstens einen der fol genden Teilschritte umfasst, wobei die Teilschritte vorzugsweise in der angegebenen Reihen folge ausgeführt werden: a. Teilschritt A-l: Herstellen des Rohlings (1) aus Metall, vorzugsweise in Form eines Zy linders, bevorzugt durch Drehen des Rohlings (1) aus einem Rohmaterial oder durch Rundbiegen und Verschweißen eines Blechstreifens. b. Teilschritt A-2: Einspannen des Rohlings (1) in einer Spannvorrichtung (Sl, S2), vor zugsweise in axialer Richtung, bevorzugt zwischen zwei Spannwerkzeugen (Sl, S2) oder -werkzeugteilen, bevorzugt zwischen einem Niederhalter (Sl) und einem radial gegen den Innenumfang des Rohlings (1) gespannten Spreizfutter (S2). c. Teilschritt A-3: Anordnen des hülsenförmigen Rohlings (1), sodass eine Achse (A) des Rohlings (1) exakt oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. d. Teilschritt A-4: Drehen des Rohlings (1) um seine Achse (A), vorzugsweise bei vertikaler Ausrichtung der Achse (A), bevorzugt mittels der Spannvorrichtung (Sl, S2) gemäß Teilschritt A-2. e. Teilschritt A-5: Umformen des Rohlings (1) zur Erzeugung eines radial vorspringenden Bundes (ld), vorzugsweise an einem axialen Ende des Rohlings (1), bevorzugt am obe ren oder unteren Rand (la, lb) des Rohlings (1), besonders bevorzugt durch Bördeln des Randes (la, lb) nach innen, ganz besonders bevorzugt während der Rohling (1) um seine Achse (A) gedreht wird. f. Teilschritt A-6: Lösen des Rohlings (1, 1') aus der Spannvorrichtung (Sl, S2) gemäß Teilschritt A-2. g. Teilschritt A-7: Anordnen des Rohlings (1, 1'), sodass eine Achse (A) des Rohlings (1, 1') exakt oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, bevorzugt derart, dass sich der in Teilschritt A-5 erzeugte Bund (ld) am oberen Ende des Rohlings (1, 1') befindet. h. Teilschritt A-8: Einspannen des Rohlings (1, 1') in einer Spannvorrichtung (Sl, S2), vor zugsweise in der Spannvorrichtung (Sl, S2) gemäß Teilschritt A-2 und/oder in anderer Anordnung als in Teilschritt A-2, bevorzugt in axialer Richtung, besonders bevorzugt zwischen zwei Spannwerkzeugen (Sl, S2) oder -werkzeugteilen, ganz besonders be vorzugt durch Klemmung des in Teilschritt A-5 erzeugten Bundes (ld) zwischen einem Niederhalter (Sl) und einem Gegenhalter (S2), wie z.B. dem Spreizfutter (S2) gemäß Teilschritt A-2, wobei das Spreizfutter (S2) vorzugsweise zusätzlich radial gegen den Innenumfang des Rohlings (1) gespannt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt B wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst, wobei die Teilschritte vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden: a. Teilschritt B-l: Ansetzen eines Walzwerkzeugs (W2) an dem umzuformenden Wand abschnitt (lc) des Rohlings (1, 1'), vorzugsweise am Innenumfang und/oder am Au ßenumfang des umzuformenden Wandabschnitts (lc), bevorzugt an dem zum Bund (ld) weisenden Ende des umzuformenden Wandabschnitts (lc). b. Teilschritt B-2: Bewegen des Walzwerkzeugs (W2) und/oder des Rohlings (1, 1'), so dass das Walzwerkzeug (W2) auf einer Bahn (B) am Innenumfang und/oder am Au ßenumfang des umzuformenden Wandabschnitts (lc) abrollt und dabei den umzufor menden Wandabschnitt (lc) unter Verringerung dessen Wandstärke sowie unter Ver änderung dessen Innenumfangs und/oder dessen Außenumfangs umformt, wobei vorzugsweise die Bahn (B) wenigstens abschnittsweise oder vollständig die Form einer Helix aufweist, wie z.B. die Form einer zylindrischen oder konischen Schraube oder Spirale, wobei bevorzugt die Breite der Bahn gleich ist wie oder größer ist als die Gang höhe der Helixwindungen, sodass die benachbarten Windungen der Bahn aneinander angrenzen oder überlappen, wobei besonders bevorzugt die Bahn (B) an dem zu dem in Teilschritt A-5 erzeugten Bund (ld) weisenden Ende des umzuformenden Wandab schnitts (lc) beginnt und/oder in einer von dem in Teilschritt A-5 erzeugten Bund (ld) abweisenden Richtung verläuft und/oder an dem von dem in Teilschritt A-5 erzeugten Bund (ld) abweisenden Ende des umzuformenden Wandabschnitts (lc) endet. c. Teilschritt B-3: Abheben des Walzwerkzeugs (W2) von dem umzuformenden Wandab schnitt (lc) des Rohlings (1, 1'). d. Teilschritt B-4: Wiederholen des Teilschritts B-2, vorzugsweise der Teilschritte B-l, B- 2 und B-3, bis die gewünschte Form des umzuformenden Wandabschnitts (lc) erreicht ist, wobei bevorzugt der Winkel (a) des umzuformenden Wandabschnitts (lc) zur Achse (A) des Rohlings (1, 1') gemäß Teilschritt B-2 bei jeder Wiederholung verändert wird, vorzugsweise vergrößert wird, bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,1 bis 5°, besonders bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,5 bis 2°, ganz besonders bevorzugt um einen Winkel von 1°.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt C wenigstens einen der folgenden Teilschritte umfasst, wobei die Teilschritte vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden: a. Teilschritt C-l: Einbringen wenigstens eines Wanddurchbruchs in den gewalzten Wandabschnitt, vorzugsweise jeweils eines Wanddurchbruchs in jedem Eckbereich ei ner auszuformenden Wälzkörpertasche, bevorzugt mit einem spanenden Werkzeug (wie z.B. einem Bohr- oder Fräswerkzeug). b. Teilschritt C-2: Durchtrennen des gewalzten Wandabschnitts zur Ausbildung einer der Wälzkörpertaschen entlang einer in sich geschlossenen Linie, vorzugsweise zumindest abschnittsweise entlang einer Geraden, bevorzugt unter Verbindung mehrerer Wand durchbrüche, besonders bevorzugt mit einem Bohr- oder Fräswerkzeug. c. Teilschritt C-3: Formen der Kontur der Wälzkörpertasche, vorzugsweise derart, dass die Kontur der Wälzkörpertasche exakt oder im Wesentlichen eine Rechteckform auf weist, wobei bevorzugt die längere Seite des Rechtecks parallel zur Rotationsachse und/oder die längere Seite des Rechtecks in einer senkrecht zur Rotationsachse aus gerichteten Ebene angeordnet ist. d. Teilschritt C-4: Ausbilden einer Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Wälz körpertaschen in dem gewalzten Wandabschnitt, vorzugsweise durch Wiederholung der Teilschritte C-l bis C-3, bevorzugt derart, dass die Anzahl der Wälzkörpertaschen vorzugsweise im Bereich von 10 bis 200, oder im Bereich von 20 bis 100, oder im Be reich von 50 bis 80 liegt, wobei besonders bevorzugt wenigstens zwei oder sämtliche dieser Wälzkörpertaschen uneinheitlich ausgebildet sind und/oder wenigstens drei o- der sämtliche dieser Wälzkörpertaschen in unregelmäßigen Winkelabständen in Um fangsrichtung voneinander beabstandet sind.
5. Wälzlagerkäfig, insbesondere Schräglagerkäfig, hergestellt aus einem hülsenförmigen Rohling (1, 1') durch Walzen eines umzuformenden Wandabschnitts (lc) des Rohlings (1, 1') unter Ver änderung des Winkels (a) des umzuformenden Wandabschnitts (lc) zur Achse (A) des Rohlings (1, 1'), und durch Einbringen von Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandabschnitt (lc), vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
6. Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils (1") mit umgeformtem Wandabschnitt (lc) aus ei nem hülsenförmigen Rohling (1, 1'), vorzugsweise gemäß dem Verfahren nach einem der An sprüche 1 bis 5, umfassend: a. Ein Spannwerkzeug (Sl, S2) zur Einspannung des hülsenförmigen Rohlings (1, 1'). b. Ein Walzwerkzeug (W2), das ausgebildet ist, um zumindest einen umzuformenden Wandabschnitt (lc) des hülsenförmigen Rohlings (1, 1') durch Walzen umzuformen. c. Ein Werkzeug zum Einbringen von Wälzkörpertaschen in den gewalzten Wandab schnitt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Steuergerät aufweist, welches konfiguriert ist, um das Walzwerkzeug (W2) und ggf. das Spannwerkzeug (Sl, S2) derart anzusteuern, dass das Walzwerkzeug (W2) am Innenumfang und/oder am Au ßenumfang des umzuformenden Wandabschnitts (lc) des im Spannwerkzeug (Sl, S2) einge spannten Rohlings (1, 1') abrollt und dabei den umzuformenden Wandabschnitt (lc) unter Verringerung dessen Wandstärke sowie unter Veränderung dessen Innenumfangs und/oder dessen Außenumfangs durch Walzen umformt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät derart konfigu riert ist, um das Walzwerkzeug (W2) auf einer Bahn (B) wenigstens abschnittsweise oder voll ständig in Form einer Helix wie zum Beispiel einer zylindrischen oder konischen Schraube oder Spirale am Innenumfang und/oder am Außenumfang des umzuformenden Wandabschnitts (lc) abzurollen, vorzugsweise derart, dass benachbarte Windungen der Bahn aneinander an grenzen oder überlappen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerge rät derart konfiguriert ist, um das Walzwerkzeug (W2) derart anzusteuern, dass das Walzwerk zeug (W2) nacheinander in mehreren Bahnen (B) am Innenumfang und/oder am Außenum fang des umzuformenden Wandabschnitts (lc) des im Spannwerkzeug (Sl, S2) eingespannten Rohlings (1, 1') abrollt und dabei den umzuformenden Wandabschnitt (lc) unter Verringerung dessen Wandstärke sowie unter Veränderung dessen Innenumfangs und/oder dessen Au ßenumfangs durch Walzen umformt, bis die gewünschte Form des umzuformenden Wandab schnitts (lc) erreicht ist, wobei mit jeder Bahn (B) der Winkel (a) des umzuformenden Wand abschnitts (lc) zur Achse (A) des Rohlings (1, 1') verändert wird, vorzugsweise vergrößert wird, bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,1 bis 5°, besonders bevorzugt um einen Winkel im Bereich von 0,5 bis 2°, ganz besonders bevorzugt um einen Winkel von 1°.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzwerk zeug (W2) ein gegenläufig rotierendes Walzenpaar mit verstellbarem Walzenspalt aufweist, um den umzuformenden Wandabschnitt (lc) im Walzenspalt aufzunehmen, wobei vorzugs weise die Drehachsen (XI, X2) der Walzen parallel zueinander zumindest in einer die Achse (A) des im Spannwerkzeug (Sl, S2) eingespannten Rohlings (1, 1') einschließenden Ebene (E) aus- richtbar sind, wobei bevorzugt der Winkel und/oder der Abstand der Drehachsen (XI, X2) der Walzen gegenüber der Achse (A) des im Spannwerkzeug (Sl, S2) eingespannten Rohlings (1, 1') verstellbar ist/sind.
EP22728184.7A 2021-07-09 2022-05-09 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines wälzlagerkäfigs aus einem hülsenförmigen rohling Pending EP4366892A1 (de)

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