DE102009056035A1

DE102009056035A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102009056035A1
Application number: DE102009056035A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Krohn; Erich Kupfer; Thomas Dr. Neudecker; Heinz Pedrotti; Gustav Weidmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-01
Also published as: WO2011064063A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (8) mit einem Innenring und einem Außenring (10) und mehreren, in einem Lagerkäfig (1) zwischen Innenring und Außenring (10) abwälzenden Wälzkörpern (9), wobei der Lagerkäfig (1) über den Umfang verteilte Lagertaschen (3) für jeweils einen Wälzkörper (9) aufweist.
Zur Herstellung eines kostengünstigen und thermisch belastbaren Wälzlagers (8) wird der Lagerkäfig (1) erfindungsgemäß einteilig aus Stahl hergestellt, wobei dessen Lagertaschen (3) die Wälzkörper (9) mit einem Umschlingungswinkel (α₂) größer 180° umgreifen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring und mehreren, in einem Lagerkäfig zwischen Innenring und Außenring abwälzenden Wälzkörpern, wobei der Lagerkäfig über den Umfang verteilte Lagertaschen für jeweils einen Wälzkörper aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 10 2006 015 547 A1 ist eine Käfiganordnung für ein Wälzlager in einem Harmonic Drive bekannt, der einteilig aus Kunststoff hergestellt ist und Haltemittel für die Wälzkörper in Form von elastischen Zungen aufweist. Infolge der thermisch begrenzten Einsatzfähigkeit von Kunststoff eignet sich eine derartige Käfiganordnung nicht für thermisch anspruchsvolle Anwendungen.
Aus der EP 0 506 496 A1 ist ein Lagerkäfig für Wälzlager für hohe Betriebstemperatur bekannt. Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen lehrt die Offenbarung einen mehrteiligen Aufbau des Lagerkäfigs mit einfachen Formen der Einzelteile. Dabei erfolgt eine Trennung des Lagerrings in Bauteile verschiedener Materialzusammensetzung in Form eines Halterings und die Wälzkörper gegeneinander isolierenden Trennstücken.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager für höhere Betriebstemperaturen vorzuschlagen, das kostengünstig und einfach herzustellen ist.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring und mehreren, in einem Lagerkäfig zwischen Innenring und Außenring abwälzenden Wälzkörpern gelöst, wobei der Lagerkäfig über den Umfang verteilte Lagertaschen für jeweils einen Wälzkörper aufweist und einteilig aus Stahl hergestellt ist und die Lagertaschen die Wälzkörper mit einem Umschlingungswinkel größer 180° umgreifen.
Durch die einteilige Herstellung des Lagerkäfigs aus Stahl entfallen Materialkosten gegenüber mehrteilig aufgebauten Lagerkäfigen. Insbesondere können gegebenenfalls die Materialkosten unterschiedlicher Materialarten eingespart werden. Weiterhin entfallen durch den Zusammenbau der Teile des Lagerkäfigs zusätzliche Montagekosten und Teileverwaltungskosten. Im Weiteren kann durch den vorgeschlagenen Lagerkäfig gegenüber einer mehrteiligen Ausführung des Lagerkäfigs oder eines einteiligen, jedoch mit notwendigerweise vergrößerten Materialstärken versehenen Lagerkäfig aus Kunststoff – falls ein solcher überhaupt den geforderten thermischen Anforderung genügen sollte – Bauraum eingespart werden, so dass besonders kompakte und/oder mit erhöhter Schmiermittelreserve wie Fettfüllmenge versehenen Wälzlagern vorgesehen werden können. Die Verwendung von Stahl anstatt beispielsweise Kunststoff ermöglicht Einsätze des Wälzlagers in Anwendungen mit erhöhter Betriebstemperatur, beispielsweise 300°C und höher.
Hierzu hat sich insbesondere eine Herstellung des Lagerkäfigs aus Blech, beispielsweise aus rostfreiem und/oder elastischem Stahl geringer Blechstärke erwiesen, wobei der Lagerkäfig in bevorzugter Weise mittels eines Tiefziehverfahrens werkzeugfallend hergestellt wird.
Durch die Einstellung eines Umschlingungswinkels größer 180° werden die Wälzkörper, vorzugsweise Kugeln, in Umfangsrichtung und in axiale Richtung verliersicher aufgenommen, wobei der Lagerkäfig einseitig offen bleibt und ein optimierter Schmiermittelaustausch erhalten bleibt. Zur Verliersicherung der Wälzkörper durch die Ausbildung des vorgeschlagenen Umschlingungswinkels werden Hinterschnitte für die Wälzkörper gebildet, die der Form der Wälzkörper zur Ausbildung homogener Abwälzflächen nachgebildet sind. Ein entsprechendes Lüftspiel zur Versorgung der Wälzkörper mit Schmiermittel und Aufrechterhaltung eines sich einstellenden Schmierfilms kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Herstellung des Lagerkäfigs mehrstufig ausgeführt werden. Dabei kann eine Vorstufe des Lagerkäfigs mit Öffnungen der Lagertaschen ausgeführt werden, deren Radius größer als der Radius der Wälzkörper und damit der Umschlingungswinkel kleiner gleich 180° ist. In vorteilhafter Weise werden die Wälzkörper in diese Vorstufe des Lagerkäfigs ohne mechanischen Aufwand eingelegt und anschließend durch Umformung der Lagertaschen die Hinterschnitte, die zu einem Umschlingungswinkel größer 180° führen, erzeugt.
Zur Darstellung der Hinterschnitte kann die Vorstufe zwischen den Lagertaschen im Querschnitt dachförmig erweiterte Bereiche mit zwei einen vorgegebenen Anlagewinkel einschließenden Schenkeln aufweisen, wobei der Hinterschnitt durch Verformen der Schenkel unter Vergrößerung des Anlagewinkels erfolgt. Das Anprägen der Hinterschnitte kann beispielsweise mittels Verstemmen oder vergleichbarer Umformungstechniken erfolgen, indem beispielsweise die Schenkel in Umfangsrichtung mit einer gegensätzlichen Formkraft beaufschlagt werden. Durch die Materialverlagerung in Richtung der Wälzkörper zweier in Umfangsrichtung benachbarter Lagertaschen wird der dachförmige Bereich zwischen den Lagertaschen abgeflacht und jeweils ein Hinterschnitt an den einander zugewandten Seiten der Lagertaschen erzeugt. Entsprechend erfolgt die Ausbildung der übrigen Hinterschnitte an den verbleibenden Lagertaschen gleichzeitig oder hintereinander, beispielsweise mittels einer entsprechenden Anzahl in Umfangsrichtung angeordneter Form- beziehungsweise Stemmwerkzeuge.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestückung der Lagertaschen des Lagerkäfigs bei fertig gestelltem Lagerkäfig, also mit bereits vorhandenen Hinterschnitten mit einem Umschlingungswinkel größer 180°. Hierzu können die Lagertaschen begrenzt elastisch ausgebildet sein und die Wälzkörper unter elastischer Aufweitung des Umschlingungswinkels in die Lagertaschen eingebracht, beispielsweise eingeclipst werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Teilabwicklung einer Vorstufe eines einteiligen, aus Blech gebildeten Lagerkäfigs;
2 eine Teilabwicklung eines Wälzlagers mit dem mit Hinterschnitten versehenen Lagerkäfig.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Vorstufe 2 des Lagerkäfigs 1 in einer Teilabwicklung aus radialer Sicht mit zwei Lagertaschen 3 zur Aufnahme der hier kugelförmig vorgesehenen Wälzkörper. Die Vorstufe 2 ist aus Blech mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt. Hierbei sind die Lagertaschen 3 kreissegmentförmig um die Mittelpunkte 4 der noch nicht eingelegten Wälzkörper ausgeprägt und weisen in der Darstellung nach unten und damit im Wälzlager axial ausgerichtete Öffnungen 5 auf, die den um die Mittelpunkte 4 gezogenen Umschlingungswinkel α₁ von größer oder hier gleich 180° und damit den Durchmesser d der Wälzkörper freigeben. Infolgedessen lassen sich die Wälzkörper ohne Überwindung einer Einlegekraft in die Lagertaschen einlegen.
Die Vorstufe 2 wird anschließend so umgeformt, dass der Umschlingungswinkel α₁ kleiner als 180° beträgt und damit die Wälzkörper verliersicher in den Lagertaschen 3 aufgenommen sind. Hierzu ist zwischen den Lagertaschen 3 der dachförmig erweiterte Bereich 6 mit zwei Schenkeln 7 vorgesehen, die einen Anlagewinkel β₁ einschließen, der ein spitzer Winkel oder – wie hier gezeigt – ein rechter Winkel sein kann. In speziellen Anwendungsfällen kann der Anlagewinkel β₁ bis zu 120° betragen. Durch die dachförmige Ausbildung der Schenkel 7 wird zwischen den Lagertaschen ein Materialvorrat vorgehalten, mittels dessen nach dem Einfügen der Wälzkörper Hinterschnitte für die Wälzkörper ausgebildet werden können.
2 zeigt hierzu das fertig montierte Wälzlager 8 in einer Teilabwicklung von radial innen unter Weglassung des Innenrings des Wälzlagers 8 mit dem fertig gestellten Lagerkäfig 1, den Wälzkörpern 9 und dem Außenring 10. Infolge der Umformung des dachförmig erweiterten Bereiches 6, beispielsweise mittels Verstemmen sind an den Lagertaschen 3 die Umfänge der Wälzkörper 9 hintergreifende Hinterschnitte 11 angeformt, die den Umschlingungswinkel α₂ so einschränken, dass die Öffnungen 5 kleiner als der Durchmesser d der Wälzkörper 9 sind und diese verliersicher in den Lagertaschen 3 fixiert sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Umschlingungswinkel α₂ größer als 180° und damit als überstumpfer Winkel ausgebildet.
Infolge der Bildung der Hinterschnitte 11 wird der Anlagewinkel β₂ gegenüber dem Anlagewinkel β₁ der 1 abgeflacht und beträgt größer 90° – hier ca. 150°. Die Steigung γ der Schenkel 7 fällt dabei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf 15°. Es versteht sich, dass je nach Auslegung des Wälzlagers 8 abhängig von der Anzahl der Wälzkörper 9 und deren Durchmesser d die beschriebenen Parameter an die Gegebenheiten angepasst werden können.
Die 2 repräsentiert weiterhin eine vorteilhafte Ausgestaltung des Wälzlagers 8 in Teilabwicklung, das ohne die Vorstufe 2 der 1 den Lagerkäfig 1 werkzeugfallend vorsieht, wobei die Hinterschnitte 11 vor dem Einbringen der Wälzkörper 9 eingeformt sind und die Wälzkörper unter elastischer Verspannung der Hinterschnitte 11 in die Lagertaschen 3 eingeclipst werden. Dabei kann abhängig von den elastischen Eigenschaften des Lagerkäfigs 1, die unter Anderem von den Materialeigenschaften des verwendeten Stahls, von der Stärke des verwendeten Blechs und dergleichen abhängen, die Ausprägung der Hinterschnitte 11 so gewählt werden, dass die Wälzkörper 9 in der Fertigung mit tolerierbaren Kräften und geringer elastischer Verformung der Lagertaschen 3 eingeclipst werden können und gleichzeitig verliersicher in diesen gehalten werden.
Bezugszeichenliste

1: Lagerkäfig
2: Vorstufe
3: Lagertasche
4: Mittelpunkt
5: Öffnung
6: dachförmig erweiterter Bereich
7: Schenkel
8: Wälzlager
9: Wälzkörper
10: Außenring
11: Hinterschnitt
α1: Umschlingungswinkel
α2: Umschlingungswinkel
β1: Anlagewinkel
β2: Anlagewinkel
γ: Steigung
d: Durchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006015547 A1 [0002]
EP 0506496 A1 [0003]

Claims

Wälzlager (8) mit einem Innenring und einem Außenring (10) und mehreren, in einem Lagerkäfig (1) zwischen Innenring und Außenring (10) abwälzenden Wälzkörpern (9), wobei der Lagerkäfig (1) über den Umfang verteilte Lagertaschen (3) für jeweils einen Wälzkörper (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (1) einteilig aus Stahl hergestellt ist und die Lagertaschen (3) die Wälzkörper (9) mit einem Umschlingungswinkel (α₂) größer 180° umgreifen.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (1) einseitig offen und die Wälzkörper (9) mittels durch den Umschlingungswinkel (α₂) gebildeten Hinterschnitten (11) verliersicher in den Lagertaschen (3) aufgenommen sind.
Wälzlager (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (1) in einer Vorstufe (2) mit einem Umschlingungswinkel (α₁) kleiner gleich 180° gefertigt und die Hinterschnitte (11) nach Einlegen der Wälzkörper (9) gebildet sind.
Wälzlager (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorstufe (2) zwischen den Lagertaschen (3) im Querschnitt dachförmig erweiterte Bereiche (6) mit zwei einen vorgegebenen Anlagewinkel (β₁) einschließenden Schenkeln (7) vorgesehen sind, wobei der Hinterschnitt (11) durch Verformen der Schenkel (7) unter Vergrößerung des Anlagewinkels (β₁) erfolgt.
Wälzlager (8) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung der Schenkel (7) mittels Verstemmen erfolgt.
Wälzlager (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagertaschen (3) begrenzt elastisch ausgebildet sind und die Wälzkörper (9) unter elastischer Aufweitung des Umschlingungswinkels (α₂) in die Lagertaschen (3) eingebracht werden.
Wälzlager (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (1) mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt ist.