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WO2011064063A1 - Wälzlager blechkammkäfig und verfahren zu dessen zusammenbau - Google Patents

Wälzlager blechkammkäfig und verfahren zu dessen zusammenbau Download PDF

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WO2011064063A1
WO2011064063A1 PCT/EP2010/066218 EP2010066218W WO2011064063A1 WO 2011064063 A1 WO2011064063 A1 WO 2011064063A1 EP 2010066218 W EP2010066218 W EP 2010066218W WO 2011064063 A1 WO2011064063 A1 WO 2011064063A1
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WO
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bearing
rolling
cage
pockets
rolling elements
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2010/066218
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gustav Weidmann
Heinz Pedrotti
Jens Krohn
Thomas Neudecker
Erich Kupfer
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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.)
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Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C43/00—Assembling bearings
    • F16C43/04—Assembling rolling-contact bearings
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    • F16C43/08—Placing rolling bodies in cages or bearings by deforming the cages or the races
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38—Ball cages
    • F16C33/41—Ball cages comb-shaped
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    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/30—Angles, e.g. inclinations

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing with an inner ring and an outer ring and a plurality of rolling in a bearing cage between the inner ring and outer ring rolling elements, wherein the bearing cage distributed over the circumference bearing pockets for each having a rolling element.
  • the invention is therefore based on the object to propose a rolling bearing for higher operating temperatures, which is inexpensive and easy to manufacture. Description of the invention
  • the object is achieved by a roller bearing with an inner ring and an outer ring and several, rolling in a bearing cage between inner ring and outer ring rolling elements, the bearing cage distributed over the circumference bearing pockets for each rolling element and is integrally made of steel and the bearing pockets gripping the rolling elements with a wrap angle greater than 180 °.
  • the one-piece production of the bearing cage made of steel eliminates material costs compared to multipart bearing cages. In particular, if necessary, the material costs of different types of material can be saved. Furthermore, the assembly of the parts of the bearing cage eliminates additional assembly costs and parts management costs. Furthermore, by the proposed bearing cage over a multi-part design of the bearing cage or a one-piece, but with necessarily increased material thickness provided bearing cage made of plastic - if such should satisfy the required thermal requirement - space can be saved, so that particularly compact and / or with Increased lubricant reserve as grease fill provided rolling bearings can be provided.
  • the use of steel rather than, for example, plastic allows rolling bearing applications in elevated operating temperature applications, for example 300 ° C and higher.
  • the bearing cage made of sheet metal, for example made of stainless and / or elastic steel of small plate thickness
  • the bearing cage is preferably produced by means of a die-cutting process tool falling.
  • the rolling elements preferably balls
  • the rolling elements are modeled on the shape of the rolling elements to form homogeneous rolling surfaces.
  • a corresponding clearance for supplying the rolling elements with lubricant and maintaining a self-adjusting lubricating film can be provided in an advantageous manner.
  • the production of the bearing cage can be carried out in several stages.
  • a precursor of the bearing cage can be made with openings of the bearing pockets whose radius is greater than the radius of the rolling elements and thus the wrap angle is less than or equal to 180 °.
  • the rolling elements are inserted into this precursor of the bearing cage without mechanical effort and then by forming the bearing pockets, the undercuts, which lead to a wrap angle greater than 180 °, generated.
  • the precursor between the bearing pockets in cross-section may have roof-shaped widened areas with two legs enclosing a given angle of inclination, wherein the undercut takes place by deforming the legs while increasing the contact angle.
  • the embossing of the undercuts can be done, for example, by means of caulking or comparable forming techniques, for example by acting on the legs in the circumferential direction with an opposing forming force.
  • the roof-shaped region between the bearing pockets is flattened and in each case an undercut is produced on the mutually facing sides of the bearing pockets.
  • the formation of the remaining undercuts on the remaining storage bags takes place simultaneously or in succession, for example by means of a corresponding number of shaping or caulking tools arranged in the circumferential direction.
  • the placement of the bearing pockets of the bearing cage takes place when the bearing cage is finished, ie with already existing undercuts having a wrap angle greater than 180 °.
  • the bearing pockets can be designed to be limited elastic and the rolling elements introduced under elastic widening of the wrap angle in the bearing pockets, for example, be clipped.
  • FIG. 1 is a partial processing of a preliminary stage of a one-piece, formed of sheet metal bearing cage;
  • FIG. 2 shows a partial development of a roller bearing with the bearing cage provided with undercuts.
  • FIG. 1 shows the preliminary stage 2 of the bearing cage 1 in a partial development from a radial point of view with two bearing pockets 3 for receiving the rolling elements provided here in spherical form.
  • the precursor 2 is made of sheet metal by means of a deep-drawing process.
  • the bearing pockets 3 circular segment around the centers 4 of the not yet inserted rolling elements pronounced and have in the representation down and thus in the rolling bearing axially aligned openings 5, which are drawn around the centers 4 wrap angle eh greater than or equal to 180 ° and thus release the diameter d of the rolling elements.
  • the rolling elements can be inserted into the bearing pockets without overcoming an insertion force.
  • the precursor 2 is then reshaped so that the wrap angle eh is less than 180 ° and thus the rolling elements captive in the Storage bags 3 are included.
  • the bearing pockets 3 of the roof-shaped widened region 6 is provided with two legs 7, which include a bearing angle ßi, which can be an acute angle or - as shown here - a right angle.
  • the contact angle ßi can be up to 120 °. Due to the roof-shaped design of the legs 7, a stock of material is kept between the bearing pockets, by means of which after insertion of the rolling elements undercuts for the rolling elements can be formed.
  • Figure 2 shows this the finished mounted rolling bearing 8 in a partial development of radially inside, omitting the inner ring of the rolling bearing 8 with the finished bearing cage 1, the rolling elements 9 and the outer ring 10.
  • the wrap angle a 2 is greater than 180 ° and thus formed as a super-blunt angle.
  • the figure 2 further represents an advantageous embodiment of the rolling bearing 8 in partial development, which provides the bearing cage 1 tool without the precursor 2 of Figure 1, wherein the undercuts 1 1 are formed prior to introduction of the rolling elements 9 and the rolling elements under elastic stress of the Undercuts 1 1 are clipped into the storage bags 3.
  • the expression the undercuts 1 1 are selected so that the rolling elements 9 can be clipped in production with tolerable forces and low elastic deformation of the storage bags 3 and at the same time captive held in this.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

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

Bezeichnung der Erfindung
WÄLZLAGER BLECHKAM MKÄFIG UND VERFAHREN ZU DESSEN ZUSAM MENBAU Beschreibung
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 Harmonie 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 verschiede- ner 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 Außen- ring 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 Umschlin- gungswinkel größer 180° umgreifen.
Durch die einteilige Herstellung des Lagerkäfigs aus Stahl entfallen Materialkosten gegenüber mehrteilig aufgebauten Lagerkäfigen. Insbesondere können gegebenenfalls die Material kosten unterschiedlicher Materialarten eingespart werden. Weiterhin entfallen durch den Zusammenbau der Teile des Lagerkä- figs 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 entspre- chendes 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 La- gerkäfigs 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 vorgege- benen Anlagewinkel einschließenden Schenkeln aufweisen, wobei der Hinterschnitt durch Verformen der Schenkel unter Vergrößerung des Anlagewinkels erfolgt. Das Anprägen der Hinterschnitte kann beispielsweise mittels Verstem- men oder vergleichbarer Umformungstechniken erfolgen, indem beispielsweise die Schenkel in Umfangsrichtung mit einer gegensätzlichen Formkraft beauf- schlagt 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 Lager- taschen 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:
Figur 1 eine Teilabwicklung einer Vorstufe eines einteiligen, aus Blech gebildeten Lagerkäfigs; Figur 2 eine Teilabwicklung eines Wälzlagers mit dem mit Hinterschnitten versehenen Lagerkäfig.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Figur 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 eh 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 eh 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 ßi einschließen, der ein spitzer Winkel oder - wie hier gezeigt - ein rechter Winkel sein kann. In speziellen Anwendungsfällen kann der Anlagewinkel ßi 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.
Figur 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 1 1 angeformt, die den Umschlingungswinkel a2 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 a2 größer als 180° und damit als überstumpfer Winkel ausgebildet.
Infolge der Bildung der Hinterschnitte 1 1 wird der Anlagewinkel ß2 gegenüber dem Anlagewinkel ßi der Figur 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 Figur 2 repräsentiert weiterhin eine vorteilhafte Ausgestaltung des Wälzlagers 8 in Teilabwicklung, das ohne die Vorstufe 2 der Figur 1 den Lagerkäfig 1 werkzeugfallend vorsieht, wobei die Hinterschnitte 1 1 vor dem Einbringen der Wälzkörper 9 eingeformt sind und die Wälzkörper unter elastischer Verspan- nung der Hinterschnitte 1 1 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 1 1 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
1 1 Hinterschnitt
αι Umschlingungswinkel
α2 Umschlingungswinkel
ßi Anlagewinkel
ß2 Anlagewinkel
Y Steigung
d Durchmesser

Claims

Patentansprüche
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 Umschlingungswin- kel (a2) größer 180° umgreifen.
Wälzlager (8) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (1 ) einseitig offen und die Wälzkörper (9) mittels durch den Um- schlingungswinkel (a2) gebildeten Hinterschnitten (1 1 ) 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 (α-ι) kleiner gleich 180° gefertigt und die Hinterschnitte (1 1 ) 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 (ßi) einschließenden Schenkeln (7) vorgesehen sind, wobei der Hinterschnitt (1 1 ) durch Verformen der Schenkel (7) unter Vergrößerung des Anlagewinkels (ßi) 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 (a2) 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.
PCT/EP2010/066218 2009-11-27 2010-10-27 Wälzlager blechkammkäfig und verfahren zu dessen zusammenbau Ceased WO2011064063A1 (de)

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