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DE10011651B4 - Rotationssymmetrisches Formteil - Google Patents

Rotationssymmetrisches Formteil Download PDF

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DE10011651B4 DE10011651A DE10011651A DE10011651B4 DE 10011651 B4 DE10011651 B4 DE 10011651B4 DE 10011651 A DE10011651 A DE 10011651A DE 10011651 A DE10011651 A DE 10011651A DE 10011651 B4 DE10011651 B4 DE 10011651B4
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Abstract

Rotationssymmetrisches Formteil, welches aus einem von einem Bandmaterial abgetrennten Streifen (1) hergestellt ist, dessen stirnseitige Enden miteinander verbunden sind, wobei an einem Ende des Streifens (1) ein Vorsprung (7) und am anderen Ende des Streifens (1) eine Ausnehmung (6) angeordnet sind, die nach der Endformung des Streifens (1) ineinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (7) am einen Ende des Streifens (1) gegenüber der Ausnehmung (6) am anderen Ende des Streifens (1) über seine Gesamtkontur ein Übermaß aufweist und um die Materialstärke des Streifens (1) versetzt auf/an der Ausnehmung (6) auf-/anliegend durch Aufbringen einer axialen oder radialen Presskraft derart in die Ausnehmung (6) eingepresst ist, dass durch plastische Verformung beim Einschieben des Vorsprungs (7) in die Ausnehmung (6) ein unlösbarer Pressverband zwischen den Enden des Streifens (1) gebildet ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft diverse rotationssymmetrische Formteile, welche aus von einem Bandmaterial abgetrennten und an ihren stirnseitige Enden miteinander verbundenen Streifen hergestellt sind, wobei an einem Ende jedes Streifens ein Vorsprung und am anderen Ende jedes Streifens eine Ausnehmung angeordnet ist, die nach der Endformung des Streifens ineinander gefügt sind. Außerdem betrifft die Erfindung zugehörige Verfahren zur Herstellung solcher Formteile.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Durch die DE 15 52 099 A1 ist es bekannt, den Lagerkäfig für ein Wälzlager als rotationssymmetrisches Formteil derart herzustellen, dass zunächst in einem flachen Metallband durch einen Stanzvorgang Wälzkörper aufnehmende Taschen erzeugt werden. Nach dem Ablängen des Metallbandes entsprechend dem gewünschten Käfigdurchmesser wird dieses in eine zylindrische Form gerollt, so dass die beiden Stoßstellen aneinanderliegen. Zur Fertigstellung des Käfigs werden dann die aneinanderliegenden Stoßstellen durch einen Schweißvorgang miteinander verbunden.
  • Nachteilig dabei ist, dass durch das Verbindungsschweißen Schweißaufwürfe entstehen, die in einem nachfolgenden Arbeitsgang wieder abgetragen werden müssen, da sie ansonsten das Lager beschädigen können. Ebenso ist es von Nachteil, dass beim Verbindungsschweißen sogenannte Ungänzen entstehen, die durch nach innen gehende geometrische Unregelmäßigkeiten in verschiedenen Abstufungen gebildet werden und bis in eine Tiefe reichen, in der sie die Funktion des Bauteils bis hin zur Unbrauchbarkeit nachhaltig beeinflussen. Ursächlich dafür ist die durch die plötzliche Änderung des Querschnittes oder der Oberflächenkontur eintretende Kerbwirkung der Ungänzen, die sich innerhalb der Schweißverbindung zwischen den beiden Stoßstellen des Käfigs insbesondere negativ auf dessen Dauerfestigkeit unter hohen Beanspruchungen auswirkt.
  • Eine andere Möglichkeit, die Enden eines von einem Bandmaterial abgetrennten Streifens ohne ein nachteiliges Verbindungsschweißen zu einem rotationssymmetrischen Formteil miteinander zu verbinden ist durch die US 4 543 297 bekannt geworden. Nach dieser Druckschrift wird an das eine stirnseitige Ende des Streifens ein Vorsprung angeformt, dessen Kontur exakt der Kontur einer in das andere stirnseitige Ende des Streifens eingeformten Ausnehmung entspricht. Gleichzeitig mit der Endformung des Streifens zu einem Ring in einem Gesenkwerkzeug werden dann die Enden des Streifens durch Gegeneinanderpressen in Umfangsrichtung ineinander gefügt, so dass eine formschlüssige Verbindung der Enden des Steifens entsteht.
  • Nachteilig an einer solchen Verbindung der Enden eines Streifens ist jedoch, dass diese Verbindung lediglich durch Formschluss erfolgt und dadurch für die Herstellung von Käfigen für Wälzlager ungeeignet ist, da diese den hohen Beanspruchungen im Wälzlagerbetrieb nicht sicher standhält und die Gefahr des Lösens der Verbindung besteht.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Ausgehend von den Lösungen des Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein aus einem Band hergestelltes rotations symmetrisches Formteil zu entwickeln, bei dem die Verbindung der Enden des Streifens eine zuverlässige Dauerfestigkeit auch unter höchsten Beanspruchungen gewährleistet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem rotationssymmetrischen Formteil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Vorsprung am einen Ende des Streifens gegenüber der Ausnehmung am anderen Ende des Streifens über seine Gesamtkontur ein Übermaß aufweist und um die Materialstärke des Streifens versetzt auf/an der Ausnehmung auf-/anliegend durch Aufbringen einer axialen oder radialen Presskraft derart in die Ausnehmung eingepresst ist, dass durch plastische Verformung beim Einschieben des Vorsprungs in die Ausnehmung ein unlösbarer Pressverband zwischen den Enden des Streifens gebildet ist.
  • Der Vorteil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Formteiles liegt somit insbesondere darin, dass durch diese neuartige Verbindungstechnik der Bandenden das Schweißen entfallen kann und trotzdem eine mit einer Schweißverbindung vergleichbare Dauerfestigkeit der Verbindung erreicht wird. Der gebildete Pressverband zwischen den Enden des Streifens gewährleistet dabei, dass eine solche Verbindung auch hohen Beanspruchungen sicher standhält und keine Gefahr des Lösens der Verbindung mehr besteht. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass auch Bandmaterialien verwendet werden können, die nicht oder nur sehr schwierig schweißtechnisch miteinander verbunden werden können.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Formteils werden in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Danach ist es gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass das Formteil in einer ersten bevorzugten Ausführungsform als aus zwei mit radialen Abwinkelungen ausgebildeten Seitenringen und mehreren dazwischen in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten Stegen bestehender Käfig für ein Wälzlager ausgebildet ist. Nach Anspruch 3 sind dabei an den Enden der radialen Abwinkelungen der Seitenringe einerseits vertikale Ausnehmungen und andererseits vertikale Vorsprünge angeordnet, die nach dem Rundbiegen des Käfigs axial nebeneinander angeordnet sind und durch Aufbringen einer axialen Presskraft ineinander verpresst sind.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist das Formteil in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform als ein aus zwei Seitenringen und mehreren dazwischen in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Zählabschnitten bestehendes Impulsrad für eine Einrichtung zum Messen einer Drehzahl eines rotierenden Bauteils ausgebildet. Dabei sind nach Anspruch 5 an den Enden der Seitenringe einerseits horizontale Ausnehmungen und andererseits horizontale Vorsprünge angeordnet, die nach dem Rundbiegen des Impulsrades radial übereinander angeordnet sind und durch Aufbringen einer radialen Presskraft ineinander verpresst sind.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es gemäß Anspruch 6, dass bei beiden genannten Ausführungsformen die Ausnehmungen als Ω-förmige Ausklinkungen und die Vorsprünge als Ω-förmige Nasen ausgebildet sind. Es sind jedoch auch andere Formen für die Ausnehmung und den Vorsprung denkbar, wobei man insbesondere solche Formen bevorzugen wird, die sich mit einem möglichst geringen Aufwand herstellen und sich leicht ineinander fügen lassen.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 7 soll das Band aus einem Eisenwerkstoff, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem Kunststoff gefertigt sein.
  • Im Anspruch 8 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formteiles in Form eines Käfigs unter Schutz gestellt, bei dem zunächst ein endloses Bandmaterial entsprechend dem gewünschten späteren Profilquerschnitt durch einen Formgebungsvorgang profiliert wird, danach Taschen für die Aufnahme von Wälzkörpern ausgestanzt werden und anschließend von dem Bandmaterial ein Streifen entsprechend dem späteren Durchmesser des Käfigs abgelängt wird. Danach erfolgt das Ausklinken der Ausnehmungen und der Vorsprünge an den gegenüberliegenden Enden des Streifens mit anschließendem Biegen des Streifens in die Ringform, bevor durch axiales Ineinanderpressen der Vorsprünge in die Ausnehmungen der formstabile Käfig gebildet ist. Das Profilieren des endlosen Bandmaterials im ersten Verfahrensschritt erfolgt dabei gemäß Anspruch 9 bevorzugt durch Profilrollen und zusätzlich können nach Anspruch 10 die Taschen nach deren Ausstanzen durch Prägen ihrer Innenseiten mit Führungs- und/oder Halteflächen versehen werden.
  • Schließlich ist in Anspruch 11 ein ähnliches Herstellverfahren für ein Impulsrad beschrieben, wonach zunächst aus einem endlosen Bandmaterial Taschen ausgestanzt werden, um zwischen diesen Zählabschnitte zu bilden und danach ein Streifen vom Bandmaterial entsprechend dem späteren Durchmesser des Impulsrades abgelängt wird. Anschließend erfolgt auch hier das Ausklinken der Ausnehmungen und der Vorsprünge an den gegenüberliegenden Enden des Streifens mit anschließendem Biegen des Streifens in die Ringform, bevor durch radiales Ineinanderpressen der Vorsprünge in die Ausnehmungen das formstabile Impulsrad gebildet ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Das erfindungsgemäß ausgebildete Formteil wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines fertig bearbeiteten Bandabschnittes vor der Verbindung der Enden;
  • 2 einen Ausschnitt von einem perspektivisch dargestellten Wälzlagerkäfig nach der Verbindung der Enden;
  • 3 einen Ausschnitt von einem perspektivisch dargestellten Impulsrad nach der Verbindung der Enden.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Aus 1 geht ein von einem Bandmaterial abgetrennter Streifen 1 hervor, der durch Profilieren des endlosen Bandmaterials, Ausstanzen von Taschen 5, Ablängen des Streifens 1 vom Bandmaterial sowie Ausklinken von Ausnehmungen 6 und Vorsprüngen 7 an seinen gegenüberliegenden Enden hergestellt ist und das Ausgangsmaterial für den in 2 gezeigten Käfig 8 eines Wälzlagers darstellt. Deutlich sichtbar ist der Streifen 1 dabei so profiliert, dass dieser zwei mit radialen Abwinkelungen ausgebildete Seitenringe 2, 3 sowie M-förmige Stege 4 aufweist, die zunächst parallel zur nicht dargestellten Lagerachse verlaufen, anschließend schräg radial nach innen abfallen und sich abschließend in einem parallel zur Lagerachse verlaufenden Teilbereich vereinen. Ebenso ist in 1 deutlich zu sehen, dass die Ausnehmungen 6 und die Vorsprünge 7 an den Enden des Streifens jeweils vertikal an den radialen Abwinkelungen der Seitenringe 2, 3 des Käfigs 8 angeordnet und als Ω-förmige Ausklinkungen bzw. als Ω-förmige Nasen ausgebildet sind, wobei lediglich andeutungsweise zu erkennen ist, dass die Vorsprünge 7 gegenüber den Ausnehmungen 6 über ihre Gesamtkontur jeweils ein Übermaß aufweisen. Nach dem Rundbiegen des Käfigs 8 erfolgt dann das Einpressen der Vorsprünge 7 in die Ausnehmungen 6 in axialer Richtung, wobei die Vorsprünge 7 um die Materialstärke des Streifens 1 axial versetzt an den Ausnehmungen 6 anliegen und durch Aufbringen einer axialen Presskraft ineinander verpresst werden, so dass durch plastische Verformung beim Einschieben der Vorsprünge 7 in die Ausnehmungen 6 ein unlösbarer Pressverband zwischen den Enden des Streifens 1 der in 2 gezeigten Art gebildet ist.
  • Bei dem in 3 dargestellten Impulsrad 8' sind dagegen aus einem endlosen Bandmaterial lediglich Taschen 12 ausgestanzt, durch die wiederum durch Stege miteinander verbundene Seitenringe 9 und 10 entstehen, wobei hier die Stege jedoch entsprechende Zählabschnitte 11 für eine Einrichtung zum Messen der Drehzahl eines rotierenden Bauteils bilden. Deutlich sichtbar sind auch bei dieser Ausführungsform an den Enden der Seitenringe 9, 10 einerseits als Ω-förmige Ausklinkungen ausgebildete Ausnehmungen 6' und andererseits als Ω-förmige Nasen ausgebildete Vorsprünge 7' angeordnet, wobei die Vorsprünge 7' gegenüber den Ausnehmungen 6' über ihre Gesamtkontur wieder jeweils ein Übermaß aufweisen, hierbei jedoch horizontal angeordnet sind. Nach dem Rundbiegen des Impulsrades 8' erfolgt dann das Einpressen der Vorsprünge 7' in die Ausnehmungen 6' in radialer Richtung, wobei die Vorsprünge 7' wieder um die Materialstärke des Streifens 1 radial versetzt auf den Ausnehmungen 6' aufliegen und durch Aufbringen einer radialen Presskraft ineinander verpresst werden, so dass ebenfalls durch plastische Verformung beim Einschieben der Vorsprünge 7' in die Ausnehmungen 6' ein unlösbarer Pressverband zwischen den Enden der Seitenringe 9, 10 gebildet ist.
  • In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Stoßstellen jeweils so gelegt, dass sie in den Bereich einer Tasche 5 bzw. 12 fallen. Deren Anordnung im Bereich der Stege 4 bzw. der Zählabschnitte 11 ist jedoch ebenso möglich.
    • 1
    Streifen
    2
    Seitenring von 8
    3
    Seitenring von 8
    4
    Stege von 8
    5
    Taschen in 8
    6
    Ausnehmungen in 8
    6'
    Ausnehmungen in 8'
    7
    Vorsprünge an 8
    7'
    Vorsprünge an 8'
    8
    Käfig
    8'
    Impulsrad
    9
    Seitenring von 8'
    10
    Seitenring von 8'
    11
    Zählabschnitt an 8'
    12
    Taschen in 8'

Claims (11)

  1. Rotationssymmetrisches Formteil, welches aus einem von einem Bandmaterial abgetrennten Streifen (1) hergestellt ist, dessen stirnseitige Enden miteinander verbunden sind, wobei an einem Ende des Streifens (1) ein Vorsprung (7) und am anderen Ende des Streifens (1) eine Ausnehmung (6) angeordnet sind, die nach der Endformung des Streifens (1) ineinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (7) am einen Ende des Streifens (1) gegenüber der Ausnehmung (6) am anderen Ende des Streifens (1) über seine Gesamtkontur ein Übermaß aufweist und um die Materialstärke des Streifens (1) versetzt auf/an der Ausnehmung (6) auf-/anliegend durch Aufbringen einer axialen oder radialen Presskraft derart in die Ausnehmung (6) eingepresst ist, dass durch plastische Verformung beim Einschieben des Vorsprungs (7) in die Ausnehmung (6) ein unlösbarer Pressverband zwischen den Enden des Streifens (1) gebildet ist.
  2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als aus zwei mit radialen Abwinkelungen ausgebildeten Seitenringen (2, 3) und mehreren dazwischen in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten Stegen (4) bestehender Käfig (8) für ein Wälzlager ausgebildet ist.
  3. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden der radialen Abwinkelungen der Seitenringe (2, 3) einerseits vertikale Ausnehmungen (6) und andererseits vertikale Vorsprünge (7) angeordnet sind, die nach dem Rundbiegen des Käfigs axial nebeneinander angeordnet sind und durch Aufbringen einer axialen Presskraft ineinander verpresst sind.
  4. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein aus zwei Seitenringen (9, 10) und mehreren dazwischen in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Zählabschnitten (11) bestehendes Impulsrad (8') für eine Einrichtung zum Messen einer Drehzahl eines rotierenden Bauteils ausgebildet ist.
  5. Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden der Seitenringe (9, 10) einerseits horizontale Ausnehmungen (6') und andererseits horizontale Vorsprünge (7') angeordnet sind, die nach dem Rundbiegen des Impulsrades (8') radial übereinander angeordnet sind und durch Aufbringen einer radialen Presskraft ineinander verpresst sind.
  6. Formteil nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (6, 6') als Ω-förmige Ausklinkungen und die Vorsprünge (7, 7') als Ω-förmige Nasen ausgebildet sind.
  7. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen (1) aus einem Eisenwerkstoff, aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem Kunststoff besteht.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Käfigs (8) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 2, 3, 6 und 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Profilieren eines endlosen Bandmaterials entsprechend dem späteren Profilquerschnitt des Käfigs (8) durch einen Formgebungsvorgang, b) Ausstanzen der Taschen (5) für die Aufnahme von Wälzkörpern, c) Ablängen eines Streifens (1) vom Bandmaterial entsprechend dem späteren Durchmesser des Käfigs (8), d) Ausklinken der Ausnehmungen (6) und der Vorsprünge (7) an den gegenüberliegenden Enden des Steifens (1), e) Biegen des Streifens (1) in eine Ringform, f) axiales Ineinanderpressen der Vorsprünge (7) in die Ausnehmungen (6) zur Bildung eines formstabilen Käfigs (8).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilieren des endlosen Bandmaterials gemäß Verfahrensschritt a.) bevorzugt durch Profilrollen erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verfahrensschritten b.) und c.) die Taschen (5) durch Prägen ihrer Innenseiten zusätzlich mit Führungs- und/oder Halteflächen versehen werden.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Impulsrades mit den Merkmalen eines der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Ausstanzen von Taschen (12) aus einem endlosen Bandmaterial zur Bildung von zwischen den Taschen (12) angeordneten Zählabschnitten (11), b) Ablängen eines Streifens (1) vom Bandmaterial entsprechend dem späteren Durchmesser des Impulsrades (8'), c) Ausklinken der Ausnehmungen (6') und der Vorsprünge (7') an den gegenüberliegenden Enden des Steifens (1), d) Biegen des Streifens (1) in eine Ringform, e) radiales Ineinanderpressen der Vorsprünge (7') in die Ausnehmung (6') zur Bildung eines formstabilen Impulsrades (8').
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