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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Kegelrollenlager, wie im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 definiert, und auf ein Verfahren zum Herstellen
eines solchen Kegelrollenlagers.
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Ein
Kegelrollenlager umfasst, wie in 1 gezeigt,
die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, einen inneren Ring 2 mit
einem großen
Flansch 1a und einem kleinen Flansch 1b an beiden
Seiten einer konischen Laufbahn, einen äußeren Ring 3 mit einer
konischen Laufbahn, eine Vielzahl kegeliger Rollen 4, die
zwischen den Laufbahnen der inneren und äußeren Ringe 2 und 3 abwälzbar montiert
sind, und einen Käfig 6 zum
Festhalten der kegeligen Rollen 4 in Taschen 5 mit
gleichen Umfangsintervallen.
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Die
Weite jeder Tasche 5 ist enger als der Durchmesser der
kegeligen Rollen 4, so dass die Rollen nicht zu der Außendurchmesserseite
des Käfigs
frei kommen. Wie in 9 gezeigt, in welcher der Käfig 6 von
seiner Innendurchmesserseite zu sehen ist, sind die in Umfangsrichtung
gesehenen Endflächen 13 an
beiden Seiten jeder Tasche 5, die mit der konischen Oberfläche der
kegeligen Rolle 4 in Kontakt sind, schräg, derart, dass sie wie jede
der kegeligen Rollen 4 zu deren großdurchmessriger Seite divergieren.
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Gewöhnlich werden
solche durch Pressen von Stahlplatten gebildete Käfige 6 verwendet.
Das heißt,
zunächst
wird eine Stahlplatte einem Ziehvorgang und einem Stanzvorgang unterworfen,
um einen Rohling eines konischen, ringförmigen Käfigs 6 zu bilden,
der in Umfangsrichtung angeordnete Taschen 5 hat. Dann,
und wie in den 2A und 2B gezeigt,
werden die Taschen 5 in Umfangsrichtung separierende Stege 7 geformt,
und zwar durch vereinzeltes Boden-Umformen mittels eines Dorns 8 und
einer Form 9 mit einem trapezförmigen Querschnitt in eine
einwärts
trapezförmige
Gestalt.
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Wie
in 1 gezeigt, und da der große Flansch 1a und
der kleine Flansch 1b an beiden Seiten der Laufbahn des
inneren Ringes 2 vorgesehen sind, und falls der Käfig 6 nur
durch eine Boden-Umformung (bottoming) bearbeitet ist, ist es unmöglich, die
kegeligen Rollen 4 von der inneren Durchmesserseite des
Käfigs
in die Taschen 5 einzusetzen.
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Deshalb,
und wie in 4 gezeigt, wird der Durchmesser
der kleindurchmessrigen Seite des konischen, ringförmigen Käfigs 6 mittels
eines expandierenden Domes 11 vergrö ßert. Danach, wie in 5 gezeigt,
wird ein Kegelrollenlager, in welches die kegeligen Rollen 6 in
die kegeligen Taschen 5 von der kleindurchmessrigen Seite
des Käfigs 6 her
eingesetzt sind, dessen Durchmesser vergrößert worden ist, und um diese
mit dem inneren Ring 2 zu integrieren, in eine Pressform 12 eingesetzt
und wird der Käfig 6 verpresst,
so dass die kegeligen Rollen 4 nicht mehr freikommen können.
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Bei
einem solchen konventionellen Kegelrollenlager, und wenn der Durchmesser
des Käfigs
an der kleindurchmessrigen Seite vergrößert oder expandiert wird,
können
darin die umfänglichen
Endflächen
in den Vertiefungen an der kleindurchmessrigen Seite der Tasche
einwärts
vorstehen. Wie in 9 gezeigt können diese vorstehenden Bereiche,
sogar nach dem Verpressen, bleiben, so dass die Vertiefungswände an der
kleindurchmessrigen Seite der Taschen 5 gegenüber dem
Referenztrapez, das durch gestrichelte Linien in der Figur gezeigt
ist, nach einwärts
vorspringen. Eine solche Deformation der Vertiefungen der Taschen
pflegt besonders bei Käfigen
aufzutreten, welche eine starke Plattendicke oder eine große Stegweite
haben. Falls eine solche Deformation der Vertiefungen der Taschen
auftritt, und wenn das Kegelrollenlager an einer Einsatzstelle verwendet
wird, an der starke Vibrationen auftreten oder bei der der dn-Wert
hoch ist, dann kontaktieren die kegeligen Rollen die Vertiefungen
des Käfigs während der
Rotation des Lagers nur lokal. Der Käfig neigt deshalb dazu, verschlissen
zu werden. Durch den Verschleiß generiertes
Pulver des Käfigmaterials bewirkt
auch eine frühzeitige
Verschlechterung des schmierenden Öls für das Lager. Der dn-wert ist
das Produkt des Wälzkreisdurchmessers
d (mm) der Wälzelemente
und der Umdrehungen n (rpm) des Lagers. Falls die Einwärtsversetzung
der Vertiefungen groß ist,
kann sich an den kegeligen Rollen sogar eine Verschmierung entwickeln.
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Durch
Vorsehen einer Anordnung, in welcher der kleine Flansch des inneren
Rings ein separates Glied ist, ist es möglich, die Schritte der Boden-Umformung
und des Verpressens wegzulassen, so dass eine solche Deformation
der Vertiefungen der Taschen nicht auftritt. Es ist dann jedoch
nicht nur notwendig, den kleinen Flansch separat herzustellen, sondern
es ist auch hohe Präzision
erforderlich, um den Bereich zu bearbeiten, in welchen der kleine Flansch
eingepasst wird, um es nimmt auch die Anzahl der Zusammenbauschritte
zu, was letztendlich die Herstellungskosten des Lagers erhöht.
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Weiterhin
sind ein Kegelrollenlager gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung aus
US 4,700,443 A bekannt.
Dieser Stand der Technik bezieht sich im Besonderen auf ein Verfahren
zum Zusammenbauen eines in neren Rings für ein Wälzlager mit einem ringförmigen Käfig, dessen Öffnungen
Wälzelemente enthalten.
Das aus diesem Stand der Technik bekannte Wälzlager weist auch an beiden
Seiten einer konischen Laufbahn Flansche auf. Die Tasche der Vorrichtung,
die aus diesem Stand der Technik bekannt ist, enthält jedoch
keine kegelige Rolle, die sich so verjüngt, dass sie zu der äußeren Durchmesserseite
divergiert.
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Ein
Gegenstand dieser Erfindung besteht darin, ein Kegelrollenlager
zu schaffen, dessen Käfig im
Gebrauch nicht verschleißt,
selbst wenn zuvor an dem Käfig
die Bearbeitungsschritte einer Boden-Umformung und einer Verpressung
ausgeführt
worden sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dieser
Gegenstand wird mit einem Kegelrollenlager erhalten, wie es im Anspruch
1 definiert ist.
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Das
heißt,
da die umfänglichen
Endflächen an
beiden Seiten der Taschen des Käfigs
kronenförmig
ausgebildet sind, d. h., eine wie in Patentanspruch 1 definierte,
werden die kegeligen Rollen wegen der Kronenbereiche, vorstehende
Gestalt haben, vorstehenden Abschnitten der umfänglichen Endflächen an
beiden Seiten in Kontakt gebracht, um einen nur lokalen Kontakt
mit den Vertiefungen zu vermeiden, und dadurch einen Verschleiß des Käfigs zu
vermeiden, und zwar selbst dann, wenn in den Vertiefungen der Taschen
während
der Schritte der expandierenden Boden-Umformung und der Verpressung
eine Deformation auftritt.
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Da
die axiale Länge
der wegen der Kronenbereiche vorstehenden Abschnitte 40% oder mehr der
gesamten Länge
der umfänglichen
Endflächen beträgt, führen die
umfänglichen
Endflächen
die kegeligen Rollen stabil, so dass eine Schrägstellung der kegeligen Rollen
minimiert werden kann, wenn das Lager rotiert.
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Ferner
wird ein Verfahren zum Herstellen des besagten Kegelrollenlagers
im Patentanspruch 2 definiert.
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Andere
Merkmale und Gegenstände
der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, die unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen angefertigt
ist, in denen:
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 eine
vertikale Schnittansicht einer Ausführung des Kegelrollenlagers
ist;
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2A eine
vertikale Schnittansicht ist, die Werkzeuge zum Formen von Stegen
des Käfigs
von 1 durch Pressen zeigt;
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2B eine
Schnittseitenansicht von 2A ist;
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3 eine
Schnittansicht ist, die ein Längsprofil
der Seitenwand der in 2A gezeigten Form verdeutlicht;
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4 eine
vertikale Schnittansicht ist, die den Umform-Schritt der Bodenexpandierung
des in 1 gezeigten Käfigs
illustriert;
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5 eine
vertikale Schnittansicht ist, die den Verpressschritt des Käfigs von 1 darstellt;
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6 eine
vergrößerte Draufsicht
auf die Tasche des Käfigs
von 1 ist;
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7 ein
Diagramm ist, das Messresultate von axialen Profilen von umfänglichen
Endflächen
an beiden Seiten der Tasche von 6 zeigt,
und zwar vor den Schritten der Bodenexpandierung und der Verpressung;
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8 ein ähnliches
Diagramm wie in 7 zeigt, jedoch nach den Schritten
der Bodenexpandierung und der Verpressung; und
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9 eine
vergrößerte Draufsicht
ist, die eine Tasche des Käfigs
eines konventionellen Kegelrollenlagers zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugen Ausführungsform
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Ausführungsform dieser Erfindung
beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst dieses Kegelrollenlager
grundsätzlich
einen inneren Ring 2 mit einer konischen Laufbahn, der
mit einem großen Flansch 1a und
einem kleinen Flansch 1b an beiden Seiten der konischen
Laufbahn geformt ist, einen äußeren Ring 3 mit
einer konischen Laufbahn, eine Vielzahl kegeliger Rollen 4,
die zwischen den Laufbahnen des inneren Rings 2 und des äußeren Rings 3 abwälzbar montiert
sind, und einen mit Taschen 5 ausgebildeten Käfig 6 zum
Festhalten der kegeligen Rollen 4 mit Intervallen in Umfangsrichtung
in den Taschen 5.
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Der
Käfig 6 ist
durch Pressen einer Stahlplatte geformt. Zunächst wird die Stahlplatte einem
Ziehprozess unterworfen, und gestanzt, um einen Rohling eines konischen,
ringförmigen
Käfigs 6 zu
bilden, der mit in Umfangsrichtung angeordneten Taschen 5 ausgebildet
ist. Dann werden, wie in den 2A und 2B gezeigt,
Stege 7 geformt, die in Umfangsrichtung eine Tasche 5 von
der anderen separieren, und zwar Boden-Umformen (bottoming) einer
Vertiefung jeder Tasche nach der anderen jeweils in eine einwärts orientierte
trapezförmige
Gestalt mittels eines Dorns 8 und einer Form 9 mit
einem trapezförmigen Querschnitt.
Der Ausdruck "Boden-Umformen" bedeutet das Aufbringen
eines Drucks an dem Hubende während
eines Pressvorgangs, um eine gewünschte
Gestalt zu erzielen.
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Wein 3 gezeigt,
haben beide Seitenwände 10 der
Form 9, die den trapezförmigen
Querschnitt der Form 9 definieren, eine vertiefte oder
in der Mitte tiefere Gestalt entlang einer Längsrichtung, in welcher die
Stege 7 durch das Boden-Umformen gebildet werden. Die Länge Lc des
mittleren tieferen Abschnitts beträgt 40% oder mehr der Gesamtlänge L der
Seitenwände 10.
In Hinblick auf die Deformation der Vertiefungen der Taschen während der
späteren
Schritte der Bodenexpandierung und des Verpressens beträgt seine
Höhe Hc,
vorzugsweise, 0,05 mm oder mehr.
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Nach
der Formbearbeitung durch die Boden-Umformung wird die Boden- oder
Kleindurchmesserseite des Käfigs 6 mittels
eines expandierenden Domes 11, wie in 4 gezeigt,
expandiert. Weiterhin, wie in 5 gezeigt,
werden die kegeligen Rollen 4 von der Kleindurchmesserseite
in die jeweiligen Taschen 5 eingesetzt, die expandiert
worden sind, und wird dann der Käfig 6 durch
eine Verpressform 12 verpresst, so dass die kegeligen Rollen 4 nicht
mehr freikommen.
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6 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
jeder Tasche 5 des Käfigs 6 nach
den Schritten der Bodenexpandierung und des Verpressens. Da durch
Transferieren der in der Mitte tieferen Gestalt der Seitenwände 10 der
Form 9 die umfänglichen
Endflächen 13 an
beiden Seiten der Tasche 5, d. h., beide Endflächen der
Stege 7, in der axialen Richtung in eine Kronengestalt
verformt sind (mit einer vorstehenden Gestalt), stehen die Vertiefungen über die
Außenseiten
des Referenztrapezes vor, das in 6 durch
gestrichelte Linien gezeigt ist, selbst dann, wenn während der
Schritte der Bodenexpandierung und des Verpressens an der kleindurchmessrigen
Seite der Tasche 5 eine Deformation in Vertiefung auf.
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Die 7 und 8 zeigen
die Resultate von Messungen, in welchen die Axialprofile der umfänglichen
Endflächen 13 an
beiden Seiten der Tasche 5 vor und nach den Schritten der
Bodenexpandierung und des Verpressens durch eine Gestaltmessmaschine
ermittelt worden sind.
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Wie
in 7 gezeigt, haben die umfänglichen Endflächen 13 vor
den Schritten der Bodenexpandierung und der Verpressung an beiden
Seiten eine Kronengestalt (mit einwärts vorspringenden Abschnitten),
und zwar durch Transferieren der in der Mitte tieferen Gestalt der
Form 9. Nach den Schritten der Bodenexpandierung und der
Verpressung, wie in 8 gezeigt, ist die Gestalt der
umfänglichen
Endflächen 13 eine
solche, dass die Vorsprünge
in den Vertiefungen an der kleindurchmessrigen Seite der Tasche 5 verbleiben,
und das Ausmaß des
Konkavseins der Vertiefungen der Tasche 5 kleiner ist als
vor den Schritten der Bodenexpandierung und des Verpressens, wie
in 7 gezeigt. Jedoch bleibt die Länge des Kronenbereichs vorstehendem
Abschnitts einer jeden umfänglichen
Endfläche 13 bei
40% oder mehr der gesamten axialen Länge.
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In
diesem Kegelrollenlager kontaktieren die in den jeweiligen Taschen 5 des
Käfigs 6 gehaltenen kegeligen
Rollen 4 die wegen der Kronenbereiche vorstehenden Abschnitte
der umfänglichen
Endflächen 13 an
beiden Seiten in einem langen Bereich, so dass als Folge keines
nur lokalen Kontakts mit den Vertiefungen der Taschen 5 nur
wenig Verschleiß auftritt.
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In
dem Kegelrollenlager dieser Erfindung haben die umfänglichen
Endflächen
an beiden Seiten der Tasche des Käfigs eine Kronengestalt (vorstehende
Gestalt), so dass die kegeligen Rollen die umfänglichen Endflächen an
beiden Seiten an ihren wegen der Kronenbereiche vorstehenden Bereichen kontaktieren,
selbst dann, wenn während
der Schritte der Bodenexpandierung und der Verpressung in den Vertiefungen
der Taschen eine Deformation auftritt. Demzufolge können die
kegeligen Rollen die Vertiefungen der Taschen kaum nur lokal kontaktieren. Dies
vermeidet einen exzessiven Verschleiß des Käfigs und eine Verschlechterung
des schmierenden Öls
als Folge von durch den Verschleiß generiertem Pulver.