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WO1999014002A1 - Verfahren zum herstellen eines käfigs für zylindrische wälzkörper - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines käfigs für zylindrische wälzkörper Download PDF

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WO1999014002A1
WO1999014002A1 PCT/EP1998/003889 EP9803889W WO9914002A1 WO 1999014002 A1 WO1999014002 A1 WO 1999014002A1 EP 9803889 W EP9803889 W EP 9803889W WO 9914002 A1 WO9914002 A1 WO 9914002A1
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WO
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pockets
rolling elements
sides
producing
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Leo Müntnich
Jürgen Lechner
Volker Ploetz
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INA Waelzlager Schaeffler OHG
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INA Waelzlager Schaeffler OHG
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cage for cylindrical rolling elements, in particular a needle cage for an idler gear bearing in a gear change transmission, the side rings of which are connected to one another by webs which form pockets, the webs being profiled in such a way that they form the rolling elements by means of parallel to their axes Hold the running retaining edges individually on both sides of the pitch circle, starting from a sheet metal strip, this is first brought into the desired profiled cross-sectional shape by means of a non-cutting shaping process, then the webs are formed by punching out the central area of the profiled strip before the strip is bent round and, if necessary, at its joints is interconnected.
  • Such a method for producing such a cage is previously known from DE-OS 21 47 1 70.
  • this known method one starts from a flat sheet metal strip, which was brought into the desired cross-sectional profile by rolling, punching out the pockets for receiving the rolling elements either before profiling or afterwards, and finally bending the strip and possibly to the Butt welded.
  • the rolling elements are held by holding edges arranged inside and outside the pitch circle.
  • the cages are made of thin-walled sheet metal, since the small wall thickness enables the bags to be manufactured particularly economically by punching.
  • punch tears and rough punching surfaces are formed on the webs, ie the guide surfaces for the rolling elements are rough and imprecise overall. Rough But web areas against which the needles run, result in abrasion. Inaccurate land area in turn lead to an axial thrust and axial run-up of the cage end faces against the axial boundary surfaces of the bearing with a considerable surface pressure.
  • the invention is therefore based on the object of developing a manufacturing method for a profiled M or W cage in which the risk of lateral transverse or lateral setting forces is avoided with certainty.
  • this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in that after punching out the pockets through an additional shaping process by means of material displacement, on the one hand, opposing plane-parallel guide surfaces for the rolling elements are formed between the holding edges of the pockets in the pitch circle region and, on the other hand, the holding edges on both sides of the pitch circle are dimensioned so that their mutual distance in the circumferential direction is only slightly smaller than the diameter of the rolling elements.
  • the cage pocket is pressed into the shape required for precise function of the cage by material displacement.
  • This guide in the pitch circle area, which is running guide surfaces of the pockets is given, the undesirable transverse or setting forces on the cage are avoided.
  • stamping Another advantage of stamping is that free smooth guide surfaces are formed from punching tears, which are also work hardened. This prevents abrasion between the cage and rolling elements.
  • the precise placement of the rolling elements within the pitch circle area of the cage allows the use of a thicker output band, i. H. the stability of the cage is significantly improved.
  • stamping Another advantage of stamping is that the retaining edges are dimensioned so that their distance is only slightly smaller than the diameter of the rolling elements. This enables the rolling elements to deflect into the pockets in the elastic region, so that damage to the holding edges or to the rolling surfaces of the rolling elements is reliably prevented.
  • the stamping is carried out according to claim 2 such that one or more embossing tools are inserted in adjacent pockets and are subjected to a force in the circumferential direction, so that the web separating the two pockets is plastically deformed on both sides.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of an M-cage according to the prior art
  • Figures 2 and 3 are a longitudinal or cross section through a cage ge Figure 1 and
  • Figures 4 and 5 show a longitudinal or cross section through an M-cage according to the invention.
  • the cage shown in FIGS. 1 to 3 consists of side rings 1 and 2 which are connected to one another by a number of profiled webs 3 distributed uniformly around the circumference.
  • the resulting pockets 4 for receiving rolling elements 5 are limited on the one hand by the side rings 1 and 2 and on the other hand by the webs 3.
  • the webs 3 are cranked towards the center of the bearing via the pitch circle and consist of two sections 6 and 7 adjoining the side rings 1 and 2, which run parallel to the cage axis. Sections 6 and 7 lie outside the pitch circle and merge into sections 8 and 9 which are directed obliquely to the cage axis and which in turn combine to form a section 10 which runs parallel to the cage axis and lies within the pitch circle.
  • the inner edges of the web section 10 limit the radial play of the rolling elements 5 to the inside, while the radial play to the outside is limited by the outer web sections 6 and 7.
  • the pockets 4 are V-shaped due to the bending process of the punched-out partial band.
  • the rolling element 5 runs with its rolling surface on the inner edge of the web sections 6 and 7, so that it is performed outside the pitch circle with the disadvantages described above. These unfavorable conditions within the bearing are shown by an arrow pointing from the center of the rolling element 5 in the direction of the contact surface.
  • FIGS. 4 and 5 show the pocket 4 stamped according to the invention. It can be seen that two opposite guide surfaces 1 1 are formed, which run radially parallel to one another and are delimited by the holding edges 1 2, 1 3 or by the guide surfaces 14 and 15 shown as black surfaces and on which the rolling elements 5 start up. This results in the desired and precisely defined guide surfaces 11 in the bearing, which are responsible for low mechanical stress on the cage. These favorable guiding conditions are indicated in FIG. 5 by an arrow which, starting from the center of the rolling element 5, leads along the pitch circle in the circumferential direction to the guiding surface 11. It can also be seen that the pocket 4 is not V-shaped due to the axially parallel guide surfaces 1 1. A comparison of FIG. 5 with FIG.
  • the cage expediently has a ratio of the side rings 1, 2 of radial a: axial b> 1.5: 1, the sections 6 and 7 being intended to have a greater profile thickness than the section 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs, dessen die Seitenringe (1, 2) verbindenden Stege (3) so profiliert sind, daß sie die Wälzkörper (5) mittels parallel zu deren Achsen verlaufenden Haltekanten (12, 13) einzeln beiderseits des Teilkreises halten. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß nach dem Ausstanzen der Taschen (4) durch einen zusätzlichen Formgebungsvorgang mittels Werkstoffverdrängung einerseits zwischen den Haltekanten (12, 13) der Taschen (4) im Teilkreisbereich einander gegenüberliegende planparallel zueinander verlaufende Führungsflächen (11) für die Wälzkörper gebildet sind und andererseits die Haltekanten (12, 13) beidseitig des Teilkreises so bemessen sind, daß ihr gegenseitiger Abstand in Umfangsrichtung nur wenig kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper (5) ist. Durch diese angeprägten Führungsflächen (11) wird ein definierter Anlauf der Wälzkörper (5) am Käfig erreicht und damit dieser mechanisch nur geringfügig beansprucht.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES KÄFIGS FÜR ZYLINDRISCHE WÄLZKÖRPER
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Käfigs für zylindrische Wälzkörper, insbesondere Nadelkäfig für eine Losradlagerung in einem Zahnräderwechselgetriebe, dessen Seitenringe durch Taschen bildende Stege mitein- ander verbunden sind, wobei die Stege so profiliert sind, daß sie die Wälzkörper mittels parallel zu deren Achsen verlaufenden Haltekanten einzeln beiderseits des Teilkreises halten, wobei ausgehend von einem Blechband dieses zunächst durch einen spanlosen Formgebungsvorgang in die gewünschte profilierte Querschnittsform gebracht wird, anschließend durch Ausstanzungen im Mittelbereich des profilierten Bandes die Stege gebildet werden, bevor das Band rundgebogen und ggf. an seinen Stoßstellen miteinander verbunden wird.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Käfigs ist aus der DE-OS 21 47 1 70 vorbekannt. Bei diesem bekannten Verfahren geht man von einem flachen Blechband aus, das man durch Walzen in das gewünschte Querschnittsprofil brachte, wobei man entweder vor dem Profilieren oder daran anschließend die Taschen für die Aufnahme der Wälzkörper ausstanzte und schließlich das Band rundbog und es ggf. an den Stoßstellen verschweißte.
Bei derartigen dünnwandigen profilgebogenen M- bzw. W-Käfigen werden die Wälzkörper durch innerhalb und außerhalb des Teilkreises angeordnete Haltekanten gehalten. Die Käfige werden aus dünnwandigem Blech hergestellt, da die geringe Wandstärke eine besonders wirtschaftliche Herstellung der Taschen durch Stanzen ermöglicht. Dies hat jedoch den Nachteil, daß Stanzausrisse und insgesamt rauhe Stanzflächen an den Stegen gebildet werden, d. h. die Führungsflächen für die Wälzkörper sind insgesamt rauh und ungenau. Rauhe Stegflächen aber, gegen die die Nadeln anlaufen, ergeben Abrieb. Ungenaue Stegfläche wiederum führen zu einem axialen Schub und axialen Anlauf der Käfigstirnflächen gegen die axialen Begrenzungsflächen des Lagers mit einer erheblichen Flächenpressung. Bei der Losradlagerung in Schaltgetrieben kann das dazu führen, daß die Losradlager erheblichen Quer- bzw. Schränkungs- kräften ausgesetzt sind und zu Taumelbewegungen neigen. Ein anderer Nachteil ist durch das Ausstanzen der Taschen vor dem Rundbiegen des Käfigbandes gegeben. Im fertigen Käfig weisen dann die Taschen in Richtung Lagermittelpunkt ein V-förmiges Profil auf, so daß die Gefahr der Klemmung von Wälzkör- pern besteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für einen profilierten M- bzw. W-Käfig zu entwickeln, bei dem die Gefahr seitlicher Quer- bzw. seitlicher Schränkungskräfte mit Sicherheit vermieden ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß nach dem Ausstanzen der Taschen durch einen zusätzlichen Formgebungsvorgang mittels Werkstoffverdrangung einerseits zwischen den Haltekanten der Taschen im Teilkreisbereich einander gegenüberliegende planparallel zueinander laufende Führungsflächen für die Wälzkörper gebildet sind und andererseits die Haltekanten beidseitig des Teilkreises so bemessen sind, daß ihr gegenseitiger Abstand in Umfangsrichtung nur wenig kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper ist.
Durch diesen zusätzlichen Formgebungsvorgang, dem Fachmann auch unter dem Begriff Anprägen bekannt, wird die Käfigtasche durch Werkstoffverdrangung in die für eine präzise Funktion des Käfigs erforderliche Form gedrückt. Dies heißt in erster Linie, daß die Wälzkörper im Bereich des Teilkreises am Käfig anliegen und nicht wie bisher, inner- oder außerhalb des Teilkreises. Durch diese Führung im Teilkreisbereich, die durch parallel zueinander ver- laufende Führungsflächen der Taschen gegeben ist, werden die unerwünschten Quer- bzw. Schränkungskräfte auf den Käfig vermieden.
Ein anderer Vorteil des Anprägens liegt darin, daß von Stanzausrissen freie glatte Führungsflächen gebildet sind, die außerdem noch kaltverfestigt sind. Dadurch wird ein Abrieb zwischen Käfig und Wälzkörpern vermieden. Die präzise Anlage der Wälzkörper innerhalb des Teilkreisbereiches des Käfigs erlaubt die Verwendung eines dickeren Ausgangsbandes, d. h. der Käfig ist in seiner Stabilität wesentlich verbessert.
Ein weiterer Vorteil des Anprägens liegt darin, daß die Haltekanten so bemessen sind, daß ihr Abstand nur wenig kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper ist. Dadurch wird ein Einfedern der Wälzkörper in die Taschen im elastischen Bereich ermöglicht, so daß Beschädigungen an den Haltekanten oder an den Wälzflächen der Wälzkörper mit Sicherheit verhindert sind.
Das Anprägen erfolgt nach Anspruch 2 derart, daß ein oder mehrere Prägewerkzeuge in benachbarten Taschen eingeführt sind und in Umfangsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt sind, so daß der die beiden Taschen trennende Steg beidseitig plastisch verformt wird.
Dies erfolgt nun in bekannter Weise derart, daß der Steg über seine axiale Länge von beiden Seiten von einem Prägewerkzeug mit Druck beaufschlagt wird, dessen Kontur der gewünschten Kontur der späteren Führungsfläche und der Kontur der Haltekanten des Steges entspricht. Diese Prägewerkzeuge werden nun in Umfangsrichtung aufeinander zubewegt, so daß eine plastische Materialverschiebung im Stegbereich erfolgt. Auf eine ausführliche Beschreibung dieses an sich bekannten Prägevorganges kann an dieser Stelle verzichtet werden, da seine Anwendung für Massivkäfige bereits bekannt ist und beispiels- weise in der DE-AS 1 1 45 1 26 ausführlich dargestellt ist.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines M-Käfigs nach dem bisherigen Stand der Technik,
Figuren 2 und 3 einen Längs- bzw. Querschnitt durch einen Käfig ge maß Figur 1 und
Figuren 4 und 5 einen Längs- bzw. Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen M-Käfig.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in den Figuren 1 bis 3 nach dem bisherigen Stand der Technik dargestellte Käfig besteht aus Seitenringen 1 und 2, die durch eine Anzahl gleichmäßig um den Umfang verteilte profilierte Stege 3 miteinander verbunden sind. Die so entstehenden Taschen 4 zur Aufnahme von Wälzkörpern 5 werden einerseits durch die Seitenringe 1 und 2 sowie andererseits durch die Stege 3 begrenzt. Die Stege 3 sind in Richtung Lagermittelpunkt über den Wälzkörperteilkreis durchgekröpft und bestehen aus zwei an die Seitenringe 1 und 2 sich anschließende Abschnitte 6 und 7, die parallel zur Käfigachse verlaufen. Die Abschnitte 6 und 7 liegen außerhalb des Teilkreises und gehen in je einen schräg zur Käfigachse gerichteten Abschnitt 8 und 9 über, die sich wiederum zu einem parallel zur Käfigachse verlaufenden und innerhalb des Teilkreises liegenden Abschnitt 10 vereinen. Die inneren Kanten der Stegabschnitt 10 begrenzen das radiale Spiel der Wälzkörper 5 nach innen, während das radiale Spiel nach außen durch die äußeren Stegabschnitte 6 und 7 begrenzt wird.
Wie aus Figur 3 erkennbar, sind durch den Biegevorgang des ausgestanzten Teilbandes die Taschen 4 V-förmig ausgebildet. Der Wälzkörper 5 läuft mit seiner Wälzfläche an der inneren Kante der Stegabschnitte 6 und 7 an, so daß er außerhalb des Teilkreises mit den eingangs beschriebenen Nachteilen geführt ist. Diese ungünstigen Verhältnisse innerhalb der Lagerung sind durch einen vom Zentrum des Wälzkörpers 5 in Richtung Anlauffläche weisenden Pfeil dargestellt.
In den Figuren 4 und 5 ist die erfindungsgemäß angeprägte Tasche 4 gezeigt. Es ist erkennbar, daß zwei gegenüberliegende Führungsflächen 1 1 gebildet sind, die radial parallel zueinander verlaufen und von den Haltekanten 1 2, 1 3 bzw. von den als schwarze Flächen dargestellten Führungsflächen 14 und 1 5 be- grenzt sind und an denen die Wälzkörper 5 anlaufen. Dadurch ergeben sich in der Lagerung die gewünschten und genau definierten Führungsflächen 1 1 , die für eine geringe mechanische Beanspruchung des Käfigs verantwortlich sind. Diese günstigen Führungsverhältnisse sind in Figur 5 durch einen Pfeil kenntlich gemacht, der ausgehend vom Mittelpunkt des Wälzkörpers 5 entlang des Teilkreises in Umfangsrichtung zur Führungsfläche 1 1 führt. Es ist außerdem erkennbar, daß durch die achsparallel zueinander verlaufenden Führungsflächen 1 1 die Tasche 4 nicht V-förmig ausgebildet ist. Ein Vergleich von Figur 5 mit Figur 3 macht deutlich, daß durch die erfindungsgemäße Lösung eine Blechdicke S2 verwendet werden kann, die größer als S1 ist, d. h. der Käfig weist eine bessere Stabilität auf. Zweckmäßigerweise weist der Käfig ein Verhältnis der Seitenringe 1 , 2 von radial a : axial b > 1 ,5 : 1 auf, wobei die Abschnitte 6 und 7 eine größere Profilstärke als der Abschnitt 10 besitzen sollen.
Bezugszahlenliste
I Seitenring 2 Seitenring
3 Steg
4 Tasche
5 Wälzkörper
6 Abschnitt 7 Abschnitt
8 Abschnitt
9 Abschnitt
10 Abschnitt
I I Führungsfläche 1 2 Haltekante
13 Haltekante
14 Führungsfläche
1 5 Führungsfläche

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Käfigs für zylindrische Wälzkörper (5), insbesondere Nadelkäfig für eine Losradlagerung in einem Zahnräderwechselgetriebe, dessen Seitenringe (1 , 2) durch Taschen (4) bildende Stege (3) miteinander verbunden sind, wobei die Stege (3) so profiliert sind, daß sie die Wälzkörper (5) mittels parallel zu deren Achsen verlaufenden Haltekanten (1 2, 1 3) einzeln beiderseits des Teilkreises halten, wobei ausgehend von einem Blechband dieses zunächst durch einen spanlosen Formgebungsvorgang in die gewünschte profilierte Querschnittsform gebracht wird, anschließend durch Ausstanzungen im Mittelbereich des profilierten Bandes die Stege (3) gebildet werden, bevor das Band rundgebogen und ggf. an seinen Stoßstellen mitein- ander verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausstanzen der Taschen (4) durch einen zusätzlichen Formgebungsvorgang mittels Werkstoffverdrangung einerseits zwischen den Haltekanten (1 2, 1 3) der Taschen (4) im Teilkreisbereich einander gegenüberliegende planparallel zueinander verlaufende Führungsflächen (1 1 ) für die Wälzkörper (5) gebildet sind und andererseits die Haltekanten (12, 1 3) beidseitig des Teilkreises so bemessen sind, daß ihr gegenseitiger Abstand in Umfangsrichtung nur wenig kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper (5) ist.
2. Verfahren zum Herstellen eines Käfigs nach Anspruch 1 , dadurch gekenn- zeichnet, daß ein oder mehrere Prägewerkzeuge in einander benachbarten Taschen (4) eingeführt sind und in Umfangsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt sind, so daß der die beiden Taschen (4) trennende Steg (3) beidseitig plastisch verformt wird.
PCT/EP1998/003889 1997-09-15 1998-06-25 Verfahren zum herstellen eines käfigs für zylindrische wälzkörper Ceased WO1999014002A1 (de)

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