DE102019201565A1

DE102019201565A1 - Lagerkäfigsegment mit einer Stoßkante im Bereich eines zu bildenden Stegs

Info

Publication number: DE102019201565A1
Application number: DE102019201565.4A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Friedrich; Norbert Huhn; Thomas Kettner; Manfred Mattes; Harald Metz; Achim Mueller; Alfred Radina; Jonas Schierling; Maximilian Soellner; Markus Volkmuth
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2020-08-13
Also published as: CN111536159A; US11796001B2; US20200256389A1; US20210310519A1

Abstract

Offenbart wird ein Lagerkäfigsegment (1, 1') eines Metallblechkäfigs, insbesondere für ein Nadellager, mit einem ersten Ringabschnitt (2), zumindest einem zweiten Ringabschnitt (4) und mehreren, den ersten Ringabschnitt (2) und den zumindest einen zweiten Ringabschnitt (4) miteinander verbindenden Stegen (6), wobei zwischen den Stegen (6) jeweils eine Tasche (8) zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet ist, wobei das Lagerkäfigsegment (1, 1') eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante (14) aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante (16) verbunden zu werden, wobei die Stoßkante (14; 16) im Bereich eines durch diese Verbindung zu bildenden Stegs (18) angeordnet ist.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerkäfigsegment eines Metallblechkäfigs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung einen Metallblechkäfig mit einem solchen Lagerkäfigsegment.
Aus dem Stand der Technik sind Lagerkäfige bekannt, die aus einem oder mehreren rundgebogenen Käfigsegmenten aus Metallblech zusammengesetzt sind, die an ihren Stoßkanten jeweils miteinander, beispielsweise durch Schweißen verbunden sind.
Dabei ist bekannt, die Struktur und Kontur derartiger Lagerkäfigsegmente mittels Stanzen und Prägen herzustellen. Hierzu wird in einem ersten Schritt ein Metallband in Längsrichtung intermittierend fortbewegt, wobei mittels einer Stanzpresse sich quer erstreckende Schlitze gebildet werden. In einem weiteren Schritt wird das Metallband mittels einer Querschneidvorrichtung abgelängt, so dass ein leiterartig geformtes Blechteil gebildet ist, wobei die „Sprossen“ dieses Teils Stege des Lagerkäfigsegments bilden, die Schlitze des Teils Taschen des Lagerkäfigsegments und die „Holme“ des Teils die Ringabschnitte des Lagerkäfigsegments. In einem folgenden Schritt werden dann die Ringabschnitte durch Rundformen auf den gewünschten Krümmungsradius gebogen.
Das Ablängen erfolgt dabei üblicherweise im Bereich einer Tasche, so dass an den Ringabschnitten jeweils eine Stoßkante gebildet ist und dazwischen eine „Teiltasche“. Beim Zusammensetzen des Lagerkäfigsegments zum fertigen Käfig werden diese Stoßkanten - nach einer Nachbearbeitung, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird - mit zwei weiteren, analog gebildeten Stoßkanten zusammengeschweißt, so dass durch die Verbindung der „Teiltaschen“ eine „Schweißtasche“ gebildet wird.
Das Ablängen ist ein Stanzprozess, bei dem es zu einem kombinierten Scherschneiden und Brechen kommt. Aus diesem Grund sind die durch das Ablängen des Metallblechs gebildeten, in Umfangsrichtung weisenden Stoßkanten der Ringabschnitte zu wenig maßhaltig, um unmittelbar als Schweißfläche dienen zu können. Daher ist hier die genannte Nachbearbeitung erforderlich. Zudem wird beim Ablängen typischerweise eine Schneidflüssigkeit verwendet, die im Weiteren noch entfernt werden muss.
Die Nachbearbeitung ist dabei zwangsläufig mit einem Materialabtrag verbunden. Wenn daher nach dem Rundbiegen des Lagerkäfigsegments die nachbearbeiteten Stoßkanten einfach mit den entsprechenden, in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Stoßkanten verschweißt werden würden, so entstünde an dieser Verbindungsstelle eine Schweißtasche, die in Umfangsrichtung betrachtet eine geringere Breite hätte als die anderen Taschen. Aus diesem Grund werden gemäß dem Stand der Technik nach dem Ablängen die Ringabschnitte zunächst um etwa eine ganze Taschenbreite verkürzt und erst dann nachbearbeitet, so dass sie hinsichtlich der gewünschten Taschenbreite die richtige Länge zur Verbindung mit den gegenüberliegenden Stoßkanten aufweisen. Die letzte Tasche geht auf diese Weise als Ausschuss verloren. Dementsprechend kommt es hier neben dem zusätzlichen Aufwand der Nachbearbeitung auch zu einem signifikanten Materialverlust.
Zudem stellt die Schweißverbindung beim hier beschriebenen Stand der Technik die schwächste Stelle des fertigen Käfigs dar. Wenn ein solcher Käfig im Betriebsfall bricht, zum Beispiel durch die auftretenden Zentrifugalkräfte, so wird das Brechen in der Regel an der Stelle der Schweißverbindung erfolgen. Die Qualität der Schweißverbindung ist somit von besonderer Bedeutung, weil die Leistungsfähigkeit des fertigen Lagerkäfigs maßgeblich hiervon abhängt.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Lagerkäfigsegment anzugeben, das sich besonders zur Herstellung einer zuverlässigen Verbindung zur Bildung eines Lagerkäfigs eignet.
Diese Aufgabe wird durch ein Lagerkäfigsegment gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Im Folgenden wird ein Lagerkäfigsegment eines Metallblechkäfigs, insbesondere für ein Nadellager, bereitgestellt, das einen ersten Ringabschnitt, zumindest einen zweiten Ringabschnitt und mehrere, den ersten Ringabschnitt und den zumindest einen zweiten Ringabschnitt miteinander verbindende Stege aufweist, wobei zwischen den Stegen jeweils eine Tasche zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet ist. Dabei basiert die Erfindung auf der Idee, dass das Lagerkäfigsegment eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante verbunden zu werden, wobei die Stoßkante im Bereich eines, durch diese Verbindung zu bildenden Stegs angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich, gegenüber dem oben genannten Stand der Technik, bei dem die Schweißverbindung lediglich an den Ringabschnitten gebildet ist, eine insgesamt vergrößerte Verbindungsfläche erzielen. Dies ist vorteilhaft, weil durch die größere Verbindungsfläche die Stabilität der Verbindung erhöht werden kann. Daher eignet sich das Lagerkäfigsegment besonders für eine Herstellung einer zuverlässigen Verbindung zur Bildung eines Lagerkäfigs, der insbesondere hohen Belastungen ausgesetzt ist.
Dabei kann das Lagerkäfigsegment für einreihige oder mehrreihige Lagerkäfige ausgebildet sein.
In der Folge können die Taschen mit größerer axialer Erstreckung gestaltet werden, so dass längere Wälzkörper, also beispielsweise längere Nadeln Verwendung finden können. Auf diese Weise kann die Belastbarkeit eines entsprechend gebildeten Lagers erhöht werden, so dass sich das Lager zur Aufnahme höherer Lagerkräfte eignet. Zudem können - normal zur Umfangsrichtung betrachtet - die Querschnitte der Ringabschnitte grundsätzlich kleiner gewählt werden, wodurch sich eine entsprechende Materialersparnis erzielen lässt.
Ferner wird durch die Gestaltung der Stoßkante im Bereich des zu bildenden Stegs keine endseitige Teiltasche gebildet, so dass bereits insoweit der beim eingangs genannten Stand der Technik gegebene Materialverlust der „letzten Tasche“ vermieden werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Stoßkante mittels Laserschneiden gebildet. Durch das Laserschneiden lässt sich die Stoßkante so präzise bilden, dass sie sich unmittelbar als Schweißkante eignet. Auf diese Weise ist für eine zuverlässige Schweißverbindung keine Nachbearbeitung der Stoßkante erforderlich. Außerdem lässt sich durch das Laserschneiden das Lagerkäfigsegment individuell fertigen, beispielsweise durch ein Ausschneiden aus einem Metallblech, so dass die Stoßkante nicht durch ein Ablängen gebildet werden muss. Auf diese Weise kann auch der Materialverlust, wie er beim oben genannten Stand der Technik auftritt, vermieden werden. Somit ist die Herstellung erleichtert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Stoßkante auf der radial äußeren Seite und/oder der radial inneren Seite eine Fase auf. Durch diese Gestaltung wird ermöglicht, dass sich bei der Herstellung der Schweißverbindung kein, über den betreffenden Ringabschnitt radial oder axial überstehender Bereich bildet, insbesondere keine überstehende Schweißnaht (sogenannte Oberraupe).
Eine besonders einfache Herstellung der Fase ist ermöglicht, wenn sie durch einen Umformprozess gebildet wird, also beispielsweise durch ein Rollen oder ein Walzen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel gilt für die in Umfangsrichtung gemessene Breite b eines Teilstegs zur Bildung des zu bildenden Stegs: 0,5 d ≤ b ≤ d, wobei d die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Stege ist. Durch diese Wahl lässt sich erzielen, dass der zu bildende Steg bei geringem Materialeinsatz eine für die Schweißverbindung ausreichende Stabilität aufweist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Taschen gestanzt. Hierdurch lasen sich die Taschen besonders geeignet herstellen, denn ein Stanzen ist ein einfacher und schneller Herstellungsprozess.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Metallblechkäfig, insbesondere für ein Nadellager bereitgestellt, der mindestens ein oben beschriebenes Lagerkäfigsegment aufweist. Dabei ist das mindestens eine Lagerkäfigsegment bzw. sind die mehreren Lagerkäfigsegmente an ihren Stoßkanten über eine stoffschlüssige Verbindung verbunden, insbesondere verschweißt. Somit lässt sich der Metallblechkäfig insgesamt besonders vorteilhaft herstellen. Als Schweißen eignet sich dabei besonders ein Laserschweißen oder ein elektrisches Widerstandsschweißen. So lässt sich erzielen, dass die Schweißnaht besonders klein ist. Der Metallblechkäfig kann einreihig oder mehrreihig ausgebildet sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen:

1: eine perspektivische Darstellung eines Verbindungsbereichs bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigsegments,
2 eine Querschnittdarstellung von zwei sich kontaktierenden Stoßkantenbereichen des Lagerkäfigsegments vor deren Verschweißung, und
3 eine der 2 entsprechende Darstellung nach der Verschweißung.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die im Folgenden benutzten Richtungsbezeichnungen axial, radial, umfänglich beziehen sich stets auf den fertigen Lagerkäfig.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mindestens eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigsegments 1 eines Metallblechkäfigs im Stoßbereich zwischen einem ersten Lagerkäfigsegmentende 10 und einem zweiten Lagerkäfigsegmentende 12. Der Metallblechkäfig ist dabei entweder aus einem einzigen Lagerkäfigsegment 1 gebildet, so dass die Lagerkäfigsegmentenden 10, 12, hier im Folgenden auch einfach als „Enden“ 10, 12, zwei umfängliche Enden nur eines Lagerkäfigsegments 1 sind. Alternativ kann der Metallblechkäfig mehrere Lagerkäfigsegmente 1 aufweisen, wobei das erste Ende 10 ein Ende eines ersten Lagerkäfigsegments 1 ist und das zweite Ende 12 ein Ende eines zweiten entsprechend gestalteten Lagerkäfigsegments 1'.
Der Einfachheit halber wird hier im Folgenden davon ausgegangen, dass zwei Lagerkäfigsegmente 1, 1' mit ihren Enden 10, 12 aneinander anstoßen die. Der Fall, dass das erste Ende 10 und das zweite Ende 12 durch das gleiche Lagerkäfigsegment 1 ausgebildet sind ergibt sich in analoger Weise offensichtlich.
Jedes Lagerkäfigsegment 1, 1' weist einen ersten Ringabschnitt 2 und einen zweiten Ringabschnitt 4 auf, und mehrere, den ersten Ringabschnitt 2 und den zweiten Ringabschnitt 4 miteinander verbindende Stege 6. Statt der hier dargestellten einreihigen Ausgestaltung des Lagerkäfigsegments 1 kann das Lagerkäfigsegment 1 auch mehrreihig ausgestaltet sein, und würde dann einen ersten, einen zweiten und weitere Ringabschnitte aufweisen, die jeweils mittels Stege miteinander verbunden sind.
Zwischen den Stegen 6 ist jeweils eine Tasche 8 zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet. Im gezeigten Beispiel ist der Metallblechkäfig ein Nadellagerkäfig und die Taschen 8 sind jeweils zur Aufnahme eines nadelförmigen Wälzkörpers ausgestaltet.
Jedes Lagerkäfigsegment 1, 1' weist an seinen ersten Enden 10, 12 eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante 14, 16 auf, die dazu ausgelegt ist, mit der jeweiligen anderen Stoßkante 16, 14 verbunden zu werden, die hier in analoger Weise am zweiten Ende 12 ausgebildet ist.
Die Stoßkanten 14, 16 sind vorzugsweise über eine Verbindung, insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung, hier eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Dabei eignet sich insbesondere ein Laserschweißen oder ein elektrisches Widerstandsschweißen zur Herstellung der Verbindung.
Wie aus der perspektivischen Darstellung der 1 hervorgeht, ist die Stoßkante 14 im Bereich eines durch diese Verbindung zu bildenden Stegs 18, hier auch als „Schweißsteg“ 18 bezeichnet, angeordnet. Dementsprechend ist durch das erste Ende 10 ein erster „Teilsteg“ 20 gebildet, und durch das zweite Ende 12 ein entsprechender zweiter Teilsteg 22, wobei durch die Verbindung der Stoßkanten 14, 16 diese Teilstege 20, 22 den zu bildenden Steg 18 bilden bzw. zu dem zu bildenden Steg 18 zusammengesetzt werden.
Dadurch, dass sich die Stoßkante an dem Teilsteg 20, 22 ausgebildet ist, lässt sich eine besonders große Kontakt- bzw. Verbindungsfläche erzielen und in der Folge eine besonders stabile und zuverlässige Verbindung.
Die Teilstege 20, 22 weisen vorzugsweise jeweils eine in Umfangsrichtung gemessene Breite b auf, für die gilt: 0,5 d ≤ b ≤ d, wobei d die Breite der „normalen“ Stege 6 ist.
Die Stoßkanten 14, 16 ist mittels Laserschneiden ausgebildet. Auf diese Weise können die Stoßkanten 14, 16 so präzise geformt werden, dass eine Nachbearbeitung für eine Eignung als Schweißfläche nicht mehr notwendig ist. Dabei wird durch den Laserschneidprozess die Fläche unmittelbar gereinigt.
Die Taschen 8 können alle durch ein Stanzen gebildet sein.
Wie aus 1 hervorgeht, können an den Stegen 6, auch an den Teilstegen 20, 22 und an den Ringabschnitten 2, 4 Führungsflächen 24 der Taschen 8 zur Führung der Wälzkörper ausgebildet sein. Diese Führungsflächen 24 können beispielsweise durch das Stanzen der Taschen 8 gebildet sein.
2 zeigt eine Querschnittdarstellung im Bereich der Verbindung der Stoßkanten 14, 16, wobei ein Zustand gezeigt ist, in dem sich die Stoßkanten 14, 16 berühren, aber noch nicht verschweißt sind.
Wie 2 zu entnehmen, weisen die Stoßkante 14, 16 zudem auf der radial äußeren Seite eine erste Fase 26 auf und der radial inneren Seite eine zweite Fase 28. Die Fasen 26, 28 dienen dazu, eine radiale oder axiale Materialanhäufung, beispielsweise eine Oberraupe, wie sie durch den Schweißprozess auftreten könnte, aufzunehmen. In 3 ist der Zustand nach dem Schweißen gezeigt. Man erkennt hier die durch das Schweißen gebildete Schweißnaht 30. Aufgrund der Fasen 26, 28 sind keine Überstände gebildet.
Die Fasen 26, 28 sind vorzugsweise durch ein Umformen, beispielsweise ein Walzen bzw. Rollen, hergestellt. Vorzugsweise erfolgt das Laserschneiden und das Umformen mit Hilfe ein und derselben Maschine, so dass das Lagerkäfigsegment 1 insbesondere zur Bildung der Fasen 26, 28 nicht zu einem weiteren Werkzeug transportiert werden muss.
Zusammenfassend wird ein Lagerkäfigsegment bereitgestellt, das eine Stoßkante aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante verbunden zu werden. Die Stoßkante ist dabei im Bereich eines durch die Verbindung zu bildenden Stegs angeordnet, so dass eine besonders große Verbindungsfläche gebildet ist. Daher eignet sich das Lagerkäfigsegment besonders für eine Herstellung einer zuverlässigen Verbindung zur Bildung eines Lagerkäfigs, der insbesondere hohen Belastungen ausgesetzt ist. Die Stoßkante ist lasergeschnitten und eignet sich unmittelbar für eine Schweißverbindung.
Bezugszeichenliste

1, 1': Lagerkäfigsegment
2: erster Ringabschnitt
4: zweiter Ringabschnitt
6: Stege
8: Taschen
10: erstes Lagerkäfigsegmentende
12: zweites Lagerkäfigsegmentende
14, 16: Stoßkanten
18: zu bildender Steg
20, 22: Teilsteg
24: Führungsflächen
26: erste Fase
28: zweite Fase
30: Schweißnaht

Claims

Lagerkäfigsegment (1, 1') eines Metallblechkäfigs, insbesondere für ein Nadellager, mit einem ersten Ringabschnitt (2), zumindest einem zweiten Ringabschnitt (4) und mehreren, den ersten Ringabschnitt (2) und den zumindest einen zweiten Ringabschnitt (4) miteinander verbindenden Stegen (6), wobei zwischen den Stegen (6) jeweils eine Tasche (8) zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerkäfigsegment (1, 1') eine, in Umfangsrichtung weisende Stoßkante (14) aufweist, die dazu ausgelegt ist, mit einer anderen Stoßkante (16) verbunden zu werden, wobei die Stoßkante (14; 16) im Bereich eines durch diese Verbindung zu bildenden Stegs (18) angeordnet ist.
Lagerkäfigsegment (1, 1') nach Anspruch 1, wobei die Stoßkante (14) mittels Laserschneiden gebildet ist.
Lagerkäfigsegment (1, 1') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stoßkante (14) auf der radial äußeren Seite und/oder der radial inneren Seite eine Fase (26, 28) aufweist.
Lagerkäfigsegment (1, 1') nach Anspruch 3, wobei die Fase (26, 28) umgeformt ist, beispielsweise gerollt oder gewalzt ist.
Lagerkäfigsegment (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die in Umfangsrichtung gemessene Breite b eines Teilstegs (20) zur Bildung des zu bildenden Stegs (18) gilt: 0,5 d ≤ b ≤ d, wobei d die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Stege (6) ist.
Lagerkäfigsegment (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Taschen (8) gestanzt sind.
Metallblechkäfig, insbesondere für ein Nadellager, mit mindestens einem Lagerkäfigsegment (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Lagerkäfigsegment (1, 1') oder die mehreren Lagerkäfigsegmente (1, 1') an ihren Stoßkanten (14, 16) über eine stoffschlüssige Verbindung verbunden sind, insbesondere verschweißt sind, vorzugsweise über ein Laserschweißen oder ein elektrisches Widerstandsschweißen.