Bezeichnung der Erfindung

Kugelrollenlager, insbesondere für niedrige Belastungen und geringe Drehzahlen, sowie Verfahren zur Herstellung der Wälzkörper eines Kugelrollenlagers

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kugelrollenlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Wälzkör- per eines solchen Kugelrollenlagers, und sie ist insbesondere vorteilhaft an Kugelrollenlagern für niedrige Belastungen und geringe Drehzahlen realisierbar.

Hintergrund der Erfindung

Ein Kugelrollenlager stellt in einreihiger Ausführung gewissermaßen eine Sonderform eines Rillenkugellagers dar, das sich gegenüber diesem bei axial schmalerer Bauweise durch gleiche oder höhere Tragzahlen auszeichnet und in seiner ursprünglichen Form bereits durch die deutsche Reichspatentschrift Nr. 311 317 bekannt wurde. Durch die zum Anmeldezeitpunkt bestehenden Probleme bei der Herstellung der Wälzkörper gewannen solche Kugelrollenlager jedoch keine oder nur eine unbedeutende praktische Bedeutung und gerie-

ten somit in Vergessenheit. In der Gegenwart wurde die konzeptionelle Idee des Kugelrollenlagers jedoch erstmals durch die DE 43 34 195 A1 wieder aufgegriffen und im Hinblick auf Lagerausführungen mit einer Reihe schräg oder abwechselnd kreuzweise angeordneten Kugelrollen bzw. mit zwei parallel oder schräg zueinander angeordneten Reihen Kugelrollen sowie im Hinblick auf verschiedene neue Käfigausführungen weiterentwickelt. Grundsätzlich besteht ein Kugelrollenlager dabei im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen angeordneter, durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Kugelrollen, die jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen aufweisen und mit ihren Laufflächen auf in die Innenseite des äußeren Lagerrings und in die Außenseite des inneren Lagerrings eingearbeitete, rillen- förmigen Laufbahnen abrollen.

Ein aus heutiger Sicht übliches Verfahren zur Herstellung der Kugelrollen für solche Wälzlager wurde darüber hinaus durch die DE 102 10 670 A1 offenbart. Gemäß diesem Verfahren erfolgt die Herstellung der Kugelrollen durch Einlegen eines Drahtmaterials in vorbestimmter Länge in eine aus einer ersten und einer zweiten Form bestehende Fließpressvorrichtung und dem anschließenden Formen des Drahtmaterials zu einem Kugelrollenrohling, der einen als Wälzkontaktfläche vorgesehenen äußeren Durchmesserbereich aufweist. Danach erfolgt das Entfernen des fertigungsbedingt entstehenden Formgrates am äußeren Durchmesserbereich der Kugelrollenrohlinge. Zur Endbearbeitung der Kugelrollenrohlinge werden diese dann in einem bestimmten Verhältnis mit gleichgroßen Stahlkugeln vermischt und zusammen mit diesen zwischen den einander gegenüberliegenden Arbeitsscheiben einer Kugelmühle geschliffen, um die Oberflächen der Stahlkugeln und der Kugelrollen exakt zu verrunden.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass ein solches Herstellungsverfahren für Kugelrollen vor allem für einreihige Kugelrollenlager, die lediglich bei niedrigen Belastungen und geringen Drehzahlen eingesetzt werden, viel zu

aufwändig und kostenintensiv ist, da die mit diesem Herstellungsverfahren erzielbaren Genauigkeiten der Kugelrollenabmessungen weit oberhalb der für solche Lager zulässigen Toleranzgrenzen liegen und somit die Herstellungskosten für derartige Lager eigentlich nur unnötig erhöhen.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Tech- nik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Kugelrollenlager, insbesondere für niedrige Belastungen und geringe Drehzahlen, zu konzipieren, bei dem der Aufwand für die Herstellung der Wälzkörper des Kugelrollenlagers an die zulässigen Toleranzgrenzen solcher Lager angepasst bzw. weniger kostenintensiv ist, so dass die Herstellungskosten für das Kugelrollenlager ins- gesamt gesenkt werden.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Kugelrollenlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Kugelrollen mit ihren endgültigen Körperkonturen ausschließlich durch ein spanloses Formgebungsverfahren hergestellt und ohne jegliche mechanische Nachbearbeitung abschließend wärmebehandelt sind.

Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass die mit modernen Kaltumformverfahren erreichbaren Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten bei der Wälzkörperherstellung ausreichend sind, um vor allem als Kugelrollen ausgebildete Wälzkörper ohne Nachbearbeitung zumindest in Kugelrollenlagern für niedrige Belastungen und geringe Drehzahlen einsetzen zu können.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 als erste Ausführungsform des erfindungs- gemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers vorgesehen, dass die Kugelrollen bevorzugt als durch Fließpressen aus einem abgelängten Rundvollmaterial hergestellte Massivwälzkörper ausgebildet sind. Der bei diesem Kaltumformverfahren fertigungsbedingt entstehende umlaufenden Grat am äquator der Laufflächen der Kugelrollen wird jedoch im Gegensatz zur herkömmlichen Lagerku- gelherstellung bei diesen Kugelrollen nicht anschließend entfernt, sondern verbleibt unbearbeitet an der Lauffläche der Kugelrollen und läuft im montierten Zustand der Kugelrollen in zwei jeweils mittig in die Laufbahnen der Lagerringe eingearbeiteten Einstichnuten lastfrei mit um. Derartige Einstichnuten lassen sich bei der Bearbeitung der Laufbahnen in den Lagerringen quasi kostenneut- ral herstellen und verursachen somit keine zusätzlichen Herstellungskosten.

Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers, dass die Kugelrollen mit zusammen mit dem Fließpressvorgang eingebrachten zentrischen Vertiefungen oder Durchbrüchen in ihren Seitenflächen ausgebildet sind, die zur Aufnahme von Führungselementen des Lagerkäfigs und/oder als zusätzliches Schmierstoffdepot des Kugelrollenlagers vorgesehen sind.

Bei Ausbildung der Kugelrollen mit zentrischen Vertiefungen in ihren Seitenflä- chen ist der Lagerkäfig des Kugelrollenlagers dabei gemäß Anspruch 4 bevorzugt als zweiteiliger Zapfenkäfig ausgebildet, der an jeder seiner ringförmigen Käfighälften mehrere in die zentrischen Vertiefungen der Kugelrollen ragende axiale Haltezapfen aufweist und nach dem Befüllen des Kugelrollenlagers mit den Kugelrollen über eine Steckverbindung zwischen den Kugelrollen zusam- men fügbar ist. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, die derart ausgebildeten Kugelrollen in einem an sich bekannten Fensterkäfig zu führen und die zentrischen Vertiefungen in den Seitenflächen der Kugelrollen als zusätzliches

Schmierstoffdepot zu nutzen oder ganz entfallen zu lassen. Unabhängig von der Ausführungsform des Lagerkäfigs hat sich dabei als Werkstoff für den Lagerkäfig ein wärmebeständiger Kunststoff als am kostengünstigsten erwiesen.

Bei Ausbildung der Kugelrollen mit zentrischen Durchbrüchen in ihren Seitenflächen ist der Lagerkäfig des Kugelrollenlagers dagegen gemäß Anspruch 5 bevorzugt als einteiliger Bolzenkäfig ausgebildet ist, der an seinem Käfigring mehrere in die zentrischen Durchbrüche der Kugelrollen hinein ragende axiale Bolzen aufweist. Die Fixierung der Kugelrollen an diesem Lagerkäfig erfolgt dabei durch an den Enden der Käfigbolzen angeformte Schnappkrallen, die jeweils mit einer beim Fließpressen der Kugelrollen eingeformten Durchmesserverjüngung im Durchbruch jeder Kugelrolle in Wirkverbindung stehen. Als Werkstoff für den Lagerkäfig hat sich deshalb auch hier ein wärmebeständiger Kunststoff als am kostengünstigsten erwiesen.

Durch Anspruch 5 wird darüber hinaus noch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers vorgeschlagen, bei der die Kugelrollen bevorzugt als durch Tiefziehen aus einer ausgestanzten Rundplatine hergestellte Hohlwälzkörper ausgebildet sind. Der auch bei diesem Kaltum- formverfahren zumeist fertigungsbedingt entstehende umlaufenden Grat am äquator der Laufflächen der Kugelrollen wird jedoch auch bei diesen Kugelrollen nicht anschließend entfernt, sondern verbleibt ebenfalls unbearbeitet an deren Lauffläche. Im montierten Zustand der Kugelrollen läuft dann der Formgrat wieder lastfrei und berührungslos in zwei jeweils mittig in die Laufbahnen der Lagerringe eingearbeiteten Einstichnuten mit um, die bei der Bearbeitung der Laufbahnen in den Lagerringen quasi kostenneutral herstellbar sind.

Als vorteilhafte Ausgestaltung der derart hergestellten Kugelrollen ist es gemäß Anspruch 7 noch vorgesehen, dass die Kugelrollen mit während des Tiefzieh- Vorgangs eingebrachten zentrischen Durchbrüchen in ihren Seitenflächen ausgebildet sind, die zur Aufnahme von Führungselementen des Lagerkäfigs vorgesehen sind. Der den zentrischen Durchbruch umschließende Hohlraum in

den Kugelrollen kann dabei entweder wieder als zusätzliches Schmierstoffdepot des Kugelrollenlagers genutzt oder alternativ auch mit einem Dämpfungsmittel befüllt werden, mit dem die Restelastizität der Kugelrolle einstellbar ist.

Als Lagerkäfig für die derart hergestellten Kugelrollen hat sich nach Anspruch 8 bevorzugt ein aus einem wärmebeständigen Kunststoff bestehender zweiteiliger Bolzenkäfig als am geeignetsten erwiesen, der an jeder seiner ringförmigen Käfighälften mehrere in die zentrischen Durchbrüche der Kugelrollen hinein ragende axiale Halbbolzen aufweist. An den Enden sind diese Halbbolzen dann jeweils mit dem männlichen Teil bzw. mit dem weiblichen Teil einer formschlüssigen Steckverbindung ausgebildet, mit der die Käfighälften nach dem Befüllen des Kugelrollenlagers mit den Kugelrollen zusammen fügbar sind. Alternativ ist bei diesen Kugelrollen jedoch auch die Verwendung des zur ersten Ausführungsform der Kugelrollen beschriebenen zweiteiligen Zapfenkäfigs möglich.

Mit Anspruch 9 wird schließlich noch ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Kugelrollen vorgeschlagen. Danach erfolgt als erster Schritt des Formgebungsprozesses der Kugelrollen das Einlegen einer Rundplatine in ein Stanzpresswerkzeug und das Formen eines tassenförmigen Roh- lings sowie das Ausstanzen eines zentrischen Loches aus dem Tassenboden des Rohlings. Dem schließt sich als nächster Schritt das Formen der ersten Seitenfläche sowie einer ersten Hälfte des zentrischen Durchbruchs der Kugelrolle durch das Einziehen des Randes des zentrischen Loches in das Innere des Rohlings an. Anschließend erfolgt in einem weiteren Schritt das Begradi- gen des Tassenrandes des Rohlings und Einbördeln des Tassenrandes in das Innere des Rohlings, um somit die zweite Seitenfläche und die zweite Hälfte des zentrischen Durchbruchs der Kugelrolle durch Einziehen des eingebördelten Tassenrandes in das Innere des Rohlings formen zu können. Als letzter Schritt des Formgebungsprozesses werden dann schließlich noch die Radien an den Laufflächen der Kugelrollen ausgeformt, indem der Kugelrollenrohling in eine entsprechend ausgebildete Senkform gepresst wird.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Kugelrollenlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kugelrollenlagern den Vorteil auf, dass durch die Verwendung von ausschließlich durch spanlose Formgebungsverfahren ohne jegliche mechanische Nachbearbeitung hergestellten Kugelrollen der Aufwand für die Herstellung der Wälzkörper des Kugelrollenlagers somit insgesamt die Herstellungskosten für das Kugelrollenlager gesenkt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers;

Figur 2 einen Querschnitt durch eine Variante der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers;

Figur 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers;

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß Figur 1 ;

Figur 5 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Y gemäß Figur 2;

Figur 6 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z gemäß Figur 3.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Figuren 1 bis 3 geht jeweils ein für niedrige Belastungen und geringe Drehzahlen geeignetes einreihiges Kugelrollenlager 1 hervor, welches im We- sentlichen aus einem äußeren Lagerring 2 und einem inneren Lagerring 3 sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen 2, 3 angeordneter Kugelrollen 5 besteht, die durch einen Lagerkäfig 4 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Ebenso ist in diesen Figuren deutlich sichtbar, dass diese Kugelrollen 5 in an sich bekannter Weise jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen 6, 7 aufweisen und mit ihren Laufflächen 8 in rillen- förmigen Laufbahnen 11 , 12 abrollen, die in die Innenseite 9 des äußeren Lagerrings 2 und in die Außenseite 10 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitet sind.

Als neues Merkmal ist darüber hinaus in den Figuren 1 bis 3 angedeutet, dass sämtliche Kugelrollen 5 der abgebildeten Kugelrollenlager 1 mit ihren endgültigen Körperkonturen ausschließlich durch ein spanloses Formgebungsverfahren hergestellt und ohne jegliche mechanische Nachbearbeitung abschließend wärmebehandelt sind. Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Varianten ei- ner ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers 1 sind die Kugelrollen 5 dabei als durch Fließpressen aus einem abgelängten Rundvollmaterial hergestellte Massivwälzkörper ausgebildet, die fertigungsbedingt am äquator ihrer Laufflächen 8 einen umlaufenden Grat 13 aufweisen. Dieser Grat 13 wird jedoch entgegen der herkömmlichen Lagerkugel- herstellung bei diesen Kugelrollen 5 nicht anschließend entfernt, sondern verbleibt unbearbeitet an der Lauffläche 8 der Kugelrollen 5 und läuft im montierten Zustand der Kugelrollen 5, wie besonders aus den vergrößerten Darstellungen der Figuren 4 und 5 deutlich wird, in zwei jeweils mittig in die Laufbahnen 11 , 12 der Lagerringe 2, 3 eingearbeiteten Einstichnuten 14, 15 lastfrei mit um.

Des Weiteren ist aus den Figuren 4 und 5 noch ersichtlich, dass die Kugelrollen 5 außerdem mit zusammen mit dem Fließpressvorgang eingebrachten zentrischen Vertiefungen 16, 17 oder Durchbrüchen 18 in ihren Seitenflächen 6, 7 ausgebildet sind, die zur Aufnahme von Führungselementen des Lagerkäfigs 4 und/oder als zusätzliches Schmierstoffdepot des Kugelrollenlagers 1 vorgesehen sind. Sind in die Seitenflächen 6, 7 der Kugelrollen 5 dabei wie in Figur 4 zentrische Vertiefungen 16, 17 eingearbeitet, kann der Lagerkäfig 4 vorteilhafterweise als zweiteiliger Kunststoff-Zapfenkäfig ausgebildet werden, der an jeder seiner ringförmigen Käfighälften 19, 20 mehrere axiale Haltezapfen 21 , 22 für die Kugelrollen 5 aufweist und nach dem Befüllen des Kugelrollenlagers 1 mit den Kugelrollen 5 über eine Steckverbindung zwischen den Kugelrollen 5 zusammen fügbar ist. Bei Ausbildung der Kugelrollen 5 mit zentrischen Durchbrüchen 18 in ihren Seitenflächen 6, 7 kann der Lagerkäfig 4 dagegen, wie in Figur 5 gezeigt, als einteiliger Kunststoff-Bolzenkäfig ausgebildet werden, der zur Fixierung der Kugelrollen 5 an seinem Käfigring 23 mehrere axiale Bolzen

24 aufweist, die an ihren Enden jeweils eine mit einer Durchmesserverjüngung

25 im Durchbruch 18 der Kugelrolle 5 in Wirkverbindung stehende Schnappkralle 26 aufweisen.

Die darüber hinaus in den Figuren 3 und 6 gezeigte zweite Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugelrollenlagers 1 unterscheidet sich von der beschriebenen ersten Ausführungsform dagegen dadurch, dass die Kugelrollen 5 hierbei als durch Tiefziehen aus einer ausgestanzten Rundplatine hergestellte Hohlwälzkörper ausgebildet sind, die ebenfalls am äquator ihrer Lauf- flächen 8 einen umlaufenden Grat 13 aufweisen. Dieser auch bei diesem Kaltumformverfahren zumeist fertigungsbedingt entstehende umlaufenden Grat 13 wird jedoch zur Senkung der Herstellungskosten auch bei diesen Kugelrollen 5 nicht entfernt, sondern verbleibt ebenfalls unbearbeitet an deren Lauffläche 8 und läuft im montierten Zustand der Kugelrollen 5, wie in Figur 6 zu sehen ist, ebenfalls in zwei jeweils mittig in die Laufbahnen 11 , 12 der Lagerringe 2, 3 eingearbeiteten Einstichnuten 14, 15 lastfrei mit um.

Der vergrößerten Darstellung dieser Ausführungsform in Figur 6 ist schließlich auch noch entnehmbar, dass die Kugelrollen 5 mit während des Tiefziehvorgangs eingebrachten zentrischen Durchbrüchen 27 in ihren Seitenflächen 6, 7 ausgebildet sind, die zur Aufnahme von Führungselementen des Lagerkäfigs 4 vorgesehen sind. Der die zentrischen Durchbrüche 27 umschließende Hohlraum 28 in den Kugelrollen 5 ist dabei entweder als zusätzliches Schmierstoffdepot des Kugelrollenlagers 1 ausgebildet oder mit einem Dämpfungsmittel zur Einstellung einer Restelastizität der Kugelrolle 5 befüllt. Der Lagerkäfig 4 ist bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise als zweiteiliger Kunststoff-Bolzenkä- fig ausgebildet, der an jeder seiner ringförmigen Käfighälften 29, 30 mehrere axiale Halbbolzen 31 , 32 aufweist, die an ihren Enden jeweils mit dem männlichen Teil 33 bzw. mit dem weiblichen Teil 34 einer Steckverbindung 35 ausgebildet sind, mit der die Käfighälften 29, 30 nach dem Befüllen des Kugelrollenlagers 1 mit den Kugelrollen 5 zusammen fügbar sind.

Bezugszahlenliste

Kugelrollenlager 19 Käfighälfte äußerer Lagerring 20 Käfighälfte innerer Lagerring 21 Haltezapfen

Lagerkäfig 22 Haltezapfen

Kugelrollen 23 Käfigring

Seitenfläche 24 Bolzen

Seitenfläche 25 Durchmesserverjüngung

Laufflächen 26 Schnappkralle

Innenseite von 2 27 Durchbrüche

Außenseite von 3 28 Hohlraum

Laufbahn 29 Käfighälfte

Laufbahn 30 Käfighälfte

Grat 31 Halbbolzen

Einstichnut 32 Halbbolzen

Einstichnut 33 männlicher Teil

Vertiefung 34 weiblicher Teil

Vertiefung 35 Steckverbindung

Durchbrüche