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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings,
der zwei exzentrisch zueinander ausgebildete Radialflächen aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit einem derartigen Verfahren
hergestellten Lagerring sowie ein Lager, das einen derartigen Lagerring
aufweist.
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Aus
der
DE 43 02 592 A1 ist
es bekannt, zur Ausbildung eines Rollenlagers einen dünnwandigen Laufring
mit einen flanschförmigen
Bordring zu verbinden, der einen Sitzabschnitt für den Einbau aufweist. Der
Laufring ist von einem Füllring
aus Kunststoff umgeben, der mit der Sitzfläche des Bordrings eine gemeinsame
zylindrische Fläche
bildet. Die Sitzfläche
des Bordrings ist dabei exzentrisch zur Laufbahn des Rollenlagers
angeordnet.
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Das
bekannte Rollenlager ist zwar kostengünstig herstellbar, allerdings
nicht für
beliebige Anwendungen einsetzbar, da mitunter eine massivere Ausbildung
benötigt
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Herstellung eines qualitativ
hochwertigen Lagerrings mit zwei zueinander exzentrisch ausgebildeten Radialflächen kostengünstig zu
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit der Merkmalskombination des
Anspruchs 1 gelöst.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Lagerrings werden eine innere Rotationsfläche und
eine äußere Rotationsfläche des Lagerrings
exzentrisch zueinander ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass am Lagerring zusätzlich zur inneren Rotationsfläche und
zur äußeren Rotationsfläche eine erste
Referenzfläche
ausgebildet wird und die innere Rotationsfläche konzentrisch zur ersten
Referenzfläche
bearbeitet wird.
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Die
Erfindung bat den Vorteil, dass exzentrisch ausgebildete Lagerringe
mit einem relativ geringen Aufwand hergestellt werden können. Dabei
ist es besonders vorteilhaft, dass trotz der Exzentrizität eine konzentrische
Bearbeitung möglich
ist, wie sie auch bei herkömmlichen
Lagerringen durchgeführt wird.
Eine komplexe Führung
des Lagerrings oder des Bearbeitungswerkzeugs entsprechend der Exzentrizität ist somit
nicht erforderlich. Dadurch wird nicht nur der maschinelle Aufwand
reduziert, sondern auch die jeweils erforderliche Bearbeitungszeit.
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Die
erste Referenzfläche
wird insbesondere so ausgebildet, dass sie radial nach außen orientiert ist.
Dies fuhrt dazu, dass die erste Referenzfläche beispielsweise zum Einspannen
des Lagerrings gut zugänglich
ist. Zusätzlich
zur ersten Referenzfläche kann
am Lagerring eine zweite Referenzfläche ausgebildet werden, die
insbesondere radial nach außen orientiert
ist. Die äußere Rotationsfläche kann
dann konzentrisch zur zweiten Referenzfläche bearbeitet werden. Die
aus der Bearbeitung der inneren Rotationsfläche resultierenden Vorteile
gelten somit in analoger Weise für
die Bearbeitung der äußeren Rotationsfläche. Alternativ
dazu ist es aber auch möglich, die äußere Rotationsfläche spitzenlos
zu bearbeiten. Damit lasst sich ein hoher Durchsatz erzielen und
es sind keine Spannvorgänge
erforderlich.
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Bei
einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Lagerring mehrreihig ausgebildet. Hierzu kann exzentrisch
zur inneren Rotationsfläche
und/oder zur äußeren Rotationsfläche eine weitere
Rotationsfläche
ausgebildet werden. Am Lagerring kann eine dritte Referenzfläche ausgebildet werden,
die insbesondere radial nach außen
orientiert ist. Die weitere Rotationsfläche kann dann konzentrisch
zur dritten Referenzfläche
bearbeitet werden, d. h. in entsprechender Weise wie die innere
Rotationsfläche
und die äußere Rotationsfläche.
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Zur
Durchführung
der Bearbeitung kann der Lagerring im Bereich einer der Referenzflächen in eine
Bearbeitungsmaschine eingespannt werden. Alternativ dazu ist es
auch möglich,
den Lagerring im Bereich einer der Referenzflächen zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeugs
abzutasten. In beiden Fällen
kann auf eine Exzenterbewegung verzichtet werden und es ist nicht
erforderlich, die Lage der Exzentrizität in Umfangsrichtung für die Bearbeitung
zu bestimmen.
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Wenigstens
eine der Rotationsflächen und/oder
eine der Referenzflächen
können
durch eine spanabhebende Bearbeitung, insbesondere durch Drehen
oder Fräsen,
ausgebildet werden. Diese Bearbeitung wird vorzugsweise im weichen
Zustand durchgeführt
und erfordert daher keinen allzu großen Aufwand. Insbesondere kann
wenigstens eine der Referenzflächen
durch Einarbeiten einer umlaufenden radialen Ausnehmung in den Lagerring ausgebildet
werden. Weiterhin kann wenigstens eine der Referenzflächen im
Bereich eines Bords des Lagerrings ausgebildet werden.
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Der
Lagerring wird vorzugsweise gehärtet, bevor
eine der Rotationsflächen
konzentrisch zur korrespondierenden Referenzfläche bearbeitet wird. Diese
Bearbeitung kann mittels eines spanabhebenden Verfahrens, vorzugsweise
durch Schleifen, erfolgen. Soweit die Referenzflächen Funktionsflächen des
Lagerrings darstellen, beispielsweise eine Anlauffläche für eine Dichtung,
kann es von Vorteil sein, die jeweilige Referenzfläche konzentrisch
zur korrespondierenden Rotationsfläche nachzubearbeiten.
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Der
Lagerring kann als ein Innenring, die innere Rotationsfläche als
eine Bohrungsfläche
und die äußere Rotationsfläche als
eine Lagerfläche
ausgebildet werden. Ebenso ist es auch möglich, dass der Lagerring als
ein Außenring,
die innere Rotationsfläche
als eine Lagerfläche
und die äußere Rotationsfläche als
eine äußere Mantelfläche ausgebildet wird.
Dies bedeutet, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl Innenringe
als auch Außenringe
hergestellt werden können.
Die Lagerfläche
kann dabei jeweils insbesondere als eine Laufbahn für Walzkörper ausgebildet
werden.
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Der
erfindungsgemäße Lagerring
weist eine innere Rotationsfläche
und eine äußere Rotationsfläche auf,
die exzentrisch zueinander ausgebildet sind. Die Besonderheit des
erfindungsgemäßen Lagerrings
besteht darin, dass konzentrisch zur inneren Rotationsfläche eine
erste Referenzfläche
zusätzlich zur
inneren Rotationsfläche
und zur äußeren Rotationsfläche in Form
einer radial nach außen
orientierten Radialfläche
ausgebildet ist.
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Außerdem kann
wenigstens eine weitere Rotationsfläche vorgesehen sein. Dabei
können
die innere Rotationsfläche
oder die äußere Rotationsfläche sowie
die weitere Rotationsfläche
als axial neben einander angeordnete Lagerflächen, insbesondere als Laufbahnen
für Walzkörper, ausgebildet
sein. Der erfindungsgemäße Lagerring
kann wahlweise einteilig ausgebildet sein oder aus je einem Ringteil
pro Lagerfläche
zusammengesetzt sein.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Lager zur exzentrischen
Lagerung wenigstens eines Maschinenteils, das einen derart ausgebildeten
Lagerring aufweist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausbildungsbeispiele erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Wälzlagers
mit einem erfindungsgemäß hergestellten
Innenring in Schnittdarstellung
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2 ein
Ausführungsbeispiel
eines Wälzlagers
mit einem erfindungsgemäß hergestellten
Außenring
in Schnittdarstellung und
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3 ein
Ausführungsbeispiel
eines Wälzlagers
mit einem erfindungsgemäß hergestellten
zweireihigen Innenring in Schnittdarstellung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Wälzlagers 1 mit
einem erfindungsgemäß ausgebildeten
Innenring 2 in Schnittdarstellung. Das Wälzlager 1 ist
als ein Rillenkugellager ausgebildet und weist weiterhin einen Außenring 3 und
einen Satz von Wälzkörpern 4 auf,
die zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 abrollen.
Hierzu sind am Innenring 2 eine innere Laufbahn 5 und
am Außenring 3 eine äußere Laufbahn 6 ausgebildet.
Der Innenring 2 weist weiterhin eine Bohrungsfläche 7 und
der Außenring 3 eine äußere Mantelfläche 8 auf.
Zur Begrenzung der axialen Beweglichkeit der Wälzkörper 4 sind am Innenring
Borde 9 und am Außenring
Borde 10 ausgebildet. Der jeweils zwischen radial benachbarten
Borden 9 und 10 des Innenrings 2 und
des Außenrings 3 verbleibende
ringförmige
Freiraum ist durch je einen Dichtring 11 abgedichtet. Einer
der Borde 9 des Innenrings 2 ist gestuft ausgebildet
und weist eine konzentrisch zur Bohrung 7 verlaufende erste
radiale Referenzfläche 12 auf.
Die Dichtung 11 ist axial neben der ersten Referenzfläche 12 angeordnet.
Der andere Bord 9 des Innenrings 2 ist nicht gestuft
ausgebildet und weist im Bereich seines Außenradius eine zweite radiale
Referenzfläche 13 auf die
exzentrisch zur Bohrung 7 des Innenrings 2 und konzentrisch
zur inneren Laufbahn 5 des Innenrings 2 angeordnet
ist. Die äußere Laufbahn 6 und
die äußere Mantelfläche 8 sind
ebenfalls konzentrisch zur inneren Laufbahn 5 des Innenrings 2 angeordnet.
Die Referenzflächen 12 und 13 sind
für die
Herstellung des Innenrings 2 von Bedeutung, die im Folgenden erläutert wird.
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Der
Innenring 2 kann aus einem Rohr hergestellt werden, das
hierzu im Bereich seines Außendurchmessers
in eine Exzenter-Drehmaschine eingespannt wird. Mit der Exzenter-Drehmaschine
wird der Außenring 2 bis
auf entsprechende Schleifzugaben in der in 1 dargestellten
Form hergestellt. Das heißt,
es werden die Bohrungsfläche 7,
die innere Laufbahn 5 und die beiden Borde 9 mit
den zugehörigen
Referenzflächen 12 und 13 durch
Drehoperationen hergestellt und anschließend der Innenring 2 vom
Rohr abgestochen. Alternativ zu einer Drehmaschine kann für diese
Bearbeitung beispielsweise auch eine Fräsmaschine eingesetzt werden.
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Anschließend wird
der Innenring 2 gehärtet und
es werden seine axialen Stirnseiten auf bekannte Weise plan geschliffen.
Dann wird der Innenring 2 im Bereich der ersten radialen
Referenzfläche 12 beispielsweise
mit Hilfe eines Dreibackenfutters oder einer Spannzange eingespannt
und die Bohrungsfläche 7 konzentrisch
zu dieser Einspannung und somit konzentrisch zur ersten radialen
Referenzfläche 12 geschliffen.
Danach wird der Innenring 2 auf entsprechende Weise im
Bereich der zweiten radialen Referenzfläche 13 eingespannt
und die gewünschte
Laufbahnform konzentrisch zu dieser Einspannung und somit zur zweiten
radialen Referenzfläche 13 geschliffen.
In beiden Fällen
ist das Einspannen völlig unproblematisch,
da trotz der Exzentrizität
der Innenlaufbahn 5 relativ zur Bohrungsfläche 7 der
Innenring 1 in einem beliebigen Drehwinkel eingespannt
werden kann. Auch für
den Schleifprozess sind keine besonderen Vorkehrungen zu treffen,
insbesondere ist keine exzentrische Bewegung des Innenrings 2 oder des
verwendeten Schleifwerkzeugs vorzusehen, sondern es findet lediglich
jeweils ein Rundschleifen statt, wobei im Falle der Innenlaufbahn 5 ein
gewisses Profil abzufahren ist oder eine geeignet profilierte Schleifscheibe
zu verwenden ist.
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Auf
entsprechende Weise können
sich noch weitere Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise ein Honen
oder ein Polieren anschließen,
wenn dies gewünscht
wird. Ebenso ist es auch möglich,
zusätzlich die
Referenzflächen 12 und 13 zu
schleifen, wobei dann im Bereich der Bohrungsfläche 7 bzw. im Bereich
der Innenlaufbahn 5 einzuspannen ist.
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In
einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schleifvorrichtung
eingesetzt, bei der das Schleifwerkzeug parallel zu einer Abtastfläche geführt wird.
In diesem Fall werden die Referenzflächen 12 und 13 nicht
zum Einspannen des Innenrings 2 während des Schleifens verwendet, sondern
dienen als Abtastflächen.
Dabei ist für
den Fall der Innenlaufbahn 5 ein zusätzlicher Vorschub bzw. eine
entsprechende Form des Schleifwerkzeugs zur Realisierung des Profilierung
erforderlich.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Wälzlagers 1 mit
einem erfindungsgemäß hergestellten
Außenring 3 in
Schnittdarstellung. Bei dem Wälzlager 1 handelt
es sich wiederum um ein Rillenkugellager. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Innenring 2 konventionell ausgebildet, d. h. die
innere Laufbahn 5 verläuft
konzentrisch zur Bohrungsfläche 7 und
auch die Borde 9 weisen keine Exzentritäten auf. Beim Außenring 3 sind
die äußere Laufbahn 6 und
die Borde 10 konzentrisch zur Bohrungsfläche 7 des
Innenrings 2 ausgebildet. Die äußere Mantelfläche 8 des
Außenrings 3 ist
dagegen exzentrisch zur äußeren Laufbahn 6 des
Außenrings 3 und
damit auch zur Bohrungsfläche 7 des
Innenrings 2 ausgebildet. Der Außenring 3 weist eine
außenumlaufende
radiale Ausnehmung 14 auf, deren Boden als eine radiale
Referenzfläche 15 dient,
die konzentrisch zur äußeren Laufbahn 6 des
Außenrings 3 und
damit auch zur Bohrungsfläche 7 des
Innenrings 2 ausgebildet ist. Die Herstellung des in 2 dargestellten
Außenrings
verläuft vom
Grundsatz her wie die Herstellung des Innenrings 2 aus 1,
wobei im Einzelnen folgendermaßen
vorgegangen wird:
Der Außenring 3 kann
ebenfalls aus einem Rohr hergestellt werden, das hierzu im Bereich
seines Außendurchmessers
in eine Exzenter-Drehmaschine eingespannt wird. Mit der Exzenter-Drehmaschine
werden die äußere Mantelfläche 8 und
die Ausnehmung 14 mit der Referenzfläche 15 unter Berücksichtigung entsprechender
Schleifzugaben ausgebildet. Dann wird der Außenring 3 vom Rohr
abgestochen und im Bereich der Referenzfläche 15 in eine konventionelle Drehmaschine
eingespannt und die äußere Laufbahn 6 sowie
die beiden Borde 10 werden, gegebenenfalls bis auf eine
entsprechende Schleifzugabe, durch Drehen ausgebildet. Alternativ
dazu ist es auch möglich,
diese Drehoperation ebenfalls mit der Exzenter-Drehmaschine durchzuführen und
auf ein Umspannen auf eine konventionelle Drehmaschine zu verzichten.
Ebenso besteht wiederum die Möglichkeit,
alternativ zur Drehmaschine eine Fräsmaschine einzusetzen.
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Danach
wird der Außenring 3 gehärtet und es
werden die axialen Stirnseiten plangeschliffen. Anschließend wird
die äußere Mantelfläche 8 mittels einer
spitzenlosen Schleifmaschine rund geschliffen. Hierzu wird wegen
der Verwendung der spitzenlosen Schleifmaschine trotz der exzentrischen
Ausbildung der äußeren Mantelfläche 8 des
Außenrings
relativ zur äußeren Laufbahn 6 keine
Fläche
als Referenz benötigt.
Anschließend
wird der Außenring 3 in
einer bereits für
den Innenring 2 beschriebenen Weise im Bereich der Referenzfläche 15 in
eine Schleifmaschine eingespannt und es wird die äußere Laufbahn 6 konzentrisch
zur Referenzfläche 15 geschliffen. Ebenso
können
auch die Radialflächen
der Borde 10 geschliffen werden, falls dies gewünscht wird.
Auch hier besteht analog zur Herstellung des Innenrings aus 1 die
Möglichkeit,
die Referenzfläche 15 als Abtastfläche zur
Führung
eines Schleifwerkzeugs zu verwenden. Auf entsprechende Weise können ein Honen,
ein Polieren oder sonstige Bearbeitungsschritte durchgeführt werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
nicht nur einreihige sondern auch mehrreihige Lagerringe, die mehrere
Exzentritäten
aufweisen können,
hergestellt werden. Dies wird am Beispiel des in 3 dargestellten
zweireihigen Wälzlagers 1 erläutert.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Wälzlagers 1 mit
einem erfindungsgemäß hergestellten
zweireihigen Innenring 2 in Schnittdarstellung. Der Innenring 2 weist
zwei axial nebeneinander angeordnete innere Laufbahnen 5a und 5b auf,
auf denen je ein Satz von Wälzkörpern 4a und 4b abrollt. Die
inneren Laufbahnen 5a und 5b sind jeweils exzentrisch
zur Bohrungsfläche 7 angeordnet,
wobei die Lage der Exzentrizität
zueinander so gewählt
ist, dass sie in Umfangsrichtung um 150 Grad zueinander versetzt
sind. Beidseits axial neben der inneren Laufbahn 5a sind
Borde 9a angeordnet. Beidseits axial neben der inneren
Laufbahn 5b sind Borde 9b angeordnet. Dabei sind
die axial benachbarten Borde 9a und 9b jeweils
derart gestuft ausgebildet, dass sich eine gemeinsame radiale Referenzfläche 16 ergibt.
Die Referenzfläche 16 ist
konzentrisch zur Bohrungsfläche 7 ausgebildet.
Weiterhin ist eine radiale Referenzfläche 17 im Bereich
des Außenradius
des Bords 9a an einem axialen Ende des Innenrings 2 ausgebildet.
Die Referenzfläche 17 verläuft konzentrisch
zur inneren Laufbahn 5a. Im Bereich des Außenradius
des Bords 9b am anderen axialen Ende des Innenrings 2 ist
eine radiale Referenzfläche 18 ausgebildet,
die konzentrisch zur inneren Laufbahn 5b verläuft.
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Das
Wälzlager 1 weist
weiterhin zwei axial nebeneinander angeordnete Außenringe 3a und 3b auf,
die über äußere Laufbahnen 6a und 6b, äußere Mantelflächen 8a und 8b sowie
Borde 10a und 10b verfügen. Die äußere Mantelfläche 8a ist
exzentrisch zur Bohrungsfläche 7 und
konzentrisch zur inneren Laufbahn 5a des Innenrings 2 sowie
zur äußeren Laufbahn 6a des
Außenrings 3a ausgebildet.
Die äußere Mantelfläche 8b des
Außenrings 3b ist
ebenfalls exzentrisch zur Bohrungsfläche 7 und konzentrisch zur
inneren Laufbahn 5b des Innenrings 2 sowie zur äußeren Laufbahn 6b des
Außenrings 3b ausgebildet.
Die ringförmigen
Freiräume
zwischen den radial benachbarten Borden 9a und 10a des
Außenrings 3a bzw. 9b und 10b des
Außenrings 3b sind
durch Dichtungen 11a bzw. 11b abgedichtet. Die
Außenringe 8a und 8b weisen
für sich
genommen jeweils keine Exzentrizität auf und können auf konventionelle Weise gefertigt
werden. Zur Fertigung des Innenrings 2 wird ähnlich vorgegangen,
wie für
das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des einreihigen
Innenrings 2 beschrieben. Im Einzelnen ergibt sich folgender
Ablauf:
Der Innenring 2 wird aus einem Rohr hergestellt
und hierzu im Bereich seines Außendurchmessers
in eine Exzenter-Drehmaschine eingespannt. Mit der Exzenter-Drehmaschine wird
die Rohform des Innenrings 2 herausgearbeitet, die bis
auf teils vorgesehene Schleifzugaben der Darstellung der 3 entspricht. Insbesondere
werden die Bohrungsfläche 7,
die inneren Laufbahnen 5a und 5b und die Borde 9a und 9b mit
den zugehörigen
Referenzflächen 16, 17 und 18 ausgebildet
und anschließend
der Innenring 2 vom Rohr abgestochen. Alternativ kann wiederum eine
entsprechende Operation mittels einer Fräsmaschine durchgeführt werden.
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Danach
wird der Innenring 2 gehärtet und im Bereich seiner
axialen Stirnseiten plangeschliffen. Anschließend wird der Innenring 2 im
Bereich der Referenzfläche 16 eingespannt
und die Bohrungsfläche 7 konzentrisch
zur Referenzfläche 16 geschliffen. Dann
wird der Innenring 2 im Bereich der Referenzfläche 17 eingespannt
und die innere Laufbahn 5a konzentrisch zur Referenzfläche 17 geschliffen. Schließlich wird
der Innenring noch im Bereich der Referenzfläche 18 eingespannt
und die innere Laufbahn 5b konzentrisch zur Referenzfläche 18 geschliffen.
Bei all diesen Schleifprozessen handelt es sich wiederum lediglich
um Rundschleifprozesse, die einfach durchzuführen sind. Auch die Einspannung
bereitet jeweils keine Probleme, da es auf die azimutale Lage des
Innenrings 2 beim Einspannen nicht ankommt. Wie bereits
für den
einreihigen Innenring der 1 beschrieben,
ist beim zweireihigen Innenring 2 analog ein Schleifvorgang
durch Abtasten der Referenzflächen 16, 17 bzw. 18 möglich. Außerdem sind wiederum
auf entsprechende Weise weitere Bearbeitungsschritte durchführbar. Auch
ein Nachschleifen der Referenzfläche 16, 17 und 18 ist
durch ein Spannen im Bereich einer jeweils dazu konzentrischen Fläche möglich.
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Prinzipiell
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
auch Innenringe 2 hergestellt werden, die mehr als zwei
Wälzkörperreihen
aufweisen. Ebenso ist es in analoger Weise möglich, mehrreihige Außenringe 3 mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
herzustellen.
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Generell
erfolgt dabei im Rahmen der Erfindung die Bearbeitung von exzentrischen
Flächen
dadurch, dass zunächst
mit einem wenig aufwendigen spanabhebenden Verfahren, wie beispielsweise
einem Dreh- oder einem Fräsverfahren
im weichen Zustand, jeweils eine Hilfsfläche ausgebildet wird, die konzentrisch
zu der zu bearbeitenden Fläche
verläuft.
Diese Hilfsfläche
wird dann jeweils zum Einspannen des Lagerrings oder als Abtastfläche zur Steuerung
eines Werkzeugs verwendet. Für
die Bearbeitung von exzentrischen Außenflächen werden keine Referenzflächen benötigt, wenn
eine spitzenlose Bearbeitungsmaschine verwendet wird.
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 3,
3a, 3b
- Außenring
- 4,
4a, 4b
- Wälzkörper
- 5,
5a, 5b
- innere
Laufbahn
- 6,
6a, 6b
- äußere Laufbahn
- 7
- Bohrungsfläche
- 8,
8a, 8b
- äußere Mantelfläche
- 9,
9a, 9b
- Bord
des Innenrings
- 10,
10a, 10b
- Bord
des Außenrings
- 11,
11a, 11b
- Dichtung
- 12,
13
- Referenzfläche
- 14
- Ausnehmung
- 15,
16, 17, 18
- Referenzfläche