DE102005028093B3

DE102005028093B3 - Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines Kegelrollenlagerinnenrings und eines Kegelrollenlageraußenrings

Info

Publication number: DE102005028093B3
Application number: DE102005028093A
Authority: DE
Inventors: Manfred Brandenstein; Peter Horling; Berthold Beyfuss
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines Kegelrollenlagerinnenrings (1) und eines Kegelrollenlageraußenrings (2). Um eine einfachere und wirtschaftlichere Herstellung der Ringe zu ermöglichen, weist das Verfahren erfindungsgemäß die Schritte auf: a) Umformen eines ringförmigen oder scheibenförmigen Blechs (3) mit im Wesentlichen konstanter Blechdicke (d₀) zu einem topfförmigen Körper (4); b) Anprägen einer oberen Stirn- oder Seitenfläche (6) durch einen Pressstempel (7), so dass zwischen dem Pressstempel (7) und der mit diesem zusammenwirkenden Matrize (8) ein Spalt (s₁) verbleibt, der maximal 60 % der Blechdicke (d₀) beträgt; c) Vorpressen der Kegelrollenlagerringe (1, 2); d) Anprägen einer Einschnürung (11) zwischen beiden Teilen (9, 10) des topfförmigen Körpers (4), so dass zwischen beiden Teilen (9, 10) ein Spalt (s₂) verbleibt, der maximal 60 % der Blechdicke (d₀) beträgt; e) Fertigpressen der Kegelrollenlagerringe (1, 2); f) Trennen der fertiggepressten Kegelrollenlagerringe (1, 2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines Kegelrollenlagerinnenrings und eines Kegelrollenlageraußenrings.

Bei der Herstellung von Ringen von Wälzlagern wird gelegentlich auf die Blechumformung zurückgegriffen.

Die DE 199 45 904 A1 offenbart die Fertigung eines Nadellagernapfes aus einem Blechteil, wobei ein innerer und ein äußerer Lagernapf miteinander verbunden sind. Die Lagernäpfe können durch einen Umformprozess hergestellt werden.

Aus der DE 199 08 158 A1 ist ein zweireihiges Schrägkugellager bekannt, dessen Außenring durch ein gebogenes Blech gebildet wird. Das Blech ist dabei gefaltet und bildet gleichzeitig einen sich radial erstreckenden Flansch. In das eine Ende des Blechs sind die Laufbahnen für die Kugeln eingeformt.

Der Einsatz von umgeformtem Blech ist auch bei einer Taumellagerung bekannt, wie sie in der DE 198 81342 C1 beschrieben wird. Das für eine solche Lagerung notwendige Axialkugellager wird durch ein entsprechend umgeformtes Blech gebildet, in das die Laufbahnen für die Kugeln eingeformt sind.

Schließlich offenbart die DE 94 08 057 U1 eine Tripodenrolle für ein Gleichlaufgelenk, wobei der Innenring eines hierbei zum Einsatz kommenden Nadellagers durch ein entsprechend geformtes Blechteil gebildet wird, das so ausgeformt ist, dass sich seitliche Begrenzungsborde bilden.

Bei Kegelrollenlager sind derartige Ausgestaltungen nicht bekannt, da dies aufgrund der komplexen Form der Kegelrollenlagerringe relativ schwierig ist. Der Lagerring muss sowohl eine zylindrische als auch eine kegelförmige Fläche aufweisen, was mit Blechumformung schwierig zu bewerkstelligen ist. Daher werden Kegelrollenlagerringe meist aus massivem Material durch übliches Drehen hergestellt.

Die US 1,387,638 offenbart ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines Kegelrollenlagerinnenrings und eines Kegelrollenlageraußenrings. Ausgangsmaterial ist dabei eine scheibenförmige Platine, aus der nach und nach zwei Kegelrollenlagerringe gefertigt werden, wobei ein Umformvorgang, d.h. ein Tiefzieh- und Stanzvorgang, eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kombinierten Herstellung eines Kegelrollenlageraußenrings und eines Kegelrollenlagerinnenrings vorzuschlagen, mit dem es in kostengünstiger und einfacher Weise möglich ist, derartige Ringe aus einem Blech-Ausgangsteil zu bilden. Die Ringe sollen dabei eine möglichst hohe Präzision aufweisen. Drehoperationen sollen entbehrlich werden.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Verfahrensschritte aufweist:

a) Umformen eines ringförmigen oder scheibenförmigen Blechs mit im wesentlichen konstanter Blechdicke zu einem topfförmigen Körper mit einer oberen Öffnung;
b) Anprägen einer oberen Stirnfläche und/oder Seitenfläche durch einen Pressstempel, so dass zwischen dem Presstempel und der mit diesem zusammenwirkenden Matrize ein Spalt verbleibt, der zwischen 25 % und 40 % der Blechdicke beträgt;
c) Vorpressen des Kegelrollenlageraußenrings aus dem an die obere Öffnung angrenzenden Teil des topfförmigen Körpers und Vorpressen des Kegelrollenlagerinnenrings aus dem von der oberen Öffnung abgewandten Teil des topfförmigen Körpers;
d) Anprägen einer Einschnürung zwischen beiden Teilen des topfförmigen Körpers, so dass zwischen beiden Teilen ein Spalt verbleibt, der zwischen 25 % und 40 % der Blechdicke beträgt;
e) Fertigpressen des Kegelrollenlageraußenrings aus dem an die obere Öffnung angrenzenden Teil des topfförmigen Körpers und Fertigpressen des Kegelrollenlagerinnenrings aus dem von der oberen Öffnung abgewandten Teil des topfförmigen Körpers; und
f) Trennen des fertiggepressten Kegelrollenlageraußenrings vom fertiggepressten Kegelrollenlagerinnenring,

wobei vor dem Fertigpressen des Kegelrollenlagerinnenrings gemäß Schritt e) am von der oberen Öffnung entfernten axialen Ende des Kegelrollenlagerinnenrings eine Einschnürung zwischen dem Kegelrollenlagerinnenring und dem Restteil des Blechs angeprägt wird, so dass zwischen Kegelrollenlagerinnenring und Restteil ein Spalt verbleibt, der zwischen 25 % und 40 % der Blechdicke beträgt, und
wobei das Volumen des Blechs so gewählt wird, dass unter Berücksichtigung der durch die Spalte begrenzten Bereiche der Kavität des Presswerkzeugs das Material der Kegelrollenlagerringe nur unter Kompression aufgenommen werden kann.

Die Erfindung sieht also vor, dass zumindest vor dem Fertigpressen, ggf. auch schon vor dem Vorpressen, der Kegelrollenlagerringe eine Materialfluss-Sperre vorgesehen wird, so dass das zu verdrängende Material nicht ungehindert von einem für es vorgesehenen Raum im Presswerkzeug zu einem anderen fließen kann. Hierzu sind die genannten Spalte zwischen definierten Bereichen des Werkzeugs vorgesehen.

In vorteilhafter Weise wird damit einerseits erreicht, dass eine Ausformung der Ringe mit hoher Präzision erfolgt. Andererseits ergibt sich beim Press- bzw. Formvorgang der Ringe eine hohe Druckspannung in den Ringen. Dies hat zur Folge, dass insbesondere in nachgeschalteten Härteoperationen die Härteverzüge gering bleiben. Damit kann erreicht werden, dass es im Anschluss an die Ausformung der Ringe im Presswerkzeug und vor dem Härten der Ringe keiner mechanischen Nachbearbeitung, insbesondere keiner Drehoperation, bedarf, um eine hinreichend hohe Endqualität bezüglich der benötigten Ringgeometrie zu erreichen. Damit kann die Ringfertigung in wesentlich kostengünstigerer Weise erfolgen.

Die erreichbaren Genauigkeiten sind zumindest für solche Anwendungen hinreichend, die keine besonderen Ansprüche an die Ringpräzision stellen.

Da vorgesehen ist, dass das Volumen des Ausgangsblechs so gewählt wird, dass unter Berücksichtigung der durch die Spalte begrenzten Bereiche der Kavität des Presswerkzeugs das Material der Kegelrollenlagerringe nur unter Kompression aufgenommen werden kann, wird sichergestellt, dass beim Ausformen der Ringe eine hohe Druckspannung in ihrem Inneren entsteht.

Unmittelbar vor oder unmittelbar nach obigem Schritt f) kann ein Abtrennen des Kegelrollenlagerinnenrings vom Restteil des Blechs erfolgen.

Im Anschluss an obigen Schritt f) bzw. im Anschluss an das Abtrennen des Kegelrollenlagerinnenrings vom Restteil des Blechs kann ohne weiteren Bearbeitungsvorgang der Kegelrollenlagerringe, insbesondere ohne Drehoperation, ein Härten der Kegelrollenlagerringe erfolgen. An das Härten anschließen kann sich gegebenenfalls noch ein Schleifen und/oder Honen der Kegelrollenlagerringe. Möglich ist auch ein nachgeschaltetes Gleitschleifen. Die genannten Nachbearbeitungsvorgänge sind jedoch keinesfalls zwingend, vielmehr vom spezifischen Anwendungsfall abhängig.

Das Fertigpressen des Kegelrollenlageraußenrings und des Kegelrollenlagerinnenrings gemäß obigem Schritt e) umfasst bevorzugt das Anformen jeweils einer kegeligen und einer zylindrischen Fläche an die Kegelrollenlagerringe.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das Vor- und/oder Fertigpressen des Kegelrollenlagerinnenrings gemäß obigem Schritt c) und/oder Schritt e) das Anformen eines Bords umfasst.

Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise wird es möglich, aus einer Blechscheibe oder aus einem Blechring einen Kegelrollenlagerinnenring und einen Kegelrollenlageraußenring herzustellen, wobei dies in einfacher und schneller Weise und damit kostengünstig erfolgen kann.

Die Ringfertigung erfolgt dabei spanlos wodurch sich die Festigkeit des Lagerings verbessern lässt. Insbesondere kann auf das Drehen des Rings verzichtet werden, was eine wesentliche Prozessvereinfachung darstellt. Durch das spanlose Herstellen kann aufgrund der mit diesem Verfahren erreichbaren Präzision ein nur geringes Schleifaufmaß zugegeben werden, so dass auch die weitere Bearbeitung des Rings, d. h. die Hartfeinbearbeitung, effizient erfolgen kann.

Von Vorteil ist es weiterhin, dass – insbesondere bei kleinen und mittelgroßen Kegelrollenlagerringen – eine Kaltblechumformung durchgeführt werden kann. Somit bleibt im Gegensatz zur Warmumformung ein Drehen der Kegelrollenlager-Ringrohlinge entbehrlich.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 die Seitenansicht eines Blechs in unverformtem Zustand, das als Ausgangsprodukt für die Herstellung eines Kegelrollenlagerinnen- und -außenrings dient,
2 eine erste Umformstufe des Blechs, nämlich einen topfförmigen Körper im Schnitt und in der Seitenansicht,
3 eine zweite Umformstufe des Blechs, nämlich einen vorgepressten Körper im Schnitt und in der Seitenansicht, wobei im oberen Endbereich eine Materialfluss-Sperre angeprägt wurde,
4 eine dritte Umformstufe des Blechs im Schnitt und in der Seitenansicht, nämlich einen Körper, der zu einem Kegelrollenlageraußenring und -innenring vorgeformt wurde,
5 eine vierte Umformstufe des Blechs im Schnitt und in der Seitenansicht, wobei eine zweite und eine dritte Materialfluss-Sperre angeprägt wurde,
6 eine fünfte Umformstufe des Blechs im Schnitt und in der Seitenansicht, wobei die beiden Kegelrollenlagerringe vorgeformt sind,
7 eine sechste Umformstufe des Blechs im Schnitt und in der Seitenansicht, wobei die beiden Kegelrollenlagerringe bereits weitgehend fertiggeformt sind,
8 eine siebte Umformstufe des Blechs im Schnitt und in der Seitenansicht, wobei die beiden Kegelrollenlagerringe fertiggeformt sind,
9 eine achte Umformstufe des Blechs im Schnitt und in der Seitenansicht, wobei das Restteil abgestanzt wurde, und
10 die voneinander getrennten Kegelrollenlagerringe im Schnitt und in der Seitenansicht.
In 1 ist ein Blech 3 zu sehen, dass zunächst eine kreisscheibenförmige Geometrie aufweist. Es hat eine Ausgangsblechdicke, die mit d₀ bezeichnet ist.
Aus diesem Blech 3 wird – wie in 2 zu sehen ist – ein topfförmiger Körper 4 mittels eines Tiefziehvorgangs hergestellt, wobei sich dadurch die Dicke des Blechs 3 geringfügig verändern kann. Der topfförmige Körper 4 weist dabei in seinem oberen Bereich eine Öffnung 5 auf.
Als nächster wesentlicher Verfahrensschritt erfolgt ein Anprägen einer oberen Stirnfläche 6 (die auch als Seitenfläche oder als eine unter Winkel verlaufende Fläche ausgeführt sein kann), indem ein Pressstempel 7 in Relation zu der, nur schematisch dargestellten, Matrize 8 des Fertigungswerkzeugs so eingedrückt wird, dass im oberen Endbereich des topfförmigen Körpers 4 ein Spalt s₁ zwischen Pressstempel 7 und Matrize 8 entsteht, der höchstens 60 % der Ausgangsblechdicht d₀ beträgt. Ein bevorzugter Wert für die Spaltbreite s₁ ist ca. 33 % der Blechdicke d₀.
Der Pressstempel 7 verbleibt im weiteren Verlauf der Fertigung der Kegelrollenlagerringe in der in 3 skizzierten Position, d. h. das Blechmaterial bleibt durch den Spalt s₁ so eingeschnürt, dass sich hier eine Materialfluss-Sperre für den weiteren Fertigungsverlauf ergibt.
Gemäß 4 erfolgt dann eine weitere Umformung des Blechs 3 bzw. des topfförmigen Körpers 4, bei dem die beiden Kegelrollenlagerringe, also der oben liegende Kegelrollenlageraußenring 2 und der darunter zu liegen kommende Kegelrollenlagerinnenring 1, vorgeformt werden. Wie in 4 zu erkennen ist, werden damit zwei Teile 9 und 10 im topfförmigen Körper 4 ausgebildet, die den beiden Ringen 1, 2 entsprechen. Der untere Bereich 13 stellt ein Restteil dar, das Abfall werden wird.
5 zeigt eine weitere Umformstufe. Hier ist zunächst zwischen dem oberen Teil 9 und dem unteren Teil 10 des topfförmigen Körpers 4 eine Einschnürung 11 durch entsprechende, nicht dargestellte Werkzeugteile eingebracht, die ebenfalls eine Materialfluss-Sperre darstellt. Dasselbe gilt für die Einschnürung 12, die am Übergang des unteren axialen Endbereichs des Kegelrollenlagerinnenrings 1 zum Restteil 13 durch zwei zusammenwirkende Werkzeugteile geschaffen ist.
Die Einschnürungen 11 und 12 werden jeweils durch Spalte gebildet, die mit s₂ und s₃ bezeichnet sind. Die Spalte s₁, s₂ und s₃ definieren damit insgesamt – in festen, definierten axialen Höhen des zu formenden Teils – zwei Kavitätsabschnitte innerhalb des Presswerkzeugs, die für die Ausbildung der beiden Kegelrollenlagerringe 1, 2 vorgesehen sind. Dabei ist das Volumen des Ausgangsmaterials, d. h. des Blechs 3, so gewählt, dass etwas mehr Material ursprünglich vorhanden ist, als es dem jeweiligen Kavitätsvolumen entspricht.
Die Folge ist, dass sich in den beiden Kavitätsbereichen für den Kegelrollenlagerinnenring 1 und den Kegelrollenlageraußenring 2 mehr Material befindet, als zur vollständigen Füllung dieser Kavitätsbereiche erforderlich ist. Infolge der Pressung wird das Material daher verdichtet, da es nicht ungehindert über die als Materialfluss-Sperren dienenden Spalte s₁, s₂ und s₃ beim Pressen abfließen kann.
Die Folge hiervon ist wiederum ein Erzeugen von relativ hohen Druckeigenspannungen im Material, so dass die Ringe 1, 2 eine hohe Formstabilität haben und beim Härten nur geringem Härteverzügen unterliegen.
In 6 sind die vorgeformten Kegelrollenlagerringe 1, 2 zu sehen, wobei an jedem Ring 1, 2 sowohl eine kegelige Umfangsfläche 14 bzw. 15 als auch eine zylindrische Umfangsfläche 16 bzw. 17 präzise angeformt wurde.
Der weitgehend fertig ausgeformte Zustand der Kegelrollenlagerringe 1, 2 ist in 7 zu sehen, wobei der Unterschied zu 6 im wesentlichen darin besteht, dass ein axialer Bord 18 an den Innenring 1 angeformt wurde.
In 8 ist zu sehen, wie das obere Restteil 19 (s. 7) vom fertig geformten Teil gemäß 8 abgetrennt wurde. Im nächsten Fertigungsschritt gemäß 9 ist auch das untere Restteil 13 abgeschert worden.
Schließlich werden die beiden verbleibenden Ringe 1, 2 gemäß dem in 9 dargestellten Teil voneinander getrennt.
Die Lagerringe 1, 2 werden nach dem spanlosen Herstellen gemäß obiger Erläuterung keiner weiteren weichen spanenden Bearbeitung, insbesondere an den Laufbahnen, unterzogen. Es folgt lediglich noch das Härten und Hartfeinbearbeiten der Ringe 1, 2, wobei die Laufbahnen der Ringe 1, 2 gerade, ballig oder logarithmisch gekrümmt ausgebildet sein können, wobei auch große Balligkeits- bzw. Krümmungsradien vorgesehen werden können. Die zum Einsatz kommenden Kegelrollen (bevorzugt aus durchgehärtetem Wälzlagerstahl) und Käfige (aus Stahlblech oder Kunststoff) entsprechen den ansonsten bei Kegelrollenlagern üblichen Ausführungen. Hinsichtlich des Materials ist anzumerken, dass übliche Maßnahmen zur Veredelung des Materials zum Einsatz kommen können. Bewährt hat sich korrosionsarmes bzw. korrosionsbeständiges Material und eine korrosionsvermindernde bzw. korrosionsbeständige Beschichtung einschließlich Nitrieren, Carbonitieren etc. Der klassische Werkstoff für die Lagerringe 1, 2 ist Wälzlagerstahl 100 Cr 6.

1: Kegelrollenlagerinnenring
2: Kegelrollenlageraußenring
3: ringförmiges oder scheibenförmiges Blech
4: topfförmiger Körper
5: obere Öffnung
6: obere Stirnfläche
7: Pressstempel
8: Matrize
9: Teil des topfförmigen Körpers
10: Teil des topfförmigen Körpers
11: Einschnürung
12: Einschnürung
13: Restteil
14: kegelige Fläche
15: kegelige Fläche
16: zylindrische Fläche
17: zylindrische Fläche
18: Bord
19: Restteil
d₀: Blechdicke
s₁: Spalt
s₂: Spalt
s₃: Spalt

Claims

Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines Kegelrollenlagerinnenrings (1) und eines Kegelrollenlageraußenrings (2), dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte aufweist: a) Umformen eines ringförmigen oder scheibenförmigen Blechs (3) mit im wesentlichen konstanter Blechdicke (d₀) zu einem topfförmigen Körper (4) mit einer oberen Öffnung (5); b) Anprägen einer oberen Stirnfläche (6) und/oder Seitenfläche durch einen Pressstempel (7), so dass zwischen dem Presstempel (7) und der mit diesem zusammenwirkenden Matrize (8) ein Spalt (s₁) verbleibt, der zwischen 25 % und 40 % der Blechdicke (d₀) beträgt; c) Vorpressen des Kegelrollenlageraußenrings (2) aus dem an die obere Öffnung (5) angrenzenden Teil (9) des topfförmigen Körpers (4) und Vorpressen des Kegelrollenlagerinnenrings (1) aus dem von der oberen Öffnung (5) abgewandten Teil (10) des topfförmigen Körpers (4); d) Anprägen einer Einschnürung (11) zwischen beiden Teilen (9, 10) des topfförmigen Körpers (4), so dass zwischen beiden Teilen (9, 10) ein Spalt (s₂) verbleibt, der zwischen 25 % und 40 % der Blechdicke (d₀) beträgt; e) Fertigpressen des Kegelrollenlageraußenrings (2) aus dem an die obere Öffnung (5) angrenzenden Teil (9) des topfförmigen Körpers (4) und Fertigpressen des Kegelrollenlagerinnenrings (1) aus dem von der oberen Öffnung (5) abgewandten Teil (10) des topfförmigen Körpers (4); und f) Trennen des fertiggepressten Kegelrollenlageraußenrings (2) vom fertiggepressten Kegelrollenlagerinnenring (1), wobei vor dem Fertigpressen des Kegelrollenlagerinnenrings (1) gemäß Schritt e) am von der oberen Öffnung (5) entfernten axialen Ende des Kegelrollenlagerinnenrings (1) eine Einschnürung (12) zwischen dem Kegelrollenlagerinnenring (1) und dem Restteil (13) des Blechs (3) angeprägt wird, so dass zwischen Kegelrollenlagerinnenring (1) und Restteil (13) ein Spalt (s₃) verbleibt, der zwischen 25 % und 40 % der Blechdicke (d₀) beträgt, und wobei das Volumen des Blechs (3) so gewählt wird, dass unter Berücksichtigung der durch die Spalte (s₁, s₂, s₃) begrenzten Bereiche der Kavität des Presswerkzeugs das Material der Kegelrollenlagerringe (1, 2) nur unter Kompression aufgenommen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor oder unmittelbar nach Schritt f) gemäß Anspruch 1 ein Abtrennen des Kegelrollenlagerinnenrings (1) vom Restteil (13) des Blechs (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Schritt f) gemäß Anspruch 1 bzw. im Anschluss an das Abtrennen des Kegelrollenlagerinnenrings (1) vom Restteil (13) des Blechs (3) ohne weiteren Bearbeitungsvorgang der Kegelrollenlagerringe (1, 2) ein Härten der Kegelrollenlagerringe (1, 2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Härten ein Schleifen und/oder Honen der Kegelrollenlagerringe (1, 2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fertigpressen des Kegelrollenlageraußenrings (2) und des Kegelrollenlagerinnenrings (1) gemäß Schritt e) nach Anspruch 1 das Anformen jeweils einer kegeligen (14, 15) und einer zylindrischen (16, 17) Fläche an die Kegelrollenlagerringe (1, 2) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vor- und/oder Fertigpressen des Kegelrollenlagerinnenrings (1) gemäß Schritt c) und/oder Schritt e) nach Anspruch 1 das Anformen eines Bords (18) umfasst.