-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines endlos geschweißten Rohrs
aus Wälzlagerstahl
mit einem Kohlenstoffanteil ≥ 0,45
% für die
Herstellung von Wälzlagerbauteilen,
insbesondere Wälzlagerringen
oder Hülsen.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Verschiedene
Wälzlagerbauteile,
insbesondere Wälzlagerringe
oder Hülsen,
werden mitunter aus Rohren spanlos hergestellt. Hierzu wird das
Bauteil von dem Rohr abgelängt
und entsprechend thermisch und mechanisch, je nach den gegebenen
Anforderungen, nachbearbeitet. Hierfür verwendbare Rohre können entweder
geschweißte
Rohre oder gezogene Rohre sein. Geschweißte Rohre können jedoch nur aus unlegierten
beziehungsweise niedrig legierten Stählen mit einem Kohlenstoffäquivalent < 0,45 % hergestellt
werden. Übliche
Schweißverfahren
sind Widerstands-, Abbremsstumpf- oder Kondensatorentladungsschweißverfahren,
mit denen das aus einem Band in einem Umformwerkzeug gebogene Rohr
längs des
Stoßes
schmelzgeschweißt
wird. Höher
legierte Stähle,
also Stähle
mit einem Kohlenstoffäquivalent ≥ 0,45 %, können mit üblichen
Schmelzschweißverfahren
nicht geschweißt werden.
Infolge des Aufschmelzens des Bandmaterials kommt es zu Härterissen,
zur Oxidation sowie zur Abkohlung beziehungsweise Entmischung, was
zu reduzierten Überrolleigenschaften
und dadurch zu einer geringeren Belastbarkeit der Wälzlagerbauteile führt, verglichen
mit Wälzlagerbauteilen
aus nahtlos gezogenem Rohr. Solche Rohre sind jedoch in der Herstellung
aufwändiger
und teurer, was sich insgesamt auf die Herstellkosten der Wälzlagerbauteile auswirkt.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Rohres aus durchhärtbarem
legiertem Wälzlagerstahl
anzugeben, das einfach und kostengünstig ist und die Herstellung
von Endlosrohren ermöglicht.
-
Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass aus einem Band, insbesondere einem Kaltband, in einem Umformwerkzeug
ein einen Fügespalt
aufweisendes Rohr gebogen wird, das anschließend durch Reibrührschweißen längs des
Fügespalts
zusammengeschweißt
wird.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren
wird zunächst
aus dem Wälzlagerstahlband,
bevorzugt einem Kaltband, ein Rohr gebogen. Dieses wird nun erfindungsgemäß mit einem
Rührreibschweißverfahren
(Friction Stir Welding) längsgeschweißt. Das
Rührreibschweißen ist
eine Variante des Reibschweißens.
Beim Rührreibschweißen wird ein
rotierendes, stiftartiges Werkzeug, das aus einer zylindrischen
rotierenden Werkzeugschulter herausragt, mit großer Kraft in den Stumpfstoß zwischen
die beiden Rohrkanten gedrückt
und entlang der Fügelinie
bewegt. Das Material, also der Wälzlagerstahl, wird
durch die Reibung zwischen der rotierenden Werkzeugschulter und
dem Rohr erwärmt,
wobei die Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Wälzlagerstahls
bleibt. Durch die Rotation des Stiftes wird das lediglich plastifizierte
Material des zusammengepressten Rohres verrührt, so dass sich die Stoßkanten
in einem Warmumformprozess verbinden. Es bildet sich nach dem Abkühlen eine feste
Materialverbindung zwischen den Stoßkanten aus.
-
Bisher
sind folgende Vorteile des Rührreibschweißens bekannt.
Es kann eine sehr gute Schweißnaht
mit hoher reproduzierbarer Nahtgüte erreicht
werden, die keine Poren oder Verunreinigungen aufweist. Die Schweißeigenspannungen
sind äußerst gering,
die Schweißnaht
hat eine perfekte Wurzelausbildung und weist eine hohe statische
und dynamische Nahtfestigkeit auf. Die Schweißnaht selbst ist ferner sehr
zug- und biegefest, der Schweißverzug insgesamt
ist sehr gering. Die Nacharbeit ist, nachdem die Schweißnaht sehr
gute Eigenschaften aufweist, im Vergleich zum Schmelzschweißen deutlich geringer,
es ist lediglich der geringe Schweißaufwurf zu entfernen. Erfindungsgemäß kann auf
diese Weise ein Rohr erhalten werden, das keinerlei Entkohlung im
Schweißnahtbereich
aufweist, nachdem die Verbindung bei einer Temperatur weit unterhalb
des Schmelzpunktes erfolgt. Das Rohr weist ferner eine hohe Maß- und Formgenauigkeit
auf und bessere Oberflächenqualitäten als
ein gezogenes Rohr. Das rührreibgeschweißte Rohr
wird zweckmäßigerweise nach
dem Nacharbeiten normal- oder weichgeglüht. Mit minimalem Aufwand kann
dann aus diesem Rohr das entsprechende Wälzlager hergestellt werden,
die Wälzlagerbauteile
sind lediglich von dem Rohr abzulängen.
-
Neben
dem Verfahren zur Herstellung des Rohres betrifft die Erfindung
ferner ein Wälzlagerbauteil,
insbesondere einen Wälzlagerring
oder eine Hülse,
hergestellt aus einem durch Reibrührschweißen längsgeschweißten Rohr aus einem Wälzlagerstahl mit
einem Kohlenstoffanteil ≥ 0,45
%.
-
Zur
Herstellung eines solchen Wälzlagerbauteils
wird das Bauteil in an sich bekannter Weise von dem reibrührgeschweißten Rohr
abgelängt
und je nach dem, ob es sich um einen Wälzlagerring oder eine Hülse handelt,
entsprechend nachbearbeitet, beispielsweise zum Bearbeiten der Laufbahnen
spanend bearbeitet etc. Im Falle einer Nadelhülse erfolgt eine Bördelung
an den Hülsenenden
etc. In jedem Fall aber besteht das jeweilige Wälzlagerbauteil aus einem reibrührgeschweißten Rohr
aus einem hoch legierten Wälzlagerstahl
mit einem Kohlenstoffanteil ≥ 0,45
%, das heißt,
das Wälzlagerbauteil kann
entsprechend gehärtet
und ausgelassen oder vergütet behandelt
werden. Nachdem das Rohr durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren einfach
und kostengünstig
hergestellt werden kann, ist folglich die gesamte Herstellungsroute
für die
Wälzlagerteile
aus durchhärtendem
legiertem Wälzlagerstahl
vereinfacht, die Herstellkosten des einzelnen Wälzlagerbauteils können reduziert
werden. Die spanlos hergestellten Wälzlagerrohlinge weisen eine
Oberfläche auf,
die mit der Oberflächenqualität von gewalztem Bandmaterial
vergleichbar ist. Auch können
die spanlos hergestellten Wälzlagerbauteile
kostengünstig
gehärtet
werden, verglichen mit dem aufwändigen Einsatzhärten bei
Verwendung unlegierter oder niedrig legierter Stähle. Schließlich stellt die Verwendung eines
erfindungsgemäß hergestellten
Rohres zur Wälzlagerbauteilherstellung
auch eine einfache Alternative zu tiefgezogenen Wälzlagerbauteilen
mit ungünstigem
Höhe-zu-Durchmesser-Verhältnis dar, beispielsweise
den bereits beschriebenen Nadelhülsen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
für das
Rohr, und
-
2 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteils in Form eines Wälzlagerrings
in einer Schnittdarstellung.
-
Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 zur
Herstellung eines endlosgeschweißten Rohres aus einem Wälzlagerstahl
mit einem Kohlenstoffanteil ≥ 0,45
%. Die Einrichtung umfasst zunächst
eine Umformwerkzeug 2, der das bandförmige Ausgangsmaterial aus
einem Wälzlagerstahl
mit einem Kohlen stoffanteil ≥ 0,45
% in Form eines Kaltbandes 3 zugeführt wird. Das Umformwerkzeug 2 biegt
das Kaltband 3 zu einem Rohr 4, das einen Fügespalt 5 aufweist,
längs welchem
das Rohr 4 zusammengeschweißt werden soll. Hierfür ist eine
Reibrührschweißeinrichtung 6 vorgesehen,
von der lediglich das Werkzeug 7 dargestellt ist. Dieses
umfasst einen zylindrischen oberen Werkzeugteil 8, an dem
eine Schulter 9 ausgebildet ist, von der axial gerichtet
ein Rührstift 10 abgeht.
Der Rührstift 10 greift in
den Fügespalt 5 ein,
wobei das Rohr 4 noch etwas zusammengepresst wird. Durch
Rotation des Werkzeugs 7 wird infolge der Reibung der auf
dem Rohr 4 aufliegenden Schulter 9 der Stoßbereich
des Rohres 4 am Fügespalt 5 erwärmt, das
Material wird plastifiziert, jedoch nicht aufgeschmolzen. Der gleichfalls rotierende
Rührstift 10 verrührt nun
den plastifizierten Wälzlagerstahl
im Stoßbereich
beziehungsweise im Bereich des Fügespalts 5 und
bildet die Reibrührschweißnaht 11 aus.
Diese Schweißnaht 11,
die nur einen geringen Schweißaufwurf 12 aufweist,
der nachfolgend noch zu entfernen ist, weist eine hohe Nahtgüte auf,
ist porenfrei und zeigt geringe bis vernachlässigbare Eigenspannungen. Das
Rohr selbst beziehungsweise die Schweißnaht kann sehr maßhaltig
und formgenau hergestellt werden.
-
Insgesamt
wird also durch Anwendung des Reibrührschweißverfahrens ein längsgeschweißtes Rohr
aus einem legierten, durchhärtbaren
Wälzlagerstahl
mit einem Kohlenstoffanteil ≥ 0,45
% hergestellt, das den hohen Anforderungen, die an daraus hergestellte
Wälzlagerbauteile
gestellt werden, ohne weiteres genügt.
-
Das
endlos hergestellte längsgeschweißte Rohr 4 wird
nun auf ein entsprechendes Halbzeugmaß von beispielsweise 2–8 m abgelängt, wonach
es normal- oder weichgeglüht
werden kann. Von den einzelnen Rohren werden sodann in einem minimal spanenden
Verfahren die entsprechenden Wälzlagerbauteil
beziehungsweise deren Rohlinge abgelängt und anschließend, je
nach dem, um welche Art von Wälzlagerbauteil
es sich handelt, weiterbearbeitet.
-
2 zeigt
exemplarisch eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Wälzlagerbauteil 13 in Form
eines Wälzlagerrings 14.
Dargestellt ist in dieser Prinzipdarstellung die Schweißnaht 11,
wobei das „gerührte" Schweißnahtgefüge lediglich
zu Darstellungszwecken von der Strichelung etwas anders dargestellt
ist als das sonstige Gefüge
des hoch legierten Wälzlagerstahls.
Je nach dem, ob es sich um einen Innen- oder Außenring handelt, ist die entsprechende
Laufbahn innen- oder außenliegend
und entsprechend spanend nachbearbeitet. Der Wälzlagerring 14 selbst
ist entsprechend gehärtet,
was relativ einfach und kostengünstig
vonstatten gehen kann, nachdem der Wälzlagerstahl wie beschrieben
einen hohen Kohlenstoffanteil aufweist, mithin also eine separate
Aufkohlung etc. nicht erforderlich ist und insbesondere auch im
Bereich der Schweißnaht
der hohe Kohlenstoffanteil und infolgedessen die entsprechende Härte gegeben
ist. Denn dort kommt es, nachdem eben erfindungsgemäß mit einem
Reibrührschweißverfahren
und nicht mit einem Schmelzschweißverfahren gearbeitet wird,
zu keiner Entkohlung oder Entmischung oder Rissbildung.
-
- 1
- Einrichtung
- 2
- Umformwerkzeug
- 3
- Kaltband
- 4
- Rohr
- 5
- Fügespalt
- 6
- Reibrührschweißeinrichtung
- 7
- Werkzeug
- 8
- Werkzeugteil
- 9
- Schulter
- 10
- Rührstift
- 11
- Reibrührschweißnaht
- 12
- Schweißaufwurf
- 13
- Wälzlagerbauteil
- 14
- Wälzlagerring