DE102008029018B4

DE102008029018B4 - Federbeinlager

Info

Publication number: DE102008029018B4
Application number: DE102008029018.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Döppling; Alexander Zernickel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: KR200463990Y1; KR20090013104U; DE102008029018A1; CN201382091Y

Abstract

Federbeinlager (13), das eine Lagerscheibe (14) mit einem zur Lagerachse (6) gleichgerichtet verlaufenden sowie von der Lagerscheibe (14) abstehenden Bund (15) aufweist, wobei der Bund (15) aus dem Material der Lagerscheibe (14) und mit dieser einteilig ausgebildet ist und das Federbeinlager (13) über den Bund (15) auf einem Hals (7) eines Federtellers (8) axial und radial abgestützt sowie zur Lagerachse (6) zentriert ist, wobei die Lagerscheibe (14) mit Bund (15) ein Formteil aus einem kreisringförmigen Scheibenrohling (16) ist,dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (15) mit einem Umformgrad verformt ist, der höher ist als der Umformgrad mit dem die Lagerscheibe (14) geformt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Federbeinlager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Federbeinlager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Federbeinlager ist in DE 199 21 695 A1 dargestellt. Federbeinlager weisen in der Regel eine untere Lagerscheibe und eine obere Lagerscheibe auf. Die obere Lagerscheibe ist chassisseitig abgestützt. Mit der unteren Lagerscheibe liegt das Federbeinlager auf einem Federteller auf. Die Lagerscheiben sind Kreisringscheiben mit einem zentralen Loch. Von dem Loch der unteren Lagerscheibe geht ein Bund ab - wobei es auch denkbar ist, dass dieser Bund an der oberen Lagerscheibe ausgebildet ist. Die untere Lagerscheibe des Federbeinlagers nach DE 199 21 695 A1 ist mit einem Bund versehen, mit dem das Federbeinlager an dem Federteller zur Mittelachse des der Kolbenstange des Stoßdämpfers zentriert und quer zur Lagerachse abgestützt ist. Die Lagerachse und die Mittelachse liegen aufeinander. Alternativ dazu kann der Bund auch an anderen Bauteilen zentrieren. Die Druckschrift DE 36 19 626 A1 offenbart ein Federbeinlager gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Die Druckschriften US 5 618 116 A , JP 2007 - 100 889 A und US 2007 / 0 255 467 A1 offenbaren jeweils Federbeinlager, wobei die Lagerscheiben einen Bund aufweisen.
In einer Federbeinlagerung werden die Federkräfte über den Federteller aus axialen Richtungen abgestützt. Die axialen Richtungen sind die einander entgegengesetzten und mit der Mittelachse der Kolbenstange des Stoßdämpfers gleichgerichtete Richtungen. Auf das Federbeinlager wirken auch zusätzlich Querkräfte, also Kräfte aus radialen Richtungen ein. Die radialen Richtungen sind in diesem Fall senkrecht zu den axialen Richtungen und somit senkrecht zur Mittelachse bzw. Lagerachse gerichtete Richtungen. Das Federbeinlager ist über den Bund an einer Lagerscheibe radial abgestützt und geführt.
Der Bund steht axial gleichgerichtet mit der Lagerachse aus der Lagerscheibe entweder nach unten in Richtung des Stoßdämpfers, siehe hierzu DE 199 21 695 A1 , oder nach oben in Richtung Chassis, siehe hierzu JP2005291232 A , hervor.
Die Lagerscheiben sind Umformteile aus dünnem Blech und deshalb einfach und kostengünstig herzustellen. Derartige Lagerscheiben werden aus dünnwandigen Blechplatinen ausgestanzt und gepresst bzw. kalt gezogen. In der Regel sind die Lagerscheiben mit Laufbahnen für Wälzkörper versehen - können alternativ dazu auch Stützscheiben für die Gleitscheiben sein. Wälzkörper sind Kugeln oder Rollen.
Wenn die Lagerscheiben mit Laufbahnen für Wälzkörper versehen sind, sind diese zumindest an den Laufbahnen gehärtet. Da die Lagerscheiben aus dünnem Blech sind, können diese nicht durchgehärtet sondern müssen randschichtgehärtet werden.
Unter Durchhärtung ist allgemein das Umwandlungs- und/oder Ausscheidungshärten des im Wesentlichen gesamten Gefüges eines Werkstücks bis in den Kern hinein verstanden, so dass in diesem Fall die Lagerscheiben über die gesamte Dicke einschließlich des von den Randschichten entfernten Kerns hart sind. Aufgrund der Dünnwandigkeit wären derartig gehärtete Lagerscheibe anfällig gegen Belastungen und würden unter Belastung brechen. Deshalb werden dünnwandige Lagerscheiben in der Regel Randschichtgehärtet.
Beim Randschichthärten wird beidseitig ausgehend von der jeweiligen Oberfläche der Lagerscheiben nur eine Schicht an der Oberfläche des Werkstücks bis in eine gewisse Tiefe gehärtet, die sich in Abhängigkeit von der Blechdicke ergibt. Der Kern dagegen verbleibt in der Regel ungehärtet, so dass die Scheiben in gewissem Maße elastisch bleiben und sich bei Belastung durch elastische Verformung anpassen können.
Der Belastung der Scheiben, insbesondere der unteren Lagerscheibe sind jedoch aufgrund der begrenzten Einhärtetiefe aus der Randschichthärtung Grenzen gesetzt. Zu hohe Belastungen können zum Beispiel zum Einbrechen der Wälzkörper in die gehärtete Randschicht und damit zu Lagerschäden führen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Federbeinlager zu schaffen, das sich einfach und kostengünstig herstellen lässt und das unter allen Umständen den Anforderungen an erhöhte Belastung gewachsen ist.
Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Die Lagerscheibe ist ein Formteil aus einem kreisringförmigen Scheibenrohling, an dem einteilig, also einmaterialig mit der Lagerscheibe, der Bund ausgebildet ist. Das Federbeinlager ist über den Bund auf einem Hals eines Federtellers axial und radial abgestützt sowie zur Lagerachse zentriert. Der Bund weist einen Anteil plastisch aus dem Scheibenrohling verdrängten Materials auf. Der Umformgrad, mit dem der Bund geformt wurde, ist größer als der Umformgrad, mit dem die Lagerscheibe geformt wurde. Der Umformgrad an dem axial gerichteten Bund ist vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie der an der Lagerscheibe. Der Umformgrad des Bundes ist mit dem der Scheibe verglichen relativ hoch und beträgt mindestens 30% vorzugsweise 50%. Der Bund ist beispielsweise durch Fließpressen oder durch fließpressähnliche Kaltumformverfahren hergestellt. Der Umformgrad der Lagerscheibe ist ca. 10%. Dieser ist im Wesentlichen durch das beim Prägen der Laufbahn plastisch verlagerte Material und durch den sogenannten Planschlag bestimmt. Mit dem Planschlag wird die Lagerscheibe nach dem Einbringen der Formelemente wie des Bundes und der Laufbahn, wieder so geebnet, dass deren in axiale Richtung weisenden entgegengesetzten Ringflächen eben und parallel zueinander verlaufen.
Bewertungskriterien für den Umformgrad sind in diesem Fall die axiale Dicke des Scheibenrohlings am Rand des Lochs des Scheibenrohlings und die radiale Wanddicke des aus der Scheibe herausstehenden Bundes bzw. dessen axiale Länge.
Beim Umformen bleibt das Werkstückvolumen immer erhalten. Die Geometrie wird jedoch verändert. Der Umformgrad ist ein Wert zur Bewertung der geometrischen Veränderung eines Werkstücks beim Umformprozess gegenüber dem Ausgangszustand des verwendeten Rohlings oder gegenüber einem Abschnitt des Rohlings. Der Umformgrad errechnet sich aus dem natürlichen Logarithmus des Quotienten aus umgeformter Länge und Ausgangslänge. Der Umformgrad, oft auch als Abstreckgrad bezeichnet ist ein Maß dafür, wie viel Volumenanteil des Materials eines Rohlings plastisch verformt wurden.
Bisher bekannte Lagerscheiben nach dem Stand der Technik sind mit geringem Umformgrad (max. 10% -15%) und einem Anteil an beispielsweise zu dem Bund umgelegten bzw. gebogenen Material hergestellt, ohne dass sich die Dicke des Bleches im Vergleich zu seinem Ausgangszustand maßgeblich geändert hat. An Biegeteilen sind in der Regel nur die Außenfasern am Rand des Blechs extrem gestreckt. Das Material der erfindungsgemäßen Lagerscheiben dagegen wird nicht durch Biegen oder Prägen sondern wird unter hohem Druck durch verminderte Querschnitte gepresst. Somit wird ein großer Anteil der Ränder und des Kerns des Rohlings zum Fließen gebracht. Der Umformgrad beträgt für den Bund deshalb erfindungsgemäß mindestens 30% - 60%, vorzugsweise 50%, oder mehr.
Der vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildete Bund, kann an der oberen oder vorzugsweise unteren Lagerscheibe im Lager nach oben in Richtung Chassis hervorstehen oder vorzugsweise nach unten. Das Material, aus dem der Bund gefertigt ist, ist soweit abgestreckt, dass die Wandstärke des aus der Scheibe axial hervorstehenden Anteils des Bundes an dickster Stelle geringer ist als die Dicke der Lagerscheibe. Die Wandstärke wird in radialer Richtung gemessen. Die Dicke der Scheibe ist die in axiale Richtung gemessene Hauptabmessung der Lagerscheibe, in der Vertiefungen von Laufbahnen und Fasen oder ähnlichen nicht berücksichtigt werden. Die Wandstärke ist um 1/3 bis 2/3 geringer als die Dicke der Lagerscheibe und ist vorzugsweise 50% geringer. Die Dicke der Lagerscheibe beträgt mindestens 3 mm.
Die Laufbahn für die Wälzkörper ist vorzugsweise an der Seite der Lagerscheibe durch Kaltumformen eingebracht, die von der Seite mit dem Zentrierbunde abgewandt ist. Die Oberfläche der Laufbahn wird, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, nach dem Kaltumformen nicht mehr geschliffen.
Der Werkstoff der Lagerscheiben ist vorzugsweise Kohlenstoffstahl wie C45. Die Lagerscheiben sind vorzugsweise durchgehärtet. Es ist auch denkbar, dass die Oberfläche der Laufbahn nur durch Kaltverfestigung aber nicht durch Härten widerstandsfähiger ist. Dies gilt vorwiegend im Falle gering belasteter Federbeinlager.
Bei der Umformung von Metallen gleiten Atome im Kristallgitter des Metalls. Das Gleiten um einen Atomabstand wird dabei als so genannte Versetzung bezeichnet. Durch Erhöhung der Versetzungsdichte im Gefüge werden die Gleitvorgänge behindert. Dies erhöht die Festigkeit. Dieser Vorgang wird als Kaltverfestigung bezeichnet.
Das mit der Erfindung geschaffene Federbeinlager kostengünstig herstellbar, weist im Vergleich zum Stand der Technik ein Bauteil weniger auf und ist aufgrund des Einsatzes von massiven Scheiben für Anwendungen mit hohen Belastungen geeignet. Lager des Standes der Technik können ohne weitere Änderung der Umgebungskonstruktion durch Lager gemäß Erfindung ersetzt werden.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Federbeinlager in einem Längsschnitt entlang der Lagerachse,
2 einen Rohling einer Ringscheibe zur Herstellung einer Lagerscheibe eines erfindungsgemäßen Federbeinlagers in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse des Rohlings,
3 das Detail Z aus 1,
4 die Anordnung eines Federbeinlagers nach 2 in einer oberen Lagerung eines Federbeins, in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse der Kolbenstange des Stoßdämpfers.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Für alle Darstellungen der 1 bis 4 gelten die mit der Mittelachse bzw. Lagerachse gleichgerichtet und im Bild senkrecht verlaufenden Richtungen als axiale Richtungen und die dazu senkrecht und somit im Bild horizontal verlaufenden Richtungen als radiale Richtungen.
1 - 1 zeigt mit dem Federbeinlager 13 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Federbeinlager 13 weist eine obere Lagerscheibe 2, eine untere Lagerscheibe 14, Wälzkörper 4 sowie eine Kappe 5 auf. Die Lagerscheiben 2 und 14 sind dickwandig, also in massiver Bauweise ausgebildet und sind Kreisringscheiben. Die Kappe 5 ist aus dünnwandigem Blech und hält Lagerscheibe 2 und 14 sowie die Wälzkörper 4 zu einer Baueinheit zusammen.
Die Lagerscheibe 14 ist aus einem durchhärtbaren Kohlenstoffstahl, weist einen Bund 15 auf und ist mit dem Bund 15 ein Formteil aus einem kreisringförmigen Scheibenrohling 16. Der Scheibenrohling 16 ist in 2 dargestellt. Außerdem weist die Lagerscheibe 14 eine Laufbahn 24 auf, die an einer in axiale Richtung gerichteten Seite 28 ausgebildet ist. An der entgegengesetzt gerichteten Seite 29 der Lagerscheibe 14 ist an der Außenkante eine Hohlkehle 23 eingeformt. Die Hohlkehle 23 ist ein axialer Hinterschnitt, den ein umgelegter Rand 30 der Kappe 5 zwecks Halterung zu einer Baueinheit hintergreift.
2 - 2 zeigt den mittels durchgehender Linie umrissenen den Scheibenrohling 16 vor dem Umformen, der zur mit gestrichelter Linie umrissenen Lagerscheibe 14 geformt wird. Das Volumen 17 des mit durchgehender Linie umrissenen Scheibenrohlings ist zu dem Volumen 18 der fertigen Lagerscheibe 14 gleich. Eine erste Teilmenge des mit der gestrichelten Linie umrissenen Materials ist Teilmenge des Scheibenrohlings 16 und bildet am fertig umgeformten Bauteil die Lagerscheibe 14 ohne Bund 15. Die Restmenge des Materials des nicht gestrichelt eingerahmten Anteils der Scheibenrohlings 16 wird beim Umformen plastisch verdrängt. Der Anteil des Materials, der durch die mit den Durchmessern 19 und 20 und durch die mit der Dicke 21 des Scheibenrohlings 16 beschriebenen Konturen umgrenzt ist, wird im Wesentlichen zur Formung des Bundes 15 plastisch verdrängt. Das Loch 22 des Scheibenrohlings 16 ist mit dem Durchmesser 19 beschrieben. Das Loch 25 an der fertigen Lagerscheibe 14 bzw. an deren Bund 15 ist mit dem Durchmesser 20 beschrieben.
Der Anteil des Materials aus dem Scheibenrohling 16, der zur Bildung der ringförmig umlaufenden Hohlkehle 23 und zur Bildung der ringförmig umlaufenden Laufbahn 24 an der fertigen Lagerscheibe 14 sowie zum Zwecke des Planschlags verdrängt wird, wird im Wesentlichen durch die mit den Dicken 21 und 26 festgelegten Konturen sowie durch die Leer-Volumina der Laufbahn 24 und der Hohlkehle 23 bestimmt. Dabei wird zur Bildung der Hohlkehle 23 Material in Richtung der Lagerschulter 31 oder zur Bildung der Lagerschulter 31 verdrängt. Der Hohlkehle 23 schließt sich am fertigen Bauteil in axialer Richtung die Lagerschulter 31 an. Das Volumen des Materials der Lagerschulter 31 entspricht im Wesentlichen dem des zur Bildung der Hohlkehle 23 verdrängten Materials.
Der Bund 15 ist mit einem Umformgrad verformt, der höher ist als der Umformgrad, mit dem die Lagerscheibe 14 geformt ist. Die Wandstärke 27 des Bundes 15 ist in etwa um 50% geringer als die Dicke 26 der Lagerscheibe 14 und um mehr als 50% geringer als die Dicke 21 des Scheibenrohlings 16.
3 - Mit 3 ist das Detail Z aus 2 stark vergrößert und nicht maßstäblich dargestellt. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass die Wandstärke 27 des Bundes 15 nicht konstant sein muss. Die Wandstärke 27 an dickster Stelle des an sich hohlzylindrisch ausgebildeten Teils des Bundes 15, der aus der Lagerscheibe 14 axial hervorsteht, kann sich aufgrund von Abschrägungen 33 bzw. ballig ausgebildeten Verläufen 12 auf die Wandstärke 32 an dünnster Stelle reduzieren. Dadurch erhält der Bund 15 eine von der zylindrischen Form abweichende Grundform und es beispielsweise abschnittsweise innen konisch bzw. außen ballig ausgebildet. Die Kante am Übergang 11 von der Seite 28 zum Bund 15 ist wahlweise nach innen oder nach außen gewölbt. In der Darstellung ist der Übergang 11 konkav ins Material hinein gewölbt. Das Material wurde zur Schaffung des Übergang 11 beim Umformen in den Bund 15 verdrängt.
4 - 4 zeigt die Anordnung eines Federbeinlagers 13 nach 2 in einer oberen Lagerung 10 eines nur teilweise dargestellten Federbeins in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse der Kolbenstange 9 eines ansonsten nicht weiter dargestellten Stoßdämpfers. Das Federbein weist außer dem Stoßdämpfer auch noch eine Schraubenfeder 3 auf, von der in 4 nur eine Windung abgebildet ist. Die Schraubenfeder 3 stützt sich axial an dem Federteller 8 ab und ist radial an diesem geführt. Auf dem Hals 7 des Federtellers 8 ist das Federbeinlager 13 axial und radial abgestützt sowie zur Mittelachse 6 zentriert. Dazu greift das Federbeinlager 13 mit dem Bund 15 in einer Öffnung 1 des Halses 7 ein. Alternativ dazu kann der Bund 15 auch über den Rand des Halses 7 gestülpt sein. In Richtung Chassis ist das Federbeinlager 13 an Dämpfungselementen 40 abgestützt.
Bezugszeichenliste

1: Öffnung
2: obere Lagerscheibe
3: Schraubenfeder
4: Wälzkörper
5: Kappe
6: Lagerachse
7: Hals
8: Federteller
9: Kolbenstange
10: Lagerung eines Federbeins
11: Übergang
12: ballig ausgebildete Verlauf
13: Federbeinlager
14: untere Lagerscheibe
15: Bund
16: Scheibenrohling
17: Volumen des Materials des Scheibenrohlings
18: Volumen des Materials der Lagerscheibe Durchmesser des Lochs des
19: Scheibenrohlings Durchmesser des Lochs der
20: Lagerscheibe
21: Dicke des Scheibenrohlings
22: Loch des Scheibenrohlings
23: Hohlkehle
24: Laufbahn
25: Loch
26: Dicke der Lagerscheibe
27: Wandstärke
28: Seite der Lagerscheibe
29: Seite der Lagerscheibe
30: umgelegter Rand der Kappe
31: Lagerschulter
32: Wandstärke
33: Abschrägung

Claims

Federbeinlager (13), das eine Lagerscheibe (14) mit einem zur Lagerachse (6) gleichgerichtet verlaufenden sowie von der Lagerscheibe (14) abstehenden Bund (15) aufweist, wobei der Bund (15) aus dem Material der Lagerscheibe (14) und mit dieser einteilig ausgebildet ist und das Federbeinlager (13) über den Bund (15) auf einem Hals (7) eines Federtellers (8) axial und radial abgestützt sowie zur Lagerachse (6) zentriert ist, wobei die Lagerscheibe (14) mit Bund (15) ein Formteil aus einem kreisringförmigen Scheibenrohling (16) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (15) mit einem Umformgrad verformt ist, der höher ist als der Umformgrad mit dem die Lagerscheibe (14) geformt ist.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Umformgrad des Bundes (15) mindestens doppelt so groß ist wie der axiale Umformgrad an der Lagerscheibe (14).
Federbeinlager (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad mindestens 30% beträgt.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Lagerachse (6) gerichteten gemessene Wandstärke (27) des hohlzylindrisch ausgebildeten Bundes (15) geringer ist als die mit der Achse gleichgerichtet gemessene Dicke (26) der Lagerscheibe (14) an dickster Stelle.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerscheibe (14) wenigstens eine Laufbahn (24) für Wälzkörper (4) aufweist.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Laufbahn (24) eine durch plastische Verdrängung von Material erzeugte Vertiefung an einer in axiale Richtung weisenden Seite (28) ist, wobei die Laufbahn (24) an axial zum Bund (15) entgegengesetzter Seite (29) der Lagerscheibe (14) ausgebildet ist.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerscheibe (14) an der Seite, an der der Bund (15) hervorsteht, radial außen eine umlaufende Hohlkehle (23) aufweist, der sich in axialer Richtung eine Lagerschulter (31) anschließt, wobei die Lagerschulter (31) die Laufbahn (24) radial begrenzt.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Hohlkehle (23) dem Volumen des Materials entspricht, das die Lagerschulter (31) von der Laufbahn (24) bis zur radialen Außenkante der Lagerscheibe (14) füllt.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (24) der fertigen Lagerscheibe (14) eine aus der plastischen Verformung resultierende fertige Oberfläche aufweist.
Federbeinlager (13), das eine Lagerscheibe (14) mit einem zur Lagerachse (6) gleichgerichtet verlaufenden sowie von der Lagerscheibe (14) abstehenden Bund (15) aufweist, wobei der Bund (15) aus dem Material der Lagerscheibe (14) und mit dieser einteilig ausgebildet ist und das Federbeinlager (13) über den Bund (15) auf einem Hals (7) eines Federtellers (8) axial und radial abgestützt sowie zur Lagerachse (6) zentriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht zur Lagerachse (6) gerichtete Wandstärke (27) des aus der Lagerscheibe (14) hervorstehenden hohlzylindrisch ausgebildeten Teils des Bundes (15) geringer ist, als die mit der Lagerachse (6) gleichgerichtete Dicke (26) der Lagerscheibe (14).
Federbeinlager (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radial gerichtete Wandstärke (27) des Bundes (15) 30% bis 60% geringer als die axial gerichtete Dicke (26) der Lagerscheibe (14) ist.
Federbeinlager (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerscheibe (14) aus einem durchhärtbaren Kohlenstoffstahl ist.