DE102009056038A1

DE102009056038A1 - Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings für ein Wälzlager, insbesondere für ein Dünnringlager, und Wälzlager, insbesondere Dünnringlager, umfassend wenigstens einen Lagerring hergestellt nach dem Verfahren

Info

Publication number: DE102009056038A1
Application number: DE102009056038A
Authority: DE
Inventors: Rainer Sterker
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-11-28
Also published as: DE102009056038B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings für ein Wälzlager, insbesondere für ein Dünnringlager, welches folgende Schritte umfasst: - Walzen eines Drahtes (1, 10, 11), - Biegen des Drahtes (1, 10, 11) in eine Teilring- oder Ringform, - Verschweißen der freien Enden (2, 3, 12, 13, 22, 23) wenigstens zweier teilringförmig gebogener Drähte (10, 11) oder eines ringförmig gebogenen Drahtes (1) zu einem Vollring (4, 14), - Glühen des Vollrings (4, 14), - Kaltwalzen des Vollrings (4, 14).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings für ein Wälzlager, insbesondere für ein Dünnringlager.
Hintergrund der Erfindung
Zur Herstellung der Lagerringe von Wälzlagern ist es bekannt, diese aus durch konventionelles Warmwalzen hergestellten, gegebenenfalls weichgeglühten, nahtlosen Rohren aus einem Wälzlagerstahl, sogenannten Weichringen, abzutrennen. Diese Ringe werden durch eine spanende Nachbearbeitung auf ihr Endmaß gebracht, wobei die spanende Nachbearbeitung üblicherweise durch regelmäßig mehrere Schleifgänge umfassendes Schleifen bewerkstelligt wird.
Daneben ist es gängig, Schmiederinge, welche insbesondere als Zukaufteile bereitgestellt werden, über ein Kaltwalzen zu bearbeiten, wobei wiederum über materialabtragende, insbesondere spanende Verfahren das Endmaß des Lagerrings eingestellt wird. Anschließend folgen bekannte Härte- und Anlassvorgänge, mithin also Temperaturbehandlungen, zur Einstellung eines gewünschten, für den späteren Einsatz vorteilhaften Materialgefüges.
Eine weitere Alternative der Herstellung von Lagerringen stellt das Verschweißen von Teilringen dar. Bei geschweißten Lagerringen ist es jedoch von Nachteil, dass im Bereich der Schweißlinse durch einen zur Festlegung des Endmaßes des Wälzlagers bzw. des Lagerrings ebenso durchgeführten, spanenden Materialabtrag für die anschließenden Härteprozesse geeignetes, härtbares Material abgetragen wird und sich somit in diesem Bereich ein Härteunterschied zum Rest des Lagerrings ergibt. Dies kann soweit führen, dass dieser Bereich im Betrieb eine potentielle mechanische Schwachstelle des Wälzlagers bildet.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings für ein Wälzlager, insbesondere für ein Dünnringlager, anzugeben, welches einen spanenden Materialabtrag ausschließt.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte:

– Walzen eines Drahtes,
– Biegen des Drahtes in eine Teilring- oder Ringform,
– Verschweißen der freien Enden wenigstens zweier teilringförmig gebogener Drähte oder eines ringförmig gebogenen Drahtes zu einem Vollring,
– Glühen des Vollrings,
– Kaltwalzen des Vollrings.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von einem Drahtmaterial oder Draht als Halbzeug ausgegangen, welches bzw. welcher üblicherweise in Endlos-Spulen, sogenannten Coils, aufgewickelt oder bereits abschnittsweise, also vorkonfektioniert, vorliegt. Der Draht besteht vorzugsweise aus einem für die Herstellung von Wälzlagern bekannten metallischen Werkstoff, wie z. B. dem Wälzlagerstahl 100Cr6, wobei dieser selbstverständlich nur exemplarisch und nicht abschließend angeführt ist. Vorteilhaft ist durch das Verfahren ebenso ein minimierter Materialeinsatz möglich.
Im ersten Schritt des Verfahrens wird der Draht gewalzt. Entsprechend des verwendeten Drahts ist damit ein Walzen direkt von der Endlos-Spule bzw. dem Coil über an sich bekannte Walzvorrichtungen oder ein Walzen vorkonfektionierter Drahtabschnitte in eine für die weiteren Verfahrensschritte bzw. die Weiterverarbeitung erforderliche Geometrie, insbesondere Querschnittsgeometrie, gemeint. Der direkt vom Coil gewalzte Draht wird in der Regel zu einem Abschnitt gewünschter Länge zugeschnitten.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden die gewalzten Drahtabschnitte gebogen. Hierbei kann eine Biegung zu einer Teilring- oder einer Ringform erfolgen. Die Biegung kann also im Allgemeinen über eine beliebige Gradzahl unterhalb von 360° oder um volle 360° erfolgen. Die hierzu verwendeten Vorrichtungen sind an und für sich bekannt und für in die Erfindung nur von nebenstehender Bedeutung.
Im nächsten Schritt werden die freien Enden eines ringförmigen Drahtes oder wenigstens zweier teilringförmig gebogenen Drähte miteinander verschweißt, das heißt, im Falle eines um 360° in eine Ringform vorgebogenen Drahtes werden dessen freie Enden zu einem geschlossenen Vollring verschweißt, wobei lediglich eine Schweißnaht entsteht. Es ist beispielsweise aber auch möglich, drei, jeweils um 120° gebogene Teilring-Drähte, miteinander zu einem Vollring zu verschweißen. Gegebenenfalls können die zu verschweißenden Drähte auch unterschiedlich gebogen sein, es muss jedoch sichergestellt sein, dass sich nach dem Verschweißen der einzelnen gebogenen Drähte insgesamt ein geschweißter Vollring mit 360° ergibt. Die Anzahl der letzten Endes notwendigen Schweißnähte hängt somit von der Anzahl der zu verschweißenden Einzeldrähte ab. Es können hierbei sämtliche bekannten Schweißtechniken und Schweißverfahren angewendet werden.
Nachfolgend werden die Vollringe geglüht. Darunter ist eine für den Fachmann bekannte und übliche Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe zur Einstellung bestimmter Eigenschaften des jeweiligen Werkstücks zu verstehen, welche entsprechend den jeweils eingesetzten Materialien und im Hinblick auf den späteren Einsatzzweck des Wälzlagers bzw. des Lagerrings ausgewählt wird.
An die Wärmebehandlung schließt sich erfindungsgemäß nach dem Entgraten ein Kaltwalzen der geglühten Vollringe an, aus dem sich das Endmaß des Lagerrings ergibt. Das Walzen erfolgt über bekannte Walztechniken bzw. Walzvorrichtungen.
Im Vergleich mit den gängigen Verfahren sieht das erfindungsgemäße Verfahren eine materialabtragende Nachbearbeitung der Lagerringe nicht vor. Somit kann ein genügend großer Anteil an härtbarem Material, insbesondere im Bereich der Schweißlinse, sichergestellt werden, wodurch dieser Bereich im Betrieb des Lagerrings bzw. des Wälzlagers nunmehr keine mechanische Schwachstelle darstellt und der Lagerring hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften umlaufend ein weitgehend homogenes Erscheinungsbild aufweist. Ferner kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Zukauf von Schmiederingen, welcher in aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erforderlich ist, entfallen, weshalb sich durch das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren auch wirtschaftliche Vorteile ergeben können, da ein zusätzlicher Teil der Wertschöpfungskette in den Betrieb integriert werden kann.
Bevorzugt liegen die zu Teilringen gebogenen Drähte in einer Halbringform vor, das heißt, sie wurden um 180° gebogen, woraus sich ergibt, dass ein Vollring durch Verschweißen zweier halbringförmiger Drähte erhalten wird, welcher zwei Schweißnähte aufweist.
In Weiterbildung der Erfindung schließt sich nach dem Kaltwalzen ein Härten zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit der beanspruchten Bauteilflächen an. Es kommen hierzu sämtliche Härteverfahren in Frage. Der Härtevorgang ist dabei besonders bevorzugt derart zu bewerkstelligen, dass die Härte des Lagerrings, insbesondere dessen Laufflächen, im Anschluss mindestens 600 HV beträgt. Insofern sind diese besonders beanspruchten Bereiche des Lagerrings mit einer hohen Härte versehen und entsprechend verschleißfest. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung Härtevorgänge in Ausnahmen auch weniger harte Lagerringe hervorbringen. Natürlich können auch andere Wälzlagerkomponenten oder das gesamte Wälzlager entsprechend gehärtet werden.
Nach dem Härten kann vorteilhaft abschließend ein Schleifen und/oder Hohnen, insbesondere der Laufflächen des Lagerrings, durchgeführt werden. Somit können die mechanischen Eigenschaften, wie auch die Laufeigenschaften des Lagerrings weiter verbessert werden. Im Rahmen der Erfindung können in diesem Schritt sämtliche einschlägigen Verfahren verwendet werden.
Der verwendete Draht sollte bevorzugt einen Durchmesser von 5–30 mm, insbesondere 10–20 mm, haben. Selbstverständlich können erfindungsgemäß Drähte in sämtlichen Durchmessern bzw. Dicken außerhalb des genannten Intervalls ebenso verwendet werden.
Daneben betrifft die Erfindung ein Wälzlager, insbesondere ein Dünnringlager, umfassend wenigstens einen Lagerring, insbesondere hergestellt nach dem oben beschriebenen Verfahren. Das Wälzlager zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der diesem zugehörige wenigstens eine Lagerring aus mindestens einem gewalzten, gebogenen und zu einem Vollring geschweißten Draht besteht, wobei der Vollring geglüht und kaltgewalzt ist.
Der Lagerring liegt zunächst in Form eines Drahtes vor, der, gegebenenfalls vorkonfektioniert, gewalzt und anschließend in eine Teilring- oder Ringform gebogen wird, woraufhin jeweils die freien Enden mindestens zweier Teilringe oder eines Rings zu einem geschlossenen Vollring über gängige Schweißverfahren verschweißt werden. Der Vollring wird mittels einer Temperaturbehandlung, dem sogenannten Glühen, bezüglich seiner Eigenschaften auf ein dem jeweils später zugrunde liegenden Anwendungszweck des Lagers optimales Ergebnis geglüht. Nach dem Glühvorgang wird das Endmaß des Lagerrings über ein Kaltwalzen eingestellt. Es ist ersichtlich, dass der Lagerring bis dahin – abgesehen von einem möglichen Entgraten der Schweißstelle – nicht spanend bearbeitet wird, woraus sich demnach, insbesondere im Bereich der Schweißlinse bzw. Schweißnaht, bei einem gegebenenfalls anschließenden Härtevorgang die genannten positiven Effekte erzielen lassen.
Der dem Wälzlager zugehörige mindestens eine Lagerring ist in bevorzugter Ausgestaltung gehärtet und weist, insbesondere im Bereich der Laufflächen, eine Härte von mindestens 600 HV auf. Wie oben beschrieben, sind durch das Härten des Lagerrings bzw. dessen beanspruchter Bereiche, worunter im Allgemeinen die Laufflächen fallen, geringere Verschleißerscheinungen und somit eine längere Lebensdauer des Wälzlagers insgesamt möglich. Es können sämtliche bekannten Härteverfahren genutzt werden, wobei es in Ausnahmefällen auch möglich ist, dass die Härte nach dem Härten weniger als 600 HV beträgt. Natürlich können zusätzlich auch andere Wälzlagerkomponenten oder das gesamte Wälzlager entsprechend gehärtet sein.
Besonders gute Eigenschaften des Wälzlagers sind erzielbar, wenn der wenigstens eine Lagerring, insbesondere seine Laufflächen, geschliffen und/oder gehohnt sind. Die derart erzielbare hohe Oberflächengüte führt zu weiter verbesserten Eigenschaften des Wälzlagers. Es ist selbstverständlich auch im Sinne der Erfindung, andere, vor allen Dingen beanspruchte, Bereiche des Wälzlagers derart zu bearbeiten und so deren Oberflächengüte zu erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Prinzipdarstellung eines alternativen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine vergrößerte Ansicht einer Schweißlinse, und
4 ein zugehöriger Härteverlauf durch die Schweißlinse.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist prinzipiell der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In Teilschritt a) liegt ein vorkonfektionierter metallischer Draht 1 mit einem Durchmesser von z. B. ca. 16 mm und einer vorbestimmten Länge von z. B. etwa 60 mm vor. Der Draht 1 besteht aus einem typischen Wälzlagerstahl, nämlich 100Cr6. Der Draht 1 wurde in diesem Schritt bereits über eine nicht gezeigte Walzvorrichtung gewalzt, wodurch sich bezüglich seines Querschnitts eine rechteckige Form ergibt. In Teilschritt b) wird der gewalzte Draht 1 mittels eines Biegewerkzeugs einer nicht näher gezeigten Biegevorrichtung in eine Ringform gebogen. Nach dem Biegevorgang berühren sich die freien Enden 2, 3 des Drahtes 1 nahezu. Im nachfolgenden Teilschritt c) werden die freien Enden 2, 3 des Drahtes 1 mittels eines hier nicht gezeigten Schweißapparats z. B. über einen Laser miteinander verschweißt und bilden in der Folge einen Vollring 4 mit einer Schweißnaht 5 aus. In Teilschritt d) ist der verschweißte Vollring 4 bereits einer Wärmebehandlung in Form eines Glühens unterzogen worden. Ferner ist die durch den Schweißvorgang zwischen den freien Enden 2, 3 des Drahtes 1 entstandene Schweißnaht 5 verputzt worden. Der Vollring 4 weist zu diesem Zeitpunkt einen Innendurchmesser d₁ auf, der noch nicht dem gewünschten Endmaß entspricht. Erst in Teilschritt e) weist der Vollring 4 einen Durchmesser d₂ auf, der dem gewünschten Endmaß entspricht, wobei er hierzu kaltgewalzt wurde. In Teilschritt f) liegt ein vollends fertiger Lagerring 4' vor, welcher im Anschluss an das unter e) genannte Kaltwalzen eine zusätzliche Temperaturbehandlung in Form eines Härtens erfahren hat und dessen Laufflächen 6 sich durch eine Härte von 650 HV auszeichnen. Die Laufflächen 6 des Lagerrings 4' sind überdies geschliffen und gehohnt und zeigen somit ein einwandfreies Laufverhalten im Betrieb des Lagerrings 4'. Es ist zudem zu ergänzen, dass der Lagerring 4' zusätzlich Schleifvorgänge seiner Seiten sowie des Außen- und Innendurchmessers erfahren hat, welche ihren Abschluss durch ein jeweiliges Hohnen dieser Bereiche fanden. Der Lagerring 4' zeichnet sich somit durch eine ausgesprochen hohe Oberflächengüte aus. Ferner zeigt er keinerlei mechanische Schwachstellen, insbesondere im Bereich der Schweißnaht 5 bzw. Schweißlinse, da das beschriebene Verfahren gänzlich auf einem Materialabtrag in diesem Bereich verzichtet.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines alternativen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Gegensatz zu 1 liegen dabei zwei vorkonfektionierte metallische Drähte 10, 11 vor, deren Durchmesser je z. B. ca. 16 mm und deren Länge jeweils z. B. ca. 30 mm beträgt. Die Drähte 10, 11 wurden bereits in einer nicht gezeigten Walzvorrichtung gewalzt und haben einen rechteckigen Querschnitt. Teilschritt b) zeigt die Drähte 10, 11 in einer jeweils um 180°, zu Halbringen gebogenen Form. Die freien Enden 12, 13, 22, 23 der Drähte 10, 11 werden in einem nicht gezeigten Schweißverfahren miteinander verschweißt, so dass sich der in Teilschritt c) gezeigte geschlossene Vollring 14 ergibt, welcher nun zwei Schweißnähte 15, 16 aufweist. Analog zu 1 kann der Schweißvorgang beispielsweise mittels eines Lasers bewerkstelligt werden. Der zweifach verschweißte Vollring 14 ist in Teilschritt d) nach einem Glühen zu sehen, wobei hier besonderes Augenmerk auf dem Innendurchmesser d₃ liegt, da dieser nicht dem gewünschten Endmaß entspricht. Vor dem Glühe n wurden die Schweißnähte 15, 16 verputzt. Das Endmaß wird dadurch erreicht, dass der Vollring 14 einem Kaltwalzen unterzogen wird, welches in 2 nicht gezeigt ist. Teilschritt e) gibt den geschweißten Vollring 14 wieder, welcher nun einen auf das Endmaß bestimmten Innendurchmesser d₄ aufweist. Entsprechend den Ausführungen bezüglich 1 liegt in Teilschritt f) ein für den Betrieb in einem Wälzlager geeigneter Lagerring 14' vor, welcher durch Härtevorgänge eine Härte, insbesondere seiner Laufflächen 17, von beispielsweise 650 HV aufweist und dessen Laufflächen 17, Seiten, Außen- und Innendurchmesser nach Anwenden von Schleif- und Hohnverfahren eine ausgezeichnete Oberflächengüte aufweisen. Der Lagerring 14' weist insbesondere im Bereich seiner Schweißnähte, 15, 16 bzw. seiner Schweißlinsen kein mechanisch nachteiliges Verhalten auf.
Zur Darstellung der guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Härte, im Bereich der Schweißlinse zweier verschweißter Drähte oder eines verschweißten Drahtes wird auf die 3 und 4 Bezug genommen. 3 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine vergrößerte Ansicht der aus 1 bekannten Schweißnaht 5 des Lagerrings 14'. In 4 wird exemplarisch ein Härteverlauf entlang des in 3 gezeigten gestrichelten Pfeils prinzipiell gezeigt. Es ist zu erkennen, dass sich der Graph bezogen auf die Ordinate, auf der die Härte in HV angegeben ist, stets oberhalb von 600 HV befindet. Selbst das ausgeprägte Minimum, das die Härteabnahme im Bereich bzw. bei Durchlaufen der Schweißlinse beschreibt, liegt oberhalb von 600 HV, wodurch auch hier die Mindestanforderungen an die Laufbahn 6 des Lagerrings 4' erfüllt werden. Beim Kaltwalzen des geschweißten Vollrings 4 wird die Schweißlinse, in der sich im Allgemeinen ein bezüglich des Materialgefüges entmischter Bereich befindet, tangential aufgezogen. Das in diesem Bereich härtbare Material wird dadurch erfindungsgemäß vor dem Härten nicht abgetragen, so dass weiterhin eine genügend große Menge dieses härtbaren Materials vorhanden ist. Die nachteiligen, sich aus dem Stand der Technik ergebenden Effekte, welche aus dem Anwenden materialabtragender Verfahren vor dem Härten folgen, sind somit ausgeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Draht
2: freies Ende
3: freies Ende
4: Vollring
4': Lagerring
5: Schweißnaht
6: Lauffläche
10: Draht
11: Draht
12: freies Ende
13: freies Ende
14: Vollring
14': Lagerring
15: Schweißnaht
16: Schweißnaht
17: Lauffläche
22: freies Ende
23: freies Ende
d1: Durchmesser
d2: Durchmesser
d3: Durchmesser
d4: Durchmesser

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings für ein Wälzlager, insbesondere für ein Dünnringlager, umfassend folgende Schritte: – Walzen eines Drahtes (1, 10, 11), – Biegen des Drahtes (1, 10, 11) in eine Teilring- oder Ringform, – Verschweißen der freien Enden (2, 3, 12, 13, 22, 23) wenigstens zweier teilringförmig gebogener Drähte (10, 11) oder eines ringförmig gebogenen Drahtes (1) zu einem Vollring (4, 14), – Glühen des Vollrings (4, 14), – Kaltwalzen des Vollrings (4, 14).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilringform eine Halbringform ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach dem Kaltwalzen ein Härten anschließt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Härtevorgang derart durchgeführt wird, dass die Härte des Lagerrings (4', 14'), insbesondere seiner Laufflächen (6, 17), im Anschluss mindestens 600 HV beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abschließend ein Schleifen und/oder Hohnen, insbesondere der Laufflächen (6, 17), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Draht (1, 10, 11) einen Durchmesser von 5–30 mm, vorzugsweise 10–20 mm, hat.
Wälzlager, insbesondere Dünnringlager, umfassend wenigstens einen Lagerring, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (4', 14') aus mindestens einem gewalzten, gebogenen und zu einem Vollring (4, 14') verschweißten Draht (1, 10, 11) besteht, wobei der Vollring (4, 14) geglüht und kaltgewalzt ist.
Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der wenigstens eine Lagerring (4', 14') gehärtet ist und, insbesondere im Bereich der Laufflächen (6, 17), eine Härte von mindestens 600 HV aufweist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der wenigstens eine Lagerring (4' 14'), insbesondere seine Laufflächen (6, 17), geschliffen und/oder gehohnt sind.