DE102010022315A1

DE102010022315A1 - Verfahren zur Herstellung von Lagerringen und mit dem Verfahren hergestellter Lagerring für ein Schrägkugellager

Info

Publication number: DE102010022315A1
Application number: DE102010022315A
Authority: DE
Inventors: Alexander Zernickel; Gerhard Meyer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2011-12-01
Also published as: WO2011151118A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lagerringen eines Schrägkugellagers (1, 20, 30), bei welchem ein erster Lagerring (7, 17, 27) eines Schrägkugellagers (1, 20, 30) und ein zweiter Lagerring (8, 18, 28) jeder mit wenigstens einer Wälzlaufbahn (5, 6, 15, 19, 32, 33) für Wälzkörper (2) des Schrägkugellagers (1, 20, 30) zunächst gemeinsam an einem Stück hergestellt und dann getrennt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lagerringen eines Schrägkugellagers, bei welchem ein erster Lagerring des Schrägkugellagers und ein zweiter Lagerring jeder mit wenigstens einer Wälzlaufbahn für Wälzkörper des Schrägkugellagers zunächst gemeinsam an einem Stück hergestellt und dann getrennt werden und einen mit dem Verfahren hergestellten Lagerring sowie ein Schrägkugellager mit wenigstens einem mit diesem Verfahren hergestellten Lagerring.
Hintergrund der Erfindung
Schrägkugellager sind Kugellager, in denen die auch als Kontaktlinien bezeichneten Drucklinien unter einem bestimmten vom rechten Winkel abweichenden Druckwinkel zur Rotationsachse bzw. zur Radialebene des Wälzlagers geneigt verlaufen. Die Schrägkugellager weisen Kugeln als Wälzkörper auf. Die Wälzkörper stehen im Kontakt mit Wälzlaufbahnen. Die Kontaktzentren der Kontakte zwischen Kugeln und Wälzlaufbahnen in Schrägkugellagern liegen sich an der jeweiligen Kugel gegenüber. Deshalb verläuft in Schrägkugellagern jeweils eine Drucklinie durch beide Kontaktzentren und durch die Kugelmitte.
Schrägkugellager sind als vorwiegen radial wirkende Lager oder als vorwiegend axial wirkende Lager ausgelegt. Unter axialer Richtungen sind die mit der Rotationsachse bzw. Schwenkachse gleichgerichteten Richtungen zu verstehen. Radiale Richtungen sind in senkrechten von der Rotations- bzw. Schwenkachse durchstoßenen Radialebenen auf die Rotations- bzw. Schwenkachsen zu oder von diesen weg gerichtet.
Vorwiegend radial wirkende Schrägkugellager sind Lager, die vergleichsweise zu Radiallagern auch einen relativ hohen Anteil an axialen Kräften aufnehmen können. Vorwiegen axial wirkende Lager sind Lager, die vergleichsweise zu Axiallagern auch einen relativ hohen Anteil an radialen Kräften aufnehmen können.
US 2005/0008276A1 zeigt ein als Federbeinlager ausgeführtes axial wirkendes-Schrägkugellager, das zur schwenkbaren Lagerung einer Schraubenfeder an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist. Das Federbeinlager weist einen unteren Lagerring und einen oberen Lagerring auf, die beide aus einem gemeinsamen durch Umformen entstandenen Umformrohling hervorgegangen sind, an dem sie zunächst gemeinsam einstückig ausgebildet waren. Der rotationssymmetrische Umformrohling ist durch Umformen, beispielsweise durch Tiefziehen aus einem Blech napfförmig. Der Boden wird gelocht. Bei der Herstellung mit einem derartigen Verfahren entsteht beim Zuschnitt des Blechs und durch das Lochen Abfall.
Beide Lagerringe weisen an dem Umformrohling die fertig geformte Wälzlaufbahn auf. An einem Lagerring ist diese mit der Oberfläche innenumfangsseitig und an dem anderen Lagerring ist diese mit der Oberfläche außenumfangsseitig ausgebildet.
Es wird angestrebt, die Wälzlaufbahnen der Lagerringe für diese Gattung der Federbeinlager oder Lenkungslager nach dem Ziehen möglichst nicht durch Schleifen oder Honen nachzuarbeiten. Die durch Ziehen und Prägen erzeugte Qualität der Oberfläche der Wälzlaufbahnen ist an sich für Federbeinlager und Lenkungslager ausreichend, da die Lager diesen Typs nur Schwenkbewegungen um die Schwenkachse zwischen Federbein und Karosserie oder vergleichsweise langsamen Drehbewegungen zwischen Lenkspindel und Gehäuse um die Rotationsachse ausgesetzt sind. Spanabhebende Nacharbeit der Wälzlaufbahnen würde die Kostenvorteile der spanlosen Fertigung größerer Mengen gegenüber aus spanabhebender Fertigung gleicher Mengen zumindest zum Teil wieder aufheben.
Die am Umformrohling innenumfangseitig liegende Wälzlaufbahn wird durch die Oberfläche des Stempels und die außenumfangsseitig liegende Wälzlaufbahn wird an einer Matrize geformt. Das Material an der Oberfläche des Ziehteils wird beim Formen der innenumfangsseitigen Wälzlaufbahn gestreckt und durch den Stempel mit ausreichender Qualität kalibriert. An der Oberfläche der außenumfangsseitigen Wälzlaufbahn dagegen konzentriert sich das Material beim Umformen teilweise so, dass auch nach dem Kalibrieren des Umformteils eine sogenannte Orangenhaut an der Oberfläche der Wälzlaufbahn verbleiben kann. Diese muss anschließend spanabhebend nachgearbeitet werden, was sich ungünstig auf die Kosten zur Herstellung des Wälzlagers auswirkt.
Der Umformrohling nach US 2005/0008276A1 ist an einer imaginären Trennstelle in die zwei einmaterialig aneinander verbleibende Bereiche eingeteilt, die sich in axialer Richtung aneinander anschließen. Jeder der Bereiche weist die Endform eines der Lagerringe auf. Der Innenring mit dem kleineren Durchmesser schließt sich axial an den im Durchmesser größeren Außenring an. An der imaginären Trennstelle weist der eine Lagerring einen größten Außendurchmesser auf, der dem kleinsten Innendurchmesser des anderen Lagerrings entspricht. Der Umformrohling mit den fertig geformten Wälzlaufbahnen wird getrennt, so dass oberer und unterer Lagerring entstehen. Nach dem Trennen wird jeder Typ der Ringe für sich gesondert beispielsweise durch Härten und Schleifen weiterbehandelt.
Eine derartige Fertigung der Innen- und Außenringe bzw. der oberen und unteren Lagerringe von Schräglagern soll kostengünstig sein, da die Umformwerkzeuge und die Umformgänge für Innenring und Außenring bzw. unterer Lagerring und oberer Lagerring vereint sind. Dieser Vorteil wird jedoch durch den erhöhten logistischen Aufwand für die Weiterbehandlung der Ringe nach dem Trennen vom Umformrohling teilweise wieder zunichte gemacht. Einer der Gründe liegt darin, dass immer wieder einige Ringe während des weiteren Transports und der Weiterbearbeitung, insbesondere beim Härten und anschließenden Waschen, verloren gehen können oder aufgrund von Mängeln vor der Montage aussortiert werden. So ist es möglich, dass dadurch an der Montagestation des Schrägkugellagers die Anzahl der Lagerringe des einen Typs nicht mit der Anzahl der Lagerringe des anderen Typs übereinstimmt und somit Lagerringe des einen Typs übrig bleiben. Diese müssen entweder aufwändig wieder in den Montageprozess zurückgeführt werden oder werden zu Ausschuss.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Lagerringen und Lagerringe zu schaffen, bei deren Herstellung bzw. mit denen die zuvor genannten Mängel beseitigt werden.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.
Ein Umformrohling, der beide Lagerringe konzentrisch an einem Stück aufweist, wird so geformt dass sich erste Lagerring radial innenumfangsseitig dem zweiten Lagerring anschließt, wodurch der erste Lagerring von dem zweiten Lagerring außenumfangsseitig umgeben ist. Mit dem neuen Verfahren wird also kein Topf aus zwei axial einmaterialig verbundenen Lagerringen gezogen, sondern der eine Lagerring ist in radialer Richtung am Umformrohling konzentrisch in dem anderen Lagerring angeordnet und einmaterialig miteinander verbunden.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass zur Herstellung der Lagerringe auch andere Halbzeuge, andere Werkzeuge und andere Bearbeitungsschritte als die für Tiefziehen notwendigen Werkzeuge gewählt werden können. So ist es denkbar den Umformrohling aus einem Ring durch Prägen herzustellen. Der Ring wird beispielsweise aus einem Draht hergestellt, der zunächst auf Länge geschnitten, dann auf einem Dorn zu einem Kreisring gebogen und schließlich an seinen Biegeenden verbunden wird. Dieser Ring wird danach geprägt, wodurch mit einem Stempel beide Wälzlaufbahnen zugleich und auch Kerben für die Trennstelle eingebracht werden. Es fällt kein Abfall durch Zuschnitt oder Lochen an, da der Draht mit der dem Umfang des Drahtrings entsprechenden Länge von Endlosmaterial abgeschnitten werden kann.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass beide Wälzlaufbahnen an der gleichen Seite des Unformrohlings ausgebildet werden. Die Wälzlaufbahnen sind demnach vorzugsweise mit ein und demselben Stempel für beide Laufbahnen, beispielsweise mit einem Prägestempel, in axialer Richtung vertieft in die Oberfläche des Umformrohlings eingebracht, so dass deren Oberfläche in gleich guter Qualität hergestellt ist und nicht mehr spanabhebend nachgebessert werden muss.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht wenigstens eine Trennstelle AM Umformrohling radial zwischen den Lagerringen vor. Das Material des Umformrohlings ist zur Bildung der Trennstelle durch wenigstens einen Umformgang eingekerbt oder anderweitig geschwächt. Die Trennstelle wird zwischen die sich einander zumindest teilweise gegenüber liegenden Wälzlaufbahnen in das Material eingebracht, wobei die Lagerringe an der Trennstelle einmaterialig miteinander verbunden sind. Damit wird eine Sollbruchstelle geschaffen, an der sich die Lagerringe einfacher voneinander trennen lassen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Umformrohling erst wärmebehandelt und danach die Lagerringe voneinander getrennt werden. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, das die Lagerringe zumindest bis nach der Wärmebehandlung jeweils als ein Teil an dem Umformrohling aneinander bleiben und als solche gemeinsam gehärtet werden. Somit kann der Aufwand für die Logistik und die Wärmebehandlung auf den eines Teiles anstelle von zwei Lagerringen reduziert werden.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung aus, wenn die Umformrohlinge zu einer Montagestation zur Montage des Schräglagers geführt werden. Der Umformrohling wird erst kurz vor der Montage des Schräglagers in die beiden Lagerringe zerteilt. Die Lagerringe werden dann an der gleichen Station mit weiteren Lagerelementen, wie den Wälzkörpern, Käfigen und Kappen und Deckel zu dem Schrägkugellager montiert. In einem solchen Fall ist der Verlust von Lageringen des einen oder anderen Typs bis zur Montage hin vorteilhaft ausgeschlossen.
Der Anteil der Zeit fürs Härten an der Herstellungszeit insgesamt ist insbesondere beim Einsatz- oder Diffusionshärten hoch. Entsprechend ist man bemüht, in einem Durchlauf möglichst viele Teile auf einmal zu härten. Die Größe der zu härtenden Werkstücke ist demnach für die Durchlaufzeiten entscheidend. Je kleiner das Volumen der Teile ist, desto mehr Teile können in einem Los mitgenommen und gehärtet werden. Da die Lagerringe erfindungsgemäß am Umformring konzentrisch ineinander angeordnet sind, beansprucht jeder gemäß Erfindung fertige Umformrohling axial und radial in etwa nur den Platz wie für den größten Lagerring. Die Kapazitäten für die Härtung der inneren Lagerringe müssen nicht mehr berücksichtigt werden, da diese radial und axial weitestgehend in den äußeren großen stecken. Dadurch werden fürs Härten nahezu halbiert.
Die Trennstelle ist eine Sollbruchstelle, die aufgrund der geringeren Materialdicke beim Teilen des Umformrohlings bricht. Die Lagerringe weisen dann im montierten Wälzlager ringförmige Bruchzonen auf. Die durch einen Bruch entstandene zumindest teilweise harte Bruchzone ist an der Oberfläche nach dem Bruch unbearbeitet belassen. Da die zumeist ringförmig ausgebildete Bruchzone außerhalb der Wälzlaufbahnen liegt, ist dies unbedenklich.
Der Bruch entsteht durch Teilen des Umformrohlings mittels Spalten, Abscheren, Abschlagen oder Brechen. Unbearbeitet heißt, dass die Bruchzone nach dem Teilen des Umformrohlings sowohl nicht spanloser Bearbeitung wie Stauchen oder Prägen, als auch nicht spanabhebender Nacharbeitung wie Drehen oder Schleifen unterzogen wird. Unbearbeitet schließt auch Veränderungen des Bruchbilds durch nachträgliche Wärmebehandlungen aus. Beschichten oder Schmieren nach dem Bruch ist jedoch möglich.
Die Bruchzone(n) des einen Lagerrings korrespondiert mit der/den Bruchzone(n) des anderen Lagerrings, weil diese Bruchzonen aus einem gemeinsamen Bruch stammen, mit dem die Lagerringe voneinander getrennt wurden.
Das Bruchbild ist das eines Gewaltbruchs und kann teilweise duktile Eigenschaften wie transkristalline oder die von Sprödbrüchen wie interkristalline Strukturen aufweisen. Bei transkristallinen Brüchen sind keinerlei Korngrenzen oder Bruchübergänge in der Mikrostruktur des Materials an der Oberfläche der Bruchzonen zu erkennen, was auf elastisches Material schließen lässt. Bei interkristallinen Brüchen sind die Korngrenzen sehr gut zu sehen, da der Bruch durch die Körner durchgeht, was auf sprödes Material schließen lässt. Der Bruch erstreckt sich zumindest teilweise durch gebrochenen wärmebehandelten Stahl weil die noch am Umformrohling miteinander verbundenen Lagerring vor dem Brechen wärmebehandelt wurden. Demnach weist auch die Bruchzone eine durch den Bruch entstandene zumindest teilweise wärmebehandelte Oberfläche oder durchgängig wärmebehandelte Oberfläche auf.
Die Bruchzone kann eine umfangseitig ausgebildete Ringfläche oder ähnliches sein oder ist alternativ durch wenigstens zwei oder mehr umfangsseitig radial und/oder axial zueinander beabstandete Bruchzonen an den Lagerringen gebildet.
Als Trennstelle wird wenigstens eine umfangsseitige oder partielle Einschnürung oder Einkerbung der Wand von beiden Seiten in die Wand oder nur an einer Seite durch beispielsweise durch Prägen, Anschneiden (Scheren) oder Stanzen eingebracht. Die Einkerbungen könne auch durch die Wand hindurch gehen und umfangsseitig benachbarte Schlitze oder Löcher in der Wand ausbilden. Durch diese mindestens eine Einschnürung und/oder mindestens eine Kerbe in seiner Wand wird der Umformrohling in zwei Bereiche eingeteilt, die an der Sollbruchstelle noch einmaterialig durch Werkstoff des Umformrohlings miteinander verbunden sind.
Die Bereiche unterscheiden sich durch die radialen Abmessungen voneinander. Der eine Bereich weist im Wesentlichen die radialen Abmessungen des einen Lagerrings, der andere im Wesentlichen die Abmessungen des anderen Lagerrings auf. In jeden der Lagerringe ist jeweils mindestens eine Wälzlaufbahn eingebracht, zwischen denen radial die Trennstelle mit den Sollbruchstellen ausgebildet ist.
Unter Wärmebehandlung ist vorwiegend Vergüten, also Härten mit anschließendem Anlassen zu verstehen wie Durchhärten, Einsatzhärten, Carbonitrieren, und weiterer dem Fachmann geläufiger Verfahren inklusive Waschen und Trocknen.
Beim Durchhärten werden geeignete kohlenstoffhaltige Bauteile aus Stahl bis in den Kern des Werkstücks hinein gehärtet.
Beim Einsatzhärten werden kohlenstoffarme Stähle, die sich beispielsweise besonders gut umformen lassen, mit einer kohlenstoffhaltigen Randschicht versehen. Beim Carbonitrieren wird neben Kohlenstoff auch Stickstoff in die Randschicht eingebracht.
Unter Einsatzhärten versteht man das Aufkohlen, Härten und Anlassen eines Werkstücks aus Stahl. Ziel des Einsatzhärtens ist ein weicher und zäher Kern bei gleichzeitig harter Oberfläche des Werkstoffs, was insbesondere für dünnwandige aus Blech gezogene Lagerringe der erfindungsgemäßen Lager wichtig ist. Die Randschicht des Werkstücks wird in einem geeigneten Aufkohlungsmedium mit Kohlenstoff angereichert. Durch die Diffusion des Kohlenstoffs von der angereicherten Randschicht in Richtung Kern stellt sich ein Kohlenstoffgehalt ein, der typischerweise mit zunehmendem Randabstand zum Kern hin abnimmt. Im Anschluss an die Aufkohlung wird das Härten durchgeführt, wobei die Oberflächenhärte und Einsatzhärtungstiefe erzielt wird. In Abhängigkeit des Kohlenstoffgehalts ergibt sich beim Abschrecken von der Oberfläche aus ein Verlauf der Härtetiefe mit den charakteristischen Merkmalen Randhärte und Einsatzhärtungstiefe. Die Randhärte eines einsatzgehärteten Stahls wird maßgeblich vom Randkohlenstoffgehalt bestimmt. Die bei der Aufkohlung eingestellte Aufkohlungstiefe, das Härteverhalten des verwendeten Stahls und die Abschreckintensität des verwendeten Abschreckmediums beeinflussen die Einsatzhärtungstiefe. Im Anschluss an das Härten der Bauteile wird möglichst zeitnah angelassen, um das zunächst spröd harte Martensitgefüge der aufgekohlten Randschicht wieder duktiler zu gestalten.
Beim Härten des Umformrohlings wird dieser vorzugsweise ganz, jedoch zumindest an den Wälzlaufbahnen mit der für den Wälzkontakt mit den Wälzkörpern notwendigen fertigen Oberflächenhärte versehen. Darüber hinaus wird vorzugsweise gleichzeitig auch die Trennstelle also auch die Sollbruchstelle gehärtet. Nach dem Härten und Waschen wird dann der Umformrohling in die zwei Lagerringe geteilt, in dem auf die Sollbruchstelle Gewalt einwirkt und die durch die Einschnürung(en) bzw. Kerbe(n) geschwächte(n) sowie durchs Härten spröden Sollbruchstelle(n) brechen lässt.
Da an dem Umformrohling auch die Trennstelle mit der Sollbruchstelle vor dem Trennen wärmebehandelt wurde, weist der jeweilige Lagerring wenigstens eine Bruchzone auf, die sich zumindest teilweise durch gebrochenes wärmebehandeltes Material des Lagerrings erstreckt und die eine durch den Bruch entstandene und nach dem Bruch fertige sowie zumindest teilweise harte Oberfläche aufweist.
Im Fall von Einsatzhärtung oder anderer Randschichthärtung kann die Oberflächenhärte des Materials der Bruchzone von der der Mitte aus bis hin zum Rand der Bruchzone härter werden. Das setzt voraus, dass nach dem Vergüten des Lagerrings dieser zumindest unter den Wälzlaufbahnen einen weichen Kern, beispielsweise mit einer Kernhärte von 400 HV, und eine zum Rand und zur Wälzlaufbahn hin zunehmend harte Randschicht, z. B. mit einer Oberflächenhärte von mindestens 580 HV gemessen nach dem Vickers-Härtemeßverfahren, aufweist.
Da die Trennstelle ebenfalls vor dem Trennen einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, ist es denkbar, dass die Bruchzone an der Oberfläche von ihrer Mitte aus zum Rand hin den gleichen oder einen annähernd vergleichbaren Härteverlauf aufweist, wie die übrigen Bereiche des Lagerrings. Die Härte nimmt ausgehend vom weichen Kern bzw. der weichen Mitte der Bruchzone zum Rand hin zu und weist am Rand die Oberflächenhärte auf.
Da die Sollbruchstelle in der Regel jedoch eine Verringerung der Wandstärke auf ein Drittel der übrigen Wandstärke bedeutet und da die Einhärtetiefe von eines Oberfläche in die Wand hinein in etwa auch diesem Wert entspricht, wird die Sollbruchstelle in der Regel durchgehärtet und dementsprechend spröde sein. Die Mitte der Bruchzone ist dann an der Oberfläche zumindest härter als der Kern. Eine dementsprechend durch Kerben schwach bzw. dünn ausgelegte und damit nahezu oder vollständig durchgehärtete spröde Trennstelle hat den Vorteil, dass sich die Lagerringe einfacher voneinander trennen lassen.
Denkbar ist auch ein Kombination von vorwiegend spröden Rändern und duktilem Kern der Bruchzone. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, die Abmessungen der Bruchzone an der Oberfläche an schmalster Stelle höchstens dem dreifachen der Dicke der Randschicht entsprechen.
Die Erfindung sieht auch ein Schrägkugellager mit den erfindungsgemäß gestalteten Lagerringen und ein Verfahren zur Herstellung des Schräglagers vor. In einem Wälzlager sind dann in der Regel die Lagerringe verbaut, die zunächst an einem gemeinsamen erfindungsgemäßen wärmebehandelten Umformrohling miteinander verbunden waren, die konzentrisch radial geschachtelt sind und die dann wärmebehandelt wurden und schließlich erst in der Montagestation für die Schrägkugellager vor dem Einbringen der Wälzkörper voneinander getrennt werden. Dementsprechend korrespondieren die Bruchzonen der Ringe hinsichtlich Rauheit und Oberflächenstruktur so miteinander, das die Bruchzonen aneinander bzw. ineinander passen.
Die Erfindung ist insbesondere für Schräglager in der Ausführung von Federbeinlagern und Lenkungslagern und für deren Herstellung geeignet, weil diese im Betrieb nur Schwenkbewegungen oder geringen Drehzahlen ausgesetzt sind. Nachbearbeitungen der Wälzlaufbahnen wie Schleifen oder Finishen sind nicht nötig, da diese durchs Ausformen an einer Seite des Umformrohlings ausreichend feine Wälzlaufbahnqualitäten aufweisen.
Beschreibung der Zeichnungen
3 zeigt ein Schrägkugellager 1 in einem Längsschnitt entlang seiner Rotationsachse 9, das als Axialschräglager beispielsweise als ein Federbeinlager 1a ausgeführt ist. Das Federbeinlager 1a weist zwei Lagerringe 7 und 8 und Wälzkörper 2 auf. Die Wälzkörper 2 sind Kugeln. Die Lagerringe 7 und 8 weisen Wälzlaufbahnen 5 und 6 auf. Die Wälzlaufbahnen 5 und 6 liegen sich an Drucklinien 3 gegenüber. Die Drucklinien 3 verlaufen durch die Kontakte 2a und 2b der Kugeln mit den Wälzlaufbahnen 5 und 6 und sind zur Rotationsachse 9 bzw. zu einer Radialebene geneigt. Die Lagerringe 7 und 8 weisen jeweils eine Bruchzone 12 bzw. 13 auf. Die Bruchzone 12 ist an dem Lagerring 7 außenumfangsseitig ausgebildet. Die Bruchzone 13 ist an dem Lagerring 8 innenumfangsseitig ausgebildet. Wie aus 1 hervorgeht, waren die Lagerringe 7 und 8 an einem rotationssymmetrischen Umformrohling 10 aus Stahl miteinander einmaterialig an einem Stück verbunden.
1 zeigt einen Umformrohling 10 in einem Längsschnitt entlang der Symmetrieachse 10a des Umformrohlings. Der Umformrohling 10 ist z. B. aus einem Bandmaterial oder einem Stahldraht geprägt. Das Bandmaterial ist beispielsweise gewalzt, zu einem Ring um die Symmetrieachse 10a kreisrund gebogen, wobei die Biegeenden aufeinander zu gebogen und miteinander durch Schweißen verbunden sind. Der Umformrohlings 10 wird anschließend so geprägt bzw. so rolliert, dass dieser die Wälzlaufbahnen 5 und 6 komplett aufweist und durch eine Trennstelle 11 in zwei Bereiche 7a und 8a geteilt ist. Der Bereich 7a weist dabei die Wälzlaufbahn 5 und der Bereich 8a die Wälzlaufbahn 6 auf. Die Wälzlaufbahnen 5 und 6 sind axial an einer in axiale Richtung des Umformrohlings 10 eingebracht und unmittelbar zueinander benachbart und wie die Bereiche 7a und 8a zueinander konzentrisch. Dabei ist zumindest ein Teil der gekrümmten Wälzlaufbahn 5 einem anderen Teil der gekrümmten Wälzlaufbahn 6 radial zugewandt, so dass diese gemeinsam durch die den Laufbahnen entsprechende Negativform eines Prägestempels oder einer Rolle eingebracht werden können. Der innere Lagerring 7 bzw. dessen Bereich 7a ist dabei umfangsseitig von dem äußeren Lagerring 8 bzw. von dessen Bereich 8a umgeben.
Die Trennstelle 11 ist an einer Einschnürung durch zwei konzentrische Ringkerben 11a und 11b gebildet, die sich in axialer Richtung einander gegenüberliegen und damit radial mit gleichem Radius um die Symmetrieachse 10a umlaufen. Alternativ ist es denkbar, dass die Ringkerben 11a und 11b unterschiedliche Radien zur Symmetrieachse 10a aufweisen und deshalb zueinander versetzt sind. Der Umformrohling 10 ist vergütet. Dabei ist das Gefüge bis in den Kern 14 der Lagerringe 7 und 8 durchgehärtet. Da das Gefüge der Lagerringe 7 und 8 bis in den Kern 14 gehärtet ist, ist die Trennstelle auch axial durchgehärtet.
2 zeigt die Lagerringe 7 und 8 nach dem gewaltsamen Trennen nach dem Vergüten des Umformrohlings 10 aus 1 an der Trennstelle 11. Jeder der Lagerringe 7 und 8 weist eine Bruchzone 12 bzw. 13 auf. Die Bruchzone 12 ist am Außenumfang des Lagerrings 7 ausgebildet und am größten Außendurchmesser DA des Lagerrings 7 weitestgehend als Ringfläche ausgebildet und radial nach außen gerichtet. Die Bruchzone 13 ist am Innenumfang des Lagerrings 8 ausgebildet und am kleinsten Innendurchmesser DI des Lagerrings 8 weitestgehend als Ringfläche ausgebildet und radial nach innen zur Symmetrieachse 10a gerichtet. Da die Bruchzonen 12 und 13 durch das Brechen der Sollbruchstellen an der Trennstelle 11 des vorher vergüteten Umformrohlings 10 entstanden sind, korrespondieren diese hinsichtlich ihrer Härte, Textur und des Gefüges der Oberfläche sowie hinsichtlich der Abmessungen. Die Härte der Bruchzonen 12 und 13 entspricht der Härte der Oberflächen der Wälzlaufbahnen 5 und 6.
7 zeigt ein Schrägkugellager 20 in einem Längsschnitt entlang seiner Rotationsachse 16, das als Axialschräglager beispielsweise als ein Federbeinlager ausgeführt ist. 8 zeigt das Detail Z aus 7 vergrößert und nicht maßstäblich. Das Schrägkugellager 20 weist zwei Lagerringe 17 und 18 und Wälzkörper 2 auf. Die Wälzkörper 2 sind Kugeln. Die Lagerringe 17 und 18 weisen Wälzlaufbahnen 15 und 19 auf. Die Wälzlaufbahnen 15 und 19 liegen sich an Drucklinien 3 gegenüber. Die Drucklinien 3 verlaufen durch die Kontakte 2a und 2b und sind um einen Druckwinkel α zu einer Parallelen der Rotationsachse und damit zur Rotationsachse 16 geneigt. Die Lagerringe 17 und 18 weisen jeweils eine ringflächenförmige Bruchzone 25 bzw. 26 auf, die nach dem Bruch unbearbeitet gelassen ist. Wie aus 4 hervorgeht, waren die Lagerringe 17 und 18 an einem rotationssymmetrischen Umformrohling 22 aus Stahl miteinander einmaterialig an einem Stück verbunden.
4 zeigt einen Umformrohling 22 in einem Längsschnitt entlang der Symmetrieachse 22a des Umformrohlings. 5 zeigt das Detail Y aus 4 vergrößert und nicht maßstäblich. Der Umformrohling 22 ist z. B. aus einem Blech oder einem Flachband gefertigt. Das Flachband wird so geprägt bzw. oder gezogen, dass dieser durch eine Trennstelle 21 in zwei Bereiche 17a und 18a geteilt ist. Der Bereich 17a weist dabei die Wälzlaufbahn 15 und der Bereich 18a die Wälzlaufbahn 19 auf. Die Trennstelle 21 ist an einer Einschnürung durch zwei konzentrische Ringkerben 21a und 21b gebildet, die sich in axialer Richtung einander gegenüberliegen und damit radial auf mit gleichem Radius um die Symmetrieachse 22a umlaufen. Dabei ist zumindest ein Teil der gekrümmten Wälzlaufbahn 15 einem anderen Teil der gekrümmten Wälzlaufbahn 19 radial zugewandt, wobei die Laufbahnen 15 und 19 und deren Bereiche 17a und 18a zueinander zur Symmetrieachse 22a konzentrisch sind, so dass diese gemeinsam durch die den Laufbahnen entsprechende Negativform eines Prägestempels oder einer Rolle eingebracht werden können. Der innere Lagerring 17 bzw. dessen Bereich 17a ist dabei umfangsseitig von dem äußeren Lagerring 18 bzw. von dessen Bereich 18a umgeben.
Die Ringkerbe 21a ist verglichen mit der Ringkerbe 21b groß und ist in axialer Richtung so tief, dass aufgrund der Einschnürung der Wand durch die Ringkerben 21a und 21b eine Restwandstärke S die Bereiche 17a und 18a verbindet, die höchstens einem Drittel der Wandstärke der Bereiche an den Wälzlaufbahnen 15 bzw. 19 entspricht.
Der Umformrohling 22 ist einsatzgehärtet. Dabei weist das Gefüge beider Bereiche 17a und 18a einen weichen Kern 24 und eine gehärtete Randschicht 23 auf. Die Härte der Randschicht 23 nimmt zur Oberfläche der Bereiche 17a und 18a hin zu. Da das Gefüge der in 6 dargestellten fertigen Lagerringe 17 und 18 eine gehärtete Randschicht aufweist, deren Dicke ca. einem Drittel der gesamten Wanddicke der Bereiche 17a und 18a entspricht und da die Restwandstärke an der Trennstelle höchstens einem Drittel der Wandstärke der Bereiche 17a und 18a ist, ist die Trennstelle 21 axial mit der Härte und dem Härteverlauf der Randschicht versehen.
6 zeigt die Lagerringe 17 und 18 nach dem gewaltsamen Trennen des Umformrohlings 22 aus 4 an der Trennstelle 21 nach dem Vergüten. Jeder der Lagerringe weist eine Bruchzone 25 bzw. 26 auf. Die Bruchzone 25 ist am Außenumfang des Lagerrings 17 ausgebildet und am größten Außendurchmesser des Lagerrings 17 weitestgehend als umlaufende Fläche ausgebildet und radial nach außen gerichtet. Die Bruchzone 26 ist am Innenumfang des Lagerrings 18 ausgebildet und am kleinsten Innendurchmesser des Lagerrings 18 weitestgehend als umlaufende Fläche ausgebildet und radial nach innen zur Symmetrieachse 20a gerichtet. Da die Bruchzonen 25 und 26 durch das Brechen der Sollbruchstelle an der Trennstelle 21 des Umformrohlings 22 entstanden sind, korrespondieren diese hinsichtlich ihrer Härte, Textur und des Gefüges der Oberfläche sowie hinsichtlich der Abmessungen. Die Härte der Bruchzonen 25 und 26 am Rand entspricht der Härte der Oberflächen der Wälzlaufbahnen 15 und 19.
10 zeigt ein Schrägkugellager 30, das als Radialschräglager ausgeführt ist und zur Lagerung von Lenksäulen eingesetzt werden kann, in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 30a. Das Schrägkugellager 30 weist zwei Lagerringe 27 und 28 und Wälzkörper 2 auf. Der Lagerring 27 ist ein Innenring. Der Lagerring 28 ist ein Außenring. Die Wälzkörper 2 sind Kugeln. Die Lagerringe 27 und 28 weisen Wälzlaufbahnen 32 und 33 auf. Die Wälzlaufbahnen 32 und 33 liegen sich an Drucklinien 3 gegenüber. Die Drucklinien 3 verlaufen durch die Kontakte 2a und 2b und sind um einen Druckwinkel α zur Rotationsachse 30a geneigt. Lagerringe 27 und 28 weisen jeweils eine ringflächenförmige Bruchzone 34 bzw. 35 auf, die nach dem Bruch unbearbeitet gelassen ist. Wie aus 9 hervorgeht, waren die Lagerringe 27 und 28 an einem rotationssymmetrischen Umformrohling 29 aus Stahl miteinander einmaterialig an einem Stück verbunden.
9 zeigt den Umformrohling 29 in einem Längsschnitt entlang der Symmetrieachse 29a des Umformrohlings. Der Umformrohling 29 ist z. B. aus einem Blech gezogen. Das Blech wird so gezogen, dass es am Boden eine Trennstelle 31 aufweist und durch die Trennstelle 31 in zwei Bereiche 27a und 28a aufgeteilt ist, deren Form der Lagerringe 27 bzw. 28 entspricht, die konzentrisch so zueinander angeordnet sind, dass der Bereich 27a außenumfangsseitig vom Bereich 29a umgeben ist, und die durch die Trennstelle einmaterialig miteinander verbunden sind.
Dabei ist zumindest ein Teil der gekrümmten Wälzlaufbahn 32 einem anderen Teil der gekrümmten Wälzlaufbahn 33 radial zugewandt, so dass diese gemeinsam durch die den Laufbahnen entsprechende Negativform eines Prägestempels oder einer Rolle eingebracht werden können.
Der Bereich 27a weist dabei die Wälzlaufbahn 32 und der Bereich 28a die Wälzlaufbahn 33 auf. Die Trennstelle 31 ist durch eine Einschnürung aufgrund wenigstens einer Ringkerbe 31a gebildet. Die Wälzlaufbahnen 32 und 33 weisen den gleichen Radius auf, der dem Radius einer Prüfkugel 4 entspricht und liegen sich am Umformrohling 29 einander zugewandt gegenüber. Der Umformrohling 29 ist einsatzgehärtet. Die Trennstelle 31 ist mit der Härte und dem Härteverlauf der Randschicht versehen.

11 zeigt einen Umformrohling 36 für zwei Lagerringe in einer Gesamtansicht. Der Umformrohling 36 ist z. B. aus einem Flachmaterial gefertigt. Das Flachmaterial ist beispielsweise ein gewalztes Band, das zu einem Ring um die Symmetrieachse 41 kreisrund gebogen wurde, wobei die Biegeenden 42 und 43 aufeinander zu gebogen und an einer Schweißstelle 37 miteinander durch Schweißen verbunden sind. Der Ring wird anschließend so geprägt bzw. so rolliert, dass dieser die Wälzlaufbahnen 39 und 40 komplett aufweist und durch eine Trennstelle 11 in zwei Bereiche 44 und 45 geteilt ist. Der Bereich 44 weist dabei die Wälzlaufbahn 39 und der Bereich 45 die Wälzlaufbahn 40 auf. Innenumfangsseitig und ggf. auch außenumfangsseitig bleibt an der Schweißstelle 37 ein Schweißwulst 46. Bezugszeichen

1	Schrägkugellager	21	Trennstelle
1a	Federbeinlager	21a	Ringkerbe
2	Wälzkörper	21b	Ringkerbe
2a	Kontakt	22	Umformrohling
2b	Kontakt	22a	Symmetrieachse
3	Drucklinie	23	Randschicht
4	nicht vergeben	24	Kern
5	Wälzlaufbahn	25	Bruchzone
6	Wälzlaufbahn	26	Bruchzone
7	Lagerring	27	Lagerring
7a	Bereich	28	Lagerring
8	Lagerring	29	Umformrohling
8a	Bereich	30	Schrägkugellager
9	Rotationsachse	30a	Rotationsachse
10	Umformrohling	31	Trennstelle
10a	Symmetrieachse	31a	Ringkerbe
11	Trennstelle	32	Wälzlaufbahn
11a	Ringkerbe	33	Wälzlaufbahn
11b	Ringkerbe	34	Bruchzone
12	Bruchzone	35	Bruchzone
13	Bruchzone	36	Umformrohling
14	Kern	37	Schweißstelle
15	Wälzlaufbahn	38	Wulst
16	Rotationsachse	39	Wälzlaufbahn
17	Lagerring	40	Wälzlaufbahn
17a	Bereich	41	Symmetrieachse
18	Lagerring	42	Biegeende
18a	Lagerring	43	Biegeende
19	Wälzlaufbahn	44	Bereich
20	Schrägkugellager	45	Bereich
20a	Symmetrieachse	46	Schweißwulst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005/0008276 A1 [0005, 0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Lagerringen eines Schrägkugellagers (1, 20, 30), bei welchem ein erster Lagerring (7, 17, 27) eines Schrägkugellagers (1, 20, 30) und ein zweiter Lagerring (8, 18, 28) jeder mit wenigstens einer Wälzlaufbahn (5, 6, 15, 19, 32, 33) für Wälzkörper (2) des Schrägkugellagers (1, 20, 30) zunächst gemeinsam an einem Stück hergestellt und dann getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umformrohling (10, 22, 29, 36) geformt wird, der beide Lagerringe (7, 8, 17, 18, 28) konzentrisch an einem Stück aufweist und an welchem der erste Lagerring (7, 17, 27) sich radial innenumfangsseitig dem zweiten Lagerring (8, 18, 28) anschließt, wodurch der erste Lagerring (7, 17, 27) von dem zweiten Lagerring (8, 18, 28) außenumfangsseitig umgeben und mit diesem einmaterialig an dem Umformrohling (10, 22, 29) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wälzlaufbahnen (5, 6, 15, 19, 32, 33) an der gleichen Seite des Unformrohlings (10, 22, 29) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, durch Einbringen wenigstens einer Trennstelle (11, 21, 31) radial zwischen den Lagerringen (7, 8, 17, 18, 28), wobei das Material des Umformrohlings (10, 22, 29) zur Bildung der Trennstelle (11, 21, 31) durch wenigstens einen Umformgang geschwächt wird, und wobei die Lagerringe (7, 8, 17, 18, 28) an der Trennstelle (11, 21, 31) einmaterialig miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstelle (11, 21, 31) zwischen die sich einander zumindest teilweise gegenüber liegend ausgebildeten Wälzlaufbahnen (5, 6, 15, 19, 32, 33, 39, 40) in das Material eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformrohling (10, 22, 29, 36) wärmebehandelt und danach die Lagerringe (7, 8, 17, 18, 28) voneinander getrennt werden.
Lagerring aus Stahl hergestellt nach Anspruch 1 für ein Schrägkugellager (1, 20, 30), welcher wärmebehandelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (7, 8, 17, 18, 28) wenigstens eine Bruchzone (12, 13, 25, 26, 34, 35) aufweist, die sich zumindest teilweise durch gebrochenes wärmebehandeltes Material des Lagerrings (7, 8, 17, 18, 27, 28) erstreckt und die eine durch den Bruch entstandene und nach dem Bruch fertige sowie zumindest teilweise harte Oberfläche aufweist.
Lagerring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhärte des Materials der Bruchzone (25, 26, 34, 35) hin zum Rand der Bruchzone (25, 26, 34, 35) hin härter wird.
Lagerring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Bruchzone (25, 26, 34, 35) an der Oberfläche an schmalster Stelle höchstens dem dreifachen der Dicke der Randschicht entsprechen.
Lagerring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das der Lagerring wenigstens eine Schweißstelle (37) aufweist, an der das Material des Lagerringes zumindest an einer Stelle tangential – umfangsseitig des Umformrohlings (36) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Schrägkugellagers (1, 20, 30) zumindest aus zwei Lagerringen (7, 8, 17, 18, 28) und aus Wälzkörpern (2), bei dem die Lagerringe (7, 8, 17, 18, 28) zunächst an einem Stück umgeformt und danach getrennt werden sowie die Lagerringe (7, 8, 17, 18, 28) wärmebehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (7, 8, 17, 18, 28) zunächst gemeinsam einmaterialig an einem Umformrohling (10, 22, 29) nach Anspruch 1 hergestellt, dann wärmebehandelt und danach vor dem Montieren der Wälzkörper (2) voneinander getrennt werden.
Schrägkugellager (1, 20, 30), mit wenigstens einem Lagerring (7, 8, 17, 18, 28) aus Stahl für ein Schrägkugellager (1, 20, 30), hergestellt nach Anspruch 1, welcher wärmebehandelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (7, 8, 17, 18, 27, 28) wenigstens eine Bruchzone (12, 13, 25, 26, 34, 35) aufweist, die sich zumindest teilweise durch gebrochenes wärmebehandeltes Material des Lagerrings (7, 8, 17, 18, 27, 28) erstreckt und die eine durch den Bruch entstandene und nach dem Bruch fertige sowie zumindest teilweise harte Oberfläche aufweist.