DE102010033692A1

DE102010033692A1 - Method of manufacturing hollow rolling body for rolling bearing, involves inserting hollow cylindrical blank in molding die corresponding to final shape of rolling body

Info

Publication number: DE102010033692A1
Application number: DE201010033692
Authority: DE
Inventors: Sven Claus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-09

Abstract

The method involves inserting a hollow cylindrical blank (16) in a molding die (14) corresponding to the final shape of the rolling body. A pipe section forming the blank corresponding to the material requirement of the designed rolling body is inserted in the molding die. The blank is expanded by the pressure acting on its wall inner surface.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Wälzkörpers für ein Wälzlager, wobei ein hohlzylindrischer Rohling in eine der Endform des Wälzkörpers entsprechende Formmatrize eingelegt und durch spanloses Umformen an die Innenkontur der Formmatrize angelegt wird.The invention relates to a method for producing a hollow rolling element for a roller bearing, wherein a hollow cylindrical blank is inserted into a corresponding shape of the final shape of the rolling mold and applied by non-cutting forming to the inner contour of the molding die.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Es ist ganz allgemein bekannt, einzelne oder alle Wälzkörper eines Wälzlagers für Punkt- oder Linienkontakt hohl auszubilden. Man nutzt dabei einerseits deren gegenüber Wälzkörpern aus einem Vollmaterial größere Elastizität aus, die es ermöglicht, dass die Wälzkörper in der Lastzone leicht einfedern und in der lastfreien Zone wieder so weit ausfedern, dass sie über den gesamten Umlauf in einem permanenten Wälzkontakt mit den Laufflächen der Lagerringe bleiben. Durch die permanent im Wälzkontakt verbleibenden Wälzkörper kann der Käfig angetrieben werden, der seinerseits alle massiven und/oder hohlen Wälzkörper antreibt. Auf diese Weise können Schlupfprobleme (z. B. ein Wälzkörpersatzschlupf) und die mit diesem verbundenen Nachteile vermieden werden.It is generally known to form hollow or single contact elements of all rolling elements of a roller bearing for point or line contact. One uses on the one hand the rolling elements of a solid material greater elasticity, which makes it possible that the rolling elements in the load zone easily compress and rebound so far in the no-load zone that they over the entire cycle in a permanent rolling contact with the running surfaces of the Bearing rings remain. Due to the rolling elements remaining permanently in the rolling contact, the cage can be driven, which in turn drives all massive and / or hollow rolling bodies. In this way, slippage problems (eg rolling element slip) and the associated disadvantages can be avoided.

Ein anderer Vorteil hohler Wälzkörpern gegenüber massiven Wälzkörpern ist deren geringere Masse, insbesondere bei Verwendungen, bei denen deren Massenträgheit eine Rolle spielt, beispielsweise ein Widerstand gegen Beschleunigungen bei sehr hohen Drehzahlen sowie Zentrifugalkräfte und dergleichen.Another advantage of hollow rolling elements over massive rolling elements is their lower mass, especially in applications where their inertia plays a role, such as a resistance to accelerations at very high speeds and centrifugal forces and the like.

Die meisten herkömmlichen Verfahren zum Herstellen hohler Wälzkörper verwenden eine spangebende Bearbeitung von Halbzeugen mit Massivquerschnitten, z. B. Bohren, Fräsen, Schleifen, Hohnen, Erodieren usw.Most conventional methods for producing hollow rolling elements use a machining of semi-finished products with solid sections, z. As drilling, milling, grinding, hoisting, eroding, etc.

Aus der DE 2 014 419 A1 ist aber auch schon ein Verfahren zum Herstellen einer hohlen Kugel für ein Kugellager bekannt, bei welchem ein hohlzylindrischer Rohling in eine der Endform des Wälzkörpers entsprechende Formmatrize eingelegt und durch spanloses Umformen an die Innenkontur der Formmatrize angelegt wird. Bei diesem Verfahren wird der Rohling in einem ersten Arbeitsvorgang in einer nicht dargestellten Vorrichtung durch einen ins Innere des Rohlings eingelegten Klotz aus einem verformbaren, weitgehend inkompressiblen Material, welcher durch Druckkolben zusammengepresst wird, in einer mehr oder weniger undefinierten Weise radial aufgeweitet. Dann wird der so vorgeformte Rohling in einem zweiten Arbeitsschritt in eine aus zwei gegeneinander zustellbaren Halbformen bestehende Formmatrize eingelegt und durch axiales Zustellen dieser Halbschalen in einem Formpress- oder Gesenkschmiedeverfahren zu einer Kugel geformt. Abgesehen davon, dass dieses Herstellungsverfahren wegen der beiden voneinander unabhängigen, in unterschiedlichen Vorrichtungen erfolgenden Arbeitsvorgänge sehr aufwendig und damit teuer ist, ist das in dieser Druckschrift beschriebene Verfahren speziell auf die Herstellung von hohlen Kugeln ausgerichtet, wobei die eigens zu diesem Zweck dünner ausgeführten Endkanten des Rohlings durch die Wände der Halbformen zur späteren Kugelachse hin verformt werden.From the DE 2 014 419 A1 However, a method for producing a hollow ball for a ball bearing is already known, in which a hollow cylindrical blank is inserted into a forming die corresponding to the end shape of the rolling element and applied to the inner contour of the forming die by non-cutting forming. In this method, the blank is radially expanded in a first operation in a device, not shown, by a pad inserted into the interior of the blank from a deformable, largely incompressible material which is compressed by pressure piston in a more or less undefined manner. Then, the thus preformed blank is inserted in a second step in a form of two mutually deliverable half-molds forming mold and formed by axially advancing these half-shells in a compression molding or drop forging to form a sphere. Apart from the fact that this manufacturing process is very complicated and therefore expensive because of the two independent, taking place in different devices operations, the method described in this document is specifically geared to the production of hollow balls, the specially designed for this purpose thinner end edges of the Blanks are deformed through the walls of the half-molds to the later ball axis out.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art vorzuschlagen, welches es ermöglicht, beliebige hohle Wälzkörper (z. B. Kugeln, Kugelrollen, Zylinderrollen, Kegelrollen, Pendelrollen, Tonnenrollen) für Punkt- und Linienkontakt unter Serienbedingungen in großen Stückzahlen zu geringen Herstellkosten zu fertigen.The invention has for its object to propose a method of the type mentioned in the preamble of claim 1, which makes it possible, any hollow rolling elements (eg., Balls, spherical rollers, cylindrical rollers, tapered rollers, spherical rollers, barrel rollers) for point and line contact under series conditions to produce in small quantities at low production costs.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit einem einfachen Aufweiten eines hohlzylindrischen Rohlings in einer der Endform des gewünschten Wälzkörpers entsprechenden Formmatrize im wesentlichen alle gängigen Wälzkörperformen jeweils in einer einzigen Vorrichtung herstellbar sein müssten.The invention is based on the finding that, with a simple widening of a hollow cylindrical blank in a forming die corresponding to the final shape of the desired rolling element, essentially all common rolling element shapes would have to be able to be produced in a single device.

Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zum Herstellen eines hohlen Wälzkörpers für ein Wälzlager, bei dem ein hohlzylindrischer Rohling in eine der Endform des Wälzkörpers entsprechende Formmatrize eingelegt und durch spanloses Umformen an die Innenkontur der Formmatrize angelegt wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein dem Materialbedarf des vorgesehenen Wälzkörpers entsprechender, den Rohling bildender Rohrabschnitt in die Formmatrize eingelegt wird, dass der Rohling durch auf seine Wandinnenfläche wirkenden Druck bis zur Anlage an der Formmatrize aufgeweitet wird, und dass dann der fertige Wälzkörper aus der Formmatrize entnommen wird.The invention is therefore based on a method for producing a hollow rolling element for a rolling bearing, in which a hollow cylindrical blank is inserted into a forming die corresponding to the end shape of the rolling element and applied to the inner contour of the forming die by non-cutting forming. According to the invention, it is provided that a corresponding to the material requirements of the intended rolling element, the blank forming tube section is inserted into the forming die, that the blank is expanded by acting on its inner wall surface pressure until it abuts the forming die, and that then the finished rolling elements of the Forming die is removed.

Der Rohling verbleibt während des gesamten Umformvorganges in einer einzigen, als Formmatrize mit einer der gewünschten Endform des Wälzkörpers entsprechenden Innenkontur ausgebildeten Vorrichtung, so dass ein Umspannen des Rohlings von einer Vorrichtung in eine andere Vorrichtung entfällt. Der Rohling kann in dieser Vorrichtung in einem einzigen oder gegebenenfalls auch in mehreren, gleichen Arbeitsschritten in seine Endform gebracht werden. Die Abmessungen und Wandstärken der Rohlinge werden unter Berücksichtigung der gewünschten Abmessungen und der beispielsweise für die Elastizität maßgeblichen Wandstärken sowie der notwendigen und möglichen Materialverformung gewählt.The blank remains during the entire forming process in a single, formed as a forming die with an appropriate final shape of the rolling element corresponding inner contour formed device, so that a repositioning of the blank is omitted by a device in another device. The blank can be brought in this device in a single or possibly also in several, the same steps in its final form. The dimensions and wall thicknesses of Blanks are chosen taking into account the desired dimensions and, for example, the elasticity relevant wall thicknesses and the necessary and possible material deformation.

Die Formmatrize ist konstruktiv so ausgestaltet, beispielsweise geteilt, dass ein Entnehmen des fertigen, aufgeweiteten Wälzkörpers möglich ist, wie nicht im einzelnen dargelegt zu werden braucht.The forming die is structurally designed, for example, divided, that a removal of the finished, expanded rolling element is possible, as need not be set out in detail.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Umformen des Rohlings mechanisch über einen Aufweitdorn erfolgt. Der Aufweitdorn wird ins Innere des Rohlings eingeführt und sodann mittels einer beispielsweise mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch auf den Aufweitdorn wirkenden Kraft aufgeweitet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es in einer sehr einfach gestalteten, offenen Formmatrize durchgeführt werden kann.An embodiment of the method according to the invention provides that the forming of the blank takes place mechanically via an expanding mandrel. The mandrel is inserted into the interior of the blank and then expanded by means of, for example, a mechanical, hydraulic or pneumatic force acting on the expanding mandrel. This method has the advantage that it can be carried out in a very simply designed, open forming die.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Umformen des Rohlings mittels eines in das Innere des Rohlings eingebrachten Druckmediums. Dabei kann als Druckmedium ein Hydraulikfluid oder dergleichen oder ein Element aus einem visko-elastischen Material verwendet werden, das sich bei einer Druckbeaufschlagung verformt und den Rohling in die Kontur der Matrize drückt. Der Notwendigkeit, den hohlen Rohling nach außen abzudichten, steht der Vorteil gegenüber, dass nicht wie beim Aufweitdorn eine Anpassung an die jeweilige Form des hohlen Rohlings erforderlich ist. Außerdem lassen sich auf diese Weise Rohlinge mit sehr geringen Innenabmessungen umformen.According to another embodiment of the method according to the invention, the forming of the blank takes place by means of a introduced into the interior of the blank pressure medium. In this case, as a pressure medium, a hydraulic fluid or the like or an element made of a visco-elastic material can be used, which deforms when pressurized and presses the blank into the contour of the die. The need to seal the hollow blank to the outside is offset by the advantage that, unlike the mandrel, it is not necessary to adapt it to the shape of the hollow blank. In addition, can be formed in this way blanks with very small internal dimensions.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Umformen des Rohlings durch Hochenergieumformen erfolgt. Zu den Hochenergieumformverfahren gehört beispielsweise das Explosionsumformen, bei welchem etwa ein explosionsartig verbrennendes Gasgemisch in den nach außen abgedichteten Rohling eingebracht und in geeigneter Weise gezündet wird.According to a further embodiment of the method according to the invention, it is provided that the forming of the blank takes place by high-energy forming. Examples of high-energy forming processes include explosion-forming, in which, for example, an explosively burning gas mixture is introduced into the externally sealed blank and ignited in a suitable manner.

Ein besonderer Vorteil aller beschriebenen Verfahren sind eine äußerst kurze Taktzeit und eine hohe Ausbringung, was dieses Verfahren besonders für eine Serienfertigung mit geringen Herstellkosten prädestiniert.A particular advantage of all methods described is an extremely short cycle time and high output, which predestines this method especially for mass production with low production costs.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigtThe invention is explained below with reference to the accompanying drawings of some embodiments. It shows

1 schematisch die Herstellung und Bereitstellung eines hohlzylindrischen Rohlings, 1 schematically the production and provision of a hollow cylindrical blank,

2 einen Rohling gemäß der 1, 2 a blank according to the 1 .

3 schematisch in einer Schnittansicht eine Formmatrize für eine Zylinderrolle mit einem eingelegten Rohling, 3 1 is a schematic sectional view of a forming die for a cylindrical roller with an inserted blank;

4 schematisch eine Formmatrize für die Herstellung einer Kugelrolle mit einem eingelegten Rohling und einem Aufweitdorn, 4 1 is a schematic view of a forming die for the production of a ball roll with an inserted blank and an expanding mandrel, FIG.

5 eine Ansicht ähnlich der 4, mit einer gestrichelt dargestellten fertigen Kugelrolle, und 5 a view similar to the one 4 , with a dashed shown finished ball roller, and

6 schematisch eine Formmatrize zur Herstellung einer Zylinderrolle für ein Umformverfahren mittels eines Druckmediums. 6 schematically a forming die for producing a cylindrical roller for a forming process by means of a pressure medium.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt demnach eine schematisch angedeutete Vorrichtung 2, in die ein Rohr 4 aus einem für die Herstellung eines Wälzkörpers geeigneten Material und mit den geeigneten Abmessungen (Durchmesser, Wandstärke) eingespannt ist. Von dem Rohr 4 wird mittels eines Werkzeuges 6 ein Rohrabschnitt 8 abgetrennt, der in seinen Abmessungen dann dem Materialbedarf und den Abmessungen des vorgesehenen Wälzkörpers entspricht. 1 therefore shows a schematically indicated device 2 into which a pipe 4 is clamped from a suitable material for the production of a rolling element and with the appropriate dimensions (diameter, wall thickness). From the pipe 4 is by means of a tool 6 a pipe section 8th separated, which then corresponds in size to the material requirements and the dimensions of the rolling element provided.

2 zeigt den aus der Vorrichtung 2 entnommenen Rohrabschnitt 8, welcher in eine Formmatrize eingelegt und dort zu einem Wälzkörper umgeformt werden soll. 2 shows the out of the device 2 removed pipe section 8th , which is to be inserted into a forming die and converted there to a rolling element.

3 zeigt schematisch eine aus zwei Formhälften 10 bzw. 12 bestehende, als Ganzes mit 14 bezeichnete Formmatrize mit einem in diese eingelegten hohlzylindrischen Rohling 16. Die beiden Formhälften 10, 12 sind in Richtung der Pfeile 18 bzw. 20 zwischen einer geöffneten Stellung, bei der Rohling 16 eingelegt und entnommen werden kann, und der in der 3 dargestellten geschlossenen Stellung verstellbar. Die Formmatrize 14 hat eine der Außenkontur des vorgesehenen Wälzkörpers, in diesem Fall einer Zylinderrolle, entsprechend gestaltete Höhlung 22. Der Rohling 16 ruht auf einem Stempel 24, welcher beispielsweise in Richtung des Pfeils 26 verstellbar ist und als Auswerfer für den fertigen Wälzkörper nach dem Öffnen der Formmatrize 14 dienen kann. Neben der groben Formgebung der Hohlzylinderrolle kann über eine entsprechende Form der Matrize auch die Endprofilierung der axialen Endbereiche der Hohlzylinderrolle erzeugt werden. 3 schematically shows one of two mold halves 10 respectively. 12 existing, as a whole with 14 Designated die with a hollow cylindrical blank inserted in this 16 , The two mold halves 10 . 12 are in the direction of the arrows 18 respectively. 20 between an open position, at the blank 16 can be inserted and removed, and in the 3 illustrated closed position adjustable. The molding die 14 has one of the outer contour of the intended rolling element, in this case a cylindrical roller, correspondingly shaped cavity 22 , The blank 16 resting on a stamp 24 which, for example, in the direction of the arrow 26 is adjustable and as an ejector for the finished rolling elements after opening the forming die 14 can serve. In addition to the coarse shaping of the hollow cylindrical roller, the end profiling of the axial end regions of the hollow cylindrical roller can also be generated via a corresponding shape of the matrix.

4 zeigt eine Formmatrize 28 mit einem in diese eingelegten hohlzylindrischen Rohling 30, der durch Aufweiten bis zur Anlage an der gewölbten Innenwand 32 der Formmatrize zu einer Kugelrolle umgeformt werden soll. Das Aufweiten erfolgt mittels eines mechanisch oder hydraulisch spreizbaren Aufweitdornes 34, gegebenenfalls in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten mit entsprechend angepassten Aufweitdornen. Der Rohling 30 sitzt wiederum auf einem in Richtung des Pfeils 36 bewegbaren, als Auswerfer dienenden Stempel 38. 4 shows a molding die 28 with a hollow cylindrical blank inserted into it 30 By widening until it abuts the curved inner wall 32 the forming die is to be formed into a ball roll. The expansion takes place by means of a mechanically or hydraulically spreadable expansion mandrel 34 , if necessary in several successive steps with appropriately adapted expansion mandrels. The blank 30 sits in turn in the direction of the arrow 36 movable, serving as an ejector punch 38 ,

5 zeigt eine Ansicht ähnlich wie 4, wobei der Aufweitdorn aus der Formmatrize zurückgezogen und die fertige Kugelrolle 40 gestrichelt dargestellt ist. 5 shows a view similar to 4 , wherein the expanding mandrel withdrawn from the molding die and the finished ball roll 40 is shown in dashed lines.

6 zeigt schematisch eine Formmatrize 42 mit einem in diese eingelegten hohlzylindrischen Rohling 44 für die Herstellung einer Zylinderrolle. Der Innenraum des Rohlings 44 ist an dessen Unterseite durch einen Stempel 46 und an seiner Oberseite durch einen Deckel 48 nach außen abgedichtet. Über ein durch den Deckel 48 abgedichtet hindurch geführtes Rohr 50 wird ein Druckmedium 56 in den Innenraum 52 des Rohlings 44 eingeführt, mittels dem der Rohling bis zur Anlage an der Innenwand der Formmatrize 42 aufgeweitet wird. Die fertige Zylinderrolle 54 ist gestrichelt dargestellt. Es sei bemerkt, dass anstelle eines Druckmediums auch ein explosives Gasgemisch in den Innenraum des Rohlings 44 eingeführt und gezündet werden kann, was ganz allgemein als Explosionsumformung bekannt ist. 6 schematically shows a molding die 42 with a hollow cylindrical blank inserted into it 44 for the production of a cylindrical roller. The interior of the blank 44 is at the bottom by a stamp 46 and on its top by a lid 48 sealed to the outside. About one through the lid 48 sealed through tube 50 becomes a printing medium 56 in the interior 52 of the blank 44 introduced by means of which the blank until it rests against the inner wall of the molding die 42 is widened. The finished cylindrical roller 54 is shown in dashed lines. It should be noted that instead of a pressure medium and an explosive gas mixture in the interior of the blank 44 can be introduced and ignited, which is generally known as explosion forming.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Vorrichtungcontraption
44: Rohrpipe
66: WerkzeugTool
88th: Rohrabschnittpipe section
1010: Formhälftemold
1212: Formhälftemold
1414: Formmatrizeforming die
1616: Rohlingblank
1818: Pfeilarrow
2020: Pfeilarrow
2222: Höhlungcavity
2424: Stempelstamp
2626: Pfeilarrow
2828: Formmatrizeforming die
3030: Rohlingblank
3232: Innenwandinner wall
3434: Aufweitdornmandrel
3636: Pfeilarrow
3838: Stempelstamp
4040: Kugelrolleball roller
4242: Formmatrizeforming die
4444: Rohlingblank
4646: Stempelstamp
4848: Deckelcover
5050: Rohrpipe
5252: Innenrauminner space
5454: Zylinderrollecylindrical roller
5656: Druckmediumprint media

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2014419 A1 [0005]

Claims

Method for producing a hollow rolling element for a rolling bearing, in which a hollow cylindrical blank is placed in a forming die corresponding to the final shape of the rolling element and applied to the inner contour of the forming die by chipless forming, characterized in that the blank corresponding to the material requirement of the rolling element provided ( 30 ) forming pipe section into the molding die ( 28 ) is inserted, that the blank ( 30 ) by acting on its inner wall surface pressure until it rests against the forming die ( 28 ) is widened, and that the finished rolling elements ( 40 ) from the molding die ( 28 ) is taken.

Method according to claim 1, characterized in that the forming of the blank ( 30 ) mechanically via an expanding mandrel ( 34 ) he follows.

Method according to claim 1, characterized in that the forming of the blank ( 44 ) by means of a introduced into the interior of the blank pressure medium ( 54 ) he follows.

Method according to claim 3, characterized in that as printing medium ( 54 ) a hydraulic fluid is used.

A method according to claim 3, characterized in that a visco-elastic material is used as the printing medium.

A method according to claim 1, characterized in that the forming of the blank is carried out by high energy forming.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the forming takes place in several successive steps.