DE102011005326A1

DE102011005326A1 - Verfahren zur Herstellung eines Lagerringes, insbesondere für ein Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102011005326A1
Application number: DE102011005326A
Authority: DE
Inventors: Markus Mantau; Erich Lunz; Reinhard Kick-Rodenbücher; Peter Schuster
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-13
Also published as: US20140068947A1; EP2683507A1; CN103415361A; WO2012119878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings (20, 29), insbesondere eines Kegelrollen-Lagerrings, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer kreisringförmigen Scheibe (8; 9), und Umformen der Scheibe (8; 9) zu einem im wesentlichen zylindrischen Lagerring und Herstellen einer Laufbahn (19; 28) des Lagerrings in einem einzigen Arbeitsschritt durch ein Fließpressen. Das Verfahren löst erfindungsgemäß die Aufgabe, ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Lagerringen, insbesondere für Kegelrollenlager, anzugeben, das hohe Stückzahlen liefert und bei den auf eine Nachbearbeitung verzichtet werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings, insbesondere für ein Kegelrollenlager, ausgehend von einer Scheibe aus einem homogenen Material, nach Anspruch 1, sowie ein gemäß dem Verfahren hergestellten Lagerring, insbesondere für ein Kegelrollenlager.
Aus der Praxis ist die Herstellung von Lagerringen für Wälzlager bekannt, die insbesondere die Verfahrensschritte des Tiefziehens bzw. des Prägens umfassen. Derartige Verfahren erfordern eine Nachbearbeitung des hergestellten Rohlings, beispielsweise durch ein Nachschleifen der Laufbahn des Lagerings an dem Rohling, und sind daher aufwendig durchzuführen.
DE 10 2005 017 588 B3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings für ein Kegelrollenlager, bei dem eine kreisringförmige Scheibe bereitgestellt wird und dann ein axiales Tiefziehen durchgeführt wird. Der Rohling erfordert eine Nachbearbeitung, beispielsweise einen Prägeschritt, bei dem der axial tiefgezogene Bereich des Rohlings weiter formgebend bearbeitet wird.
DE 10 2005 028 093 B3 beschreibt ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen eines Innenrings und eines Außenrings eines Kegelrollenlagers, bei dem eine kreisringförmige Scheibe bereitgestellt wird, die zu einem topfförmigen Körper umgeformt wird, wobei an den topfförmigen Körper durch einen Prägeschritt die Laufbahnen angeformt werden, wonach weitere Bearbeitungsschritte, insbesondere weitere Prägeschritte, erforderlich sind.
EP 1 792 672 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings, bei dem, ausgehend von einer kreisringförmigen Scheibe, diese Scheibe zu einem im wesentlichen zylindrischen Rohling mit im wesentlichen konstanter Wandstärke umgeformt wird (z. B. 39A bis 39C), wonach der zylindrische Rohling weitere Bearbeitungsschritte erforderlich macht.
WO 2008/151585 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings, insbesondere für ein Kugellager, bei dem zwei aneinander hängende kreisringförmige Scheiben aus einer Ronde hergestellt werden, in die Laufbahnen eingeprägt werden, wonach die Scheiben zu einem im wesentlichen zylindrischen Lagerring bearbeitet werden.
DE 29 38 812 C3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings aus einem gepressten metallischen Granulat, wobei die Laufbahn des Lagerrings an einem Blech hoher Güte vorgesehen ist. Das Blech und das Granulat werden in einem Sinterschritt aneinander befestigt. Der nicht-homogene Verbund wird in einem Fließpressen zu einem im wesentlichen zylindrischen Rohling weiterverarbeitet. Das Blech des Rohlings erhält in einem anschließenden Bearbeitungsschritt durch Schmieden oder Formwalzen die Gestalt der Laufbahn. Hierbei ist die Herstellung der Laufbahn und die Formgebung des Lagerrings durch zwei mittels unterschiedlicher Techniken durchgeführte Verfahrensschritte vorgesehen.
DD 51759 A1 beschreibt die Herstellung eines Lagerrings für ein Wälzlager, wobei ein vollzylindrischer Stangenabschnitt bereitgestellt wird, dessen Außenbereich durch Rückwärts-Fließpressen auf einer Stirnfläche einer zylindrischen Matrize eine zylindrische Form erhält, und dessen Innenbereich als Ausschuss ausgestoßen wird. Der Stangenabschnitt weist eine Dicke auf, die deutlich größer ist als die Wandstärke des zylindrischen Rohlings. Die Erstreckung des Stangenabschnittes in Richtung der Kraftausübung bei dem Fließpressen entspricht ungefähr der Erstreckung senkrecht zu dieser Richtung.
DE 968 638 B beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Lagerringen, bei dem, ausgehend von einem vollzylindrischen Stangenabschnitt von großer Dicker, dieser durch Warmpressen bei einer Schmiedetemperatur von ca. 900°C zu einer kreisförmigen Platine umgeformt wird und die Platine durch einen fließpressartigen Vorgang zu einem Turm geschmiedet wird, wobei der Turm einen Außenring und einen Innenring, axial zueinander versetzt und aneinander befestigt, als Vorpressling für die weitere Verarbeitung bereitstellt. Der Vorpressling wird aufgetrennt und die beiden Lagerringe erhalten durch Warmwalzen und Walzkalibrieren ihre Laufbahnen. Beschrieben ist insbesondere ein Turmschmieden, das in einer Pressvorrichtung bei hohen Temperaturen durchgeführt wird.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Lagerringen, insbesondere für Kegelrollenlager, anzugeben, das hohe Stückzahlen liefert und bei den auf eine Nachbearbeitung verzichtet werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst mit den wesentlichen Schritten: Bereitstellen einer kreisringförmigen Scheibe, und Umformen der Scheibe zu einem im wesentlichen zylindrischen Lagerring und Herstellen einer Laufbahn des Lagerrings in einem einzigen Arbeitsschritt durch ein Fließpressen.
Bei dem Fliesspressen wird in einem einzigen Arbeitsschritt die im wesentlichen ebene kreisringförmige Scheibe so gedreht, dass die Gestalt des im wesentlichen zylindrischen Lagerrings erhalten wird, zugleich wird die Laufbahn des Lagerrings erzeugt.
Das Fließpressen wird dabei als einstufige Massivumformung durchgeführt, wobei das Material der Scheibe unter Aufbringen eines hohen Druckes in einem Umformwerkzeug, insbesondere zwischen einem Stempel und einer Matrize von geeigneter Formgebung, zum Fließen gebracht wird. Dabei ändert sich insbesondere die Dicke der Scheibe aufgrund der Materialverlagerung bei dem Fließpressen. Das Umformwerkzeug stellt dabei sicher, dass der durch Fließpressen erhaltene Lagerring eine hohe Maßhaltigkeit, gute Reproduzierbarkeit sowie hohe Oberflächengüte aufweist, so dass eine Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist. Insbesondere ist die Gefahr einer Verzunderung an dem erhaltenen Lagerring beseitigt. Der Vorgang des Fließpressens ist in kurzer Zeit durchgeführt, so dass hohe Stückzahlen in kurzer Zeit erhältlich sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Fließpressen als Kalt-Fließpressen durchgeführt wird, also insbesondere bei Raumtemperatur, so dass die Scheibe nicht zusätzlich erhitzt werden muss.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Fließpressen als Vorwärts-Fließpressen durchgeführt wird.
Weist dass der herzustellende Lagerring einen Bord auf, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Bord bei dem Arbeitsschritt des Fließpressens hergestellt wird.
Weist der herzustellende Lagerring eine umlaufende Nut auf, ist vorzugsweise ist, dass die Nut bei dem Arbeitsschritt des Fließpressens hergestellt wird.
Soll sowohl ein Außenring als auch ein Innenring hergestellt werden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Innenring aus einer ersten Scheibe und der Außenring des Lagers aus einer zweiten Scheibe hergestellt wird, wobei die beiden Scheiben zuvor aus einer gemeinsamen kreisförmigen Ronde herausgetrennt sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Scheibe aus einem härtbaren Stahl-Werkstoff bereitgestellt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten vorbereitenden Schrittes bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten vorbereitenden Schrittes bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten vorbereitenden Schrittes bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Anfangszustandes bei einer ersten beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Endzustandes bei der ersten beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach 4,
5a zeigt eine schematische Darstellung eines optional durchzuführenden Schrittes des Fertigstauchens und Kalibrierens,
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Anfangszustandes bei einer zweiten beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Endzustandes bei der zweiten beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach 6, und
8 zeigt zwei Lagerringe eines Wälzlagers, die gemäß den beiden beispielhaften Durchführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gem. 4 und 5 bzw. gem. 6 und 7 hergestellt sind, in schematischer Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In einem ersten Schritt bei der beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Bereitstellen einer kreisringförmigen Scheibe vorgesehen.
1 bis 3 zeigen drei aufeinanderfolgende vorbereitende Schritte bei der beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen die kreisringförmige Scheibe hergestellt und für das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellt wird.
1 zeigt ein Blech 1 aus einem härtbaren Stahl-Werkstoff, das in einem Stanzwerkzeug 2 angeordnet ist. Aus dem Blech 1 wird in einem ersten vorbereitenden Schritt eine Ronde 3, also ein Ausschnitt mit kreisförmigen Umriss, herausgestanzt.
2 zeigt die Ronde 3, bei der in einem zweiten Stanzwerkzeug 4 ein mittlerer, kreisrunder Abschnitt 5 herausgestanzt wird, so dass in einem zweiten vorbereitenden Schritt eine kreisringförmige Scheibe 6, also ein Abschnitt mit einem kreisförmigen Außenumriss und einem kreisförmigen Innenumriss, entsteht.
3 zeigt die kreisringförmige Scheibe 6 in einem dritten Stanzwerkzeug 7, wobei in einem dritten vorbereitenden Schritt eine erste, innenliegende Scheibe 8 und eine zweite, außenliegende Scheibe 9 voneinander abgetrennt werden. Die beiden Scheiben 8, 9 weisen jeweils einen kreisförmigen Außenumriss und einen kreisförmigen Innenumriss auf; der Innenumriss der äußeren Scheibe 9 weist dabei einen Durchmesser auf, der im wesentlichen dem Durchmesser des äußeren Umrisses der inneren Scheibe 8 entspricht.
Aus der ersten, innenliegenden Scheibe 8 wird bei der folgenden ersten beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Lagerring, nämlich ein Innenring, eines Kegelrollenlagers hergestellt. Aus der zweiten, außenliegenden Scheiben 9 wird bei der folgenden zweiten beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein weiterer Lagerring, nämlich ein Außenring, eines Kegelrollenlagers hergestellt. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens versteht es sich aber, dass die bereitgestellten Scheiben 8, 9 nicht zwingend gemäß den vorbereitenden Schritten aus 1 bis 3 hergestellt sein müssen.
4 zeigt die beispielsweise gemäß der in 1 bis 3 dargestellten vorbereitenden Schritte hergestellte erste Scheibe 8, die in einem Umformwerkzeug 10 angeordnet ist. Das Umformwerkzeug 10 umfasst einen im wesentlichen hohlzylindrischen, einseitig offenen Stempel 11, der an dem offenen Ende eine dreistufige, sich verjüngende Querschnittskontur 32 aufweist, und eine Matrize 12 mit einem stumpf-konisch zulaufenden Dorn 13. Die Innenkante 14 ist auf dem stumpf-konisch zulaufenden Dorn 13 abgestützt. Der Stempel 11 drückt auf einen der Außenkante 15 benachbarten Flächenabschnitt der ersten Scheibe 8.
Bei einer Relativbewegung zwischen der Matrize 12 und dem Stempel 11, insbesondere bei einem Herunterfahren des Stempels 11 gegenüber der feststehenden Matrize 12 in Richtung des Pfeils 16, wird das Material der ersten Scheibe 8 durch ein Fließpressen verformt und die Gestalt des erhaltenen Lagerrings durch die Form des Stempels 11 und der Matrize 12 festgelegt.
5 zeigt den Endzustand, bei dem der Stempel 11 abschnittsweise an der Matrize 12 anliegt und durch das Fliesspressen die Form des Lagerrings durch den Bereich zwischen der Matrize 12, insbesondere einem ersten Abschnitt 31 der beiden konisch zulaufenden Abschnitte des Dorns 13, und der gestuften Querschnittskontur 32 des Stempels 11 festgelegt ist.
Bei der Durchführung des Fließpressens gem. 4 und 5 wird die Innenkante 14 nach oben und die Außenkante 15 nach unten, insbesondere seitlich entlang einer Ebene 17 der Matrize 12, verformt. Die im wesentlichen ebene Scheibe 8 wird bei dem Fließpressen zu einem im wesentlichen zylindrischen Ring mit einem Bord umgestülpt, dessen Stirnfläche aus der Innenkante 14 der Scheibe 8 und dessen Bord 18 aus der seitlich entlang der Ebene 17 verstemmten Außenkante 15 entsteht. Der Bord 18 ist dabei bei dem Arbeitsschritt des Fließpressens, bei der dabei weitgehend plastischen Verformung des Materials der Scheibe 8, entstanden.
5 zeigt den Endzustand des Fließpressens der ersten Scheibe 8. Durch das abschnittsweise plastische Fließen des Materials entlang der Ebene 17 der Matrize 12 ist ein Bord 18 (8) entstanden, aufgrund der angeschrägten Kontur des Stempels 11 eine angeschrägte Laufbahn 19 eines Innenrings 20 (8), der nach dem Herausnehmen aus der Matrize 12 keiner weiteren Nachbearbeitung bedarf. An einer Stirnfläche 22 des Innenrings 19 lassen sich Ungänzen erkennen, die durch den Stempel 11 bewirkt sind und auf das Fließpressen als Herstellverfahren einen Rückschluss erlauben. Auch an anderen Stellen der Oberfläche des hergestellten Lagerrings bilden sich Oberflächenkonturen, die für das Fließpressen charakteristisch sind.
Die Ausbildung des im wesentlichen zylindrischen Rings mit der Formgebung des Bordes 18 und der Laufbahn 19 des entstandenen Innenrings ist dabei in einem einzigen Arbeitsschritt, nämlich der Bewegung des Stempels 11 relativ zu der Matrize 12, bewirkt worden.
Der in 5 dargestellte Innenring-Rohling weist zwar eine konisch geneigte Laufbahn 19 auf, jedoch aufgrund des ersten konischen Abschnittes 32 des Dorns 13 eine leicht geneigte, nicht-zylindrische innere Mantelfläche.
5a zeigt einen optional durchzuführenden Verfahrensschritt eines Fertigstauchens und Kalibrierens, wobei bei dem optionalen Verfahrenschritt ein zweites Werkzeug, nämlich ein Kalibrier-Werkzeug 33 auf den Innenring-Rohling geführt wird und diesen an einem zylindrischen Dorn 34 so verformt, dass dass der erhaltene Innenring 20 eine zylindrische innere Mantelfläche erhält.
6 und 7 stellen die Herstellung des Außenrings eines Kegelrollenlagers dar, ausgehend von der zweiten Scheibe 9.
Die zweite Scheibe 9 wird mit einem an eine Außenkante 22 angrenzenden Abschnitt auf eine Anlagefläche 23 einer im wesentlichen hohlzylindrischen Matrize 24 gelegt, eine Innenkante 25 der Scheibe 9 steht zu einem konisch sich erweiternden Stempel 26 über den Hohlraum der Matrize 24 hin vor.
Bei einer Relativbewegung des Stempels 26 zu der Matrize 24, beispielsweise entlang eines Pfeils 27 relativ zu der feststehenden Matrize 24, wird die Außenkante 22 der Scheibe 9 nach oben und die Innenkante 25 nach unten gedrückt und die Scheibe 9 insgesamt zu einem im wesentlichen zylindrischen Lagerring umgestülpt, wobei die Schräge des Stempels 26 eine angeschrägte Laufbahn 28 (8) erzeugt. Dabei ist insbesondere ein Außenring 29 entstanden, bei dem mindestens eine Stirnfläche 30, die aus der Außenkante 22 der Scheibe 9 entstanden ist, Ungänzen aufweist, die durch den Stempel 26 bewirkt werden. Dabei ist in einem einzigen Arbeitsschritt durch das Fließpressen die im wesentlichen hohlzylindrische Form des Lagerrings 29 als auch die angeschrägte Laufbahn 28 geformt worden.
Bei den vorstehend beschriebenen beiden beispielhaften Durchführungen des Verfahrens war das Fließpressen jeweils als Vorwärts-Fließpressen durchgeführt worden.
Das Fließpressen wurde jeweils bei Raumtemperatur, ohne zusätzliche Erwärmung der Scheiben 8, 9 vor dem Kontakt mit dem Stempel 11, 26, durchgeführt, so dass das Fließpressen als Kalt-Fließpressen durchgeführt wurde.
Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel war vorgesehen, dass der Innenring 20 einen Bord 18 aufweist, der zusammen mit der Herstellung des im wesentlichen zylindrischen Lagerrings und der Herstellung der Laufbahn 19 in einem Arbeitsschritt durch das Fließpressen hergestellt wurde. Es versteht sich, dass andere Ausformungen an dem Lagerring, beispielsweise insbesondere ein Nut an dem Innenring oder an dem Außenring, bei dem Arbeitsschritt des Fließpressen mit hergestellt werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ebene 17 (4) der Matrize 12 eine bezüglich des Dorns 13 umlaufende Erhebung aufweist, so dass die Erhebung eine umlaufende Nut in dem erzeugten Lagerring bewirkt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Herstellung des Innenrings (4 bis 5a) wies der Dorn 13 einen ersten konischen Abschnitt 32 auf, so dass erst bei dem folgenden Schritt des Fertigstauchens und Kalibrierens (5a) der Innenring 20 eine zylindrische Mantelfläche erhielt. Es versteht sich, dass der Dorn 13, an dem das Fliesspressen durchgeführt wird, bereits eine zylindrische Form aufweisen kann, so dass der in 5a dargestellte, optionale Verfahrensschritt des Fertigstauchens und Kalibrierens überflüssig sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Blech
2: Stanzwerkzeug
3: Ronde
4: zweites Stanzwerkzeug
5: mittlerer Abschnitt
6: kreisringförmige Scheibe
7: drittes Stanzwerkzeug
8: erste Scheibe
9: zweite Scheibe
10: Umformwerkzeug
11: Stempel
12: Matrize
13: Dorn
14: Innenkante
15: Außenkante
16: Pfeil
17: Ebene
18: Bord
19: Laufbahn
20: Innenring
21: Stirnfläche des Innenrings 20
22: Außenkante
23: Anlagefläche
24: Matrize
25: Innenkante
26: Stempel
27: Pfeil
28: Laufbahn
29: Außenring
30: Stirnfläche des Außenrings 29
31: Querschnittskontur des Stempels 11
32: konischer Abschnitt des Dorns 13
33: Kalibrier-Werkzeug
34: zylindrischer Dorn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005017588 B3 [0003]
DE 102005028093 B3 [0004]
EP 1792672 A1 [0005]
WO 2008/151585 A1 [0006]
DE 2938812 C3 [0007]
DD 51759 A1 [0008]
DE 968638 B [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings (20, 29), insbesondere eines Kegelrollen-Lagerrings, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer kreisringförmigen Scheibe (8; 9), und Umformen der Scheibe (8; 9) zu einem im wesentlichen zylindrischen Lagerring und Herstellen einer Laufbahn (19; 28) des Lagerrings in einem einzigen Arbeitsschritt durch ein Fließpressen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließpressen als Vorwärts-Fließpressen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließpressen als Kalt-Fließpressen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Lagerring einen Bord (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (18) bei dem Arbeitsschritt des Fließpressens hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Lagerring eine umlaufende Nut aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut bei dem Arbeitsschritt des Fließpressens hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenring (20) aus einer ersten Scheibe (8) und ein Außenring (29) des Lagers aus einer zweiten Scheibe (9) hergestellt wird, wobei die beiden Scheiben (8; 9) zuvor aus einer gemeinsamen kreisförmigen Ronde (3) herausgetrennt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (8; 9) aus einem härtbaren Stahl-Werkstoff bereitgestellt wird.
Lagerring, insbesondere Lagerring für ein Kegelrollen-Lager, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.