DE102011006815A1

DE102011006815A1 - Lagerring und Wälzlager sowie Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings

Info

Publication number: DE102011006815A1
Application number: DE102011006815A
Authority: DE
Inventors: Sven Lautner; Tsche-Hyun Park; Bernd Dehner; Markus Mantau; Thorsten Schlegel; Jürgen Döppling; Rainer Messerschmidt; Holger Grieser; Armin Necker; Andreas Klauda
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerring (1), bestehend aus mindestens einem im Querschnitt geschlossenen und rund gebogenen Rohr (3) oder Hohlprofil, dessen axiale Enden (6, 6') einen Ring bildend zusammengefügt sind, und dessen Außenumfangsflächen und Innenumfangsflächen durch Umformen erzeugt sind. Zur Herstellung eines Lagerrings, der über seinen Umfang eine unterschiedliche Einfederung unter Einwirkung einer Last aufweist, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Lagerring (1) über seinen Umfang unterschiedliche Querschnittsprofilgeometrien aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagerrings (1), die folgenden Schritte enthaltend: Rundbiegen eines Rohres (3), Zusammenfügen der Rohrenden (6, 6') zu einem Lagerring (1), Umformen des Lagerrings (1) zur Erzeugung vorbestimmter Lagerringflächen (7, 9).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Lagerring, bestehend aus mindestens einem im Querschnitt geschlossenen und rund gebogenen Rohr oder Hohlprofil, dessen axiale Enden einen Ring bildend zusammengefügt sind, und dessen Außenumfangsflächen und Innenumfangsflächen durch Umformen erzeugt sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagerrings.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, Lagerringe spanlos aus Blechteilen oder Rohrstücken durch Umformung herzustellen. So ist beispielsweise in der DE 10 2005 019 482 A1 ein Kegelrollenlager beschrieben, bei dem der Innenring und/oder der Außenring aus einen Blechteil hergestellt sind, das so ausgeformt ist, dass die Lagerringe einen Hohlraum aufweisen. Außerdem ist in der DE 30 22 227 A1 ein Großwälzlager in Leichtbauweise beschrieben, das aus gerundeten und an ihren Enden zusammengefügten Lagerringen besteht, wobei die Lagerringe im Querschnitt geschlossene Hohlprofile sind.
Die beschriebenen hohlen Lagerringe weisen über deren Umfang, also entlang ringförmiger Umfangslinien, konstante Wandstärken auf so dass über deren Umfang auftretende unterschiedliche Lasten zu unterschiedlich starken Einfederungen bzw. radiale Verformungen der Lagerringe führen, was hinsichtlich der Geometrie der Laufbahnen für die Wälzkörper auf den Lagerringen als ungünstig beurteilt wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerringkonstruktion sowie ein mit zumindest einem solchen hohlen Lagerring ausgerüstetes Wälzlager vorzustellen, wobei der oder die hohlen Lagerringe auch unter Einwirkung einer punktförmigen oder abschnittsweisen Last über ihren Umfang eine identische Einfederung aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Wälzlager mit zumindest einem hohlen Lagerring eine punktförmig oder abschnittsweise auftretende Last dann zu keiner unsymmetrischen Einfederung des Lageringes führt, wenn dieser Lagerring umfangsbezogen unterschiedliche Wandstärken aufweist.
Die Erfindung geht demnach von aus von einem Lagerring, bestehend aus mindestens einem im Querschnitt geschlossenen und rund gebogenen Rohr oder ganz allgemein Hohlprofil, dessen axiale Enden einen Ring bildend zusammengefügt sind, und dessen Außenumfangsflächen und Innenumfangsflächen durch Umformen erzeugt sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Lagerring über seinen Umfang unterschiedliche Querschnittsprofilgeometrien aufweist.
Erfindungsgemäß ausgebildete Lagerringe, wie beispielsweise ein Innenring und/oder Außenring eines Wälzlagers, werden demnach aus einem Rohr oder ganz allgemein aus einem Hohlprofil mit über dessen Längserstreckung unterschiedlicher Querschnittsgeometrie durch Rundbiegen und Verbinden der Enden des Rohres hergestellt, so dass hinsichtlich ihrer Wandstärke jeweils ein nichtrotationssymmetrischer Lagerring entsteht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandstärke des Lagerrings über dessen Umfang variiert und sich dabei nicht plötzlich sondern stetig ändert. Durch diese über den Umfang des Lagerrings unterschiedlich dicken Wänden kann ein solcher Lagerring, egal ob nun Innenring oder Außenring, in eine Umgebungskonstruktion so eingesetzt werden, dass die Verformung desselben bei einer lokal verstärkt auf den Lagerring wirkende Kraft zu keiner oder nur zu einer geringeren Verformung oder Durchbiegung des Lagerrings bzw. dessen Wände an dieser Laststelle führt, als wenn die Wände eine konstante Dicke hätten. Dies ist auf die am Ort der größeren Wandstärke erhöhte mechanische Stabilität des Lagerrings zurückzuführen. Die vergrößerte Wandstärke des Lagerrings ist dabei so gewählt, dass auch unter Einwirkung einer auf den Lagerring punktförmig oder abschnittsweise wirkenden erhöhten Kraft der Abstand der radial gegenüberliegenden Laufbahnen von Innenring und Außenring unverändert bleibt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Wälzkörper in Rollkontakt mit den Wälzlagerlaufbahnen bleiben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wandstärke des Lagerrings zumindest abschnittsweise radial innen größer ist als radial außen. In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die Wandstärke des Lagerrings zumindest abschnittsweise radial außen größer ist als radial innen. Die Auswahl zwischen diesen beiden Konstruktionsformen wird beispielsweise danach zu richten sein, ob der Lagerring als Innenring oder als Außenring ausgebildet ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Lagerring aus einem einzigen Rohr bzw. Hohlprofil oder aus mehreren zu einem Rohr oder Hohlprofil zusammengefügten Abschnitten mit jeweils unterschiedlich konturierten Querschnittsprofilgeometrien hergestellt ist. Sofern bei einem Wälzlager im Betrieb über dessen Umfang mehrere unterschiedlich hohe Kräfte auf die Lagerringe wirken, ist es herstelltechnisch einfacher, mehrere unterschiedliche Wandstärken in einem Lagerring dadurch zu erzeugen, dass dieser aus einzelnen, separat hergestellten und anschließend zusammengefügten Abschnitten mit unterschiedlichen umfangsbezogenen Querschnittsprofilen hergestellt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Rohr oder der jeweilige Rohrabschnitt zur Herstellung des Lagerings an dessen zusammenzufügenden Enden eine Wandstärke aufweist, die kleiner oder größer ist als axial zwischen diesen Enden. Die Herstellung eines solchen Rohres oder Rohrabschnittes wird vor allem dann erleichtert, wenn die größere Wandstärke nicht an den axialen Enden dieses Rohres anzutreffen ist. Andererseits begünstig eine größere Wandstärke an den axialen Enden des Rohres dessen Verbindungsfähigkeit, beispielsweise beim Verschweißen mit einem anderen Rohrende.
Üblicherweise erstreckt sich die Aufdickung der Wand des Hohlprofils bzw. des Rohres, aus dem der Lagerring hergestellt wird, nach radial innen, also in den Hohlraum hinein. Die über den Umfang des Lagerrings vorhandene unterschiedliche Wandstärke kann aber auch durch eine Aufdickung an der laufbahnfernen Außenseite des Lagerrings ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außerring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Dieses kann beispielsweise ein Kegelrollenlager sein. Hierbei ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Innenring und/oder der Außenring ein Lagerring mit zumindest einigen der vorgenannten Merkmale ist.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings mit zumindest einigen der vorgenannten Merkmale, welches folgende Verfahrenschritte enthält:

– Rundbiegen eines Rohres oder Hohlprofils,
– Zusammenfügen der Rohrenden oder des Hohlprofils zu einem Lagerring,
– Umformen des Lagerrings zur Erzeugung vorbestimmter Außenumfangsflächen und Innenumfangsflächen, also beispielsweise einer radial außen ausgebildeten Wälzkörperlaufbahn, einer radial innen ausgebildeten zylindrischen Lagersitzfläche und eines oder mehrere Borde.

Hierbei ist verfahrensgemäß vorgesehen, dass ein Rohr oder Hohlprofil mit über dessen axialer Ersteckung und Querschnittsumfang unterschiedlicher Wandstärke verwendet wird. Das Zusammenfügen der Hohlprofilenden kann vor dem Prozess des Umformens oder danach durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß ausgebildete Wälzlager können in den verschiedensten Bereichen, wie zum Beispiel bei Landmaschinen und in der Solartechnik zu Einsatz kommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Darin zeigt
1 einen Querschnitt durch einen Lagerring, der aus einem Hohlprofil hergestellt wurde,
2 eine dreidimensionale Darstellung des in 1 gezeigten Lagerrings,
3 einen Längsschnitt durch ein rohrförmiges Hohlprofil, aus dem der Lagerring nach 1 herstellbar ist,
4 einen Querschnitt durch das in 3 gezeigte Hohlprofil entlang der dortigen Linie A-A, und
5 einen weiteren Querschnitt durch das in 3 gezeigte Hohlprofil entlang der dortigen Linie B-B.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Lagerring 1, der durch spanlose Fertigung aus einem gebogenen Hohlprofil 3, hier einem Rohr, hergestellt wurde, das an seinen freien Enden miteinander verschweißt wurde und durch Umformen seine Umfangsgeometrie 2 erhalten hat. Auch nach der Umformung ist in dem Lagering 1 ein ringförmiger Hohlraum 4 ausgebildet Auf der linken Seite des in der 1 dargestellten Lagerrings 1 ist das Rohr 3 vordem spanlosen Umformen schematisch dargestellt (gestrichelte Linien).
2 zeigt den in 1 dargestellten Lagerring 1 in einer dreidimensionalen Darstellung. Auch hier ist das Rohr 3 im Zustand vor der spanlosen Umformung dargestellt Bei diesem Lagerring 1 handelt es sich um einen Innenring für ein Kegelrollenlager, der eine kegelige Außenfläche und eine zylindrische Innenfläche 9 aufweist. Die kegelige Außenfläche ist als Laufbahn 7 für hier nicht dargestellte kegelförmige Wälzkörper ausgebildet Die Laufbahn 7 ist an ihrem großen Durchmesser durch einen radialen Bord 8 axial begrenzt. Der ringförmige Hohlraum 4 erstreckt sich hier bis in den Bord 8 hinein.
3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Rohr 3 (Hohlprofil), aus dem der Lagerring 1 hergestellt wurde, welches über seine axiale Ersteckung und seinem Querschnittsumfang unterschiedliche Wandstärken aufweist. Die 4 und 5 zeigen Querschnitte durch dieses Rohr 3 entlang der Linien A-A und B-B. Erkennbar verjüngt sich bei der in 3 gezeigten Ausführungsform der Hohlraum 4 zur Mitte des Rohres 3 hin. Der Hohlraum 4 befindet sich gemäß dieser Ausführungsform daher nicht über die gesamte axiale Länge des Rohres 3 in der Mitte des Rohrquerschnitts und hat über die axiale Länge auch einen unterschiedlichen Durchmesser, so dass das Rohr 3 ein nicht rotationssymmetrisches Querschnittsprofil aufweist.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lagerrings 1 wird das Rohr 3 in Richtung der Pfeile 5 gebogen. Die beiden Rohrenden 6 und 6' werden anschließend beispielsweise durch Schweißen zusammengefügt.
Die 3 bis 5 lassen erkennen, dass der Lagerring 1 über einen mittleren Umfangsabschnitt steifer ausgebildet ist als im Bereich der zusammengefügten Enden 6, 6'. Der Lagerring 1 wird vorteilhaft so in einem Lagersitz einer Anschlusskonstruktion eingebaut, dass dort, wo eine erhöhte, gegebenenfalls Punkt- oder Abschnittsbelastung im Betrieb auf den Lagerring 1 wirken wird, der wanddickere Abschnitt desselben angeordnet ist. Dadurch wird der Lagering 1 trotz seines Hohlraumes 4 lastbedingt nicht so stark verformt, als wenn der Lagerring wie bisher üblich eine konstante Wandstärke hätte.
Bezugszeichenliste

1: Lagerring, Innenring
2: Umfangsgeometrie des Lagerrings
3: Rohr, Hohlprofil
4: Hohlraum
5: Pfeil, Rohrbiegerichtung
6, 6': Rohrende
7: Außenlaufbahn
8: Anlaufbord
9: Zylindrische Innenfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005019482 A1 [0002]
DE 3022227 A1 [0002]

Claims

Lagerring (1), bestehend aus mindestens einem im Querschnitt geschlossenen und rund gebogenen Rohr (3) oder Hohlprofil, dessen axiale Enden (6, 6') einen Ring bildend zusammengefügt sind, und dessen Außenumfangsflächen sowie Innenumfangsflächen durch Umformen erzeugt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (1) über seinen Umfang unterschiedliche Querschnittsprofilgeometrien aufweist.
Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsprofilgeometrie des Lagerrings (1) über dessen Umfang stetig ändert.
Lagerring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Lagerrings (1) über dessen Umfang variiert.
Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Lagerrings (1) zumindest abschnittsweise radial innen größer ist als radial außen.
Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Lagerrings (1) zumindest abschnittsweise radial außen größer ist als radial innen.
Lagerring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrößerte Wandstärke des hohlen Lagerrings (1) so gewählt ist, dass auch unter Einwirkung einer auf den Lagerring (1) punktförmig oder abschnittsweise wirkenden erhöhten Kraft der Abstand der radial gegenüberliegenden Laufbahnen (7) von Innenring (1) und Außenring unverändert bleibt.
Lagerring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (1) aus mehreren zu einem Rohr (3) zusammengefügten Rohrabschnitten mit jeweils unterschiedlich konturierten Querschnittsprofilgeometrien hergestellt ist.
Lagerring nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) oder der jeweilige Rohrabschnitt zur Herstellung des Lagerings (1) an dessen zusammenzufügenden Enden (6, 6') eine Wandstärke aufweist, die kleiner oder größer ist als axial zwischen diesen Enden (6, 6').
Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring, zwischen denen Wälzlagerkörper angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring und/oder der Außenring ein Lagerring (1) mit den Merkmalen zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings (1) mit den Merkmalen von zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, die folgenden Schritte enthaltend: – Rundbiegen eines Rohres (3), – Zusammenfügen der Rohrenden (6, 6') zu einem Lagerring (1), – Umformen des Lagerrings (1) zur Erzeugung vorbestimmter Lagerringflächen (7, 9).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr (3) mit über dessen Längsersteckung und Querschnittsumfang unterschiedlicher Wandstärke verwendet wird.