DE102014216502A1

DE102014216502A1 - Verfahren zum Herstellen von Rollen für Wälzlager und Verwendung von Wälzlagerkugeln zur Herstellung der Rollen

Info

Publication number: DE102014216502A1
Application number: DE102014216502.4A
Authority: DE
Inventors: Horst Gredy; Wolfgang Fugel; Matthias Dohr; Frank Jochmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rollen für Wälzlager, insbesondere von Lagernadeln (4) mit balligen Stirnflächen (7) für hochtourige Axialnadellager, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines kugelförmigen Rohlings (5) mit einem der Lagernadellänge (L) entsprechenden Durchmesser (D); b) Schleifen des kugelförmigen Rohlings (5) in die Zylinderform der Lagernadeln (4) auf deren vorgegebenen Durchmesser (d). Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung von Wälzlagerkugeln (5) zur Herstellung von Lagernadeln (4) mit balligen Stirnflächen (7) mit einem der Lagernadellänge (L) entsprechenden Durchmesser (D), die zur Zylinderform der Lagernadeln (4) mit einem vorgegebenen Durchmesser (d) geschliffen sind. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines solchen Axialnadellagers ist sichergestellt, dass die Lagernadeln (4) den Käfig (2) bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten und bestimmungsgemäßem Betrieb nicht zerstören können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rollen für Wälzlager, insbesondere von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen für hochtourige Axialnadellager, die Verwendung von Wälzlagerkugeln zur Herstellung von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen, die Verwendung von Wälzlagerkugeln aus einem wälzkörpertauglichen, für eine wälzkörperspezifische Wärmebehandlung geeigneten Werkstoff zur Herstellung von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen, und die Verwendung von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen in hochtourigen Axiallagern.
In Getrieben werden zunehmend Gleitlagerungen durch Axialnadellager ersetzt. Ein Vorteil besteht darin, dass die Lagerreibung vermindert wird, so dass beispielsweise beim Einsatz in Kraftfahrzeugen im Ergebnis eine Kraftstoffeinsparung erreicht wird.
Bei Getriebeanwendungen werden hohe Lagerdrehzahlen von bis zu 10.000^–1 min erreicht, wodurch auf die Wälzkörper radial eine bis zu 6.000-fache Erdbeschleunigung wirkt, die von einem die Wälzkörper umschließenden Wälzkörperkäfig radial aufgenommen werden müssen. Die Wälzköper sind typischerweise Lagernadeln mit erhöhten Qualitätsanforderungen an deren Stirnseiten, wobei die Lagernadeln typischerweise einen Durchmesser von weniger als 2 mm und eine Länge von weniger als 4 mm aufweisen.
Lagernadeln werden für den Industrie- und Automobilbereich derzeit als Massenprodukt mit höchstproduktiven Fertigungsmethoden hergestellt. Ein übliches Herstellverfahren für Lagernadeln läuft in der Weise ab, dass zunächst ein metallischer Rohling durch Strecken eines Drahts auf einen vorgegebenen Vorschleifdurchmesser erzeugt wird. Anschließend werden von dem Draht Stücke geeigneter Länge mittels eines Schneidwerkzeugs abgehackt. Die so erzeugten Drahtabschnitte werden dann gehärtet, gescheuert, geschliffen und feinstbearbeitet. Das Hacken erfolgt bei sehr hohen Geschwindigkeiten mit einem Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeug. Dabei entsteht an den Nadelstirnseiten typischerweise eine sich technisch ergebende Schneidkontur. Die Ausformung der Schneidkontur ist stark abhängig von den Führungsverhältnissen des Drahtes im Schnittbereich sowie vom Verschleißzustand der Schneidwerkzeuge und dem Drahtdurchmesser an sich.
Anhand von Prüfstandsversuchen hat sich gezeigt, dass derart hergestellte Nadeln für sehr hochtourig laufende Axialnadellager ungeeignet sind. Die undefinierte Stirnseitenkontur der Lagernadeln führt zu einer starken mechanischen Belastung der radialen Anlaufstellen der Wälzkörpertaschen des Käfigs, was im Ergebnis eine nur unbefriedigend kurze Gebrauchsdauer des Axialnadellagers zur Folge hat. Weiterführende Optimierungen der Nadelstirnseiten führen nur dann zum Erfolg, wenn die Nadelstirnseiten geschliffen und durch aufwendige Finishprozesse geglättet sowie verrundet werden.
In der DE 10 2006 041 586 A1 ist dieses technische Problem erörtert und dadurch gelöst, dass in jede Tasche des Käfigs eines Axialnadellagers eine Lagernadel sowie eine Lagerkugel in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Lagernadel radial innen und die Lagerkugel radial außen angeordnet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass Lagernadeln mit undefinierter Stirnseitenkontur auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten den Käfig nicht zerstören können. Nachteilig an diesem Axialnadellager ist jedoch, dass die zusätzlich notwendigen Kugeln dessen Herstellkosten erhöhen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Axialnadellager vorzustellen, das sich insbesondere für höchste Lagerdrehzahlen eignet sowie kostengünstig herstellbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen von Rollen für Wälzlager, insbesondere von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen für hochtourige Axialnadellager gemäß Anspruch 1, weiter durch die Verwendung von Wälzlagerkugeln zur Herstellung von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen gemäß Anspruch 2, außerdem durch die Verwendung von Wälzlagerkugeln aus einem wälzkörpertauglichen, für eine wälzkörperspezifische Wärmebehandlung geeigneten Werkstoff zur Herstellung von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen gemäß Anspruch 3, und durch die Verwendung von Lagernadeln mit balligen Stirnflächen in hochtourigen Axiallagern gemäß Anspruch 4.
Es wird somit ein kugelförmiger Rohling verwendet, der typischerweise als Massenware, wie beispielsweise als Wälzkörperkugel vorliegt, und der anschließend durch Schleifen zur Zylinderform auf einen vorgegebenen Durchmesser gebracht wird. Der Kugeldurchmesser entspricht dabei der Lagernadellänge, und der Werkstoff sowie die Wärmebehandlung der Rohlinge sind wälzkörpertauglich.
Die Verwendung von Wälzkörperkugeln ist vorteilhaft, da sie bereits über eine exakte und aufwendig geglättete Oberfläche verfügen. Der Radius der Kugel entspricht dem Radius der balligen Stirnflächen der Lagernadeln, die dabei geometrisch zentrisch ballig bestimmt ist und eine höchste Oberflächenqualität ohne Nachbearbeitung aufweist. Es werden keine exakt gruppierten Kugeln benötigt, da die Längentoleranz der Lagernadeln um ein Vielfaches größer ist als der typischerweise im μm-Bereich gruppierte Kugeldurchmesser. Daher lassen sich kostengünstigere Kugeln verwenden, als diejenigen, welche in Wälzlagern eingesetzt werden.
Die auf die vorbeschriebenen Weise hergestellten Rollen für Wälzlager lassen sich überall dort einsetzen, wo das Vorhandensein einer definierten, zentrisch balligen Stirnseitenkontur gefordert wird. Dies ist insbesondere der Fall bei Axiallagern, die vergleichsweise hohen Lagerdrehzahlen mit entsprechend hohen Fliehkräften ausgesetzt sind. Auch tonnenförmige Wälzkörper für Toroidallager lassen sich in der beschriebenen Weise herstellen, und deren Verwendung für Toroidallager wird mit beansprucht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine axiale Draufsicht auf einen Wälzkörperkranz eines Axiallagers mit Käfig sowie mit in Käfigtaschen aufgenommenen Lagernadeln, und
2 eine Schnittdarstellung eines kugelförmigen Rohlings sowie der daraus gefertigten Lagernadel.
Der Wälzkörperkranz 1 für ein Axialnadellager gemäß 1 besteht aus einem Käfig 2 mit Taschen 3, in denen jeweils eine Lagernadel 4 aufgenommen ist. Die von den Lagernadeln 4 bei sehr hohen Drehzahlen ausgehenden Radialkräfte müssen von der radial äußeren Begrenzungsfläche 6 der Taschen 3 zerstörungsfrei aufgenommen werden. Zu diesem Zweck weisen die Lagernadeln 4 an ihren axialen Enden jeweils eine ballige Stirnfläche 7 auf, die eine hohe Oberflächengüte aufweisen, so dass sich die Lagernadeln 4 nicht in diese äußeren Begrenzungsflächen 6 der Taschen 3 hineinbohren. Der Durchmesser d der Lagernadeln 4 ist typischerweise kleiner als 2 mm, während die Länge L weniger als 4 mm beträgt. Das Verhältnis Länge L zu Durchmesser d beträgt aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr als 3:1.
2 veranschaulicht die Herstellung der Lagernadeln 4 aus einem kugelförmigen Rohling 5, insbesondere aus einer Wälzlagerkugel. Die Länge L der Lagernadeln 4 entspricht dem Durchmesser D des kugelförmigen Rohlings 5, während der Durchmesser d der Lagernadeln 4 frei vorgebbar ist. Die Lagernadel 4 mit der Rotationsachse 8 wird durch Abschleifen des schraffiert dargestellten Bereiches 9 auf ihren Durchmesser d hergestellt, wobei die balligen Stirnflächen 7 der Lagernadel 4 den Radius des kugelförmigen Rohlings 5 aufweisen und keinerlei Nachbearbeitung bedürfen. Die 2 zeigt eine Vergrößerung eines kugelförmigen Rohlings 5 mit einem Durchmesser von 2,25 mm, aus dem eine Lagernadel 4 mit einer Länge L = 2,25 mm und einem Durchmesser d von 1 mm hergestellt wird.
Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörperkranz
2: Käfig
3: Tasche
4: Lagernadel
5: Kugelförmiger Rohling
6: Radial äußere Begrenzungsfläche einer Tasche
7: Ballige Stirnfläche der Lagernadel
8: Achse der Lagernadel
9: Abzuschleifender Bereich des kugelförmigen Rohlings
D: Durchmesser des kugelförmigen Rohlings
L: Länge der Lagernadel
d: Durchmesser der Lagernadel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006041586 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen von Rollen für Wälzlager, insbesondere von Lagernadeln (4) mit balligen Stirnflächen (7) für hochtourige Axialnadellager, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines kugelförmigen Rohlings (5) mit einem der Lagernadellänge (L) entsprechenden Durchmesser (D); b) Schleifen des kugelförmigen Rohlings (5) in die Zylinderform der Lagernadeln (4) auf deren vorgegebenen Durchmesser (d).
Verwendung von Wälzlagerkugeln (5) zur Herstellung von Lagernadeln (4) mit balligen Stirnflächen (7) mit einem der Lagernadellänge (L) entsprechenden Durchmesser, die zur Zylinderform der Lagernadeln (4) mit einem vorgegebenen Durchmesser (d) geschliffen sind.
Verwendung von Wälzlagerkugeln (5) aus einem wälzkörpertauglichen, für eine wälzkörperspezifische Wärmebehandlung geeigneten Werkstoff zur Herstellung von Lagernadeln (4) mit balligen Stirnflächen (7) durch Schleifen der Wälzlagerkugeln (5) mit einem einer vorgegebenen Lagernadellänge (L) entsprechenden Durchmesser (D) auf ihre Zylinderform mit einem vorgegebenen Durchmesser (d).
Verwendung von Lagernadeln (4) mit balligen Stirnflächen (7) in hochtourigen Axiallagern, wobei die Lagernadeln (4) aus Wälzkörperkugeln (5) aus einem wälzkörpertauglichen, für eine wälzkörperspezifische Wärmebehandlung geeigneten Werkstoff und mit einem der Lagernadellänge (L) entsprechenden Durchmesser (D) durch Schleifen auf ihre Zylinderform mit vorgegebenem Durchmesser (d) gebracht sind.