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Die Erfindung betrifft eine Lagerschale für ein Halbschalenlager, die auf einer ersten Seite mindestens eine Laufbahn für Wälzkörper aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lagerschale, ein Halbschalenlager sowie dessen Verwendung.
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Die
DE 10 2010 006 262 A1 beschreibt ein gattungsgemäßes Halbschalenlager zur Verwendung für eine Scheibenbremse bei Kraftfahrzeugen. In
1 der
DE 10 2010 006 262 A1 wird eine typische Einbausituation eines solchen Halbschalenlagers dargestellt.
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Lagerschalen für Halbschalenlager beziehungsweise Halbschalennadellager, insbesondere zum Einsatz für Scheibenbremsen an Nutzfahrzeugen, werden in der Regel aus einem kaltumformbaren bandförmigen Grundmaterial wie Stahl hergestellt, der üblicherweise einsatzgehärtet ist. Aufgrund der auftretenden hohen, nahezu statischen Lasten in der Scheibenbremse ist in der Regel eine definierte hohe Einsatzhärtetiefe zu wählen.
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Die Lagerschalen werden üblicherweise mit seitlichen Borden ausgeformt, die durch ein Rollen des bandförmigen Grundmaterials aufgestellt werden. Um diesen Umformprozess durchführen zu können ist es notwendig, das Grundmaterial im Bereich der Borde abzuwalzen. Die im Einsatz des Halbschalenlagers aufgrund der auftretenden hohen statischen Lasten notwendige hohe Einsatzhärtetiefe führt dazu, dass die Borde im Bereich der Abwalzung durchgehärtet sein können. Die Durchhärtung führt zu einer signifikanten Reduzierung der Elastizität der Borde, was zu Bordbrüchen unter axialer Belastung führen kann. Weiherhin führt die zur Materialstärke im Bereich der Borde vergleichsweise hohe Einsatzhärtetiefe zur Reduzierung der Elastizität an der Lagerschale vorzusehender Schnapphaken und Verdrehsicherungen, was teilweise durch zusätzliche induktive Anlassprozesse lokal kompensiert werden muss. Dies führt zu Kostenerhöhungen durch den notwendigen Zusatzprozess.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lagerschale beziehungsweise ein Halbschalenlager mit einer derartigen Lagerschale bereitzustellen, die trotz der notwendigen hohen Einsatzhärtetiefe eine ausreichende Elastizität aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lagerschale sowie eine Verwendung des Halbschalenlagers angegeben werden.
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Die Aufgabe wird für eine Lagerschale für ein Halbschalenlager, die auf einer ersten Seite mindestens eine Laufbahn für Wälzkörper aufweist, dadurch gelöst, dass die Lagerschale in einem Härteverfahren gehärtet ist, wobei die Lagerschale einen Grundkörper aus Stahl aufweist, wobei der Grundkörper auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite mindestens eine Beschichtung aus einem Beschichtungsmaterial aufweist, welches eingerichtet ist, während des Härteverfahrens im Bereich der zweiten Seite eine Diffusionssperre für Kohlenstoff und/oder Stickstoff in Richtung des Grundkörpers zu bilden.
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Die Aufgabe wird für ein Halbschalenlager, insbesondere Halbschalennadellager, umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Lagerschale sowie eine Anzahl an Wälzkörpern gelöst.
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Die Aufgabe wird weiterhin für das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lagerschale mit folgenden Schritten gelöst:
- – Bereitstellung eines bandförmigen Grundmaterials aus Stahl, das einseitig mit der mindestens einen Beschichtung versehen ist;
- – Umformen des bandförmigen Grundmaterials mittels einer Kaltumformung zu einem Lagerschalen-Vorformling; und
- – Härten, insbesondere Einsatzhärten oder Nitrieren, des Lagerschalen- Vorformlings unter Bildung der Lagerschale.
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Durch den Einsatz eines einseitig beschichteten, insbesondere plattierten, bandförmigen Grundkörpers aus Stahl wird beim Härten des bandförmigen Grundkörpers durch die mindestens eine Beschichtung eine Diffusionssperre ausgebildet, die dazu führt dass der Grundkörper nur einseitig im Bereich der mindestens einen Laufbahn gehärtet wird und somit auch nur einseitig die erforderliche tragfähige Randschicht entsteht. Durch den großen, nur geringfügig durch das Härten beeinflussten Materialquerschnitt behält die Lagerschale eine hohe Elastizität, insbesondere in den kritischen Bereichen der seitlichen Borde und der federelastischen Schnapphaken, bei gleichzeitig ausreichend hoch dimensionierter Härte der Laufbahn(en). Die zulässige Einsatzhärtetiefe kann bei der erfindungsgemäßen Lagerschale so weit vergrößert werden, dass ein damit ausgestattetes Halbschalenlager auch für sehr hohe statische Lasten einsetzbar ist. Anderseits kann bei gleichbleibenden Lasten die Materialstärke einer Lagerschale reduziert werden, was zu Kosteneinsparungen und einer Gewichtsreduzierung führt. Auch die Erhöhung der Elastizität von Schnapphaken an der erfindungsgemäßen Lagerschale führt durch den Entfall bisher notwendiger Anlassprozesse zu Kosteneinsparungen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Lagerschale ist diese in einem Einsatzhärteverfahren umfassend einen Verfahrensschritt einer Aufkohlung gehärtet und das Beschichtungsmaterial ist ein metallisches Beschichtungsmaterial aus überwiegend Nickel und/oder Kupfer und/oder Kobalt. Das metallische Beschichtungsmaterial besitzt eine ausreichende Duktilität und kann zusammen mit dem Grundkörper aus Stahl umgeformt werden, ohne dass eine Ablösung der Beschichtung vom Grundkörper zu befürchten wäre. Die Aufkohlung erfolgt bevorzugt in einer kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre.
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In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform der erfindungsmäßen Lagerschale ist diese in einem Einsatzhärteverfahren umfassend einen Verfahrensschritt einer Carbonitrierung gehärtet und das Beschichtungsmaterial ist ein metallisches Beschichtungsmaterial aus überwiegend aus Nickel und/oder Kupfer. Das metallische Beschichtungsmaterial besitzt eine ausreichende Duktilität und kann zusammen mit dem Grundkörper aus Stahl umgeformt werden, ohne dass eine Ablösung der Beschichtung vom Grundkörper zu befürchten wäre. Beim Carbonitrieren erfolgt sowohl eine Aufkohlung als auch Nitrierung. Dies erfolgt bevorzugt in einer kohlenstoffhaltigen und/oder stickstoffhaltigen Gasatmosphäre, wobei das Carburieren und das Nitrieren nacheinander oder gleichzeitig erfolgen kann.
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Bevorzugt weist die mindestens eine Beschichtung der Lagerschale eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 50 µm, bevorzugt 30 bis 45 µm, auf. Die Beschichtung, insbesondere die metaliische Beschichtung, ist insbesondere durch Plattieren auf den Grundkörper aus Stahl aufgebracht. Aber auch ein einseitiger nasschemischer Auftrag der mindestens einen Beschichtung auf den Grundkörper ist möglich. Dabei kann die Beschichtung eine oder mehrere Teilschichten umfassen, wobei aneinander angrenzende Teilschichten insbesondere unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen können.
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Die erfindungsgemäße Lageschale weist insbesondere zwei Längsseiten auf, wobei an jeder der Längsseiten ein in Richtung der mindestens einen Laufbahn zeigender Bord angeordnet ist. Die Borde können dabei auch geschlitzt ausgeführt sein oder Unterbrechungen oder Öffnungen aufweisen.
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Insbesondere ist der Bord durch eine Kaltumformung des Grundkörpers mit der mindestens einen Beschichtung hergestellt. Als Kaltumformverfahren kommen bevorzugt das Tiefziehen und ein Fließpressen in Frage.
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Das erfindungsgemäße Halbschalenlager kann eine oder zwei erfindungsgemäße Lagerschalen aufweisen. Bei einem Vorhandensein von zwei Lagerschalen sind deren Laufbahnen jeweils den Wälzkörpern zugewandt angeordnet.
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Das Halbschalenlager weist bevorzugt eine einzelne Lagerschale mit seitlichen Borden zur Führung von Wälzkörpern auf, optional weiterhin einen Lagerkäfig zur Aufnahme der Wälzkörper. Die einzelne Lageschale liegt nach einem Einbau des Halbschalenlagers in eine Scheibenbremse in einer Brücke des Bremssattels und bildet die Laufbahn für die Wälzkörper.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Halbschalenlager zwei Lagerschalen auf. Hierbei befindet sich die weitere Lagerschale nach einem Einbau des Halbschalenlagers in eine Scheibenbremse auf dem Bremshebel und bildet eine weitere Laufbahn für die Wälzkörper aus. Es wird somit eine gekapselte, insbesondere mit Fett befüllte, Lagereinheit gebildet. Auch die weitere Lagerschale weist bevorzugt seitliche Borde auf, mit welchen eine formschlüssige Verbindung zur ersten Lagerschale erreicht werden kann. Die beiden Lagerschalen sind vorzugsweise durch Schnapphaken oder Verdrehsicherungen mit dem Bremshebel und der Brücke verbunden, beziehungsweise darin oder daran in ihrer Lage fixiert.
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Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Halbschalenlagers führt zu einer Kostenreduzierung und erhöht die Funktionssicherheit der Scheibenbremse.
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Die Wälzkörper des Halbschalenlagers werden dabei bevorzugt in einen Lagerkäfig aus Kunststoff oder Metall gehaltert und geführt. Der Lagerkäfig weist dazu Taschen zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers auf. Häufig sind diese Taschen als Doppeltaschen ausgeführt, um eine maximale statische Tragfähigkeit zu gewährleisten. Besonders haben sich nadelförmige Wälzkörper bewährt, so dass ein Halbschalennadellager ausgebildet ist.
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Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Halbschalenlagers zur Lagerung eines Betätigungshebels einer, insbesondere hydraulisch betätigten, Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug, hat sich als vorteilhaft erwiesen.
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Die 1 bis 5 sollen erfindungsgemäße Lagerschalen sowie erfindungsgemäße Halbschalenlager und deren Verwendung beispielhaft erläutern. So zeigt:
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1 eine Lagerschale in dreidimensionaler Ansicht;
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2 im Schnittbild einen vergrößerten Ausschnitt der Lagerschale gemäß 1 im Bereich eines Bords;
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3 ein erfindungsgemäßes Halbschalenlager mit einer Lagerschale in dreidimensionaler Ansicht;
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4 eine weitere Lagerschale in dreidimensionaler Ansicht; und
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5 einen Längsschnitt durch ein weiteres Halbschalenlager mit zwei Lagerschalen.
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1 zeigt eine Lagerschale 1; 1a in dreidimensionaler Ansicht mit zwei Längsseiten 9a, 9b, wobei an jeder der Längsseiten 9a, 9b ein in Richtung einer Laufbahn 2a für Wälzkörper zeigender Bord 7a, 7b angeordnet ist. 2 zeigt im Schnittbild einen vergrößerten Ausschnitt der Lagerschale 1; 1a gemäß 1 im Bereich des Bords 7b. Die Lagerschale 1; 1a ist in einem Härteverfahren gehärtet. Die Lagerschale 1; 1a weist einen Grundkörper 5 (vergleiche 2) aus Stahl und auf einer ersten Seite 2 die Laufbahn 2a für Wälzkörper auf. Der Grundkörper 5 weist auf einer der ersten Seite 2 abgewandten zweiten Seite 3 eine Beschichtung 6 aus einem Beschichtungsmaterial auf, welches eingerichtet ist, während des Härteverfahrens im Bereich der zweiten Seite 3 eine Diffusionssperre für Kohlenstoff in Richtung des Grundkörpers 5 zu bilden. Im Schnittbild durch den Bord 7b gemäß 2 ist in der vergrößerten Darstellung auf der ersten Seite 2 eine gehärtete Randschicht 5a des Grundkörpers 5 erkennbar, während auf der gegenüberliegenden zweiten Seite 3 die Beschichtung 6 erkennbar ist. Die Beschichtung 6 ist hier als eine metallische Beschichtung aus Kupfer oder Nickel in einer Schichtdicke von 45 µm ausgebildet, welche eine Diffusionssperre für Kohlenstoff ausbildet und beim hier gewählten Einsatzhärten der Lagerschale 1; 1a im Aufkohlungsschritt eine Diffusion von Kohlenstoff in die Lagerschale 1; 1a auf der zweiten Seite 3a verhindert. Dadurch verbleiben die Borde 7a, 7b der Lagerschale 1; 1a, die im Vergleich zum Rest der Lagerschale 1; 1a fertigungsbedingt eine geringere Materialstärke aufweisen, zumindest teilweise im ursprünglichen, ungehärteten Zustand des Grundkörpers 5 bestehen und sind dadurch ausreichend elastisch und im späteren Einsatz weniger anfällig für eine Rissbildung oder Bordbrüche. Weiterhin sind Haken 10 an der Lagerschale 1; 1a vorhanden, die als Schnapphaken und/oder Verdrehsicherungen fungieren. Die Elastizität der Haken 10 ist aufgrund der Beschichtung 6 ebenso optimiert wie im Bereich der Borde 7a, 7b.
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3 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein erfindungsgemäßes Halbschalenlager 100 in Form eines Halbschalennadellagers mit einer Lagerschale 1; 1a, die zwei Längsseiten 9a, 9b aufweist, wobei an jeder der Längsseiten 9a, 9b ein in Richtung einer Laufbahn 2a für Wälzkörper 4 zeigender Bord 7a, 7b angeordnet ist. Die Wälzkörper 4 sind in einem Lagerkäfig 8, hier aus Kunststoff, gehalten. Auf einer der ersten Seite 2 abgewandten zweiten Seite 3 ist eine Beschichtung 6 aus einem Beschichtungsmaterial vorhanden, welches eingerichtet ist, während des Härtens der Lagerschale 1; 1a im Bereich der zweiten Seite 3 eine Diffusionssperre für Kohlenstoff zu bilden. Weiterhin sind Haken 10 an der Lagerschale 1; 1a vorhanden, die als Schnapphaken und/oder Verdrehsicherungen fungieren. Die Elastizität der Haken 10 ist aufgrund der Beschichtung 6 ebenso optimiert wie im Bereich der Borde 7a, 7b.
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4 zeigt eine weitere Lagerschale 1b in dreidimensionaler Ansicht mit zwei Längsseiten 9a´, 9b´, wobei an jeder der Längsseiten 9a´, 9b´ ein in Richtung einer Laufbahn 2a´ für Wälzkörper zeigender Bord 7a´, 7b´ angeordnet ist. Die Lagerschale 1b ist in einem Härteverfahren gehärtet. Die Lagerschale 1b weist einen Grundkörper 5 (vergleiche 2) aus Stahl und auf einer ersten Seite 2´ die Laufbahn 2a´ für Wälzkörper auf. Auf einer der ersten Seite 2´ abgewandten zweiten Seite 3´ ist eine Beschichtung 6´ aus einem Beschichtungsmaterial aufgebarcht, welches eingerichtet ist, während des Härteverfahrens im Bereich der zweiten Seite 3´ eine Diffusionssperre für Kohlenstoff und Stickstoff in Richtung des Grundkörpers 5 zu bilden. Auf der ersten Seite 2´ ist eine gehärtete Randschicht 5a (vergleiche 2) vorhanden, während auf der gegenüberliegenden zweiten Seite 3´ die Beschichtung 6´ erkennbar ist. Die Beschichtung 6´ ist hier als eine metallische Beschichtung aus Nickel in einer Schichtdicke von 45 µm ausgebildet, die auf den Grundkörper 5 aufplattiert ist. Beim hier gewählten Einsatzhärten in Form einer Carbonitrierung der Lagerschale 1b wird eine Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff in die Lagerschale 1b auf der zweiten Seite 3´ aufgrund der Beschichtung 6´ verhindert. Dadurch verbleiben die Borde 7a´, 7b´ der Lagerschale 1b, die im Vergleich zum Rest der Lagerschale 1b fertigungsbedingt eine geringere Materialstärke aufweisen, zumindest teilweise im ursprünglichen, ungehärteten Zustand des Grundkörpers 5 bestehen und sind dadurch ausreichend elastisch und im späteren Einsatz weniger anfällig für eine Rissbildung oder Bordbrüche. Weiterhin sind Haken 10´ an der Lagerschale 1b vorhanden, die als Schnapphaken und/oder Verdrehsicherungen fungieren. Die Elastizität der Haken 10´ ist aufgrund der Beschichtung 6´ ebenso optimiert wie im Bereich der Borde 7a´, 7b´.
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5 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein weiteres Halbschalenlager 100´ mit zwei Lagerschalen 1a, 1b. Gleiche Bezugszeichen wie in den 1 und 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Das Halbschalenlager 100´ ist in Form eines Halbschalennadellagers ausgebildet. Die beiden Lagerschalen 1a, 1b sind oberhalb und unterhalb eines Lagerkäfigs 8 mit Wälzkörpern 4 angeordnet. Die Wälzkörper 4 sind in dem Lagerkäfig 8, hier aus Kunststoff, gehalten. Dabei sind je zwei Wälzkörper 4 in einer Tasche des Lagerkäfigs 8 gehalten. Die Lagerschalen 1a, 1b weisen auf ihren dem Lagerkäfig 8 zugewandten ersten Seiten 2, 2´ jeweils eine gehärtete Randschicht 5a (vergleiche 2) auf, welche jeweils die Laufbahn 2a, 2a´ ausbildet und eine ausreichende Überrollbarkeit und Tragfähigkeit für die darauf abwälzenden Wälzkörper 4 aufweist. Die Borde 7a, 7b; 7a´, 7b´ sowie die Haken 10; 10´ (vergleiche auch die 1 und 4) weisen ausgehend von der zweiten Seite 3, 3´ jeweils die Beschichtung 6, 6´ auf, so dass in das an die Beschichtung 6, 6´ das angrenzende Grundmaterial 5 (vergleiche 2) kein Kohlenstoff beziehungsweise kein Kohlenstoff und Stickstoff eindiffundieren konnten. Damit sind die Borde 7a, 7b; 7a´, 7b´ sowie die Haken 10; 10´ (vergleiche auch die 1 und 4) ausreichend elastisch und im späteren Einsatz weniger anfällig für eine Rissbildung oder Bord-/Hakenbrüche.
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Die 1 bis 5 zeigen lediglich Beispiele für Lagerschalen und Halbschalenlager. So ist die Ausbildung der Haken, das Vorhandensein eines Lagerkäfigs und dessen Ausgestaltung, weiterhin die Form und Lage der Taschen des Lagerkäfigs, usw. frei wählbar. Auch die Form und Ausrichtung der Borde kann variieren, insbesondere können die Borde anstelle eines durchgehenden Verlaufs an den Längsseiten der Lagerschale auch unterbrochen ausgebildet sein. So kann ein durchgehender Bord Öffnungen aufweisen oder ein Bord sich aus einzelnen, in Form von umgeklappten Flügellaschen ausgebildeten Einzelborden zusammensetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a, 1b
- Lagerschale
- 2; 2´
- erste Seite
- 2a, 2a´
- Laufbahn
- 3; 3´
- zweite Seite
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Grundkörper
- 5a
- gehärtete Randschicht
- 6, 6´
- Beschichtung
- 7a, 7b; 7a´, 7b´
- Bord
- 8
- Lagerkäfig
- 9a, 9b; 9a´, 9b´
- Längsseite
- 10, 10´
- Haken
- 100; 100´
- Halbschalenlager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010006262 A1 [0002, 0002]
