DE102018124832A1 - Welded, at least partially hardened angle ring, bearing module with angle ring and method for manufacturing the angle ring - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Winkelring (1) mit einem im Längsschnitt L-förmigen Profil, der eine scheibenartige Axialkomponente (2) besitzt, die sich an eine ringartige Radialkomponente (3) anschließt, wobei eine gehärtete Randschicht (4) der Radialkomponente (3) an einer axialkomponentenzugewandten Stirnseite (5) unterbrochen ist und die Radialkomponente (3)dort über eine durch ein Durchgangsloch (6) in der Axialkomponente (2) hindurchgehende Schweißverbindung (7), die einen randschichtbeabstandeten, weichen Zentralbereich (8) der Radialkomponente (3) erreicht, mit der Axialkomponente (2) verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Lagermodul mit einer Welle, auf der ein Zahnrad vorhanden ist, wobei sich zumindest das Zahnrad in Anlage mit dem erfindungsgemäßen Winkelring (1) befindet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Fertigen eines erfindungsgemäßen Winkelrings (1).The invention relates to an angular ring (1) with an L-shaped profile in longitudinal section, which has a disk-like axial component (2) which adjoins a ring-like radial component (3), with a hardened edge layer (4) of the radial component (3) one end face (5) facing the axial component is interrupted and the radial component (3) there via a welded connection (7) which passes through a through hole (6) in the axial component (2) and which reaches a soft central area (8) of the radial component (3) which is spaced from the edge layer , is connected to the axial component (2). The invention also relates to a bearing module with a shaft on which a gearwheel is present, at least the gearwheel being in contact with the angle ring (1) according to the invention. The invention also relates to a method for manufacturing an angle ring (1) according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelring mit einem im Längsschnitt L-förmigen Profil, der eine scheibenartige Axialkomponente besitzt, die sich an eine ringartige Radialkomponente anschließt. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Lagermodul mit einer (Getriebe-) Welle, auf der ein Zahnrad vorhanden ist. Zusätzlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Fertigen eines Winkelrings.The present invention relates to an angle ring with an L-shaped profile in longitudinal section, which has a disk-like axial component which adjoins a ring-like radial component. Furthermore, the invention also relates to a bearing module with a (gear) shaft on which a gearwheel is present. In addition, the invention also relates to a method for producing an angle ring.
Radiallager, wie bspw. Standard KI-Lager weisen einen glatten Innenring mit Nadeln in einem Käfig auf. Die Laufbahn der Innenringe kann hierbei „centerless“ gefertigt werden. In einigen Anwendungen wird das KI-Lager zusammen mit einer separaten Anlaufscheibe für die gelagerten Zahnräder verbaut. Jedoch führt die separate Scheibe bei großen Drehzahlunterschieden zu starker Erwärmung des anlaufenden Käfigs, was zum Ausfall des KI-Lagers führt. Um dieses Problem der Drehzahlunterschiede zu beheben, wurden der Innenring und die Scheibe zu einem einteiligen Winkelring zusammengeführt. Dadurch sind die Drehzahlunterschiede zwischen dem Käfig und dem Käfiganlaufpunkt geringer, wodurch sich die Erwärmung reduziert. Jedoch ist ein solcher einteiliger Winkelring sehr aufwändig zu fertigen, da er einen höheren Materialeinsatz und ein erhöhtes Zerspanungsvolumen bedingt. Darüber hinaus muss bei einem solchen einteiligen Winkelring die Einstich- statt die Centerlesstechnologie verwendet werden, um die Laufbahn der Innenringe auszubilden. Dadurch wird die Herstellung solcher einteiligen Winkelringe sehr aufwändig und teuer.Radial bearings, such as standard AI bearings, have a smooth inner ring with needles in a cage. The raceway of the inner rings can be made "centerless". In some applications, the AI bearing is installed together with a separate thrust washer for the gear wheels. However, with large differences in speed, the separate disc leads to excessive heating of the starting cage, which leads to the failure of the AI bearing. In order to solve this problem of speed differences, the inner ring and the disc were brought together to form a one-piece angle ring. As a result, the speed differences between the cage and the cage start point are smaller, which reduces the heating. However, such a one-piece angle ring is very complex to manufacture, since it requires a higher amount of material and an increased machining volume. In addition, with such a one-piece angle ring, the puncture technology instead of the center reading technology must be used in order to form the raceway of the inner rings. This makes the production of such one-piece angle rings very complex and expensive.
Die
Nachteilig im Stand der Technik ist hierbei jedoch, dass die Anlaufscheibe mit der Getriebewelle und nicht mit dem Lagerinnenring verbunden ist. Eine stoffschlüssige Verbindung der Anlaufscheibe mit dem Lagerinnenring mittels klassischem Schweißen ist hier aufgrund der eingesetzten Werkstoffe und der verwendeten Härteverfahren, insbesondere bzgl. des Innenrings, nicht möglich. Auch andere stoffschlüssiger Verbindungen, wie bspw. Kleben, entfallen aufgrund der Einsatzbedingungen, da sich bspw. die Komponenten zu stark erwärmen.However, it is disadvantageous in the prior art that the thrust washer is connected to the gear shaft and not to the bearing inner ring. A cohesive connection of the thrust washer to the bearing inner ring by means of classic welding is not possible here due to the materials used and the hardening processes used, in particular with regard to the inner ring. Other cohesive connections, such as gluing, are also eliminated due to the operating conditions, since the components heat up too much, for example.
Andere übliche Technologien, wie bspw. Schrauben, Nieten, Verstiften etc. sind aufgrund der begrenzten Wandstärken (möglichst leichte Bauart) nicht umsetzbar. Darüber hinaus wären die erforderlichen Bearbeitungen dafür, wie Bohren, Gewindeerstellung etc., sehr kostenintensiv.Other common technologies, such as screws, rivets, pinning, etc., cannot be implemented due to the limited wall thickness (lightweight design possible). In addition, the necessary processing, such as drilling, threading, etc., would be very cost-intensive.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, und insbesondere einen Winkelring bereitzustellen, welcher aus zwei separaten Teilen mittels einer stoffschlüssigen Verbindung hergestellt wird und kostengünstig zu fertigen ist.The object of the invention is to avoid or at least alleviate the disadvantages of the prior art, and in particular to provide an angle ring which is produced from two separate parts by means of a material connection and is inexpensive to manufacture.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine gehärtete Randschicht der Radialkomponente an einer der Axialkomponente zugewandten Stirnseite unterbrochen ist und die Radialkomponenten dort über eine durch ein Durchgangsloch in der Axialkomponente hindurchgehende Schweißverbindung, die einen randschichtbeabstandeten, weichen Zentralbereich der Radialkomponente erreicht, mit der Axialkomponente verbunden ist. Somit können die Axialkomponente und die Radialkomponente separat und unabhängig voneinander gefertigt werden und anschließend durch die spezielle Vorbereitung der Komponenten miteinander verschweißt werden.The object of the invention is achieved in a generic device according to the invention in that a hardened peripheral layer of the radial component is interrupted on an end face facing the axial component and the radial components there via a welded connection which passes through a through hole in the axial component and which has a soft central region of the radial component which is spaced apart from the peripheral layer reached, is connected to the axial component. The axial component and the radial component can thus be manufactured separately and independently of one another and then welded to one another by the special preparation of the components.
Bezüglich des Lagermoduls wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass sich zumindest das Zahnrad in Anlage mit dem erfindungsgemäßen Winkelring befindet. Somit ist auch ein Lagermodul aufgrund des Winkelrings kostengünstig herstellbar.With regard to the bearing module, the object is achieved in that at least the gear wheel is in contact with the angle ring according to the invention. A bearing module can therefore also be produced inexpensively due to the angular ring.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Fertigen eines Winkelrings, insbesondere eines erfindungsgemäßen Winkelrings, umfasst zumindest die nachfolgenden Schritte: Herstellen einer scheibenartigen Axialkomponente und einer ringförmigen oder hülsenförmigen Radialkomponente aus einer Stahllegierung; Einbringen eines, vorzugsweise in Axialrichtung ausgerichteten, Durchgangslochs, bspw. an einem inneren distalen Ende der Axialkomponente, in das (weiche) Material der Axialkomponente; Ausbilden einer (Wälzkörperabroll-) Laufbahn auf der Innen- und/oder Außenumfangsfläche der Radialkomponente nach einem Randschichthärten, vorzugsweise der gesamten Oberfläche, der Radialkomponente; Beseitigen der Randschichthärtung an zumindest einem Teil einer der Axialkomponente zugewandten Stirnseite der Radialkomponente, bspw. mittels einer spanenden Bearbeitung, und Verschweißen eines randschichtbeabstandeten Zentralbereichs der Radialkomponente durch das Durchgangsloch hindurch. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die beiden Komponenten des Winkelrings unabhängig voneinander mithilfe der kostengünstigen Standardverfahren gefertigt werden können und lediglich eine kleine Zusatzbehandlung notwendig ist, um die beiden Komponente - trotz vorangegangenem Härteverfahren - miteinander verschweißen zu können.The method according to the invention for producing an angle ring, in particular an angle ring according to the invention, comprises at least the following steps: producing a disk-like axial component and an annular or sleeve-shaped radial component from a steel alloy; Introducing a through hole, preferably oriented in the axial direction, for example at an inner distal end of the axial component, into the (soft) material of the axial component; Forming a (rolling element rolling) raceway on the inner and / or outer circumferential surface of the radial component after an edge layer hardening, preferably the entire surface, of the radial component; Eliminating the hardening of the surface layer on at least part of an end face of the radial component facing the axial component, for example by means of machining, and welding a central region of the radial component which is spaced from the outer layer through the through hole. This procedure has the advantage that the Both components of the angle ring can be manufactured independently of one another using the inexpensive standard processes and only a small additional treatment is necessary in order to be able to weld the two components to one another - despite the previous hardening process.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained below.
So ist es von Vorteil, wenn zumindest die Radialkomponente als massives, von einem Dünnblech verschiedenes, Bauteil ausgebildet ist. Das ist insbesondere zur Ausbildung der Laufbahnoberfläche von Vorteil, da diese eine bestimmte Festigkeit aufweisen sollte.It is therefore advantageous if at least the radial component is designed as a solid component that differs from a thin sheet. This is particularly advantageous for the formation of the raceway surface, since it should have a certain strength.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass eine die Schweißverbindung realisierende Schweißnaht im Bereich des Durchgangslochs, bspw. an dessen Umfangsrand und/oder an dessen Projektionsfläche, vorhanden ist. Da das Durchgangsloch mit dem weichen Zentralbereich der Radialkomponente in Kontakt ist, eignet sich besonders der Bereich des Durchgangslochs zur Ausbildung der Schweißverbindung. Durch die Vorsehung der Schweißnaht an dem Umfangsrand des Durchgangslochs, also quasi in dessen Randzonen, und an der Radialkomponente im Bereich der unterbrochenen Randschicht, also dem Zentralbereich, kann der Wärmeeintrag beim Schweißen von dicken Bauteilen reduziert oder gar minimiert werden.An advantageous embodiment provides that a weld seam that realizes the welded connection is present in the area of the through hole, for example on its peripheral edge and / or on its projection surface. Since the through hole is in contact with the soft central area of the radial component, the area of the through hole is particularly suitable for forming the welded connection. Providing the weld seam on the circumferential edge of the through hole, that is to say in its marginal zones, and on the radial component in the region of the interrupted edge layer, that is to say the central region, the heat input when welding thick components can be reduced or even minimized.
Insbesondere dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Durchgangsloch im Wesentlichen in Axialrichtung / quer, bspw. orthogonal zur Radialrichtung ausgerichtet ist, d.h., orthogonal auf der Stirnfläche der Radialkomponente steht. Durch diese Ausrichtung des Durchgangslochs kann die Schweißverbindung besonders stabil ausgebildet werden.In particular, it has proven to be advantageous if the through hole is oriented essentially in the axial direction / transversely, for example orthogonally to the radial direction, that is, it is orthogonal to the end face of the radial component. This alignment of the through hole allows the welded connection to be made particularly stable.
Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Zentralbereich weiches, schweißbares Material besitzt, im Vergleich zur gehärteten Randschicht der Radialkomponente. Dies ermöglicht, das klassische Schweißen einzusetzen.Furthermore, it has proven to be advantageous if the central region has soft, weldable material compared to the hardened peripheral layer of the radial component. This enables classic welding to be used.
Auch von Vorteil ist es, wenn die Axialkomponente verglichen mit der gehärteten Randschicht der Radialkomponente weich ist, bspw. vergleichbar / identisch weich und/oder gut schweißbar wie der Zentralbereich der Radialkomponente. Somit kann ein klassisches Schweißverfahren zu Verbindung der beiden Komponenten eingesetzt werden.It is also advantageous if the axial component is soft compared to the hardened peripheral layer of the radial component, for example comparable / identically soft and / or easy to weld as the central region of the radial component. A classic welding process can thus be used to connect the two components.
Bei der Radialkomponente hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn zumindest Teile der gehärteten Randschicht geschliffen sind und/oder eine Laufbahn ausbilden, etwa auf der Innen- und oder Außenumfangsfläche. Dadurch können Standard Lagerringe, Innen- und/oder Außenringe, als Radialkomponente eingesetzt werden.With the radial component, it has proven to be advantageous if at least parts of the hardened surface layer are ground and / or form a raceway, for example on the inner and / or outer circumferential surface. As a result, standard bearing rings, inner and / or outer rings, can be used as radial components.
Um die gehärtete Randschicht an der mit der Schweißverbindung in Kontakt stehenden Stirnseite der Radialkomponente zu beseitigen, ist es von Vorteil, wenn diese Stirnseite spanend bearbeitet ist, etwa abgedreht / abgeschliffen ist. Die spanende Bearbeitung, bspw. durch Abdrehen oder Schleifen, ermöglicht, dass die Laufbahnoberfläche nicht zerstört wird, wie das bspw. durch Anlassen oder zu hohen Wärmeeintrag der Fall sein kann.In order to remove the hardened edge layer on the end face of the radial component that is in contact with the welded joint, it is advantageous if this end face is machined, for example turned off / ground off. Machining, for example by turning or grinding, ensures that the raceway surface is not destroyed, as can be the case, for example, by tempering or excessive heat input.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Laufbahn nachbearbeitungsfrei ist. Dies wird ermöglicht, indem der Wärmeeintrag beim Schweißen minimiert bzw. reduziert wird. Dadurch entstehen keine Verformungen oder Gefügeänderungen, welche die Härte der Laufbahn beeinträchtigen können.A particularly advantageous embodiment provides that the track is post-processing-free. This is made possible by minimizing or reducing the heat input during welding. This means that there are no deformations or structural changes that can affect the hardness of the track.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Durchgangsloch konisch ausgebildet ist, wobei die Spitze des Konus auf die Stirnseite der Radialkomponente zeigt. Der Konus vereinfacht das Einbringen der Schweißverbindung, insbesondere entlang des Umfangsrands des Durchgangslochs an der Spitze des Konus.An advantageous embodiment provides that the through hole is conical, the tip of the cone pointing to the end face of the radial component. The cone simplifies the introduction of the welded joint, in particular along the peripheral edge of the through hole at the tip of the cone.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn eine Vielzahl an Durchgangslöchern in Umfangsrichtung über die Axialkomponente verteilt an deren radial innenliegendem Ende vorhanden ist. Dadurch sind die beiden Komponenten an mehreren Stellen miteinander verbunden, was die Last auf die einzelne Schweißverbindung reduziert.In addition, it is advantageous if there are a plurality of through holes distributed in the circumferential direction over the axial component at its radially inner end. This means that the two components are connected to each other at several points, which reduces the load to the individual welded connection.
Abhängig von den gewünschten Eigenschaften ist es von Vorteil, wenn das Schweißen mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoff durchgeführt wird.Depending on the desired properties, it is advantageous if the welding is carried out with or without a filler metal.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Axialkomponente als eine Axialscheibe bzw. als eine Anlaufscheibe eine vorbestimmte Mindestdicke aufweist, vorzugsweise in einem Bereich von 5 mm bis 10 mm. Somit weist die Axialkomponente eine ausreichende Steifigkeit auf, um die Axialkräfte der zu lagernden Komponente, wie bspw. ein Zahnrad, aufzunehmen.It is also advantageous if the axial component as an axial disk or as a thrust washer has a predetermined minimum thickness, preferably in a range from 5 mm to 10 mm. Thus, the axial component has sufficient rigidity to absorb the axial forces of the component to be supported, such as a gear.
Für das Lagermodul hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Winkelring zwischen zwei auf der Welle vorhandenen Zahnrädern angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung kann die Anlaufscheibe die Axialkräfte von beiden Zahnrädern aufnehmen.It has proven to be advantageous for the bearing module if the angular ring is arranged between two gear wheels on the shaft. With such an arrangement, the thrust washer can absorb the axial forces of both gears.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Anordnung des Winkelrings und des Zahnrads oder der Zahnräder auf der Welle derart gewählt ist, dass das Zahnrad oder die Zahnräder bei bestimmten Betriebszuständen in Anschlag mit der Axialkomponente gelangen, aber die Radialkomponente das Zahnrad bzw. eines der Zahnräder radial lagert.It is also advantageous if the arrangement of the angle ring and the gear or the gears on the shaft is selected such that the Gear or the gears in certain operating conditions come into abutment with the axial component, but the radial component supports the gear or one of the gears radially.
Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass der Bord (die Axialkomponente) und der Ring mit Laufbahn (die Radialkomponente) separat hergestellt und anschließend dauerhaft verbunden werden. Durch die Rückführung der Ringgeometrie auf einen glatten Ring können kostengünstige „Centerless“-Prozesse, insbesondere für die Hartbearbeitung, eingesetzt werden. Des Weiteren reduziert sich der Materialeinsatz, insbesondere in der Weichbearbeitung, erheblich. Hierfür wird der Ring ohne Bord endbearbeitet, ebenso die Scheibe/der Bord (die Axialkomponente). Durch die spezielle Ausführung und Bearbeitung der Seitenflächen des Ringes (einseitige Abarbeitung der einsatzgehärteten Randschicht an der Fügestellt der Scheibe) wird es möglich, die Scheibe durch Schweißpunkte dauerhaft mit dem Ring zu verbinden. Die Scheibe selbst weist für die Schweißung Durchgangsbohrungen (Durchgangslöcher) auf, die gegebenenfalls konisch auszuführen sind. Diese liegen auf demselben Teilkreis wie die zu setzenden Schweißpunkte auf dem Ring, so dass die Schweißungen in der weichen Zone des gehärteten Ringes liegen. Die Anzahl der Bohrungen bzw. Schweißpunkte sind erfindungsgemäß so ausgeführt, dass das zu übertragende Drehmoment aufgenommen wird.In other words, the invention consists in that the flange (the axial component) and the ring with raceway (the radial component) are manufactured separately and then permanently connected. By returning the ring geometry to a smooth ring, cost-effective "centerless" processes, particularly for hard machining, can be used. Furthermore, the use of materials, especially in soft machining, is reduced considerably. For this, the ring is finished without a flange, as is the disc / flange (the axial component). The special design and processing of the side surfaces of the ring (one-sided processing of the case-hardened edge layer on the joint of the disc) makes it possible to permanently connect the disc to the ring using welding points. The disc itself has through holes (through holes) for welding, which may have to be conical. These lie on the same pitch circle as the welding points to be set on the ring, so that the welds lie in the soft zone of the hardened ring. According to the invention, the number of bores or welding spots are designed such that the torque to be transmitted is absorbed.
Man kann also auch sagen, dass die Erfindung darin besteht, dass ein Winkelring aus einem randschichtgehärteten Innenring eines KI-Lagers, welcher an einer Stirnseite die Randschicht abgeschliffen ist, und einer Scheibe zusammengesetzt ist, welche eine konische Bohrung aufweist, wobei der Innenring und die Scheibe durch Schweißen gefügt wird. Dadurch lassen sich auch massive, an sich randschichtgehärtete Bauteile nur sehr schwer schweißen. Die Axialkomponente ist vorzugsweise weich und der Innenring ist vorzugsweise hart (d.h., z.B. randschichtgehärtet). Dabei weist der Innenring vorzugsweise eine gehärtete und in Wälzlaufbahnqualität (für das Lager) geschliffene Oberfläche auf.It can also be said that the invention consists in that an angular ring is composed of an inner ring of an AI bearing hardened by the outer layer, which is ground on one end face of the outer layer, and a disc which has a conical bore, the inner ring and the Disc is joined by welding. This makes it very difficult to weld even massive, surface-hardened components. The axial component is preferably soft and the inner ring is preferably hard (i.e., e.g. surface hardened). In this case, the inner ring preferably has a hardened surface which is ground in the rolling race quality (for the bearing).
Die Erfindung wird nachfolgend mithilfe von Figuren näher erläutert, in denen eine beispielhafte Ausführungsform dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 die Komponenten eines erfindungsgemäßen Winkelrings vor dem Schweißen; und -
2 die Komponenten des erfindungsgemäßen Winkelrings nach dem Schweißen.
-
1 the components of an angle ring according to the invention before welding; and -
2nd the components of the angle ring according to the invention after welding.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are only schematic in nature and only serve to understand the invention. The same elements are provided with the same reference symbols.
Der Winkelring
Wie in
Vorzugsweise dient der Winkelring
Zur Aufnahme von Axialkräften hat sich insbesondere der Einsatz von Axialscheiben
Die Radialkomponente
Daher weist die Radialkomponente
Die Schweißverbindung
Der Zentralbereich
In der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist das Durchgangsloch
Vorzugsweise ist in Umfangsrichtung betrachtet eine Vielzahl an Durchgangslöchern
Um die Axialkomponente
Nachfolgend wird das Verfahren zum Fertigen eines solchen Winkelrings
Zunächst werden die beiden Komponenten, sprich die Axialkomponente
Hierzu wird u.a. zumindest ein Durchgangsloch
Die Radialkomponente
Danach werden die Axialkomponente
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- WinkelringAngle ring
- 22nd
- AxialkomponenteAxial component
- 33rd
- RadialkomponenteRadial component
- 44th
- RandschichtBoundary layer
- 5 5
- StirnseiteFace
- 66
- DurchgangslochThrough hole
- 77
- SchweißverbindungWelded joint
- 88th
- ZentralbereichCentral area
- 99
- AxialscheibeThrust washer
- 1010th
- LagerinnenringBearing inner ring
- 1111
- AußenumfangOuter circumference
- 1212th
- radial innenliegendes Ende radially inner end
- AA
- Achseaxis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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-
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-
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