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Vorliegende Erfindung betrifft einen geschmiedeten Außenring gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist ein Außenring, insbesondere für ein Radlager bekannt, der im Rahmen eines Gesenkschmiedeverfahrens hergestellt wird. Dabei wird ein relativ dünnwandiger Rohling für den Außenring hergestellt und der Außenring anschließend durch einen axialen Freiform-Schmiedeschritt bereichsweise derart aufgeweitet, dass er seine endgültige Form erhält. Dadurch entsteht ein Außenring mit einer auf seiner äußeren Mantelfläche umlaufende Vertiefung. Die Vertiefung ist axial in einem Bereich angeordnet, in dem die Wandstärke des Außenrings ohne Vertiefung größer ist als ein im Sinne einer ausreichenden Stabilität des Außenrings erforderlicher Wert, so dass die mechanischen Eigenschaften des Außenrings durch die Vertiefung nicht in unzulässiger Weise negativ beeinflusst werden. Die Vertiefung ermöglicht zudem eine Materialeinsparung und ermöglicht somit im Hinblick auf den Materialverbrauch eine kostengünstigere Fertigung. Ebenfalls führt sie zu einer deutlichen Reduzierung des Gewichts des Außenrings, was insbesondere bei einem Einsatz in einem Radlager wünschenswert ist.
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Nachteilig bei einem derartigen Außenring ist jedoch, dass die Ausbildung der Vertiefung bzw. der Schmiedeprozess im allgemeinen zu sich konisch verjüngende Wandstärken in Richtung zumindest eines Randbereichs des Außenrings führen. Da jedoch dieser Randbereich des Außenrings im Betrieb des Lagers besonders beansprucht wird, bilden die verjüngten Wandabschnitte eine Schwachstelle, so dass der gesamte Lagerring nicht beliebig dünn ausgebildet werden kann, oder die Lebensdauer und Belastbarkeit des Lagers begrenzt ist.
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Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, einen geschmiedeten Außenring bereitzustellen, der zum einen möglichst leicht ist, zum anderen aber eine erhöhte Belastbarkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine geschmiedeten Außenring gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Außenrings gemäß Patentanspruch 8 und einer Schmiedeform gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
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Im Folgenden wird ein geschmiedeter Außenring für ein Kegelrollenlager, insbesondere ein Radlager, vorgestellt, der zumindest einen ersten kegelförmig ausgebildeten Ringabschnitt mit einem kleinen Innendurchmesser und einem großen Innendurchmesser, an dessen Innenseite eine Laufbahn für einen ersten Satz Kegelrollen ausgebildet ist, aufweist. Weiterhin umfasst der Außenring einen Flansch-Ringabschnitt, der dazu ausgelegt ist, den Außenring an einem Bauteil zu befestigen, und einen mittleren Ringabschnitt, der zwischen dem kegelförmig ausgebildeten Ringabschnitt und dem Flanschabschnitt angeordnet ist. Dabei entspricht der kleine Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts einem Innendurchmesser des mittleren Ringabschnitts und der große Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts ist an einem dem Flanschabschnitt gegenüberliegenden axialen Ende des Außenrings angeordnet.
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Um einen möglichst leichten, aber im Vergleich zu den bekannten Lagerringen stabileren und belastbareren Außenring bereitzustellen, ist eine Wandstärke des Lagerrings im Bereich des mittleren Ringabschnitts und eine Wandstärke des Lagerrings im Bereich des kleinen Innendurchmessers des kegelförmigen Ringabschnitts im Wesentlichen gleich, während eine Wandstärke des Lagerrings am großen Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts größer ist als die Wandstärke am kleinen Innendurchmesser. Diese Wandstärkenverdickung ermöglicht dabei die Stabilität des Lagerrings in dem hochbelasteten Bereich deutlich zu erhöhen.
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Der mittlere Ringabschnitt bildet dabei die aus dem Stand der Technik bekannte Vertiefung aus, die axial in einem Bereich angeordnet ist, in dem die Wandstärke des Außenrings ohne Vertiefung größer ist als ein im Sinne einer ausreichenden Stabilität des Außenrings erforderlicher Wert, so dass die mechanischen Eigenschaften des Außenrings durch die Vertiefung nicht negativ beeinflusst werden, aber Kosten und Gewicht reduziert werden, was insbesondere bei einem Einsatz in einem Radlager wünschenswert ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Außenrings besteht darin, dass durch die Vertiefung ein zusätzlicher Freiraum geschaffen wird, was sich insbesondere bei einer beengten Einbauumgebung positiv auswirkt und darüber hinaus das Anbringen von Befestigungsmittel erleichtert, die üblicherweise in dem Flanschbereich angeordnet sind.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Flanschbereich an seiner Innenseite ebenfalls kegelförmig ausgebildet und bildet eine zweite Laufbahn für einen zweiten Satz Kegelrollen aus. Gerade bei einem Einsatz als Radlageranordnung sind zweireihige Wälzlager üblich, die eine besonders hohe Last aufnehmen können. Kegelrollenlager sind dabei insbesondere im Schwerlastbereich (Lastkraftwagenbereich) bevorzugt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der mittlere Ringabschnitt einen größeren Außendurchmesser und einen kleineren Außendurchmesser auf, so dass sich die Wandstärke des mittleren Abschnitts leicht in Richtung des kegelförmigen Ringabschnitts verjüngt, und wobei vorzugsweise die Wandstärke des gesamten Außenrings am kleinere Außendurchmesser des mittleren Ringabschnitts minimal ist.
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Diese Verjüngung sorgt, bei den geschmiedeten Lagerringen dafür, dass ein formgebendes Schmiedewerkzeug von dem Lagerring leicht ablösbar ist. Sie bilden somit sogenannte Entformungsschrägen aus.
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Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der kegelförmige Ringabschnitt einen kleine Außendurchmesser und einen großen Außendurchmesser aufweist, wobei der kleine Außendurchmesser im Wesentlichen identisch ist zum dem kleineren Außendurchmesser des mittleren Ringabschnitts und der große Außendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts derart dimensioniert ist, dass die Wandstärke, die zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser definiert ist, im Bereich des großen Außendurchmessers des kegelförmigen Ringabschnitts größer ist als die Wandstärke am größeren Außendurchmesser des mittleren Abschnitts. Dadurch kann ein Lagerring geschaffen werden, bei dem die Vertiefung tiefer ausgebildet sein kann, als bei herkömmlichen Lagerringen.
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Da üblicherweise die minimale Restwandstärke am Randbereich auch die minimale Wandstärke an der Verjüngung definiert, um eine ausreichende Stabilität zu erreichen, führt dies zu einer eigentlich zu dicken Wandstärke im Bereich der Verjüngung. Durch die Verdickung der Wandstärke im Belastungsbereich des Lagerrings kann somit auch die Wanddicke im Bereich der Verjüngung dünner ausgeführt werden, was wiederum insgesamt zu einer weiteren Reduktion des Gewichts führt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der kegelförmige Ringabschnitt weiterhin an seinem Bereich mit dem großen Innendurchmesser einen Randabschnitt auf, der kegelförmig ausgebildet ist und einen ersten größeren Innendurchmesser und eine zweiten kleineren Innendurchmesser aufweist, wobei der kleinere Innendurchmesser im Wesentlichen identisch ist zu dem großen Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts und der größere Innendurchmesser der Innendurchmesser einer Stirnfläche des Außenrings ist. Alternativ ist der Randabschnitt achsparallel ausgebildet ist und dessen Innendurchmesser im Wesentlichen identisch zu dem großen Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts ist.
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Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Wandstärke des Randschnitts in Richtung der Stirnfläche des Außenrings abnimmt und/oder wobei eine Wandstärke des Randabschnitt geringer ist als eine Wandstärke des mittleren Ringabschnitts.
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Das hier nicht benötigte Material, kann für die Verdickung des kegelförmigen Ringabschnitts bereitgestellt werden, so dass auch hier eine Reduktion des Gewichts bei gleichbleibender Stabilität möglich ist. Die schräg verlaufenden Flächen sorgen dabei für ein leichtes Abziehen einer Schmiedeform nach dem Ausformprozess.
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Weiterhin ist die Ausbildung eines Randabschnitts vorteilhaft, da dieser dazu ausgelegt sein kann, eine Dichtung oder eine Dichtungsanordnung zu tragen. Selbstverständlich können auch andere Elemente, wie beispielsweise Sensorelemente, insbesondere ein Encoder-Ring, an dem Randabschnitt angebracht werden.
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Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen, geschmiedeten Außenrings für ein Wälzlager, insbesondere für ein Radlager, wobei der kegelförmige Ringabschnitt durch einen Freiform-Schmiedeschritt aufgeweitet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass im Rahmen eines Gesenkschmiedeverfahrens zunächst ein, verglichen mit bekannten Außenringen, relativ dünnwandiger Außrenringrohling für den Außenring hergestellt wird und der Außenring anschließend durch einen axialen Freiform-Schmiedeschritt bereichsweise derart aufgeweitet wird, dass er seine endgültige Form erhält. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine Umrüstung, ausgehend von bekannten Gesenkschmiedeverfahren, relativ leicht möglich ist und lediglich die Freiformschmiedeform im Ring-Inneren ergänzt oder ausgetauscht werden muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Vertiefung in der äußeren Mantelfläche des Außenrings ohne Materialabtrag hergestellt wird, was einen zusätzlichen und teuren Arbeitsschritt darstellen würde. Dadurch wird der Werkzeugaufwand stark reduziert und der Aufwand für die Handhabung der bei spanender Fertigung anfallenden Späne entfällt. Zudem lässt sich mit dem Freiform-Schmiedeschritt eine wesentlich höhere Fertigungsgeschwindigkeit erreichen als mit spanabhebenden Verfahren.
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Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Freiform-Schmiedeschritt folgende Schritte aufweist:
- - Aufweiten des Ringabschnitts mittels einer kegelförmiger Schmiedeform, um den kegelförmigen Ringabschnitt herzustellen, und
- - Stauchen und optional Kalibrieren des kegelförmigen Ringabschnitts mittels einer an der kegelförmigen Schmiedeform ausgebildeten U-förmige Aufnahme, wodurch die Wandstärke des kegelförmigen Ringabschnitts erhöht und der Randabschnitt in seiner Form kontrolliert ausgebildet wird.
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Das Aufweiten und gleichzeitige Stauchen ermöglicht es, in einem Verfahrensschritt sowohl die kegelige Form der Laufbahn bereitzustellen, als auch die Materialverdickung auszubilden, die für eine erhöhte Stabilität der Laufbahn und damit für einen höhere Belastbarkeit des Lagerrings sorgt.
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Die dafür verwendete Schmiedeform ist ebenfalls ein Aspekt vorliegender Erfindung und weist einen kegelförmigen Abschnitt und einen im Wesentlichen U-förmigen Aufnahmeabschnitt auf, wobei der kegelförmige Abschnitt dazu ausgelegt ist, den kegelförmigen Ringbereich des Außenrings zu definieren, wobei optional eine strukturierte Oberfläche des kegelförmigen Abschnitts der Schmiedeform die oben erwähnte Materialstauchung verstärken kann, und der U-förmige Aufnahmeabschnitt dazu ausgebildet ist, den Randabschnitt des Außenrings und die insbesondere durch die Stauchung vergrößerte Wandstärke des Außenrings im konischen Bereich der Lagerlaufbahn auszubilden.
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Weiterhin ist ein Ausführungsbeispiel der Schmiedeform vorteilhaft, bei dem der kegelförmige Abschnitt einen kleinen Außendurchmesser und einen großen Außendurchmesser aufweist, und sich der U-förmige Abschnitt am großen Außendurchmesser des kegelförmigen Abschnitts nach radial außen erstreckt und der U-förmige Aufnahmeabschnitt ebenfalls kegelförmig ausgebildet ist. Dabei ist die offene Seite der U-förmigen Aufnahme in Richtung des kleineren Durchmessers des kegelförmigen Abschnitts gerichtet und ein Bodenbereich der U-förmigen Aufnahme erstreckt sich radial. Weiterhin ist der größte Innendurchmesser der U-förmigen Aufnahme dazu ausgelegt, den großen Außendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts des Außenrings zu definieren.
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Mit Hilfe der so ausgebildeten Schmiedeform kann die finale Ausgestaltung des Außenrings in einem einzigen Schritt bereitgestellt werden und auf ein nachfolgendes formgebendes spanendes Nachbearbeiten des Außenrings zur Erzeugung des eingesenkten Mittenbereichs verzichtet werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Auch die Nutzung von Verstärkungsrippen im Außenbereich des Schmiedeteils kann umgesetzt werden, da der Prozess des Aufweitens diese Verstärkungsrippen bei deren geeigneten Formgebung diese nicht negativ beeinflusst. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1 - 5: schematische Darstellungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Außenrings während des Herstellvorgangs; und
- 6: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiel der Freiformschmiedeform.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 bis 5 zeigen verschiedene Schritte eines sogenannten Freiformschmiedeverfahrens zum Herstellen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines geschmiedeten Au-ßenrings 100, wobei ein mittels eines Gesenkschmiedeverfahrens hergestellter Außenringrohling 1, der in 1 dargestellt ist, verwendet wird.
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Beim Gesenkschmieden wird das erwärmte Werkstück, beispielsweise ein Lagerrohling in Form eines Stahlstangenabschnitts, in eine Form (sogenanntes Gesenk) eingeformt, deren Innenkonturen der gewünschten äußeren Gestalt des Werkstücks entsprechen. Ein Schmiedehammer, dessen Außenkonturen der gewünschten Innenform des Werkstücks entsprechen, schlägt dann gegen das im Gesenk liegende Werkstück und formt das Gewerkstück dabei so um, dass es mit den Innenkonturen des Gesenks und den Außenkonturen des Schmiedehammers übereinstimmt. Die mit diesem Verfahren realisierbaren Werkstückumformgrade sind jedoch begrenzt, da der Schmiedehammer wieder zurückgefahren werden muss und das Werkstück wieder aus dem Gesenk entfernt (entformt) werden muss, wobei es in mehreren Schritten auf seine endgültige Form gebracht wird. Radiale Vertiefungen, sogenannte Hinterschnitte, an der Innen- oder Außenseite des Werkstücks sind daher nicht möglich, da sich der Radius der Innenseite des Werkstücks in wenigstens einer axialen Richtung vergrößern muss, um die Entformbarkeit zu gewährleisten. Für radiale Vertiefungen an der Außenseite des Werkstücks werden geteilte Gesenke benötigt, was zu einem höheren Fertigungsaufwand führt. Diese radialen Vertiefungen sind aber gerade wünschenswert, um im Mittenbereich möglichst dünnwandige Lagerringe herstellen zu können und dadurch das Gewicht des gesamten Lagers zu reduzieren.
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Die in 1 gezeigte initiale Ausgestaltung des Außenringrohlings 1 wird mithilfe eines derartigen Gesenkschmiedevorgangs hergestellt. Dabei zeigt der Außenringrohling 1 bereits grob die spätere Form und weist einen Flanschabschnitt 20, einen mittleren, später optional achsparallel verlaufenden, Ringabschnitt 40, sowie einen flanschabgewandten Ringabschnitt 60 auf, der im Laufe des im Folgenden beschriebenen Freiformschmiedeprozesses zu dem kegelförmig ausgestalteten Ringabschnitt 60 geformt wird.
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Der Flanschbereich 20 ist dabei schon bereits nach dem Gesenkschmiedevorgang in seiner finalen Ausgestaltung und weist an seiner Innenseite 22 einen ersten schräg verlaufenden Bereich 24 auf, der die spätere Laufbahn für eine Satz Kegelrollen (nicht dargestellt) ausbildet und dessen Schräge an die Schräge der Kegelrollen angepasst ist. Weiterhin ist an dem Flanschbereich 20 ein zweiter schräg verlaufender Bereich 26 vorgesehen, der zur Aufnahme von weiteren Elementen, wie beispielsweise Dichtungselementen oder Sensorelementen, insbesondere einem Encoder-Ring, dient. Die Schräge des zweiten Bereichs 26 ist aber schmiedetechnisch aufgrund der nötigen Entformbarkeit bedingt. Der Flanschbereich 20 hat zudem einen sich radial erstreckenden Flansch 28, der für die Aufnahme von Befestigungselementen ausgebildet werden kann.
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Der mittlere Ringabschnitt 40 weist eine Innenfläche 42, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen achsparallel zu der späteren Drehachse A verläuft, und eine schräg verlaufende Außenfläche 44 auf, wobei der mittlere Ringabschnitt 40 einen ersten größeren Außendurchmesser D40-1 und einen zweiten kleineren Außendurchmesser D40-2 hat. Dadurch hat der mittlere Ringabschnitt 40 auch eine sich verjüngenden Wanddicke W, die sich von einer maximalen Wanddicke W40-1 zu einer minimalen Wanddicke W40-2 verjüngt. Die schräg verlaufende Außenfläche 44 ist durch die nötige Entformungsschräge beim Gesenkschmieden bedingt.
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Auch der Ringabschnitt 60 ist, wie 1 zu entnehmen, insgesamt leicht kegelig ausgeformt, um das Schmiedegesenk von dem Werkstück zu entfernen, also entformen zu können, und weist eine schräg verlaufenden Innenfläche 62 und eine schräg verlaufende Außenfläche 64 auf. Auch hier verjüngt sich die Wanddicke von einer größeren Wanddicke W60-1 zu einer kleineren Wanddicke W60-2. Da im Gegensatz zu dem mittleren Abschnitt 40, bei dem Ringabschnitt 60, aber nicht nur der Außendurchmesser einen großen Wert D60-1 und einen kleinen Wert D60-2, sondern auch der Innendurchmesser d einen großen Werte d60-1 und einen kleinen Wert d60-2 aufweist, ist der Wanddickenunterschied schon im Rohling 1 größer als bei dem mittleren Abschnitt 40.
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Da im fertigen Außenring 100 die Innenfläche 62 als Laufbahn für Kegelrollen dienen soll, muss diese ebenfalls eine an die Kegelrollen angepasste Schräge aufweisen. Dazu wird eine in 6 dargestelltes Schmiedeform 80 verwendet. Diese Schmiedeform 80 kann als Hohlform oder als massives Bauteil ausgebildet sein und weist einer einen ersten zylinderförmigen Abschnitt 82, einen sich daran anschließenden kegelförmigen Abschnitt 84 und eine sich an den kegelförmigen Abschnitt anschließende U-förmige Aufnahme insbesondere eine entformbare Vertiefung, 86 auf. Der kegelförmig Abschnitt 84 weist einen ersten kleineren Durchmesser D84-2 und einen großen Durchmesser D84-1 auf, wobei der kleine Durchmesser D84-2 dem Durchmesser des zylinderförmigen Abschnitts 82 entspricht. Die U-förmige Aufnahme 86 ist somit an dem großen Durchmesser D84-1 angeordnet und kann selbst eine von der Schräge des kegelförmigen Teils unterschiedliche Schräge aufweist, so dass auch die U-förmigen Aufnahme an ihrem ersten Schenkel 88 einen ersten kleinere Durchmesser D86-2 und einen größeren Durchmesser D86-1 aufweist, wobei wiederum der kleiner Durchmesser D86-2 dem großen Durchmesser D84-1 entspricht
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Weiterhin zeigt 6, dass die U-förmige Aufnahme 86 einen sich radial erstreckenden Aufnahmeboden 90 und radial außen an dem Aufnahmeboden 90 angeordneten Schenkel 92, der zusammen mit dem Abschnitt 88 und dem Boden 90 die U-Form der Aufnahme 86 bildet, umfasst. Da auch der zweite Schenkel 92 leicht konisch ausgebildet ist, um ein Entformen der Freiformschmiedform 80 von dem Lagerrohling zu ermöglichen, weist auch der Schenkel 92 einen kleineren Innendurchmesser d92-2 und einen größeren Innendurchmesser d92-1 auf, wobei der größer Durchmesser d92-1 am freien Ende der Aufnahme und der kleinere Durchmesser d92-2 am Boden 90 angeordnet ist. Die Durchmesser der Freiformschmiedeform 80 sind dabei derart dimensioniert, dass sie die Kegellaufbahn und eine Randelement, das zur Aufnahme von weiteren Elementen, wie beispielsweise Dichtungselementen oder Sensorelemente, insbesondere ein Encoder-Ring, für den fertigen Außenring 100 ausbilden können. Die konische Fläche 84 kann auch bei Bedarf eine strukturierte, möglicherweise gestufte Oberfläche aufweisen, um den im Folgenden beschriebenen Stauchprozeß während des Aufweitens des Außenringbereichs 60 zu unterstützen.
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In den 1 bis 5 ist schematisch die Wirkweise der Schmiedeform 80 illustriert, wobei in 1 lediglich das Bauteil 80 selbst in Relation zu dem Außenringrohling 1 dargestellt ist, aber die Schmiedefreiform 80 erst ab 2 eine Einwirkung auf die Formgebung des Außenringrohlings 1 hat. Wie 1 zu entnehmen, hat der zylindrische Abschnitt 82 des Freiformbauteils 80 keinen Einfluss auf die Formgebung. Erst wenn, wie in 2 dargestellt, der kegelige Abschnitt 84 auf den Außenringrohling 1, insbesondere einen Randbereich 66 des Abschnitts 60 trifft, wird der Abschnitt 60 an seinem Randbereich 66 aufgeweitet. Bei weiterem Hineintreiben der Freiformschmiedeform 80 wird dieser aufgeweitete Bereich weiter vergrößert, wie in den 3 und 4 dargestellt ist, bis die gesamte kegelige Aufnahme 84 der Freiformschmiedeform 80 in dem Außenringrohling 1 eingetaucht ist.
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Während dieses Hineintreibens wird Material nach oben und, ggf. von einer Oberflächenstruktur des Kegelbereichs 84 unterstützt, in Richtung des mittleren Abschnitts 40 geschoben. Dabei stellt der zylindrische Abschnitt 82 des Freiformschmiedewerkzeugs 80 sicher, dass das Material nicht den Innendurchmesser d40 des mittleren Abschnitts 40 verkleinert und eine nach radial innen gerichtete Ausbeulung entsteht. Ist das Freiformteil 80, wie in 4 gezeigt, so weit in den Lagerring 1 hineingetrieben, dass der Randbereich 66 des Abschnitts 60 in der U-förmigen Aufnahme 82 aufgenommen ist und der Laufbahnbereich 62 fertig aufgeweitet ist, wird in einem abschließenden Kalibrierschritt /-vorgang das Freiformschmiedewerkzeug 80 mit einer hohen axialen Kraft in Richtung des Flanschbereichs 20 beaufschlagt (siehe Pfeile in 4). Bei dieser axialen Kraftbeaufschlagung wird der Randbereich 66 in die U-förmige Aufnahme 86 eingeformt, wodurch ein Randabschnitt 70 ausgebildet wird, der in seiner Formgebung für das Tragen von weiteren Elementen, wie beispielsweise Dichtungen oder Sensorelemente, insbesondere ein Encoder-Ring, geeignet ist.
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Weiterhin wird aber auch Material vor der U-förmigen Aufnahme 86 aufgehäuft, wodurch ein Bereich erhöhter Wanddicke am kegelförmigen Ringabschnitt 60 entsteht. Insbesondere wird dadurch die im Außenringrohling 1 dünnere Wanddicke W60-2 des kegelförmigen Ringabschnitts derart erhöht, dass die resultierenden Wanddicke W60-2 des fertigen Außenrings 100 größer ist als die initial größere Wanddicke W60-1 an der dem mittleren Abschnitt (40) zugewandten Seite (siehe 1). Dadurch entsteht der in 5 dargestellte Außenring 100, bei dem eine Wanddicke W des kegelförmigen Randabschnitts 60 an einem Übergang zum Randabschnitt 70 maximiert ist.
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Bei diesem Stauchvorgang wird der Außenringrohling 1 zudem in seiner Länge gestaucht und erreicht die in 5 gezeigte angestrebte, reduzierte Länge.
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Wie weiterhin 5 zu entnehmen, weist somit der kegelförmige Ringabschnitt 60 des finalen geschmiedeten Außenrings 100 eine Innenfläche 62 mit einem kleinen Innendurchmesser d60-2 und einem großen Innendurchmesser d60-1, sowie einem kleinen Außendurchmesser D60-1 und einem großen Außendurchmesser D60-2 auf, die initial der umgekehrt dimensioniert waren. Wie weiterhin 5 zu entnehmen, ist somit die Wanddicke W60-1 im Bereich der kleinen Durchmessers d60-1, D60-1 kleiner als die Wanddicke W60-2 im Bereich der großen Durchmesser d60-2, D60-2. Der sich daran anschließende Randbereich 70 dagegen weist, die aus 1 bekannte sich verjüngende Wanddicke auf, ist aber in seiner Formgebung über die U-förmige Aufnahme der Freiformschmiedeform 80 definiert.
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Da sich insbesondere herausgestellt hat, dass bei Lageraußenringen 100 im Fahrzeugbereich die Lagerringe 100 im Bereich der großen Durchmesser D60-2; d60-2 des kegeligen Ringabschnitts 60 besonders strapaziert sind, ermöglicht die große Wanddicke W60-2 eine erhöhte Stabilität.
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Weiterhin ist 5 zu entnehmen, dass der mittlere Abschnitt 40 nach wie vor eine Wanddickenverjüngung aufweist, sodass die minimale Wanddicke Wmin des gesamten Bauteils (abgesehen von den Randbereichen) an einem Übergang zwischen dem mittleren Abschnitt 40 und kegelförmigen Ringabschnitt 60 erreicht wird. Dieser Bereich ist allerdings sehr wenig belastet, sodass die Wanddicke im Bereich 40 sehr gering ausgeführt werden kann.
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Im Stand der Technik ist dagegen die minimale Wanddicke ausgerechnet in dem Bereich zu finden, der am stärksten belastet wird, nämlich am Übergang von dem kegelförmigen Ringabschnitt 60 zu dem Randbereich 70. Dies bedeutete aber auch, dass die für eine ausreichende Stabilität erforderliche Dimensionierung der Wandstärke auf genau diesen Bereich ausgerichtet werden musste, was zu relativ großen Wanddicken auch im Bereich des unbelasteten mittlere Abschnitts 40 führt. Da durch das neue Verfahren der stark belastete Bereich aktiv verdickt ist, kann die Wandstärke insgesamt und insbesondere im mittlere Abschnitt 40 reduziert werden, was zu einer großen Gewichtseinsparung führt.
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Darüber hinaus kann mithilfe der Freiformschmiedeform, eine Wanddickenerhöhung im Bereich hoher Belastung und eine Wanddickenreduktion im Mittelbereich in den Lagerring eingebracht werden, ohne dass spanende Prozesse angewandt werden müssen. Gleichzeitig kann die Wanddicke im Bereich des mittleren Abschnitts 40, der maßgeblich für eine Gewichtsreduktion verantwortlich ist, weiter reduziert werden, da die Wandstärke weiter verringert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenringrohling
- 1(00)
- Außenring
- 20
- Flanschbereich
- 22
- schräge Fläche
- 24
- Laufbahn
- 26
- Halteabschnitt für Elemente
- 28
- Flansch
- 40
- mittlerer Ringabschnitt
- 42
- Innenfläche
- 44
- Außenfläche
- 60
- kegelförmiger Ringabschnitt
- 62
- Lauffläche
- 64
- Außenfläche
- 66
- Randbereich
- 70
- Randabschnitt für Elemente
- 80
- Freiformschmiedeform
- 82
- zylindrischer Abschnitt
- 84
- kegelförmiger Abschnitt
- 86
- U-förmige Aufnahme
- 88
- erster Schenkel
- 90
- Boden
- 92
- zweiter Schenkel
- D
- Außendurchmesser
- d
- Innendurchmesser
- W
- Wanddicke
