DE102022201834A1 - Forged outer ring and method of making same - Google Patents
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Abstract
Offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Außenrings (100) für ein Wälzlager, das ein Bereitstellen einer Vorform des Außenrings, wobei die Vorform zumindest einen ersten kegelförmig ausgebildeten Ringabschnitt (60) mit einem kleinen Innendurchmesser (d60-1) und einem großen Innendurchmesser (d60-2), an dessen Innenseite (62) eine Laufbahn für einen ersten Satz Kegelrollen ausgebildet ist, einen Flansch-Ringabschnitt (20), der dazu ausgelegt ist, den Außenring an einem Bauteil zu befestigen, und einen mittleren Ringabschnitt (40) aufweist, der zwischen dem kegelförmig ausgebildeten Ringabschnitt und dem Flanschabschnitt angeordnet ist, und wobei der kleine Innendurchmesser (d60-2) einem Innendurchmesser (d40) des mittleren Ringabschnitts entspricht und der große Innendurchmesser (D60-1) an einem dem Flanschabschnitt gegenüberliegenden axialen Ende (66) des Außenrings angeordnet ist, und ein Formen des kegelförmigen Ringabschnittdurch einen Freiform-Schmiedeschritt aufweist, so dass zumindest teilweise eine Wandstärke (W40-2) des Lagerrings im Bereich des mittleren Ringabschnitts und eine Wandstärke (W60-2) des Lagerrings im Bereich des kleinen Innendurchmessers (d60-1) im Wesentlichen gleich ist und eine Wandstärke (W60-2) des Lagerrings am großen Innendurchmesser (d60-2) größer ist als die Wandstärke (W60-1) am kleinen Innendurchmesser (d60-1).A method for producing a forged outer ring (100) for a roller bearing is disclosed, which comprises providing a preform of the outer ring, the preform having at least a first conical ring section (60) with a small inner diameter (d60-1) and a large inner diameter ( d60-2), on the inside (62) of which a raceway for a first set of tapered rollers is formed, a flange ring section (20) which is designed to fasten the outer ring to a component, and a central ring section (40). , which is arranged between the conical ring section and the flange section, and wherein the small inner diameter (d60-2) corresponds to an inner diameter (d40) of the middle ring section and the large inner diameter (D60-1) at an axial end (66 ) of the outer ring is arranged, and forming the conical ring section by a free-form forging step, so that at least partially a wall thickness (W40-2) of the bearing ring in the area of the middle ring section and a wall thickness (W60-2) of the bearing ring in the area of the small Inner diameter (d60-1) is essentially the same and a wall thickness (W60-2) of the bearing ring at the large inner diameter (d60-2) is greater than the wall thickness (W60-1) at the small inner diameter (d60-1).
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Außenrings gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen geschmiedeten Außenring gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.The present invention relates to a method for manufacturing a forged outer ring according to the preamble of
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.An outer ring, in particular for a wheel bearing, is known from the prior art, which is produced as part of a drop forging process. In this case, a relatively thin-walled blank is produced for the outer ring and the outer ring is then expanded in certain areas by an axial free-form forging step in such a way that it is given its final shape. This creates an outer ring with a recess running all the way around its outer lateral surface. The indentation is arranged axially in an area in which the wall thickness of the outer ring without indentation is greater than a value required for sufficient stability of the outer ring, so that the mechanical properties of the outer ring are not adversely affected by the indentation in an impermissible manner. In addition, the indentation enables material savings and thus enables more cost-effective production with regard to material consumption. It also leads to a significant reduction in the weight of the outer ring, which is particularly desirable when used in a wheel bearing.
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.The disadvantage of such an outer ring, however, is that the formation of the recess or the forging process generally lead to conically tapering wall thicknesses in the direction of at least one edge area of the outer ring. However, since this edge area of the outer ring is particularly stressed during operation of the bearing, the tapered wall sections form a weak point, so that the entire bearing ring cannot be made arbitrarily thin, or the service life and load capacity of the bearing is limited.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Außenrings und einen geschmiedeten Außenring bereitzustellen, der zum einen möglichst leicht ist, zum anderen aber eine erhöhte Belastbarkeit aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide a method for producing a forged outer ring and a forged outer ring which, on the one hand, is as light as possible but, on the other hand, has increased load-bearing capacity.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Außenrings gemäß Patentanspruch 1, einen geschmiedeten Außenring gemäß Patentanspruch 4 und einer Schmiedeform gemäß Patentanspruch 12 gelöst.This object is achieved by a method for manufacturing a forged outer ring according to
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.A forged outer ring for a tapered roller bearing, in particular a wheel bearing, is presented below, which has at least a first conical ring section with a small inner diameter and a large inner diameter, on the inside of which a raceway for a first set of tapered rollers is formed. Furthermore, the outer ring comprises a flange ring section, which is designed to fasten the outer ring to a component, and a middle ring section, which is arranged between the conical ring section and the flange section. The small inner diameter of the conical ring section corresponds to an inner diameter of the middle ring section and the large inner diameter of the conical ring section is arranged at an axial end of the outer ring opposite the flange section.
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. Bevorzugt wird die Wandstärke senkrecht zu einer Drehachse des Wälzlagers bestimmt.In order to provide an outer ring that is as light as possible, but more stable and resilient compared to the known bearing rings, a wall thickness of the bearing ring in the area of the middle ring section and a wall thickness of the bearing ring in the area of the small inner diameter of the conical ring section are essentially the same, while a wall thickness of the bearing ring at the large inner diameter of the conical ring section is greater than the wall thickness at the small inner diameter. This thickening of the wall makes it possible to significantly increase the stability of the bearing ring in the highly stressed area. The wall thickness is preferably determined perpendicular to an axis of rotation of the roller bearing.
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.The central ring section forms the indentation known from the prior art, which is arranged axially in an area in which the wall thickness of the outer ring without indentation is greater than a value required in terms of sufficient stability of the outer ring, so that the mechanical properties of the outer ring are not adversely affected by the depression, but costs and weight are reduced, which is particularly desirable when used in a wheel bearing. A further advantage of the outer ring according to the invention is that the indentation creates additional free space, which has a positive effect in particular in a cramped installation environment and also facilitates the attachment of fastening means, which are usually arranged in the flange area.
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.According to a further preferred exemplary embodiment, the flange area is also conical on its inside and forms a second track for a second set of tapered rollers. Especially when used as a wheel bearing arrangement, double-row roller bearings are common, which can absorb a particularly high load. Tapered roller bearings are particularly important Heavy-duty area (truck area) preferred.
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.According to a further advantageous embodiment, the middle ring section has a larger outside diameter and a smaller outside diameter, so that the wall thickness of the middle section tapers slightly in the direction of the conical ring section, and the wall thickness of the entire outer ring is preferably minimal at the smaller outside diameter of the middle ring section .
Diese Verjüngung sorgt, bei den geschmiedeten Lagerringen dafür, dass ein formgebendes Schmiedewerkzeug von dem Lagerring leicht ablösbar ist. Sie bilden somit sogenannte Entformungsschrägen aus.In the case of forged bearing rings, this taper ensures that a shaping forging tool can be easily detached from the bearing ring. They thus form so-called draft angles.
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.It is also advantageous if the conical ring section has a small outside diameter and a large outside diameter, the small outside diameter being essentially identical to the smaller outside diameter of the middle ring section and the large outside diameter of the conical ring section being dimensioned in such a way that the wall thickness between the Inner diameter and the outer diameter is defined in the area of the large outer diameter of the conical ring section is greater than the wall thickness at the larger outer diameter of the middle section. As a result, a bearing ring can be created in which the depression can be made deeper than in conventional bearing rings.
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.Since the minimal residual wall thickness at the edge area usually also defines the minimal wall thickness at the taper in order to achieve sufficient stability, this leads to a wall thickness that is actually too thick in the area of the taper. Due to the thickening of the wall thickness in the load area of the bearing ring, the wall thickness can also be made thinner in the area of the taper, which in turn leads to a further overall reduction in weight.
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.According to a further advantageous embodiment, the conical ring section also has an edge section in its area with the large inner diameter, which is conical and has a first larger inner diameter and a second smaller inner diameter, the smaller inner diameter being essentially identical to the large inner diameter of the conical ring section and the larger inner diameter is the inner diameter of an end face of the outer ring. Alternatively, the edge section is configured parallel to the axis and its inner diameter is essentially identical to the large inner diameter of the conical ring section.
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.It is particularly advantageous if the wall thickness of the edge section decreases in the direction of the end face of the outer ring and/or the wall thickness of the edge section is less than the wall thickness of the central ring section.
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.The material that is not required here can be provided for the thickening of the conical ring section, so that a reduction in weight is also possible here while maintaining the same stability. The sloping surfaces ensure that a forging mold can be easily removed after the molding process.
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.Furthermore, the formation of an edge section is advantageous since this can be designed to carry a seal or a seal arrangement. Of course, other elements, such as sensor elements, in particular an encoder ring, can also be attached to the edge section.
Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen, geschmiedeten Außenrings für ein Wälzlager, insbesondere für ein Radlager. Dabei umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Vorform des Außenrings, wobei die Vorform 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, einen Flansch-Ringabschnitt, der dazu ausgelegt ist, den Außenring an einem Bauteil zu befestigen, und einen mittleren Ringabschnitt aufweist, der zwischen dem kegelförmig ausgebildeten Ringabschnitt und dem Flanschabschnitt angeordnet ist, und wobei der kleine Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts einem Innendurchmesser des mittleren Ringabschnitts entspricht und der große Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts an einem dem Flanschabschnitt gegenüberliegenden axialen Ende des Außenrings angeordnet ist.A further aspect of the present invention relates to a method for producing the forged outer ring described above for a roller bearing, in particular for a wheel bearing. The method includes providing a preform of the outer ring, the preform having at least a first conical ring section with a small inner diameter and a large inner diameter, on the inside of which a raceway for a first set of tapered rollers is formed, a flange ring section designed for this purpose is to fasten the outer ring to a component, and has a middle ring section, which is arranged between the conical ring section and the flange section, and wherein the small inner diameter of the conical ring section corresponds to an inner diameter of the middle ring section and the large inner diameter of the conical ring section is arranged at an axial end of the outer ring opposite the flange section.
Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Formen des kegelförmigen Ringabschnitt durch einen Freiform-Schmiedeschritt, so dass zumindest teilweise 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 ist und eine Wandstärke des Lagerrings am großen Innendurchmesser des kegelförmigen Ringabschnitts größer ist als die Wandstärke am kleinen Innendurchmesser.The method also includes forming the conical ring section by means of a free-form forging step, so that at least in part a wall thickness of the bearing ring in the area of the central ring section and a wall thickness of the bearing ring in the area of the small inner diameter of the conical ring section are essentially the same and a wall thickness of the Bearing ring at the large inner diameter of the conical ring section is greater than the wall thickness at the small inner diameter.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass im Rahmen eines Gesenkschmiedeverfahrens zunächst eine Vorform für den Außenring hergestellt wird und der Außenring anschließend durch einen axialen Freiform-Schmiedeschritt bereichsweise derart geformt wird, dass er seine endgültige Form erhält. Bevorzugt ist bei dem Außenringrohling bereits die kegelige Form der Laufbahn bereits angelegt. 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.The method according to the invention is based on the fact that a preform for the outer ring is first produced as part of a drop forging process and the outer ring is then shaped in areas by an axial free-form forging step in such a way that it receives its final shape. The conical shape of the raceway is preferably already applied to the outer ring blank. The method according to the invention has the advantage that conversion from known drop forging methods is relatively easy and only the open-die forging mold inside the ring has to be supplemented or exchanged. A further advantage is that the indentation in the outer lateral surface of the outer ring is produced without removing any material, which would represent an additional and expensive work step. This greatly reduces the amount of tools required and there is no need for handling the chips that occur during machining. In addition, a significantly higher production speed can be achieved with the free-form forging step than with machining processes.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Freiform-Schmiedeschritt ein Stauchen des kegelförmigen Ringabschnitts mittels und in eine an einer Schmiedeform ausgebildeten U-förmige Aufnahme aufweist, wodurch die Wandstärke des kegelförmigen Ringabschnitts erhöht und der Randabschnitt ausgebildet wird.It is particularly advantageous if the free-form forging step includes upsetting the conical ring section by means of and into a U-shaped receptacle formed on a forging die, thereby increasing the wall thickness of the conical ring section and forming the edge section.
Ferner kann das Verfahren ein Aufweiten des Ringabschnitts mittels der Schmiedeform aufweisen, um den kegelförmigen Ringabschnitt herzustellen. Dies ermöglicht, auch einen relativ dünnwandigen Außenringrohling für den Außenring verwenden zu können, der noch nicht die kegelige Form für die Laufbahn aufweist, so dass der Außenring anschließend durch den axialen Freiform-Schmiedeschritt bereichsweise derart aufgeweitet wird, dass er seine endgültige Form erhält. 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.Further, the method may include expanding the ring portion using the forging die to produce the tapered ring portion. This makes it possible to use a relatively thin-walled outer ring blank for the outer ring, which does not yet have the conical shape for the raceway, so that the outer ring is then expanded in areas by the axial free-form forging step in such a way that it receives its final shape. The widening and simultaneous compression makes it possible to provide both the conical shape of the raceway and to form the material thickening in one process step, which ensures increased stability of the raceway and thus a higher load capacity of the bearing ring.
Die dafür verwendete Schmiedeform ist ebenfalls ein Aspekt vorliegender Erfindung und weist einen ersten Abschnitt und einen im Wesentlichen U-förmigen Aufnahmeabschnitt auf, wobei 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.The forging mold used for this is also an aspect of the present invention and has a first section and a substantially U-shaped receiving section, the U-shaped receiving section being designed to hold the edge section of the outer ring and the wall thickness of the outer ring, which is increased in particular by the upsetting, in the form a conical area of the bearing raceway.
Ferner kann der erste Abschnitt kegelförmig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Abschnitt dazu ausgelegt sein, den kegelförmigen Ringbereich des Außenrings zu definieren, wobei optional eine strukturierte Oberfläche des kegelförmigen Abschnitts der Schmiedeform die oben erwähnte Materialstauchung verstärken kann. Weiterhin ist ein Ausführungsbeispiel der Schmiedeform vorteilhaft, bei dem der erste Abschnitt einen kleinen Außendurchmesser und einen großen Außendurchmesser aufweist, und sich der U-förmige Abschnitt am großen Außendurchmesser des ersten 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 ersten 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.Furthermore, the first section can be cone-shaped. Additionally or alternatively, the first section can be designed to define the conical ring area of the outer ring, wherein optionally a structured surface of the conical section of the forging die can reinforce the above-mentioned material compression. Furthermore, an embodiment of the forging mold is advantageous in which the first section has a small outside diameter and a large outside diameter, and the U-shaped section extends radially outwards at the large outside diameter of the first section and the U-shaped receiving section is also conical. In this case, the open side of the U-shaped receptacle is directed in the direction of the smaller diameter of the first section and a bottom area of the U-shaped receptacle extends radially. Furthermore, the largest inner diameter of the U-shaped socket is designed to define the large outer diameter of the conical ring section of the outer ring.
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.With the help of the forging mold designed in this way, the final design of the outer ring can be provided in a single step and subsequent shaping of the outer ring by machining to produce the countersunk central area can be dispensed with.
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.Further advantages and advantageous embodiments are specified in the description, the drawings and the claims. Reinforcement ribs can also be used on the outside of the forged part, since the expansion process does not have a negative effect on these reinforcement ribs if they are shaped appropriately. In particular, the combinations of features specified in the description and in the drawings are purely exemplary, so that the features can also be present individually or in a different combination.
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.The invention is to be described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. The exemplary embodiments and the combinations shown in the exemplary embodiments are purely exemplary and are not intended to define the scope of protection of the invention. This is defined solely by the appended claims.
Es zeigen:
-
1 -5 : schematische Darstellungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Außenrings während des Herstellvorgangs; -
6 : eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiel der Freiformschmiedeform, und -
7 : eine schematische Ansicht eines Außenrings gemäß eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
-
1 -5 : schematic representations of a preferred embodiment of the outer ring during the manufacturing process; -
6 : a schematic view of an embodiment of the open-die forging die, and -
7 1: a schematic view of an outer ring according to a second preferred embodiment.
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements that are identical or have the same functional effect are identified below with the same reference symbols.
Die
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.In die forging, the heated workpiece, for example a bearing blank in the form of a section of steel rod, is formed into a mold (so-called die) whose inner contours correspond to the desired outer shape of the workpiece. A forging hammer, the outer contours of which correspond to the desired inner shape of the workpiece, then strikes the workpiece lying in the die, forming the workpiece so that it matches the inner contours of the die and the outer contours of the forging hammer. However, the degrees of workpiece forming that can be achieved with this method are limited, since the forging hammer has to be retracted and the workpiece has to be removed from the die (de-moulded), with it being brought to its final shape in several steps. Radial indentations, so-called undercuts, on the inside or outside of the workpiece are therefore not possible, since the radius of the inside of the workpiece must increase in at least one axial direction in order to ensure demoldability. Split dies are required for radial indentations on the outside of the workpiece, which leads to higher production costs. However, these radial indentations are desirable in order to be able to produce bearing rings with the thinnest possible walls in the central area and thereby reduce the weight of the entire bearing.
Die in
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.The
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.The
Auch der Ringabschnitt 60 ist, wie
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
Weiterhin zeigt
In den
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
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 Au-ßenrings 100 größer ist als die initial größere Wanddicke W60-1 an der dem mittleren Abschnitt (40) zugewandten Seite (siehe
Bei diesem Stauchvorgang wird der Außenringrohling 1 zudem in seiner Länge gestaucht und erreicht die in
Wie weiterhin
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.Since it has been found in particular that in the case of outer bearing rings 100 in the vehicle sector, the bearing rings 100 in the region of the large diameters D60-2; d60-2 of the
Weiterhin ist
Der mittlere Ringabschnitt 40 weist eine Innenfläche 42, die in der
Der Freiformschmiedevorgang verläuft analog zu dem in den
Wie weiterhin
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.In the prior art, on the other hand, the minimum wall thickness can be found precisely in the area that is subjected to the greatest stress, namely at the transition from the
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.In addition, the open-die forging mold can be used to increase the wall thickness in the high-load area and reduce the wall thickness in the central area of the bearing ring without having to use machining processes. At the same time, the wall thickness in the area of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Außenringrohlingouter ring blank
- 1(00)1(00)
- Außenringouter ring
- 2020
- Flanschbereichflange area
- 2222
- schräge Flächesloping surface
- 2424
- Laufbahncareer
- 2626
- Halteabschnitt für ElementeItem holding section
- 2828
- Flanschflange
- 4040
- mittlerer Ringabschnittmiddle section of the ring
- 4242
- InnenflächeInner surface
- 4444
- Außenflächeouter surface
- 6060
- kegelförmiger Ringabschnittconical ring section
- 6262
- Laufflächetread
- 6464
- Außenflächeouter surface
- 6666
- Randbereichedge area
- 7070
- Randabschnitt für ElementeMargin section for elements
- 8080
- Freiformschmiedeformopen-die forging mould
- 8282
- zylindrischer Abschnittcylindrical section
- 8484
- kegelförmiger Abschnittconical section
- 8686
- U-förmige AufnahmeU-shaped mount
- 8888
- erster Schenkelfirst leg
- 9090
- BodenFloor
- 9292
- zweiter Schenkel second leg
- DD
- Außendurchmesserouter diameter
- di.e
- Innendurchmesserinner diameter
- WW
- Wanddickewall thickness
- W'W'
- Materialdickematerial thickness
Claims (14)
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
DE102022201834.6A DE102022201834A1 (en) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | Forged outer ring and method of making same |
CN202211465689.6A CN116641964A (en) | 2022-02-22 | 2022-11-22 | Forged outer ring and method for manufacturing same |
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---|---|---|---|
DE102022201834.6A DE102022201834A1 (en) | 2022-02-22 | 2022-02-22 | Forged outer ring and method of making same |
Publications (1)
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DE102022201834A1 true DE102022201834A1 (en) | 2023-08-24 |
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ID=87518659
Family Applications (1)
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-
2022
- 2022-02-22 DE DE102022201834.6A patent/DE102022201834A1/en active Pending
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