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 patent claim 1 and a forged outer ring according to the preamble of patent claim 4.

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 patent claim 1, a forged outer ring according to patent claim 4 and a forging mold according to patent claim 12.

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.
Show it:
  • 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 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.The 1 until 5 show various steps of a so-called open-die forging process for producing a preferred embodiment of a forged outer ring 100, with an outer ring blank 1 produced by means of a drop forging process, which in 1 shown is used.

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 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.In the 1 shown initial configuration of the outer ring blank 1 is produced using such a drop forging process. The outer ring blank 1 already roughly shows the later shape and has a flange section 20, a middle ring section 40, which later optionally runs parallel to the axis, and a ring section 60 facing away from the flange, which is formed into the conical ring section 60 in the course of the open-die forging process described below .

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 flange area 20 is already in its final configuration after the drop forging process and has a first sloping area 24 on its inner side 22, which forms the future track for a set of tapered rollers (not shown) and whose bevel is adapted to the bevel of the tapered rollers is. Furthermore, a second inclined area 26 is provided on the flange area 20, which serves to accommodate further elements, such as sealing elements or sensor elements, in particular an encoder ring. However, the slope of the second area 26 is due to forging technology due to the necessary demoldability. The flange portion 20 also has a radially extending flange 28 which can be formed to receive fasteners.

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 middle ring section 40 has an inner surface 42, which in the illustrated embodiment runs essentially axially parallel to the future axis of rotation A, and a sloping outer surface 44, with the middle ring section 40 having a first, larger outer diameter D40-1 and a second, smaller outer diameter D40 -2 has. As a result, the middle ring portion 40 also has a tapered wall thickness W that tapers from a maximum wall thickness W40-1 to a minimum wall thickness W40-2. The sloping outer surface 44 is due to the necessary draft angle during drop forging.

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 Au-ßenfläche 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.The ring section 60 is also how 1 can be seen, overall slightly conical in shape in order to remove the forging die from the workpiece, ie to be able to demould it, and has a sloping inner surface 62 and a sloping outer surface 64 . Here, too, the wall thickness tapers from a larger wall thickness W60-1 to a smaller wall thickness W60-2. Since, unlike the middle portion 40, in the ring portion 60, not only the outer diameter has a large value D60-1 and a small value D60-2 but also the inner diameter d has a large value d60-1 and a small value d60- 2, the difference in wall thickness is already greater in blank 1 than in the middle section 40.

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 entsprichtSince the inner surface 62 in the finished outer ring 100 is intended to serve as a raceway for tapered rollers, it must also have a bevel that is adapted to the tapered rollers. To do this, an in 6 shown forging mold 80 used. This forging mold 80 can be designed as a hollow mold or as a solid component and has a first cylindrical section 82, an adjoining conical section 84 and a U-shaped receptacle adjoining the conical section, in particular a depression that can be removed from the mold, 86 . The conical section 84 has a first smaller diameter D84-2 and a larger diameter D84-1, the smaller diameter D84-2 corresponding to the diameter of the cylindrical section 82. The U-shaped receptacle 86 is thus arranged on the large diameter D84-1 and can itself have a different slope from the slope of the conical part, so that the U-shaped receptacle on its first leg 88 has a first smaller diameter D86-2 and a larger diameter D86-1, again the smaller diameter D86-2 corresponding to the larger diameter D84-1

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 Freiformschmiedeform 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.Furthermore shows 6 that the U-shaped receptacle 86 includes a radially extending receptacle base 90 and radially outwardly arranged leg 92 on the receptacle base 90, which forms the U-shape of the receptacle 86 together with the section 88 and the base 90. Since the second leg 92 is also slightly conical to enable the open-die forging mold 80 to be removed from the bearing blank, the leg 92 also has a smaller inner diameter d92-2 and a larger inner diameter d92-1, the larger diameter being d92-1 is arranged at the free end of the receptacle and the smaller diameter d92-2 at the bottom 90. The diameters of the open-die forging mold 80 are dimensioned such that they can form the cone raceway and an edge element for receiving further elements, such as sealing elements or sensor elements, in particular an encoder ring, for the finished outer ring 100. The conical surface 84 may also have a textured, possibly stepped surface, if desired, to aid in the swaging process described below during the expansion of the outer ring portion 60.

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.In the 1 until 5 is schematically illustrated the mode of operation of the forging mold 80, wherein in 1 only the component 80 itself is shown in relation to the outer ring blank 1, but the forging free form 80 only 2 has an effect on the shape of the outer ring blank 1. How 1 can be seen, the cylindrical portion 82 of the free-form component 80 has no influence on the shape. Only if, as in 2 shown, the conical section 84 hits the outer ring blank 1, in particular an edge area 66 of the section 60, the section 60 is widened at its edge area 66. As the open-die forging die 80 is driven in further, this widened area is further enlarged, as shown in FIGS 3 and 4 is shown until the entire conical receptacle 84 of the open-die forging die 80 is immersed in the outer ring blank 1 .

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.During this driving in, material is pushed upwards and, if necessary, supported by a surface structure of the cone region 84, in the direction of the middle section 40. The cylindrical section 82 of the open-die forging tool 80 ensures that the material does not reduce the inner diameter d40 of the middle section 40 and that a bulge directed radially inward is created. If the free-form part is 80, as in 4 shown, driven so far into the bearing ring 1 that the edge area 66 of the section 60 is received in the U-shaped receptacle 82 and the raceway area 62 is completely widened, in a final calibration step/process the open-die forging tool 80 is subjected to a high axial force applied in the direction of the flange area 20 (see arrows in 4 ). With this axial application of force, the edge region 66 is formed into the U-shaped receptacle 86, thereby forming an edge section 70 that is shaped to support other elements, such as seals or sensor elements, in particular an encoder ring.

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 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.Furthermore, however, material is also piled up in front of the U-shaped receptacle 86, as a result of which an area of increased wall thickness on the conical ring section 60 arises. In particular, the wall thickness W60-2 of the conical ring section, which is thinner in the outer ring blank 1, is increased in such a way that the resulting wall thickness W60-2 of the finished outer ring 100 is greater than the initially larger wall thickness W60-1 on the side facing the middle section (40). page (see 1 ). This creates the in 5 illustrated outer ring 100, in which a wall thickness W of the conical edge section 60 is maximized at a transition to the edge section 70.

Bei diesem Stauchvorgang wird der Außenringrohling 1 zudem in seiner Länge gestaucht und erreicht die in 5 gezeigte angestrebte, reduzierte Länge.During this upsetting process, the outer ring blank 1 is also upset in length and reaches the 5 Target reduced length shown.

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.How to continue 5 can be seen, the conical ring section 60 of the final forged outer ring 100 has an inner surface 62 with a small inner diameter d60-2 and a large inner diameter d60-1, and a small outer diameter D60-1 and a large outer diameter D60-2, the initial which were reverse sized. How to continue 5 can be seen, the wall thickness W60-1 in the area of the small diameter d60-1, D60-1 is smaller than the wall thickness W60-2 in the area of the large diameter d60-2, D60-2. The adjoining edge area 70 on the other hand shows that 1 known tapering wall thickness, but its shape is defined by the U-shaped receptacle of the open-die forging die 80.

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 conical ring section 60 are particularly stressed, the large wall thickness W60-2 enables increased stability.

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.Furthermore is 5 It can be seen that the middle section 40 still has a wall thickness taper, so that the minimum wall thickness Wmin of the entire component (apart from the edge areas) is reached at a transition between the middle section 40 and the conical ring section 60 . However, this area is subjected to very little stress, so that the wall thickness in area 40 can be made very small.

7 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Außenring 100. Bei der 7 weist die Fläche, die beim fertigen Außenring 100, die Laufbahn 62 bildet, bereits die keglige Form auf, so dass bei dem oben beschriebenen Freiformschmiedeprozess lediglich der kegelförmige Ringabschnitt 60 gestaucht, um den fertigen kegelförmig ausgestalteten Ringabschnitt 60 zu formen. 7 shows a second preferred embodiment of an outer ring 100. In the 7 the surface that forms the raceway 62 in the finished outer ring 100 already has the conical shape, so that in the above-described open-die forging process only the conical ring section 60 is upset in order to form the finished conical ring section 60 .

Der mittlere Ringabschnitt 40 weist eine Innenfläche 42, die in der 7 ebenfalls im Wesentlichen achsparallel zu der späteren Drehachse A verläuft, und eine leicht schräg verlaufende Außenfläche 44 auf, wobei Außenfläche 44 der 7 eine Entformungsschräge mit einem Abfallwinkel von ungefähr 1° aufweisen kann, um ein Entformen des Außenringrohlings nach dem Gesenkschmiedevorgang zu erleichtern. Der mittlere Ringabschnitt 40 hat eine im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke W.The middle ring portion 40 has an inner surface 42 in the 7 also runs essentially parallel to the axis of rotation later A, and a slightly sloping outer surface 44, wherein the outer surface 44 of 7 can have a draft angle with a drop angle of approximately 1° in order to facilitate demolding of the outer ring blank after the swaging process. The middle ring section 40 has a substantially uniform wall thickness W.

Der Freiformschmiedevorgang verläuft analog zu dem in den 1 bis 5 beschriebenen Vorgang, wobei die ebenfalls die U-förmige Aufnahme 86 Material aufgehäuft, wodurch ein Bereich erhöhter Wanddicke am kegelförmigen Ringabschnitt 60 entsteht. Insbesondere wird dadurch die Wanddicke W60-2 des kegelförmigen Ringabschnitts 60 derart erhöht, dass die resultierenden Wanddicke W60-2 des fertigen Außenrings 100 größer ist als die Wanddicke W60-1 an der dem mittleren Abschnitt (40) zugewandten Seite, wobei die Wanddicke senkrecht zur Drehachse A bestimmt ist. Dadurch entsteht der in 7 dargestellte Außenring 100, bei dem eine Wanddicke W des kegelförmigen Randabschnitts 60 an einem Übergang zum Randabschnitt 70 eine Aufwölbung aufweist, wobei zu beachten ist, dass der Randbereich 70 der 1 bereits bearbeitet ist. Durch den Stauchvorgang wird der Außenringrohling zudem in seiner Länge gestaucht.The open-die forging process is analogous to that in FIGS 1 until 5 The process described above also piles up the U-shaped receptacle 86 , creating an area of increased wall thickness on the conical ring section 60 . In particular, this increases the wall thickness W60-2 of the conical ring section 60 in such a way that the resulting wall thickness W60-2 of the finished outer ring 100 is greater than the wall thickness W60-1 on the side facing the middle section (40), the wall thickness being perpendicular to the Axis of rotation A is determined. This creates the in 7 Illustrated outer ring 100, in which a wall thickness W of the conical edge portion 60 has a bulge at a transition to the edge portion 70, it being noted that the edge region 70 of the 1 is already processed. The length of the outer ring blank is also compressed as a result of the upsetting process.

Wie weiterhin 7 zu entnehmen, weist somit der kegelförmige Ringabschnitt 60 des finalen geschmiedeten Außenrings 100 eine Wanddicke W60-1 im Bereich der kleinen Durchmesser D60-1 kleiner als die Wanddicke W60-2 im Bereich der großen Durchmesser D60-2. Dabei ist in der 7 die Wanddickenzunahme von W60-1 zu W60-2 relativ gering, so dass eine Materialdicke, W'60-1, die senkrecht zu der Laufbahn 62 im Bereich der kleinen Durchmesser gemessen wird, im Wesentlichen gleich ist zu einer Materialdicke W'60-2, die senkrecht zu der Laufbahn 62 im Bereich der großen Durchmesser gemessen wird.How to continue 7 Thus, as can be seen, the tapered ring portion 60 of the final forged outer ring 100 has a wall thickness W60-1 in the small diameter area D60-1 smaller than the wall thickness W60-2 in the large diameter area D60-2. Here is in the 7 the wall thickness increase from W60-1 to W60-2 is relatively small such that a material thickness, W'60-1, measured perpendicular to the raceway 62 in the small diameter region is substantially equal to a material thickness W'60-2 , which is measured perpendicularly to the raceway 62 in the area of the large diameters.

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 conical ring section 60 to the edge area 70. However, this also meant that the dimensioning of the wall thickness required for sufficient stability had to be aligned with precisely this area, which leads to relatively large wall thicknesses in the area of the unloaded central section 40 as well. Since the heavily loaded area is actively thickened by the new method, the wall thickness can be reduced overall and in particular in the middle section 40, which leads to a large saving in weight.

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 middle section 40, which is largely responsible for weight reduction, can be further reduced since the wall thickness can be further reduced.

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)

Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Außenrings (100) für ein Wälzlager, insbesondere für ein Radlager, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Vorform des Außenrings(100), 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 (100) an einem Bauteil zu befestigen, und einen mittleren Ringabschnitt (40) aufweist, der zwischen dem kegelförmig ausgebildeten Ringabschnitt (60) und dem Flanschabschnitt (20) angeordnet ist, und wobei der kleine Innendurchmesser (d60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) einem Innendurchmesser (d40) des mittleren Ringabschnitts (40) entspricht und der große Innendurchmesser (D60-1) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) an einem dem Flanschabschnitt gegenüberliegenden axialen Ende (66) des Außenrings (100) angeordnet ist, Formen des kegelförmigen Ringabschnitt (60) durch einen Freiform-Schmiedeschritt, so dass zumindest teilweise eine Wandstärke (W40-2) des Lagerrings (100) im Bereich des mittleren Ringabschnitts (40) und eine Wandstärke (W60-2) des Lagerrings (100) im Bereich des kleinen Innendurchmessers (d60-1) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) im Wesentlichen gleich ist und eine Wandstärke (W60-2) des Lagerrings am großen Innendurchmesser (d60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) größer ist als die Wandstärke (W60-1) am kleinen Innendurchmesser (d60-1). Method for producing a forged outer ring (100) for a rolling bearing, in particular for a wheel bearing, the method having: Providing a preform of the outer ring (100), 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, a flanged ring portion (20) adapted to secure the outer ring (100) to a component, and a middle ring portion (40) positioned between the tapered ring portion (60) and the Flange section (20) is arranged, and wherein the small inner diameter (d60-2) of the conical ring section (60) corresponds to an inner diameter (d40) of the middle ring section (40) and the large inner diameter (D60-1) of the conical ring section (60) is arranged on an axial end (66) of the outer ring (100) opposite the flange section, Forming of the conical ring section (60) by a free-form forging step, so that at least partially a wall thickness (W40-2) of the bearing ring (100) in the area of the central ring section (40) and a wall thickness (W60-2) of the bearing ring (100) is essentially the same in the area of the small inner diameter (d60-1) of the conical ring section (60) and a wall thickness (W60-2) of the bearing ring at the large inner diameter (d60-2) of the conical ring section (60) is greater than the wall thickness ( W60-1) on the small inner diameter (d60-1). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Freiform-Schmiedeschritt ein Stauchen des kegelförmigen Ringabschnitts (60) mittels und in eine an einer Schmiedeform (80) ausgebildeten U-förmige Aufnahme (86) aufweist, wodurch die Wandstärke (W) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) erhöht und der Randabschnitt (70) ausgebildet wird.procedure after claim 1 wherein the free-form forging step comprises upsetting the conical ring portion (60) by means of and into a U-shaped socket (86) formed on a forging die (80), thereby increasing the wall thickness (W) of the conical ring portion (60) and the edge portion (70) is formed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ferner aufweist: - Aufweiten des Ringabschnitts (60) mittels der Schmiedeform (80), um den kegelförmigen Ringabschnitt (60) herzustellen.procedure after claim 1 or 2 , the method further comprising: - expanding the ring portion (60) by means of the forging die (80) to produce the tapered ring portion (60). Geschmiedeter Außenring (100) für ein Kegelrollenlager, insbesondere ein Radlager, der 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 (100) an einem Bauteil zu befestigen, und einen mittleren Ringabschnitt (40) aufweist, der zwischen dem kegelförmig ausgebildeten Ringabschnitt (60) und dem Flanschabschnitt (20) angeordnet ist, und wobei der kleine Innendurchmesser (d60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) einem Innendurchmesser (d40) des mittleren Ringabschnitts (40) entspricht und der große Innendurchmesser (D60-1) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) an einem dem Flanschabschnitt gegenüberliegenden axialen Ende (66) des Außenrings (100) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise eine Wandstärke (W40-2) des Lagerrings (100) im Bereich des mittleren Ringabschnitts (40) und eine Wandstärke (W60-2) des Lagerrings (100) im Bereich des kleinen Innendurchmessers (d60-1) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) im Wesentlichen gleich ist und eine Wandstärke (W60-2) des Lagerrings am großen Innendurchmesser (d60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) größer ist als die Wandstärke (W60-1) am kleinen Innendurchmesser (d60-1).Forged outer ring (100) for a tapered roller bearing, in particular a wheel bearing, which has 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 is designed for a first set of tapered rollers, has a flange ring section (20) which is designed to fasten the outer ring (100) to a component, and a middle ring section (40) which is arranged between the conical ring section (60) and the flange section (20), and wherein the small inner diameter (d60-2) of the conical ring section (60) corresponds to an inner diameter (d40) of the middle ring section (40) and the large inner diameter (D60-1) of the conical ring section ( 60) is arranged on an axial end (66) of the outer ring (100) opposite the flange section, characterized in that at least partially a wall thickness (W40-2) of the bearing ring (100) in the area of the central ring section (40) and a wall thickness ( W60-2) of the bearing ring (100) in the area of the small inner diameter (d60-1) of the conical ring section (60) is essentially the same and a wall thickness (W60-2) of the bearing ring at the large inner diameter (d60-2) of the conical ring section (60) is greater than the wall thickness (W60-1) at the small inside diameter (d60-1). Außenring (100) nach Anspruch 4, wobei die Wandstärke senkrecht zu einer Drehachse des Wälzlagers bestimmt ist.Outer ring (100) according to claim 4 , wherein the wall thickness is determined perpendicular to an axis of rotation of the rolling bearing. Außenring (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Flanschbereich (20) an seiner Innenseite ebenfalls kegelförmig ausgebildet ist und eine zweite Laufbahn (24) für einen zweiten Satz Kegelrollen ausbildet.Outer ring (100) according to claim 4 or 5 , wherein the flange area (20) is also conical on its inside and forms a second track (24) for a second set of tapered rollers. Außenring (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der mittlere Ringabschnitt (40) einen größeren Außendurchmesser (D40-1) und einen kleineren Außendurchmesser (D40-2) aufweist, so dass sich die Wandstärke (W) des mittleren Abschnitts (40) leicht in Richtung des kegelförmigen Ringabschnitts (60) verjüngt, und wobei vorzugsweise die Wandstärke (W) des gesamten Außenrings (100) am kleinere Außendurchmesser (D40-2) des mittleren Ringabschnitts (40) minimal ist.Outer ring (100) according to one of Claims 4 until 6 , wherein the middle ring section (40) has a larger outside diameter (D40-1) and a smaller outside diameter (D40-2), so that the wall thickness (W) of the middle section (40) increases slightly in the direction of the conical ring section (60) tapered, and preferably wherein the wall thickness (W) of the entire outer ring (100) is minimal at the smaller outer diameter (D40-2) of the middle ring section (40). Außenring (100) nach Anspruch 7, wobei der kegelförmige Ringabschnitt (60) einen kleine Außendurchmesser (D60-1) und einen großen Außendurchmesser (D60-2) aufweist, wobei der kleine Außendurchmesser (D60-1) im Wesentlichen identisch ist zum dem kleineren Außendurchmesser (D40-2) des mittleren Ringabschnitts (40) und der große Außendurchmesser (D60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) derart dimensioniert ist, dass die Wandstärke (W60-2), die zwischen dem Innendurchmesser (d60-2) und dem Außendurchmesser (D60-2) definiert ist, im Bereich des großen Außendurchmessers (D60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) größer ist als die Wandstärke (W40-1) am größeren Außendurchmesser (D40-1) des mittleren Abschnitts (40).Outer ring (100) according to claim 7 , wherein the conical ring section (60) has a small outside diameter (D60-1) and a large outside diameter (D60-2), the small outside diameter (D60-1) being essentially identical to the smaller outside diameter (D40-2) of the middle ring section (40) and the large outside diameter (D60-2) of the conical ring section (60) is dimensioned such that the wall thickness (W60-2) between the inside diameter (d60-2) and the outside diameter (D60-2) is defined, in the area of the large outside diameter (D60-2) of the conical ring section (60) is greater than the wall thickness (W40-1) at the larger outside diameter (D40-1) of the middle section (40). Außenring (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kegelförmige Ringabschnitt (60) weiterhin an seinem Bereich mit dem großen Innendurchmesser (d60-2) einen Randabschnitt (70) aufweist, 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 (d60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) und der größere Innendurchmesser der Innendurchmesser einer Stirnfläche des Außenrings ist, oder wobei der Randabschnitt achsparallel ausgebildet ist und dessen Innendurchmesser im Wesentlichen identisch zu dem großen Innendurchmesser d(60-2) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) ist.Outer ring (100) according to one of the preceding claims, wherein the conical ring section (60) further has at its region with the large inner diameter (d60-2) an edge section (70) which is conical and has a first larger inner diameter and a second smaller one Has an inner diameter, the smaller inner diameter being essentially identical to the large inner diameter (d60-2) of the conical ring section (60) and the larger inner diameter being the inner diameter of an end face of the outer ring, or the edge section being configured parallel to the axis and its inner diameter being essentially is identical to the large inner diameter d(60-2) of the conical ring section (60). Außenring (100) nach Anspruch 9, wobei eine Wandstärke (W) des Randschnitts (70) in Richtung der Stirnfläche des Außenrings (100) abnimmt und/oder wobei eine Wandstärke (W) des Randabschnitt (70) geringer ist als eine Wandstärke (W) des mittleren Ringabschnitts (40).Outer ring (100) according to claim 9 , wherein a wall thickness (W) of the edge section (70) decreases in the direction of the end face of the outer ring (100) and/or wherein a wall thickness (W) of the edge section (70) is less than a wall thickness (W) of the middle ring section (40) . Außenring (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Randabschnitt (70) dazu ausgelegt ist, eine Dichtung oder eine Dichtungsanordnung oder ein Sensorelement, insbesondere eine Encoder-Scheibe, zu tragen.Outer ring (100) according to claim 9 or 10 , wherein the edge portion (70) is adapted to carry a seal or a sealing arrangement or a sensor element, in particular an encoder disk. Schmiedeform (80) für die Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder für die Herstellung eines geschmiedeten Außenrings (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei die Schmiedeform (80) einen ersten Abschnitt (84) und einen im Wesentlichen U-förmigen Aufnahmeabschnitt (86) aufweist,, wobei der U-förmige Aufnahmeabschnitt (86) dazu ausgebildet ist, den Randabschnitt (70) des Außenrings und die vergrößerte Wandstärke (W) des Außenrings (100) auszubilden.Forging mold (80) for use in a method according to any one of Claims 1 until 3 or for the production of a forged outer ring (100) according to one of Claims 4 until 11 wherein the forging die (80) has a first portion (84) and a generally U-shaped receiving portion (86), the U-shaped receiving portion (86) being adapted to contain the rim portion (70) of the outer ring and the enlarged Form wall thickness (W) of the outer ring (100). Schmiedeform (80) gemäß Anspruch 12, wobei der erste Abschnitt kegelförmig ausgebildet ist, um den kegelförmigen Ringbereich (60) des Außenrings (100) zu definieren.Forging mold (80) according to claim 12 wherein the first portion is tapered to define the tapered ring portion (60) of the outer ring (100). Schmiedeform (80) nach Anspruch 13, wobei der erste Abschnitt (84) einen kleinen Außendurchmesser (D84-2) und einen großen Außendurchmesser (D84-1) aufweist, und sich der U-förmige Abschnitt (86) am großen Außendurchmesser (D84-1) des ersten Abschnitts (84) nach radial außen erstreckt und der U-förmige Aufnahmeabschnitt (86) ebenfalls kegelförmig ausgebildet ist und wobei die offene Seite (92) der U-förmigen Aufnahme (86) in Richtung des kleineren Durchmessers (d84-2) des ersten Abschnitts (84) gerichtet ist und ein Bodenbereich (90) der U-förmigen Aufnahme (86) sich radial erstreckt und wobei der größte Innendurchmesser (d86-1) der U-förmigen Aufnahme (86) dazu ausgelegt ist, den großen Außendurchmesser (D60-21) des kegelförmigen Ringabschnitts (60) des Außenrings (100) zu definieren.Forging mold (80) after Claim 13 , wherein the first section (84) has a small outside diameter (D84-2) and a large outside diameter (D84-1), and the U-shaped section (86) extends at the large outside diameter (D84-1) of the first section (84 ) extends radially outwards and the U-shaped seating section (86) is also conical and the open side (92) of the U-shaped seating (86) points in the direction of the smaller diameter (d84-2) of the first section (84) is directed and a bottom area (90) of the U-shaped receptacle (86) extends radially and the largest inner diameter (d86-1) of the U-shaped receptacle (86) is designed to accommodate the large outer diameter (D60-21) of the To define conical ring portion (60) of the outer ring (100).
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