DE10240282A1

DE10240282A1 - Aus einem Band hergestelltes Formteil

Info

Publication number: DE10240282A1
Application number: DE10240282A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Winkelmann; Bernhard Dipl.-Ing. Klöpfer; Steffen Dipl.-Ing. Dittmer
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-08-31
Filing date: 2002-08-31
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-09-01
Also published as: DE10240282B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aus einem Band hergestelltes Formteil, dessen in Umfangsrichtung sich berührende Enden an Stoßstellen (7) miteinander verbunden sind, wobei an einem Ende des Bandes eine Ausnehmung (3.3) und am anderen Ende des Bandes ein ein Übermaß aufweisender Vorsprung (3.2) angeordnet sind, die nach dem Rundbiegen des Bandes durch Aufwenden einer Kraft ineinander gefügt sind, so dass ein Pressverband gebildet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind im Bereich der Stoßstellen (7) zur Einstellung einer verringerten Querschnittshöhe sowohl Ausnehmung (3.3) als auch Vorsprung (3.2) mit einer Anschrägung (9) versehen, so dass bei Aneinanderstoßen beider Bandenden ein Freiraum (11) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein aus einem Band hergestelltes Formteil, dessen in Umfangsrichtung sich berührende Enden an Stoßstellen unlösbar miteinander verbunden sind, wobei an einem Ende des Bandes eine Ausnehmung und am anderen Ende des Bandes ein ein Übermaß aufweisender Vorsprung angeordnet sind, die nach dem Rundbiegen des Bandes durch Aufwenden einer Kraft ineinander gefügt sind, so dass ein unlösbarer Preßverband gebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf aus Band hergestellte Formteile beschränkt. So fallen insbesondere auch Formteile unter den Erfindungsgedanken, die aus stärkerem Profilstab-Material hergestellt sind.

Die Herstellung derartiger Formteile ist schon seit langem vorbekannt. So ist beispielsweise in der DE-OS 24 06 361 eine Gleitlagerbuchse beschrieben, die in 1 eine Formplatine 1 in gestrecktem Zustand mit glatten Stoßfugen 2 zeigt. Ausgehend von einer im Wesentlichen rechteckigen Grundform weist die Platine 1 an der einen Längsseite einen bogenförmigen Rand 3 auf, der an seinen beiden Enden in den Bogen und den Schmalseiten 2 angeordneten zackenartigen hervorstehenden Ecken übergeht. Die Platine 1a nach 2 hat im Wesentlichen einen gleichen Aufbau, jedoch sind an ihren Stoßfugen 2 Elemente 5 für eine Clinch-Verbindung ausgebildet. Im Herstellungsgang nach 3 wird zunächst die Platine 1 mittels eines in 4 und 5 gezeigten Werkzeuges in eine im Wesentlichen glattzylindrische Vorform 6 überführt, wobei die Clinch-Elemente so ausgebildet sind, dass ein Vorsprung in eine zugehörige Ausnehmung eingreift.

Aus der EP 0 013 628 A1 geht diese Art der Herstellung von Formteilen auch für Lagerringe eines Radiallagers hervor. In 2 dieser Vorveröffentlichung ist ein ebener Blechstreifen gezeigt, der an seinen Längsseiten zwei abgewinkelte Borde und seine gegenüberliegenden kurzen Enden einen Vorsprung und eine zugehörige Ausnehmung aufweist. Der Vorsprung weist im Wesentlichen die Form eines eingeschnürten Halbkreises auf und ist in der Bandmitte angeordnet. Nach dem Rundbiegen des Bandes ist ein äußerer Lagerring gebildet, dessen Laufbahn in axialer Richtung durch radial nach innen gestellte Borde begrenzt ist. Die Stoßfuge des Lageraußenringes nimmt bedingt durch die Ausbildung von Vorsprung und Ausnehmung nach dem Rundbiegen des Bandes unter Bezug auf eine Lagerachse einen gekrümmten Verlauf, so dass von den Wälzkörpern in Umfangsrichtung gesehen immer nur ein Teil der Trennfuge überquert wird.

Mit der Herstellung von Formteilen aus Bandmaterial in Form von Gleitlagerbuchsen, Lagerringen oder Lagerkäfigen befassen sich auch noch die nachstehend aufgeführten Vorveröffentlichungen:
DE 611 076 , DE 857 455 , DE 1 909 843 , DE 24 06 460 , DE 32 06 126 A1 , DE 41 27 213 A1 , DE 195 42 876 A1 , DE 199 07 571 A1 , DE 199 30 658 C1 , DE 100 11 651 A1 , US 3,368,854 , US 3,455,004 , US 4,909,638 , EP 0 802 338 A2

Diese Art der Herstellung von Formteilen wird aus Kostengründen immer dann angewendet, wenn ein im Durchmesser großes Bauteil zu fertigen ist. Nachtei lig dabei ist, dass im Bereich der Stoßstellen bleibende plastische Verformungen auftreten können, die als unerwünschte Materialanhäufungen in radialer Richtung aus dem rundgebogenen Formteil herausragen. Solche Deformationen im Stoßbereich wirken sich bei einem Lagerring beim Abrollen der Wälzkörper störend derart aus, dass der Rollwiderstand erhöht ist, was letztendlich durch Ermüdung oder Verschleiß zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Verbindung von einem aus Band hergestellten Formteil zu entwickeln, die eine zuverlässige Funktion dieses Bauteils auch unter höchsten Beanspruchungen gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass im Bereich der Stoßstellen sowohl Ausnehmung als auch Vorsprung mit einer Anschrägung versehen sind, so dass bei Aneinanderstoßen beider Bandenden ein Freiraum gebildet ist.

Der Vorteil dieser Verbindungsart im Stoßstellenbereich liegt insbesondere darin, dass bei einem Überschreiten der Elastizitätsgrenze des jeweiligen Werkstoffes während des Fügeprozesses auftretende bleibende plastische Deformationen eliminiert sind, dass heißt unschädlich gemacht sind, weil sie in den Freiraum ausweichen können und dadurch die Funktion des Bauteils nicht mehr negativ beeinflussen. Diese bleibenden plastischen Verformungen bzw. Deformationen treten immer dann auf, wenn die Fügekräfte zu hoch sind. Daraus folgt, dass bei einer Erstfertigung die Preßpassung exakt auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen ist, wobei diese vom Übermaß der Bauteilgeometrie, der Oberflächenbeschaffenheit und vom Werkstoff selbst abhängig ist. Beim Fügen von Bauteilen mit Preßpassung treten im Bereich der Stoßstellen und im angrenzenden Bereich elastische, gemischt elastisch plastische oder nur plastische Verformungen auf, wobei sich in der beschriebenen Weise die plastischen Verformungen negativ auf das Verhalten des Bauteils aufweisen und in der beschriebenen Weise eliminiert werden müssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den nachstehenden Unteransprüchen aufgeführt.

So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass die Anschrägung so gelegt ist, dass entweder die Pressfugenhöhe und/oder die Pressfugenlänge in ihrer Ausdehnung reduziert sind. Bezogen auf ein rundgebogenes Formteil heißt das im ersten Fall, dass die radiale Ausdehnung der beiden aneinanderliegenden Stoßstellen verringert ist. Der zweite Fall bedeutet, dass die Bandenden an ihrer Stoßstelle in axialer Richtung nur mit einem verringerten Anteil ihrer Breite anliegen. Nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 3 soll das Formteil ein eine Laufbahn aufweisender Lagerring sein, bei dem nach Anspruch 4 die Anschrägung im Bereich der Stoßstellen zumindest einem elastischen Einfederungsanteil von Wälzkörpern in die Laufbahn im Lastbereich entsprechen soll. Nach Anspruch 5 soll die Anschrägung einen logarithmischen oder den Verlauf einer e-Funktion aufweisen. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 6 soll bei diesem Lagerring der Preßverband außerhalb der Laufbahn gebildet sein. Schließlich geht aus Anspruch 7 hervor, dass das Formteil ein aus Seitenringen und diese miteinander verbindende Stege bestehender Käfig eines Radiallagers ist.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch Kugellager,
2 einen Ausschnitt auf eine Draufsicht auf einen Lagerring im Stoßstellenbereich,
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2 nach dem bisherigen Stand der Technik,
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2 nach der Erfindung,
5 einen Ausschnitt aus einer vergrößerter Darstellung eines Radiallagers im Stoßstellenbereich nach dem bisherigen Stand der Technik und
6 einen Ausschnitt aus einem Radiallager nach der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Rillenkugellager besteht aus dem Lageraußenring 2 und dem Lagerinnenring 3, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen 2.1, 3.1 im Käfig 4 geführte Lagerkugeln 5 um ihre Achse 6 abrollen. Der Lagerinnenring 3 ist aus einem endlosen ebenen Band gefertigt, in das zunächst die Innenlaufbahn 3.1 eingeprägt wird. Nach dem Ablängen des Bandes entsprechend dem späteren gewünschten Durchmesser des Lagerinnenringes 3 wird dieses rundgebogen und an seinen beiden Enden im Bereich der Stoßstellen 7 miteinander verbunden. Dies erfolgt derart, dass beide Bandenden mit Vorsprüngen 3.2 versehen sind, die in zugehörige Ausnehmungen 3.3 eingreifen. Durch Anwenden einer Kraft in Umfangs- und/oder radialer Richtung werden die beiden Bandenden durch Verformung ineinander gefügt, so dass ein Preßverband gebildet ist. Das Anwenden dieser Kraft ist aus 2 zu entnehmen, wobei diese, wie ausgeführt in verschiedenen Richtungen wirken kann und mit FV sowie FV, bezeichnet ist.
Besitzen nun, wie in 3 dargestellt, beide Bandenden eine gleiche Querschnittshöhe, so kann es vorkommen, dass bei der Bildung des Preßverbandes eine zu hohe Preßkraft wirkt, die zu bleibenden plastischen Deformationen im Bereich der Stoßstelle 7 führt. Diese Deformationen 8 ragen in den Bereich der Innenlaufbahn 3.1 hinein. Sie führen dazu, dass bei jeder Umdrehung des Lagers diese Deformation 8 durch die Wälzkörper 5 überwunden werden muss. Dies führt zu Stoßbeanspruchungen der Rollkörper und dazu, dass im Bereich der Stoßstelle 7 an den Übergängen zu den Bandenden kleine Ausbrüche auftreten können, die die Lebensdauer des Lagers 1 verkürzen.
Zur Behebung dieses Mangels sind in erfindungsgemäßer Weise die beiden Bandenden mit einer Anschrägung 9 versehen, wie 4 zeigt. Bedingt durch diese Anschrägung 9 ist die mit 10 bezeichnete radiale Preßfugenhöhe gebildet, die in ihrer Ausdehung kleiner als die Höhe des Bandquerschnittes ist. Werden nun die beiden Bandenden zur Bildung eines Preßverbandes mit der verringerten Preßfugenhöhe 10 aneinander gelegt, so ist beidseitig im Bereich der Stoßstelle 7 ein Freiraum 11 gebildet, der einerseits von je einem Endpunkt der Preßfugenhöhe 10 und andererseits von der gedachten gestrichelt dargestellten Verbindungslinie 12 begrenzt ist. Wird nun durch eine zu hohe Preßkraft eine unerwünschte bleibende plastische Deformation 8 erzeugt, so kann diese in den Freiraum 11 ausweichen und ist somit ihrer negativen Auswirkung auf die Innenlaufbahn 3.1 des Lagerinnenringes 3 beraubt.
In 5 ist in stark übertriebender Darstellungsweise, bei der die Lagerringe 2, 3 nicht in runder, sondern in ebener Form gezeigt sind, die Annäherung von Lagerkugel 5 und Laufbahnen 2.1, 3.1 im belasteten Kontaktbereich gezeigt. Wie erkennbar, wird unter Last die Lagerkugel 5 im Bereich der Laufbahnen 2.1, 3.1 abgeplattet bzw. die Lagerkugel 5 dringt in radialer Richtung in diese ein. Bei einer Bewegung der Lagerkugel in Richtung X ist im Bereich der Stoßstelle 7 eine unterschiedliche Preßfugenhöhe 10 gegeben. Diese ist in der linken Bildhälfte um den elastischen Bereich δ geringer als in der rechten Bildhälfte. Dadurch bedingt, muss eine Lagerkugel 5 bei jeder Umdrehung im Lastbereich auf eine Stoßstelle 7 auflaufen, die um das Niveau δ höher liegt als die Rollkörper-Laufbahn-Kontakt-Zone. Diese Fugenkante wird örtlich stark beansprucht, was zur Überlastung und zum Ausbrechen von Partikeln aus der Laufbahn bzw. den Laufbahnen führen kann. Wie nun 6 zeigt, sind zur Behe bung dieses Nachteiles in der Stoßstelle 7 die Bandenden mit einer Anschrägung 9 versehen, die mindestens diesem elastischen Einfederungsanteil 6 entspricht.

1: Rillenkugellager
2: Lageraußenring
2.1: äußerer Laufbahn
3: Lagerinnenring
3.1: innere Laufbahn
3.2: Vorsprung
3.3: Ausnehmung
4: Käfig
5: Lagerkugel
6: Achse
7: Stoßstelle
8: plastische Deformation
9: Anschrägung
10: Preßfugenhöhe
11: Freiraum
12: Verbindungslinie
δ: Einfederungsanteil

Claims

Aus einem Band hergestelltes Formteil, dessen in Umfangsrichtung sich berührende Enden an Stoßstellen (7) miteinander verbunden sind, wobei an einem Ende des Bandes eine Ausnehmung (3.3) und am anderen Ende des Bandes ein ein Übermaß aufweisender Vorsprung (3.2) angeordnet sind, die nach dem Rundbiegen des Bandes durch Aufwenden einer Kraft ineinander gefügt sind, so daß ein Preßverband gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Stoßstellen (7) sowohl Ausnehmung (3.3) als auch Vorsprung (3.2) mit einer Anschrägung (9) versehen sind, so daß bei Aneinanderstoßen beider Bandenden ein Freiraum (11) gebildet ist.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschrägung (9) so gelegt ist, dass entweder die Preßfugenhöhe (10) und/oder die Preßfugenlänge in ihrer Ausdehnung reduziert sind.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein eine Laufbahn (2.1, 3.1) aufweisender Lagerring (2,3) ist.
Lagerring (2,3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschrägung (9) im Bereich der Stoßstellen (7) zumindest einem elastischen Einfederungsanteil δ von Wälzkörpern (5) in die Laufbahn (2.1, 3.1) im Lastbereich entspricht.
Lagerring (2, 3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschrägung (9) einen logarithmischen oder den Verlauf einer e-Funktion nimmt.
Lagerring (2, 3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßverband außerhalb der Laufbahn (2.1, 3.1) gebildet ist.
Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein aus Seitenringen und diese miteinander verbindende Stege bestehender Käfig eines Radiallagers ist.