DE112004001831B4 - Kegelrollenlager sowie Verfahren zur Herstellung der Kegelrollen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein kostengünstiges und langlebiges Kegelrollenlager, das eine Rolle mit einer großen balligen Fläche aufweist und vorzugsweise ein Kegelrollenlager zum Lagern eines Führungselements eines Kfz-Getriebes ist. Eine Umfangsfläche einer Rolle 3 in einem Kegelrollenlager ist mittels Schleifen mit einer balligen Fläche versehen und danach mittels Trommelpolierung so fertig bearbeitet worden, dass keine Schleifschlieren zurückbleiben.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager zum Lagern von zum Beispiel einem Führungselement eines Kfz-Getriebes, das bei starkem Fluchtfehler verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kegelrollen des Lagers.
- Beschreibung des Standes der Technik
-
3 zeigt ein Beispiel eines Kegelrollenlagers wie es in einem herkömmlichen Handgetriebe-Führungselement verwendet wird. Das Lager weist Kegelrollen3 auf, die sich in einem Käfig4 befinden und zwischen einem Innenring1 und einem Außenring2 angeordnet sind. Der Innenring1 hat eine kegelige Laufbahn1a und weist an der Seite mit großem Durchmesser eine große Schulterfläche1b Bord auf. Der Außenring2 ist kein unabhängiges Bauteil, d.h. die Innenfläche eines Zahnrades bildet den Außenring2 . Aufgrund baulicher Beschränkungen des Getriebes kann das Lager für dieses Teil nicht so konstruiert sein, dass es einen Querschnitt mit der HöheH aufweist. Da es jedoch starken Belastungen ausgesetzt wird und daher eine hohe Tragfähigkeit aufweisen muss, weist das Kegelrollenlager eine große Breite mit dünnen und langen Rollen3 auf. So weist die Rolle zum Beispiel eine längliche Form auf, wobei die Rollenlänge mehr als zweimal soviel wie der Rollendurchmesser beträgt. - Da die Innenfläche des Außenrings
2 (Innenfläche des Zahnrades) von Lagerherstellern nicht geliefert wird, weist sie im allgemeinen Zustand keine geeignete Fläche auf. Diese Art von Kegelrollenlager erfordert eine gewisse Neigungssicherheit wegen seiner starken Fluchtfehler und seinen drehenden Rollen. Wie in4(A) eindeutig gezeigt, weist die Umfangsfläche der Rolle3 eine größere ballige Fläche als es normalerweise der Fall ist. Die mit einer balligen Fläche versehene Kegelrolle3 berührt die Laufbahnen1a und2a des Innenringes1 und des Außenringes2 in einem speziellen Kontaktbereich, der sich im Allgemeinen radial im mittleren Bereich seiner Längsrichtung erstreckt. Eine Kontaktstelle P kann sich aufgrund einer Durchbiegung einer Achse verschieben, die in die Innenfläche des Innenringes1 eingreift. - Im Betrieb wird die Rolle
3 des Kegelrollenlagers durch die Laufbahn1a des Innenringes1 bzw. die Laufbahn2a des Außenringes2 angetrieben und gedreht. Durch eine Gleitbewegung zwischen einer großen Endfläche3a der Rolle3 und einer großen Schulterfläche1b des Innenringes1 wird ein einen Widerstand erzeugendes Teil gebildet, das der Drehung der Rolle3 entgegenwirkt. - Während sich die Kontaktstelle
P der Seite mit kleinem Durchmesser des Innenringes1 nähert, wird ein Abstand zwischen der großen Schulterfläche1b des einen Widerstand bildenden Teils und der KontaktstelleP größer. Dadurch wird, wie in4(B) dargestellt, die Kegelrolle3 leicht geneigt (Neigungswinkel0 ). Dies tritt in den Vordergrund, je länger die Rolle3 wird. - Sollte ferner ein Fluchtfehler durch Verbiegen der Achse auftreten, können die Kontaktstellen am Innenring
1 und am Außenring2 mit der Kegelrolle3 an der Seite mit kleinem Durchmesser und an der Seite mit großem Durchmesser getrennt werden, wie durch die PunkteP1 undP2 dargestellt (siehe4(A) ). In diesem Fall wirkt die Antriebskraft direkt als eine Kraft zum Neigen der Kegelrolle3 . - Die Konstruktion des Führungselements des Getriebes kann eine starke Verbiegung der Achse aufweisen, die von Belastungen des Getriebes herrührt. Dies würde leicht einen Winkelfehler innerhalb des Lagers bewirken, was zum Neigen der Rolle
3 führt. Ist die Rolle3 geneigt, tritt zwischen der Endfläche3a der Rolle und der großen Schulterfläche1b ein sogenanntes Fressen statt. Wenn darüber hinaus zwischen einer rollenden Kontaktfläche der Rolle3 und den Laufflächen1a und2a des Innenringes1 und des Außenringes2 ein Schlupf auftritt, führt dies zu Ablösen, Verschmieren und sogar Abblättern. Dies kann wiederum die Lebensdauer des Lagers ungünstig beeinflussen. - Was herkömmliche Kegelrollenlager betrifft, sind folgende Maßnahmen unternommen worden, um dem entgegenzutreten: (
1 ) Bereitstellen einer Vertiefung am Bord; (2 ) Anbringen einer größeren balligen Fläche an der Schulter; (3 ) Verwenden einer Schlitzrolle (siehe Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung 2003-184885); (4 ) Mindern der Rauigkeit der Lauffläche des Lagerringes und Erhöhen der Schmiermittelmenge, etc. - Das Lager soll zwar stärkere Belastungen aufnehmen, kann jedoch nicht so konstruiert werden, dass sein Querschnitt der Höhe H (
3 ) entspricht und wird daher nur in seiner Breite vergrößert. Unter derartigen Umständen können die vorstehend genannten Maßnahmen für die Lösung der Probleme ungeeignet sein. - So würde beispielsweise das Versehen der Rolle mit einer balligen Fläche, die größer ist als eine vorgeschriebene ballige Fläche, eine Ungleichmäßigkeit der Rauigkeit der Rollenkontaktfläche mit sich bringen, wodurch die Rolle an ihrer Oberfläche leichter zu beschädigen ist (siehe Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung 2003-172360). Darüber hinaus würde eine Minderung der Rauigkeit der gesamten Oberfläche der Rolle auf 0,4µm oder weniger bei einer Höhe der Unregelmäßigkeiten von 10% (0,08µm oder weniger bei durchschnittlicher Mittellinienrauigkeit) zu einer erheblichen Zunahme der Kosten führen. Selbst die Schlitzrolle bringt ähnliche Kostenprobleme mit sich.
- Aus der
DE 762 835 A ist ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von Kugeln für Wälzlager mittels Trommelpolieren bekannt. Durch Trommelpolieren über mehrere Tage oder Wochen ergibt sich eine gut geglättete, hochglänzende Oberfläche. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Im Automobilbau werden Kegelrollenlager gewöhnlich mittels Superfinish mit einer balligen Fläche versehen, damit sie in großer Stückzahl hergestellt werden können. Es ist allerdings schwierig, große ballige Flächen allein durch Superfinish herzustellen. Wenn, wie vorstehend erwähnt, eine große ballige Fläche erforderlich ist, ist es denkbar, ein Verfahren anzuwenden, bei dem zunächst die ballige Fläche gebildet und dann diese ballige Fläche mittels Superfinish fertig bearbeitet wird. Es ist jedoch eine Spezialausrüstung erforderlich, um die gesamte Fläche, die eine große ballige Fläche aufweist, mittels Superfinish zu behandeln, was zu erheblichen Mehrkosten führt.
- Selbst wenn das Superfinish teilweise und nicht auf der gesamten Fläche durchgeführt wird, so dass keine Spezialausrüstung erforderlich ist, lässt es sich nicht vermeiden, dass die Bereiche, bei denen kein Superfinish erfolgt ist, Schäden aufgrund von Ablösungen auf dem Laufring hervorrufen, wodurch die Lebensdauer des Lagers verkürzt wird.
- Die vorliegende Erfindung eignet sich für ein Kegelrollenlager zum Lagern eines Führungselements eines Kfz-Getriebes und zielt darauf ab, ein langlebiges Kegelrollenlager zu niedrigen Kosten zu schaffen, dessen Rollen eine große ballige Fläche aufweisen.
- Um die vorstehend genannten Probleme lösen zu können, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kegelrollenlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei dem jede der Rollen mittels Schleifen mit einer balligen Fläche versehen und mittels Trommelpolieren so fertig bearbeitet (finish) worden ist, dass keine Schleifschlieren auf der Fläche zurückbleiben (ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung).
- Trommelpolieren kann auf beliebige Weise erfolgen und ist auf kein spezielles Verfahren begrenzt. So kann Trommelpolieren beispielsweise durch Flüssigkeit, Fliehkraft, Schwingung oder Rotation erfolgen. Darüber hinaus kann ein auf MoS2 basierendes Beschichtungsverfahren gleichzeitig mit dem Trommelpolieren durchgeführt werden (ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung).
- Das nach der vorliegenden Erfindung hergestellte Kegelrollenlager ist geeignet zum Lagern eines Führungselements eines Kfz-Getriebes und kann selbstverständlich auch für andere Zwecke verwendet werden.
- Es ist möglich, ein neigungsresistentes Kegelrollenlager zu geringen Kosten zu schaffen, ohne dass Probleme wie z.B. kurze Lebensdauer und von Ablösungen oder dergleichen herrührende Schäden hervorgerufen werden, indem eine große ballige Fläche auf der Rolle durch Schleifen und Fertigbearbeiten ihrer Oberfläche durch Trommelpolieren anstelle von Superfinish gebildet wird.
- Figurenliste
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1 ist ein Flussdiagramm, das die Bearbeitung einer Kegelrolle zeigt. -
2 ist ein Diagramm, welches das Ergebnis eines Ablösetests bei einem Kegelrollenlager zeigt. -
3 ist eine Querschnittsansicht eines Kegelrollenlagers zum Lagern eines gewöhnlichen Führungselements eines Kfz-Getriebes (Stand der Technik). -
4A ist eine Seitenansicht einer Kegelrolle mit balliger Fläche; und -
4B ist eine Draufsicht auf eine Kegelrolle mit balliger Fläche. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt ein Verfahren zur Bearbeitung einer Rolle im erfindungsgemäßen Kegelrollenlager. Zunächst wird die Kegelrolle mittels Schleifen mit einer balligen Fläche versehen. Dann wird die Oberfläche der mit einer balligen Fläche versehenen Kegelrollen so lange mittels Trommelpolieren oder Kugelpolieren bearbeitet, bis die Schleifschlieren verschwunden sind. - Das Kegelrollenlager wird mit der wie vorstehend beschrieben bearbeiteten Rolle zusammengebaut und auf Schäden, die aufgrund von Ablösungen entstanden sind, untersucht.
2 zeigt das Ergebnis der Untersuchung, bei denen ein erfindungsgemäßes LagerC mit LagernA ,B undD verglichen worden ist, die unter den gleichen Bedingungen als Vergleichsbeispiele untersucht worden sind. Jede Rolle der LagerA bisD weist die gleiche mittels Schleifen gebildete ballige Fläche auf. - Das Lager A weist eine Rolle auf, bei der die gesamte ballige Fläche mittels Superfinish fertig bearbeitet worden ist. Ihre gesamte Oberfläche weist eine günstige Rauigkeit auf; für die Bearbeitung dieses Lagers sind jedoch hohe Kosten notwendig. Bei dem Lager
B ist nur das Zentrum der balligen Fläche der Rolle mittels Superfinish so fertig bearbeitet worden, dass immer noch einige Schleifschlieren vorhanden sind. Bei dem Lager C ist die gesamte Rolle mittels Trommelpolieren fertig bearbeitet worden und ihre gesamte Oberfläche weist, verglichen zu dem Superfinish-Verfahren, eine hohe Rauigkeit auf, es sind jedoch keine Schleifschlieren mehr vorhanden. Das LagerD weist eine Rolle auf, die keine weitere Behandlung erfahren hat und nur mit einer balligen Fläche versehen worden ist und weist eine geringere Rauigkeit auf, als die Rolle des Lagers C, jedoch sind immer noch einige Schleifschlieren auf der gesamten Oberfläche vorhanden. - Diese Untersuchung hat ergeben, dass das Vorhandensein von Schleifschlieren Ablöseschäden hervorruft und dass das Nichtvorhandensein von Schleifschlieren keine Ablöseschäden hervorruft, selbst dann nicht, wenn die Oberfläche rau ist.
- Es wird angenommen, dass Ablösungen hervorgerufen werden, indem scharfe Bereiche von Schleifschlieren auf die gegenüber liegenden Bereiche, d.h. die Laufflächen des Innenrings und des Außenrings, auftreffen. Diese Annahme wird dadurch unterstützt, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem der Vergleich der Schiefe (Rsk) gemacht worden ist, die Schiefe des Lagers C -2,6 betrug, da seine vorspringenden Bereiche mittels Trommelpolieren geglättet worden sind. Dies bedeutet, dass sich seine Oberfläche in einem geglätteten Zustand befindet (die Vorsprünge der Schleifschlieren sind abgerundet worden). Andererseits betrug die Schiefe des Lagers D -0,3, da es keine andere Behandlung außer Schleifen erfahren hatte. Dies bedeutet, dass sich seine Oberfläche in einem Zustand befindet, in dem sich Vorsprünge und Vertiefungen im so gut wie gleichen Niveau befinden (die Vorsprünge der Schleifschlieren sind stark hervorgehoben).
- Kurz gesagt: Indem ein Finish durchgeführt wird, bei dem vom Schleifen herrührende Vorsprünge mittels Trommelpolieren geglättet werden, ist es möglich, zu geringen Kosten ein Lager herzustellen, das eine Rolle mit einer großen balligen Fläche aufweist, die keine Probleme wie z.B. durch Ablösen hervorgerufene Schäden hervorruft.
- Ferner kann in dem Fall, in dem ein Kegelrollenlager bei seiner Benutzung nicht ausreichend geschmiert wird, für das Finish eine Beschichtung mittels Molybdändisulfid (MoS2) zusammen mit einer Trommelpolierung erfolgen, auch um ein Abnützen der Rolle aufgrund von Schlupf, der von Fluchtfehlern herrührt, reduzieren zu können. Da dieser Beschichtungsvorgang gleichzeitig mit der Trommelpolierung durchgeführt werden kann, ist es möglich, Maßnahmen gegen Verschleiß auf kostengünstige und effektive Weise zu ergreifen, ohne dass weitere zusätzliche Verfahrensschritte erforderlich werden.
- Die vorstehende Beschreibung bezieht sich nur auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform begrenzt und kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, vorausgesetzt, sie steht im Einklang mit dem in den Ansprüchen beschriebenen technischen Gedanken.
Claims (2)
- Verfahren zur Herstellung eines Kegelrollenlagers mit einem Innenring (1), einem Außenring (2) und Kegelrollen (3), die zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) platziert sind, wobei eine Oberfläche jeder der Kegelrollen (3) so bearbeitet wird, dass sie eine Balligkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist: Herstellung der Balligkeit auf der Oberfläche der Kegelrolle (3) durch Schleifen, und dann Bearbeiten der Kegelrolle (3) durch Trommelpolieren, um die Oberfläche der Kegelrolle (3) feinzubearbeiten und damit hervorragende Bereiche von beim Schleifen der Balligkeit entstandenen Schleifschlieren zu glätten und abzurunden, wobei die Schiefe (Rsk) der äußeren Umfangsfläche der Kegelrolle (3) kleiner ist als die der Kegelrolle (3) im Status der Vollendung des Schrittes der Herstellung der Balligkeit, und die Rautiefe (Ra) der äußeren Um- fangsfläche der Kegelrolle (3) größer ist als die der Kegelrolle (3) im Status der Vollendung des Schrittes der Herstellung der Balligkeit.
- Verfahren zur Herstellung eines Kegelrollenlagers nach
Anspruch 1 , bei dem ein auf MoS2 basierendes Beschichtungsverfahren gleichzeitig mit dem Trommelpolieren durchgeführt wird.
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