DE112004001831T5

DE112004001831T5 - Kegelrollenlager sowie Verfahren zur Herstellung der Kegelrollen

Info

Publication number: DE112004001831T5
Application number: DE112004001831T
Authority: DE
Inventors: Takashi Iwata Tsujimoto
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: DE112004001831B4; CN1863642A; CN1863642B; WO2005032762A1; US20070177838A1; JP2005106234A

Abstract

Kegelrollenlager, mit Kegelrollen, die mittels Schleifen mit einer balligen Fläche versehen und mittels Trommelpolierung so fertig bearbeitet worden sind, dass keine Schleifschmierungen 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 Kegelrollen 3 auf, die sich in einem Käfig 4 befinden und zwischen einem Innenring 1 und einem Außenring 2 angeordnet sind. Der Innenring 1 hat eine kegelige Laufbahn 1a und weist an der Seite mit großem Durchmesser eine große Schulterfläche 1b Bord auf. Der Außenring 2 ist kein unabhängiges Bauteil, d.h. die Innenfläche eines Zahnrades bildet den Außenring 2. Aufgrund baulicher Beschränkungen des Getriebes kann das Lager für dieses Teil nicht so konstruiert sein, dass es einen Querschnitt mit der Höhe H 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 Rollen 3 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 in 4(A) eindeutig gezeigt, weist die Umfangsfläche der Rolle 3 eine größere ballige Fläche als es normalerweise der Fall ist. Die mit einer balligen Fläche versehene Kegelrolle 3 berührt die Laufbahnen 1a und 2a des Innenringes 1 und des Außenringes 2 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 Innenringes 1 eingreift.
Im Betrieb wird die Rolle 3 des Kegelrollenlagers durch die Laufbahn 1a des Innenringes 1 bzw. die Laufbahn 2a des Außenringes 2 angetrieben und gedreht. Durch eine Gleitbewegung zwischen einer großen Endfläche 3a der Rolle 3 und einer großen Schulterfläche 1b des Innenringes 1 wird ein einen Widerstand erzeugendes Teil gebildet, das der Drehung der Rolle 3 entgegenwirkt.
Während sich die Kontaktstelle P der Seite mit kleinem Durchmesser des Innenringes 1 nähert, wird ein Abstand zwischen der großen Schulterfläche 1b des einen Widerstand bildenden Teils und der Kontaktstelle P größer. Dadurch wird, wie in 4(B) dargestellt, die Kegelrolle 3 leicht geneigt (Neigungswinkel θ). Dies tritt in den Vordergrund, je länger die Rolle 3 wird.
Sollte ferner ein Fluchtfehler durch Verbiegen der Achse auftreten, können die Kontaktstellen am Innenring 1 und am Außenring 2 mit der Kegelrolle 3 an der Seite mit kleinem Durchmesser und an der Seite mit großem Durchmesser getrennt werden, wie durch die Punkte P1 und P2 dargestellt (siehe 4(A)). In diesem Fall wirkt die Antriebskraft direkt als eine Kraft zum Neigen der Kegelrolle 3.
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 Rolle 3 geneigt, tritt zwischen der Endfläche 3a der Rolle und der großen Schulterfläche 1b ein sogenanntes Fressen statt. Wenn darüber hinaus zwischen einer rollenden Kontaktfläche der Rolle 3 und den Laufflächen 1a und 2a des Innenringes 1 und des Außenringes 2 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 Rauhigkeit 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 Rauhigkeit 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 Rauhigkeit der gesamten Oberfläche der Rolle auf 0,4 μm oder weniger bei einer Höhe der Unregelmäßigkeiten von 10% (0,08 μm oder weniger bei durchschnittlicher Mittellinienrauhigkeit) zu einer erheblichen Zunahme der Kosten führen. Selbst die Schlitzrolle bringt ähnliche Kostenprobleme mit sich.
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 Spezialaus rüstung 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 Kegelrollenlager mit Kegelrollen, wobei jede dieser 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 eine auf MoS₂ basierende Beschichtung zusammen mit dem Trommelpolieren verwendet werden (ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung).
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung von Rollen eines Kegelrollenlagers, wobei jede der Rollen mittels Schleifen mit einer balligen Fläche versehen und mittels Trommelpolieren so fertig bearbeitet worden ist, dass keine Schleifschlieren auf der Fläche zurückbleiben (ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung).
Bei der Durchführung dieses Bearbeitungsverfahrens kann gleichzeitig mit dem Trommelpolieren eine auf MoS₂ basierende Beschichtung aufgebracht werden (ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung).
Das Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung 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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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.
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 Schleifschmieren 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 Lager C mit Lagern A, B und D verglichen worden ist, die unter den gleichen Bedingungen als Vergleichsbeispiele untersucht worden sind. Jede Rolle der Lager A bis D 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 Rauhigkeit 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 Schleifschmieren 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 Rauhigkeit auf, es sind jedoch keine Schleifschmieren mehr vorhanden. Das Lager D weist eine Rolle auf, die keine weitere Behandlung erfahren hat und nur mit einer balligen Fläche versehen worden ist und weist eine geringere Rauhigkeit auf, als die Rolle des Lagers C, jedoch sind immer noch einige Schleifschmieren auf der gesamten Oberfläche vorhanden.
Diese Untersuchung hat ergeben, dass das Vorhandensein von Schleifschmieren Ablöseschäden hervorruft und dass das Nichtvorhandensein von Schleifschmieren keine Ablöseschäden hervorruft, selbst dann nicht, wenn die Oberfläche rau ist.
Es wird angenommen, dass Ablösungen hervorgerufen werden, indem scharfe Bereiche von Schleifschmieren 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 Neigungsvergleich (Rsk) gemacht worden ist, die Neigung 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 Schleifschmieren sind abgerundet worden). Andererseits betrug die Neigung 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 Schleifschmieren 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.
Zusammenfassung
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 Schleifschmierungen zurückbleiben.

Claims

Kegelrollenlager, mit Kegelrollen, die mittels Schleifen mit einer balligen Fläche versehen und mittels Trommelpolierung so fertig bearbeitet worden sind, dass keine Schleifschmierungen zurückbleiben.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, mit Kegelrollen, die gleichzeitig einem auf MoS₂ basierenden Beschichtungs- und einem Trommelpolierungsverfahren ausgesetzt werden.
Verfahren zur Bearbeitung von Rollen eines Kegelrollenlagers, die mittels Schleifen mit einer balligen Fläche versehen und mittels Trommelpolierung so fertig bearbeitet worden sind, dass keine Schleifschmierungen zurückbleiben.
Verfahren zur Bearbeitung von Rollen eines Kegelrollenlagers nach Anspruch 3, wobei das auf MoS₂ basierende Beschichtungsverfahren gleichzeitig mit dem Trommelpolierungsverfahren ausgeführt wird.