DE2745527A1

DE2745527A1 - Verbundring fuer waelzlager sowie dessen herstellverfahren

Info

Publication number: DE2745527A1
Application number: DE19772745527
Authority: DE
Inventors: Roger Chalansonnet
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-10
Publication date: 1978-04-27
Also published as: US4189816A; ES461532A1; FR2372348A1; IT1083040B; DE2745527C2; GB1530087A; FR2372348B1

Description

Verbundring für Wälzlager sowie dessen Herstellverfahren

Die Erfindung betrifft einen Verbundring für Wälzlager, bei dem der Körperwerkstoff des Rings sich vom Werkstoff unterscheidet, der den Lager-Laufring bildet.

Es gibt Wälzlager, bei denen mindestens ein Ring aus zwei stetigen konzentrisch zueinander angeordneten Metallringen besteht, die heiß aufgeschrumpft sind. Diese Metallringe können aus unterschiedlichen Legierungen bestehen, die unterschiedlichen thermischen Behandlungen unterlegen haben, damit sie ihrer Punktion entsprechende mechanische Eigenschaften annehmen. Auf diese Weise kann der Metallring, der den Laufring bildet, eine sehr große Härte besitzen, während der äußere Metallring eine dessen Fertigung erleichternde geringere Härte oder Festigkeit besitzt.

Bei derartigen Wälzlagern konnte jedoch noch nicht erreichen werden, daß die Festlegung oder Blockierung in Axialrichtung des den Laufring tragenden Rings mit ausreichender Genauigkeit sichergestellt werden kann, wenn die zwischen den Lagerringen angeordneten Rollkörper sowohl axialen als auch radialen Beanspruchungen unterliegen. Um diesen Nachteil zu vermeiden,

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wurde versucht, derartige Wälzlagerringe ausgehend von einem Ring zu erzeugen, der einen aufgeschraubten Lagerring aufnimmt, dessen Umfang den Laufring für die Rollkörper bildet. Dieser Lagerring ermöglicht jedoch keine Verwendung herkömmlicher Werkstoffe,deren ausreichende Härte durch geeignete thermische Behandlung der Stücke erreicht ist. Es ist nämlich bekannt, daß die jeweilige thermische Behandlung (Härtung, Einsatzhärtung) stets den Gewinde-Lagerring oberflächenseitig verformt, derart, daß dessen genaue Justierung im Ring sehr schwierig, wenn nicht unmöglich wird. Das ergibt sich daraus, daß die die Lagerringe bildenden Stahle nach ihrer thermischen Behandlung nicht mehr ausreichende Elastizizäts- und Zähigkeitseigenschaften besitzen, um ein mechanisches Verhalten der Gewinde sicherzustellen.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Lager anzugeben, das den unterschiedlichen mechanischen Bedingungen genügt, die für die Laufflächen und die Verbindungsflächen des Lagerrings mit den Umgebungsgliedern bestehen. Insbesondere soll ein Ring für gehärtete Wälzlager angegeben werden,der mit für weiche oder geglühte Stahle verwendbarenHerstelltechniken herstellbar ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Ring für Wälzlager dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der beiden konzentrischen Ringe radial verformt wird bis zur Ausfüllung einer Kammer, die den Abmessungen des Lagerrings entspricht, um eine axiale Halterung oder Aufnahme der Ringe sicherzustellen_#und daß der Lagerring einer thermischen Behandlung unterworfen wird, die die Aufschrumpfung der Ringe begünstigt und deren radiale Kohäsion oder Bindewirkung begünstigt.

Der so hergestellte Lagerring wird durch konzentrische Anordnung zweier koaxialer zylindrischer Ringe erhalten, die

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jeweils aus Metallen von in geglühtem Zustand unterschiedlicher Art hergestellt sind. Im Fall eines Außen-Lagerrings besteht der die Rollbahn tragende Innenring aus für Lager besonders vorgesehenem Stahl der Art 100 C6 od. dgl. Der Außenring, der ggf. Befestigungs-Gewindeöffnungen besitzt, besteht aus Stahl geringen Kohlenstoffgehalts. Die beiden zusammengefügten Ringe sind gewalzt und zeigen sich in Form einer Anordnung,deren Abmessungseigenschaften denen des gewünschten Lagerrings entsprechen.

Die so gebildete Anordnung wird dann einer Wärmebehandlung unterworfen, die für die Lagerstahle spezifiziert ist. Während der Behandlung bei der Transformationsphase zwischen austenitischem und martensitischem Zustand überträgt sich die Dimensionsänderung des Innenrings in. eine Volumenvergrößerung, die die Reibung bzw. Schrumpfung zwischen den Ringen begünstigt. Diese sind dadurch drehfest, d. h. in Drehrichtung unbeweglich, und die durch das Walzen auf der Innenfläche des Rings erzeugte Profilform verhindert jede Relativverschiebung in Axialrichtung.

Ein anderes Herstellverfahren besteht darin, daß die Anordnuig der beiden zusammengefügten Ringe auf eine Temperatur über 850 ⁰C gebracht wird und daß bei dieser Temperatur unter kräftiger Abkühlung des Außenrings diese gewalzt werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt einen Lagerring für ein einreihiges Wälzlager;

Fig. 2 im Schnitt einen Lagerring für ein zweireihiges Wälzlager;

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Fig. 3» 4 Schnitte des Außen- und des Innenrings des

Lagerrings vor deren ZusammenfUgung zum Walzen;

Fig. 5 im Schnitt die Anordnung der beiden unter Druck zusammengefügten Ringe;

Fig. 6, 7 schematisch die Wälzeinrichtung der in Fig. 5 dargestellten Ringe während zweier Fertigungsschritte;

Fig. 8 im Längsschnitt ein zusammengebautes Wälzlager, das den erfindungsgemäßen Lagerring verwendet.

Wie sich aus den Fig. 1,2 und 8 ergibt, besteht der Lagerring eines Wälzlagers aus zwei gesonderten Ringen 1 und 2. Der Ring 1 trägt einen oder zwei Lager- oder Rollenwege 3 (Flg. 1) oder 4 (Fig. 2) für Rollkörper, wie Kugeln 20 (Fig. 8).

Der Ring 1 besteht aus mit Chrom legiertem Stahl einer Art, die im wesentlichen der Legierung 100 C6 gemäß der französischen Norm AFNOR NF A 35551 entspricht oder der Legierung 52100 gemäß der amerikanischen Norm SAE J 4o4 F, d. h., daß deren Zusammensetzung innerhalb folgender Grenzen, ausgedrückt in Gewichtsprozent, liegt: C 0,95 bis 1,10 - Cr 1,50 bis 1,60 Ni^ 0,30 - Mn 0,25 bis 0,40 - Si 0,10 bis 0,35 P + S 4s. 0,025 - Rest Fe.

Der Ring 2 besteht aus einer korrosionsfesten Legierung, wie einem Stahl mit geringem Kohlenstoffanteil.

Der Lagerring des Wälzlagers wird auf folgende Weise hergestellt: Der Außenring 2 wird ausgehend von einem Rohling 5 (Fig. 3)

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hergestellt in üblicher Weise, unter Verwendung von Dreh- oder Schneid-Schritten. Der Außendurchmesser A und die Breite C des Rohlings 5 sind etwas kleiner als der Außendurchmesser B und die Breite D des Rings 2. Der Durchmesser S der Bohrung des Rohlings 5 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser P des Rohlings 6 des Innenrings 1.

Der aus einem Wälzlager-Stahl des Typs 100 C6 hergestellte Rohling 6 kann ebenfalls durch Dreh- oder Schneid-Schritte hergestellt sein oder unter Verwendung von zu Ringen gewalzten und verschweißten Bändern. Die Breite K des Rohlings 6 ist etwas kleiner als die Breite C des Rohlings 5 des Außenrings 2. Im Gegensatz dazu ist dessen Außendurchmesser F etwas größer als der Durchmesser E der Bohrung des Rohlings 5»

Die beiden Rohlinge 5, 6 werden anschließend wie in Fig. 5 dargestellt, aufeinander aufgepreßt und die Seitenflächen des Innenrohlings 6 bleiben von denen des Außenrohiings gleichbeabstandet. Die Abmessungsverhältnisse zwischen den beiden Rohlingen 5*6 sind so bestimmt, daß die Gewichtssumme der beiden Rohlinge gleich der des Verbund-Lagerrings ist.

Die beiden konzentrisch zusammengefügten Rohlinge 5, 6 besitzen nun die Form einer Anordnung, die radial verformt wird. Der Walzechritt erfolgt so,daß dabei der Außenrohling 5 in einer Halterung eingeschlossen ist, die durch zwei trennbare Schalen oder Formen 7, 8 gebildet ist, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser B und der Dicke D des herzustellenden Lagerrings entsprechen. Eine Rolle 9 geeigneter Form, deren Profil dem der Rollwege entspricht, wird in eine Dreh- und eine Translations-Bewegung in Richtung des Rohlings 6 versetzt.

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Während des Walzschritts oder der Walzphase verformen sich die Rohlinge 6, 5, die jeweils vom durch die Rolle 9 ausgeübten Druck beansprucht bzw. belastet sind_/in Axialrichtung und in Radialrichtung bis sie die Aufnahmekammer 10 ausfüllen, die durch die trennbaren Formen 7» 8 gebildet bzw. begrenzt ist.

Am Ende dieses Betriebsschritts ist das Profil des Rollwegs des Rings 1, der ausgehend vom Rohling 6 erhalten ist, im Ring 2 eingebettet der ausgehend vom Rohling 5 erhalten ist.

Die Dreh- und die Translationsbewegung der Rolle 9 ermöglichen so, dem Rohling 6 ein Innenprofil zu geben, das dem Profil der Rollwege entspricht.

Nach dem Rollen wird der Lagerring einer thermischen Härtungs- und Vergütungsbehandlung unterworfen, die der entspricht, die für Stahle des Typs 100 C6 verwendet wird. Jeder der den Lagerring bildende Ring 1,2 unterliegt während dieser Behandlungen Dimensionsänderungen. Die Amplitude dieser Dimensionsänderungen unterscheidet sich wegen des Vorhandenseins von gelöstem Kohlenstoff in der martens!tischen Härtungsmatrix für jeden der die Ringe bildenden Stahle.

Eine sorgfältige Wahl der Bedingungen der Wärmebehandlung ermöglicht es^ das Auftreten von Beanspruchungen für die Ringe zu begrenzen, die keine Rollbahnen tragen. Dadurch wird eine vollkommene Kohäsion zwischen den beiden Ringen sowohl in radialer als auch in Winkelrichtung erreicht.

Eine besonders wichtige Anwendung der Erfindung betrifft die Herstellung von Außen-Lagerringen für zweireihige Schrägkugellager für Vorderräder von Kraftfahrzeugen, von denen in

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Fig. 8 beispielhaft eine Befestigungsart dargestellt ist.

Bei diesem Beispiel ist der Außen-Lagerring 21 des Wälzlagers, der durch die Ringe 1 und 2 gebildet ist, einem Innen-Lagerring zugeordnet, der durch zwei Halbringe 24 gebildet ist.

In diesem Fall ist ein Ende der Motorwelle vorgesehen, die einen Zylinderteil aufweist, das in einer ausgekehlten oder geriffelten Nabe 22 aufgenommen ist, die einen Mitnehmerflansch 23 des Fahrzeugrads trägt sowie die beiden Halbringe 2h des Innen-Lagerrings des Wälzlagers. Das (nicht dargestellte) Rad ist stets mittels in Gewindeöffnungen 25 eingeschraubten handelsüblichen Schrauben befestigt. Der den Flansch des Wälzlagers bildende Außenring ist wie in der Zeichnung dargestellt, über seine geschliffene Seite 26 aufgenommen, die sich befestigt, sich anliegt und sich zentriert über die Außenfläche 27 in einer geeigneten Zentrierung, die in einem festen Tragteil 28 gefertigt ist, das mit dem Fahrzeugkasten Über Aufhängungsglieder verbunden ist und das um eine Schwenkachse schwenkbar befestigt ist, wie das beispielsweise bei einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb der Fall ist. In diesem Fall ist die Motorwelle einstückig mit einem Teil, das den Kardanantrieb cdeijdie homokinetische Antriebsverbindung bildet oder umschließt, die in der geriffelten Bohrung der Nabe 22 aufgenommen ist.

Es ist dabei festzustellen, daß der Außenring 2 des Lagerrings 21 des Wälzlagers die Fertigung von Teilen ermöglicht, die zur Befestigung des zusammengebauten Wälzlagers auf Umfangsgliedern der Aufhängung geeignet sind, mittels üblicher Techniken, die zur Fertigung von weichen und geglühten Stahlen verwendet werden, wodurch der Einfluß von Dimens ionsänderungen infolge der thermischen Behandlung vermieden bzw. unterdrückt wird.

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Die Erfindung gibt also Wälzlager mit Verbundlagerringen an, bei denen einer der Lagerringe durch eine Anordnung zweier konzentrischer Ringe 1,2 gebildet ist, in die durch Walzen oder Rollen die Rollbahnen oder Rollwege eingedrückt werden und die dann einer thermischen Behandlung unterliegen. Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Wälzlagern anwendbar.

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Claims

Ansprüche

(1.■Verbundlagerring für Wälzlager, bei dem der Körperwerkstoff des Lagerrings sich vom den Rollweg bildenden Werkstoff unterscheidet und der durch aufgeschrumpfte Metallringe gebildet ist, die zueinander konzentrisch angeordnet sind, gekennzeichnet durch

eine Verformung durch Rollen der Anordnung der beiden konzentrischen unter Druck zusammengefügten Ringe (1, 2) bis sie eine Aufnahmekammer (10) der Ringe (1, 2) entsprechend den Abmessungen des Lagerrings füllen, bis zur Ausbildung der Rollwege und um eine axiale Aufnahme der Ringe sicherzustellen, und

einer thermischen Behandlung des zusammengesetzten Lagerrings, die ein Aufschrumpfen der Ringe (1, 2) und deren Kohäsion in radialer und in Winkelrichtung begünstigt.
2. Verbundring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Profil der Rollwege des einen der Ringe (1) in radialer Richtung in den anderen Ring (2) eingefügt ist zur gegenseitigen Verfestigung der Ringe (1, 2) in axialer Richtung.
3. Verbundring nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,daß die Ringe (1, 2 ) eine Kohäsion in radialer Richtung besitzen infolge der thermischen Behandlung der beiden ineinander verschachtelten Ringe (1, 2).
4. Verbundring nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ring (2) die Verwendung von Teilen erlaubt, die die Befestigung des zusammengebauten Wälzlagers an Randteilen der Aufhängung eines Kraftfahrzeugs in für weichen und geglühten Stahl üblicher Weise erreichen und den Einfluß von Abmessungsänderungen infolge der thermischen Behandlung unterdrücken.

ORIGINAL INSPECTCD