EP3320221A1 - Zylinderrollenlager sowie verfahren zum fertigen eines zylinderrollenlagers - Google Patents

Zylinderrollenlager sowie verfahren zum fertigen eines zylinderrollenlagers

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EP3320221A1
EP3320221A1 EP16738663.0A EP16738663A EP3320221A1 EP 3320221 A1 EP3320221 A1 EP 3320221A1 EP 16738663 A EP16738663 A EP 16738663A EP 3320221 A1 EP3320221 A1 EP 3320221A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller bearing
cylindrical roller
outer ring
cylindrical
raceway
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16738663.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhard Kick-Rodenbücher
Rainer Eidloth
Markus Mantau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3320221A1 publication Critical patent/EP3320221A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/225—Details of the ribs supporting the end of the rollers
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    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
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    • F16C33/60—Raceways; Race rings divided or split, e.g. comprising two juxtaposed rings
    • F16C33/605—Raceways; Race rings divided or split, e.g. comprising two juxtaposed rings with a separate retaining member, e.g. flange, shoulder, guide ring, secured to a race ring, adjacent to the race surface, so as to abut the end of the rolling elements, e.g. rollers, or the cage
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    • F16C33/64—Special methods of manufacture
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    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
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    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers

Definitions

  • the invention relates to a cylindrical roller bearing with an inner ring, with an outer ring and with a plurality of cylindrical rollers, wherein the cylindrical rollers between the inner ring and the outer ring are arranged.
  • the outer ring has an inner race for the cylindrical rollers, a Festbordabêt and a Bördelbordabexcellent, the inner ring has an outer raceway for the cylindrical rollers.
  • the invention relates to a method for manufacturing the cylindrical roller bearing.
  • Cylindrical roller bearings have cylindrical rollers as rolling elements.
  • the cylindrical roller bearings can be designed as radial roller bearings and transmit radial loads in this design.
  • the raceways of the cylindrical roller bearings are formed as cylinder jacket surfaces coaxial and concentric with the respective axis of rotation of the cylindrical roller bearing.
  • bearing rings for cylindrical roller bearings are made as solid rings, that is, starting from a solid semi-finished by means of separating, erosion and machining in particular machined. Such cylindrical roller bearings form the closest prior art.
  • the invention thus relates to a cylindrical roller bearing, which is in particular designed as a radial roller bearing, in particular with a pressure angle of 0 degrees.
  • the cylindrical roller bearing has an inner ring and an outer ring, wherein the inner ring and the outer ring are arranged coaxially and / or concentrically with each other and to a main axis of rotation of the cylindrical roller bearing.
  • the cylindrical roller bearing comprises a plurality of cylindrical rollers, wherein the cylindrical rollers between the inner ring and the outer ring are arranged to roll.
  • the inner ring and the outer ring each have a raceway section, wherein the raceway section has a material thickness of preferably more than two millimeters and in particular more than three millimeters. Particularly preferred inner ring and / or outer ring are formed thick-walled.
  • the cylindrical rollers are preferably formed with a diameter / length ratio of greater than 1:10, preferably greater than 1: 5.
  • the cylindrical rollers have a circumferential axis of rotation of its own cylinder surface and two the cylindrical roller final faces.
  • the outer ring has, in particular in the region of the raceway section, an inner raceway
  • the inner ring has, in particular in the region of the raceway section, an outer raceway in each case for the cylindrical rollers.
  • the cylindrical rollers roll or roll over the inner raceway or outer raceway.
  • the outer ring has a Festbordabêt and a Bördelbordabrough, wherein the two sections lead the cylindrical rollers or an optional cage of the cylindrical rollers in the axial direction to the main axis of rotation.
  • the Festbordabites an annular Festbordanlauf phenomenon and the Bördelbordabrough a Bördelbordanlauf Scheme on.
  • the inner ring and the outer ring are made of metal, in particular of steel.
  • the outer raceway and / or the inner raceway is formed by extrusion in the final contour or are.
  • the temperature is in the workpiece, in this case in the inner ring or in the outer ring, lower than the recrystallization temperature of the base material of the workpiece.
  • an inner ring blank or an outer ring blank is deformed at ambient or room temperature, preferably at a temperature of ⁇ 50 degrees.
  • the inner raceway or the outer raceway is shaped by means of extrusion molding and thereby enables final contour or final shape production (net shape-shaping), in particular of the inner raceway or of the outer raceway. It also eliminates additional steps, such as the cleaning of scaling, which can occur during hot working.
  • the outer raceway and / or the inner raceway in a longitudinal section along a main axis of rotation of the cylindrical roller bearing has a convex curvature, in particular elevation.
  • the convex curvature is mirror-symmetrical to a radial plane in the axial center of the respective raceway.
  • the convex curvature can be described in the longitudinal section as a circle segment, wherein the center of the circle segment lies in the median plane.
  • a maximum raceway for the inner race is centered and / or a raceway minimum (based on the radial distance to the main axis of rotation) centered on the outer race.
  • the outer race and / or the inner race is crowned.
  • Such a convex curvature causes the cylindrical rollers only a small contact area with the unloaded cylindrical roller bearing Outer raceway or inner raceway have.
  • the low contact surface reduces friction so that the cylindrical roller bearing can run with low friction.
  • the outer raceway or inner raceway is deformed due to the Hertzian pressure, so that the cylindrical rollers have a linear or oval-linear contact area with the respective raceway. In this condition, stress can be dissipated over a large contact area.
  • the maximum deviation is at least two microns, preferably at least five microns. This small deviation is sufficient to reduce the friction. In contrast, it is preferred that the maximum deviation be less than twenty microns, preferably less than ten microns.
  • the limitation of the deviation causes the outer raceway or inner raceway can be deformed in such a way that the cylindrical rollers lie linearly against the raceways at the normal load of the cylindrical roller bearing.
  • the cylindrical rollers in a longitudinal section along its own axis of rotation also on a convex curvature on the cylindrical roller track.
  • a convex curvature of the cylindrical rollers rolls on a convex curvature of the raceways of the cylindrical roller bearing.
  • the torusballige Festbordanlauf is characterized in that it is annular, but how a donut or toms is realized convex curved.
  • the shape can also be referred to as a lifebuoy, tire or bead-shaped surface with a hole. Looking at a longitudinal section through the outer ring, so The contact surface extends rectified to a radial plane, which is aligned perpendicular to the main axis of rotation of the outer ring, over a circular ring area.
  • the torusballige fixed Bordanlauf a convex curvature, in particular increase.
  • the torus-ball fixed-flange abutment surface is made by extrusion molding. It is particularly preferred that the cylindrical rollers also have a torusballige contact surface or end face for engagement with the torusballige Festbordanlauf measurements the Festbordabitess. Due to this development, the contact area between the cylindrical roller and Festbordabites is particularly low, so that the friction in the cylindrical roller bearing is further minimized.
  • the flange board portion forms a circumferential contact line as the flange flange starting portion.
  • the flange section - also considered in the longitudinal section - has a free end portion or collar, which is aligned at right angles to a radial plane perpendicular to the main axis of rotation, so that the Bördelbordanlauf Scheme is formed by a free end, in particular corner of the free leg.
  • the securing contour is introduced by means of extrusion into the Festbordabêt.
  • Another object of the invention relates to a method for manufacturing a cylindrical roller bearing according to the invention.
  • the outer race of the inner ring is made of an inner blank and / or the inner race of the outer ring of an outer ring blank by extrusion in final contour in a Hauptumform suits.
  • the shaping for the inner race and / or for the outer race is implemented by extrusion into final contour.
  • the method according to the invention can optionally be supplemented by one, some or all of the following steps:
  • the outer ring blank is extruded from a metal blank.
  • the outer ring blank is formed as a cup with a circumferential wall and a bottom.
  • the segregated soil forms a precursor for the inner ring.
  • the inner ring is made by means of a Hauptumform suitses starting from a circular disk.
  • the annular disk can be formed by the ground or made of another semi-finished product.
  • raceways Both in the extrusion of the outer ring and the inner ring raceways are made, which are aligned as a cylinder jacket surfaces coaxial and / or concentric with the main axis of rotation of the cylindrical roller bearing. It has become pointed out that the raceways automatically assume the previously described convex curvature by the manufacturing.
  • the active surfaces of a tool for forming the raceways can be formed as straight cylinder jacket surfaces and still produce raceways, which has a convex curvature in the manner described.
  • raceways are created in this way, which are formed in principle as undercut contours with respect to an axial Entformungsraum.
  • the torusballige Festbordanlauf by forming technology by means of a tool which carries a negative contour of torusballigen Festbordanlauf requirements introduced into the outer ring.
  • the securing groove can already be introduced during the production of the outer ring blank by metal forming; alternatively, the securing groove is introduced during the main forming step.
  • Figures 1 a, 1 b, 1 c an outer ring, an inner ring and a rolling element of a cylindrical roller bearing as an embodiment of the invention
  • Figure 2 is an illustration of the inventive method for manufacturing the cylindrical roller bearing with the components according to Figures 1 a, 1 b, 1 c.
  • FIG. 1 a shows in a schematic longitudinal section a first component of a cylindrical roller bearing 1 (see FIG. 2) in the form of an outer ring 2.
  • FIG. 1 b shows, as a further component of the cylindrical roller bearing 1, an inner ring 3 in a schematic longitudinal section.
  • a rolling element in the form of a cylindrical roller 4 is shown in highly schematic form as a further component of the cylindrical roller bearing 1.
  • the three components are each shown in a schematic longitudinal section along a main axis of rotation H of the cylindrical roller bearing 1.
  • the outer ring 2 according to FIG. 1a has an inner raceway section 5 which carries an inner raceway 6 on the radially inner surface.
  • the inner race 6 is aligned coaxially and / or concentrically to the main axis of rotation H and is realized in the coarse form as a cylinder jacket surface.
  • a Festbordabêt 7 is integrally formed on the inner raceway portion 5, which projects at right angles from the inner raceway portion 5 in the longitudinal section shown.
  • the Festbordabites 7 provides a Festbordanlauf configuration 8 for the cylindrical rollers 4 available.
  • the outer ring 2 On the opposite axial side, the outer ring 2 has a flanged portion 9, which is also angled approximately at right angles from the inner race portion 5.
  • the Bördelbordabites 9 carries a Bördelbordanlauf Scheme 12.
  • the outer ring 2 has for mounting a circumferential, outer cylinder jacket-shaped bearing surface.
  • the inner ring 3 is formed as a straight hollow cylinder, which is aligned coaxially and / or concentrically with the main axis of rotation H. At its radial outer side of the inner ring 3 carries an outer race 10.
  • the outer race 10 is formed in approximately cylinder jacket-shaped. Furthermore, the inner ring 3 has a passage opening 1 1 for receiving a support structure, such as an axle or a shaft.
  • the cylindrical rollers 4 are arranged between the outer race 10 and the inner race 6 and run or roll on this. In the axial direction, the cylindrical rollers 4 are guided by the Festbordabexcellent 7 and the Bördelbordabexcellent 9 and the corresponding Festbordanlauf requirements 8 and the Bördelbordanlauf Complex 12.
  • cylinder jacket-shaped inner race 6 is convexly curved inwardly in the longitudinal section shown.
  • the convex curvature 13 of the inner race 6 is shown overdrawn with a dashed line.
  • the convex curvature 13 of the inner race 6 has a height h of about ten micrometers.
  • the convex curvature 13 of the inner race 6 is arranged centrally to the inner race 6, so that the extremum of the convex curvature 13 of the inner race 6 is located in the middle of the inner race 6.
  • the convex curvature 13 may also be referred to as a part-circular curvature.
  • the Festbordanlauf requirements 8 has a convex curvature 14 of Festbordanlauf requirements 8, which is torusballig formed in the longitudinal section shown.
  • the flanged portion 9 has in the longitudinal section shown a free end leg 15, which is aligned approximately perpendicular to the inner raceway section 5. Compared to a radial plane R perpendicular to the main axis of rotation H, the end leg 15 is inclined inwardly toward the inner raceway section 5. In this way, as a contact surface for the cylindrical rollers 4 in the longitudinal section, only a punctiform area or, viewed in the entirety, a circumferentially linear area results as the flange starting area 12.
  • the outer race 10 of the inner ring 3 according to Figure 1 b also has a convex curvature 17 (shown with a dashed line), which occupies a height h of about ten micrometers compared to a straight track.
  • the raceway surface of the cylindrical roller 4 also has a convex curvature 18 of the raceway surface.
  • the cylindrical roller 4 at the end faces 19 each torusballige, circumferential structures 16 (shown overlined with a dashed line) have.
  • the convex curvatures 13, 14, 18 and / or the torus-shaped structure 16 are greatly exaggerated in the figures and are smaller than 20 microns in height h.
  • the friction in the cylindrical roller bearing 1 (see FIG. 2) formed from the outer ring 2, the inner ring 3 and a plurality of cylindrical rollers 4 can be significantly reduced.
  • the following improvements result: By the cooperation between the inner race 6 with the convex curvature 13 and the raceway surface of the cylindrical roller 4, optionally with the convex curvature 18, the friction in the cylindrical roller bearing 1 is reduced.
  • FIG. 2 schematically shows a method for producing the cylindrical roller bearing 1 as an exemplary embodiment of the invention.
  • an outer ring blank 21 is produced in a preforming phase according to step I.
  • the outer ring blank 21 has a bottom 22 and a circumferential wall 23 and is shown in partial section.
  • the forming can be formed for example as a deep drawing. It can be seen that in the preforming step, a circumferential securing contour 24 is already introduced in the region of the bottom 22.
  • the outer ring blank 21 is transferred into an outer ring intermediate product 25, which is shown in longitudinal section.
  • Step II is also referred to as the main forming step.
  • the bottom 22 is separated along a separating edge 27, in particular punched out.
  • step II bottom 22 or another circular disk 26, shown here in section forms a precursor for the inner ring 3.
  • step III is formed according to a step III from the punched-out bottom 22 or the circular disk 26 by folding and widening, as shown in the lower line of Figure 2 is shown.
  • step III a longitudinal section through the outer ring 2 after formation of the Bördelbordabites 9 according to step IV is already shown in the upper row, but as this is only present in the fully assembled cylindrical roller bearing 1.
  • a final step IV the outer ring 2 (as shown in step II) and the inner ring 3 (as shown in step III) are mounted together with the cylindrical rollers 4 and the Bördelbordabrough 9 bent on the outer ring 2. As a result, an arrangement of the cylindrical rollers 4 in the outer ring 2 is fixed.
  • the finished cylindrical roller bearing 1 is shown in the sectional view.
  • the convex curvature 13 of the inner race 6 and the convex curvature 17 of the outer race 10 result from extrusion in the method according to the invention.
  • the active surfaces of the tool for forming the inner race 6 and the outer race 10 are formed as straight cylinder jacket surfaces.
  • the convex curvature 14 of the fixed flange contact surface 8 is embossed by a tool having a complementary active surface (see FIG. 1 a).

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Abstract

Zylinderrollenlager weisen als Wälzkörper Zylinderrollen auf. Die Zylinderrollenlager können als Radialwälzlager ausgebildet sein und übertragen in dieser Bauform radiale Belastungen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zylinderrollenlager sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, sodass das Zylinderrollenlager kostengünstig und mit ausreichend hoher Qualität gefertigt werden kann. Hierzu wird ein Zylinderrollenlager (1) mit einem Innenring (3), mit einem Außenring (2) und mit einer Mehrzahl von Zylinderrollen (4), wobei die Zylinderrollen (4) zwischen dem Innenring (3) und dem Außenring (2) angeordnet sind, vorgeschlagen, wobei der Außenring (2) eine Innenlaufbahn (6) für die Zylinderrollen (4), einen Festbordabschnitt (7) und ein Bördelbordabschnitt (9) aufweist, und wobei der Innenring (3) eine Außenlaufbahn (10) für die Zylinderrollen 4 aufweist, und wobei die Innenlaufbahn (6) und/oder die Außenlaufbahn (10) durch Fließpressenin Endkonturgeformt ist oder sind.

Description

Zylinderrollenlager sowie Verfahren zum Fertigen eines Zylinderrollenlaqers
Die Erfindung betrifft ein Zylinderrollenlager mit einem Innenring, mit einem Außenring und mit einer Mehrzahl von Zylinderrollen, wobei die Zylinderrollen zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind. Der Außenring weist eine Innenlaufbahn für die Zylinderrollen, einen Festbordabschnitt und einen Bördelbordabschnitt auf, der Innenring weist eine Außenlaufbahn für die Zylinderrollen auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung des Zylinderrollenlagers.
Zylinderrollenlager weisen als Wälzkörper Zylinderrollen auf. Die Zylinderrollenlager können als Radialwälzlager ausgebildet sein und übertragen in dieser Bauform radiale Belastungen. Die Laufbahnen der Zylinderrollenlager sind als Zylindermantelflächen koaxial und konzentrisch zu der jeweiligen Drehachse des Zylinderrollenlagers ausgebildet. Üblicherweise werden Lagerringe für Zylinderrollenlager als Massivringe gefertigt, das heißt ausgehend von einem massiven Halbzeug mittels trennender, abtragender und insbesondere spanender Bearbeitung herausgearbeitet. Derartige Zylinderrollenlager bilden den nächstkommenden Stand der Technik.
Neben den Massivringen ist bereits eine umformtechnische Herstellung von Ringen für Lager bekannt geworden. So offenbart die Druckschrift US 2,267,229 die Fertigung von Ringen mittels eines Umformschritts ausgehend von einer Kreisringscheibe.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zylinderrollenlager sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, sodass das Zylinderrollenlager kostengünstig und mit ausreichend hoher Qualität gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Zylinderrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Gegenstand der Erfindung ist somit ein Zylinderrollenlager, welches insbesondere als ein Radialwälzlager, im Speziellen mit einem Druckwinkel von 0 Grad, ausgebildet ist. Das Zylinderrollenlager weist einen Innenring und einen Außenring auf, wobei der Innenring und der Außenring koaxial und/oder konzentrisch zueinander und zu einer Hauptdrehachse des Zylinderrollenlagers angeordnet sind. Ferner umfasst das Zylinderrollenlager eine Mehrzahl von Zylinderrollen, wobei die Zylinderrollen zwischen dem Innenring und dem Außenring abwälzend angeordnet sind.
Der Innenring und der Außenring weisen jeweils einen Laufbahnabschnitt auf, wobei der Laufbahnabschnitt eine Materialstärke von vorzugsweise mehr als zwei Millimetern und insbesondere von mehr als drei Millimetern aufweist. Besonders bevorzugt sind Innenring und/oder Außenring dickwandig ausgebildet. Die Zylinderrollen sind vorzugsweise mit einem Durchmesser/Längenverhältnis von größer als 1 :10, vorzugsweise größer als 1 :5 ausgebildet. Die Zylinderrollen weisen eine die eigene Drehachse umlaufende Zylindermantelfläche sowie zwei die Zylinderrolle abschließende Stirnseiten auf.
Der Außenring weist, insbesondere im Bereich des Laufbahnabschnitts, eine Innenlaufbahn, der Innenring weist, insbesondere im Bereich des Laufbahnabschnitts, eine Außenlaufbahn jeweils für die Zylinderrollen auf. Im Betrieb des Zylinderrollenlagers rollen oder wälzen die Zylinderrollen über die Innenlaufbahn beziehungsweise Außenlaufbahn ab.
Ferner weist der Außenring einen Festbordabschnitt und einen Bördelbordabschnitt auf, wobei die beiden Abschnitte die Zylinderrollen oder einen optionalen Käfig der Zylinderrollen in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse führen. Hierfür weist der Festbordabschnitt eine kreisringförmige Festbordanlauffläche und der Bördelbordabschnitt einen Bördelbordanlaufbereich auf. Der Innenring sowie der Außenring sind aus Metall, im Speziellen aus Stahl, gefertigt.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Außenlaufbahn und/oder die Innenlaufbahn durch Fließpressen in Endkontur geformt ist bzw. sind. Beim Fließpressen ist die Temperatur in dem Werkstück, in diesem Fall in dem Innenring bzw. in dem Außenring, niedriger als die Rekristallisationstemperatur des Grundmaterials des Werkstücks. Insbesondere wird beim Fließpressen ein Innenringrohling beziehungsweise ein Außenringrohling bei Umgebungs- oder Raumtemperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur von < 50 Grad, umgeformt. Während des Umformens ist es jedoch möglich, dass höhere Temperaturen aufgrund der Umformarbeit in Werkstück auftreten, wobei jedoch auch die höheren Temperaturen unter der Rekristallisationstemperatur des Grundmaterials liegen. Es ist von Vorteil, dass durch das Fließpressen Oberflächenspannungen in dem Innenring beziehungsweise in dem Außenring im Bereich der jeweiligen Laufbahn erzeugt werden, die zu einer Leistungssteigerung führen. Zudem ist es von Vorteil, dass das Fertigungsverfahren des Fließpressens gerade bei hohen Stückzahlen sehr kostengünstig durchgeführt werden kann. Insgesamt sind der Innenring bzw. der Außenring und damit das Zylinderrollenlager kostengünstig herstellbar und weisen gute Funktionseigenschaften auf. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird über das Fließpressen die Innenlaufbahn beziehungsweise die Außenlaufbahn geformt und dadurch eine Endkontur- oder Endformfertigung (net-shape-manufacturing), im Speziellen von der Innenlaufbahn beziehungsweise von der Außenlaufbahn, ermöglicht. Ferner entfallen ergänzende Arbeitsschritte, wie zum Beispiel das Reinigen von Verzunderungen, welche bei einer Warmumformung auftreten können.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Außenlaufbahn und/oder die Innenlaufbahn in einem Längsschnitt entlang einer Hauptdrehachse des Zylinderrollenlagers eine konvexe Krümmung, insbesondere Erhöhung, aufweist. Insbesondere ist die konvexe Krümmung spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene in der axialen Mitte der jeweiligen Laufbahn. Alternativ oder ergänzend kann die konvexe Krümmung in dem Längsschnitt als ein Kreissegment beschrieben werden, wobei der Mittelpunkt des Kreissegments in der Mittelebene liegt. Insbesondere liegt ein Laufbahnmaximum für die Innenlaufbahn mittig und/oder ein Laufbahnminimum (bezogen auf den radialen Abstand zu der Hauptdrehachse) mittig zu der Außenlaufbahn. Alternativ oder ergänzend ist die Außenlaufbahn und/oder die Innenlaufbahn ballig ausgebildet.
Eine derartige konvexe Krümmung führt dazu, dass beim unbelasteten Zylinderrollenlager die Zylinderrollen nur einen geringen Kontaktbereich mit der Außenlaufbahn beziehungsweise Innenlaufbahn haben. Durch die geringe Kontaktfläche wird die Reibung reduziert, sodass das Zylinderrollenlager reibungsarm laufen kann. Wälzen dagegen die Zylinderrollen auf der Außenlaufbahn beziehungsweise der Innenlaufbahn ab, so wird aufgrund der Hertzschen Pressung die Außenlaufbahn beziehungsweise Innenlaufbahn verformt, sodass die Zylinderrollen einen linienförmigen oder oval-linienförmigen Kontaktbereich mit der jeweiligen Laufbahn haben. In diesem Zustand kann eine Belastung über eine große Kontaktfläche abgeleitet werden.
Vergleicht man die konvexe Krümmung der Außenlaufbahn und/oder der Innenlaufbahn mit einer geraden Zylindermantelfläche, wobei die Zylindermantelfläche an den randseitigen, insbesondere lokalen Extrema der Außenlaufbahn beziehungsweise Innenlaufbahn angelegt wird, so beträgt die Maximalabweichung mindestens zwei Mikrometer, vorzugsweise mindestens fünf Mikrometer. Diese geringe Abweichung ist ausreichend, um die Reibung zu verringern. Dagegen ist es bevorzugt, dass die Maximalabweichung kleiner als zwanzig Mikrometer, vorzugsweise kleiner als zehn Mikrometer, ist. Die Begrenzung der Abweichung führt dazu, dass bei der bestimmungsgemäßen Belastung des Zylinderrollenlagers die Außenlaufbahn beziehungsweise Innenlaufbahn derart deformiert werden kann, sodass die Zylinderrollen linienförmig an den Laufbahnen anliegen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Zylinderrollen in einem Längsschnitt entlang einer eigenen Drehachse ebenfalls eine konvexe Krümmung auf der Zylinderrollenlaufbahn auf. Somit rollt eine konvexe Krümmung der Zylinderrollen auf einer konvexen Krümmung der Laufbahnen des Zylinderrollenlagers ab.
Eine weitere, mögliche Maßnahme zur Verringerung der Reibung in dem Zylinderrollenlager ist es, dass der Festbordabschnitt eine torusballige Festbordanlauffläche für die Zylinderrollen ausbildet. Die torusballige Festbordanlauffläche ist dadurch gekennzeichnet, dass diese kreisringförmig ausgebildet ist, jedoch wie ein Donut oder Toms konvex gekrümmt realisiert ist. Die Form kann auch als Rettungsring, Reifen oder wulstartig geformte Fläche mit einem Loch bezeichnet werden. Betrachtet man einen Längsschnitt durch den Außenring, so erstreckt sich die Anlauffläche gleichgerichtet zu einer Radialebene, welche senkrecht zu der Hauptdrehachse des Außenrings ausgerichtet ist, über einen Kreisringbereich. Innerhalb dieses Kreisringbereichs weist die torusballige Festbordanlauffläche eine konvexe Krümmung, insbesondere Erhöhung auf.
Es ist bevorzugt, dass die torusballige Festbordanlauffläche mittels Fließpressens gefertigt ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zylinderrollen ebenfalls eine torusballige Anlagefläche oder Stirnseite zur Anlage an die torusballige Festbordanlauffläche des Festbordabschnitts aufweisen. Durch diese Weiterbildung ist die Kontaktfläche zwischen Zylinderrolle und Festbordabschnitt besonders gering, sodass die Reibung in dem Zylinderrollenlager weiter minimiert wird.
Durch die torusballige Festbordanlauffläche, gegebenenfalls weiterhin durch die torusballige Ausgestaltung der Stirnseiten der Zylinderrollen, wird erreicht, dass die Kontaktfläche zwischen der Stirnseite der Zylinderrollen und dem Festbordabschnitt verringert ist.
Es ist zudem bevorzugt, dass der Bördelbordabschnitt eine umlaufende Kontaktlinie als Bördelbordanlaufbereich ausbildet. Hierzu ist vorgesehen, dass der Bördelbordabschnitt - ebenfalls betrachtet in dem Längsschnitt - einen freien Endabschnitt oder Kragen aufweist, welcher gegenüber einer Radialebene senkrecht zu der Hauptdrehachse gewinkelt ausgerichtet ist, sodass der Bördelbordanlaufbereich durch einen freien Endbereich, insbesondere Eckbereich des freien Schenkels gebildet ist.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist der Festbordabschnitt an einer axialen Außenseite eine Sicherungskontur in Form einer Sicherungskehle auf, welche umlaufend zu der Hauptdrehachse ausgebildet ist. Die Sicherungskontur ist mittels Fließpressen in den Festbordabschnitt eingebracht. Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist der Festbordabschnitt eine umlaufende Trennkante auf, die eine Durchgangsöffnung des Außenrings bildet. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines erfindungsgemäßen Zylinderrollenlagers. Im Rahmen des Verfahrens wird die Außenlaufbahn des Innenrings aus einem Innenrohling und/oder die Innenlaufbahn des Außenrings aus einem Außenringrohling durch Fließpressen in Endkontur in einem Hauptumformschritt gefertigt. Insbesondere wird in dem Hauptumformschritt die Formgebung für die Innenlaufbahn und/oder für die Außenlaufbahn durch das Fließpressen in Endkontur umgesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann optional durch einen, einige oder alle der nachfolgenden Schritte ergänzt werden:
In einem ersten möglichen Schritt wird der Außenringrohling aus einer Metallronde fließgepresst. Insbesondere wird der Außenringrohling dabei als ein Napf mit umlaufender Wand und einem Boden ausgebildet.
In dem nachfolgenden Hauptumformschritt erfolgt das Fließpressen des Außenringrohlings in ein Außenringzwischenprodukt, wobei in dem Hauptumformschritt die Innenlaufbahn geformt wird. Es ist vorgesehen, dass bei dem Hauptumformschritt der Boden oder zumindest ein Bodenrandbereich des Außenringrohlings erhalten bleibt.
In einem nachfolgenden optionalen Schritt erfolgt ein Austrennen, insbesondere ein Ausstanzen, des Bodens aus dem Außenringzwischenprodukt, um den Innenring zu bilden.
Optional kann vorgesehen sein, dass der ausgetrennte Boden ein Vorprodukt für den Innenring bildet. Der Innenring wird mittels eines Hauptumformschrittes ausgehend von einer Kreisringscheibe gefertigt. Die Kreisringscheibe kann durch den Boden ausgebildet werden oder aus einem anderen Halbzeug gefertigt werden.
Sowohl beim Fließpressen des Außenrings als auch des Innenrings werden Laufbahnen gefertigt, welche als Zylindermantelflächen koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse des Zylinderrollenlagers ausgerichtet sind. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Laufbahnen durch die Fertigung selbsttätig die zuvor beschriebene konvexe Krümmung einnehmen. Somit können die Wirkflächen eines Werkzeugs zur Formung der Laufbahnen als gerade Zylindermantelflächen ausgebildet sein und trotzdem Laufbahnen erzeugen, welche eine konvexe Krümmung in der beschriebenen Weise aufweist. Insbesondere werden auf diese Weise Laufbahnen geschaffen, die prinzipiell als Hinterschnittkonturen in Bezug auf eine axiale Entformungsrichtung ausgebildet sind.
Die torusballige Festbordanlauffläche wird dagegen umformtechnisch mittels eines Werkzeugs, welches eine Negativkontur der torusballigen Festbordanlauffläche trägt, in den Außenring eingebracht. Die Sicherungskehle kann bei der umformtechnischen Herstellung des Außenringrohlings bereits mit eingebracht werden, alternativ hierzu wird die Sicherungskehle bei dem Hauptumformschritt eingebracht.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Figuren 1 a, 1 b, 1 c einen Außenring, einen Innenring sowie einen Wälzkörper eines Zylinderrollenlagers als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung des Zylinderrollenlagers mit den Bauteilen gemäß den Figuren 1 a, 1 b, 1 c.
Figur 1 a zeigt in einem schematischen Längsschnitt eine erste Komponente eines Zylinderrollenlagers 1 (siehe Figur 2) in Form eines Außenrings 2. In der Figur 1 b ist als weitere Komponente des Zylinderrollenlagers 1 ein Innenring 3 im schematischen Längsschnitt gezeigt. In der Figur 1 c ist stark schematisiert als weitere Komponente des Zylinderrollenlagers 1 ein Wälzkörper in Form einer Zylinderrolle 4 dargestellt. Die drei Komponenten sind jeweils in einem schematischen Längsschnitt entlang einer Hauptdrehachse H des Zylinderrollenlagers 1 gezeigt. Der Außenring 2 gemäß Figur 1 a weist einen Innenlaufbahnabschnitt 5 auf, welcher an der radial inneren Fläche eine Innenlaufbahn 6 trägt. Die Innenlaufbahn 6 ist koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse H ausgerichtet und ist in der Grobform als eine Zylindermantelfläche realisiert.
An einem axialen Ende ist an dem Innenlaufbahnabschnitt 5 ein Festbordabschnitt 7 einstückig angeformt, welcher in dem gezeigten Längsschnitt rechtwinklig von dem Innenlaufbahnabschnitt 5 absteht. Der Festbordabschnitt 7 stellt eine Festbordanlauffläche 8 für die Zylinderrollen 4 zur Verfügung.
Auf der gegenüberliegenden axialen Seite weist der Außenring 2 einen Bördelbordabschnitt 9 auf, welcher ebenfalls in etwa rechtwinklig von dem Innenlaufbahnabschnitt 5 abgewinkelt ist. Der Bördelbordabschnitt 9 trägt einen Bördelbordanlaufbereich 12. Der Außenring 2 weist zur Montage eine umlaufende, äußere zylindermantelförmige Anlagefläche auf.
Der Innenring 3 ist als ein gerader Hohlzylinder ausgebildet, welcher koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse H ausgerichtet ist. An seiner radialen Außenseite trägt der Innenring 3 eine Außenlaufbahn 10. Die Außenlaufbahn 10 ist in etwa zylindermantelförmig ausgebildet. Ferner weist der Innenring 3 eine Durchgangsöffnung 1 1 zur Aufnahme einer Tragstruktur, wie zum Beispiel einer Achse oder einer Welle auf.
Die Zylinderrollen 4 werden zwischen die Außenlaufbahn 10 und die Innenlaufbahn 6 angeordnet und laufen beziehungsweise wälzen auf diesen ab. In axialer Richtung werden die Zylinderrollen 4 durch den Festbordabschnitt 7 und den Bördelbordabschnitt 9 beziehungsweise die entsprechenden Festbordanlauffläche 8 und den Bördelbordanlaufbereich 12 geführt.
Bei einer genaueren Betrachtung der Komponenten sind folgende Details hinsichtlich der Form zu erkennen: Die in der Grundform zylindermantelförmige Innenlaufbahn 6 gemäß Figur 1 a ist in dem gezeigten Längsschnitt konvex nach innen gekrümmt. In der Figur 1 a ist die konvexe Krümmung 13 der Innenlaufbahn 6 überzeichnet mit gestrichelter Linie dargestellt. Im Vergleich zu einer ungekrümmten Innenlaufbahn weist die konvexe Krümmung 13 der Innenlaufbahn 6 eine Höhe h von ca. zehn Mikrometern auf. Die konvexe Krümmung 13 der Innenlaufbahn 6 ist mittig zu der Innenlaufbahn 6 angeordnet, sodass sich das Extremum der konvexen Krümmung 13 der Innenlaufbahn 6 in der Mitte der Innenlaufbahn 6 befindet. Die konvexe Krümmung 13 kann auch als teil kreisförmige Krümmung bezeichnet werden.
An dem Festbordabschnitt 7 weist die Festbordanlauffläche 8 eine konvexe Krümmung 14 der Festbordanlauffläche 8 auf, welche in dem gezeigten Längsschnitt torusballig ausgebildet ist.
Der Bördelbordabschnitt 9 weist in dem gezeigten Längsschnitt einen freien Endschenkel 15 auf, welcher in etwa senkrecht zu dem Innenlaufbahnabschnitt 5 ausgerichtet ist. Im Vergleich zu einer Radialebene R senkrecht zur Hauptdrehachse H ist der Endschenkel 15 nach innen zu dem Innenlaufbahnabschnitt 5 geneigt. Auf diese Weise ergibt sich als Anlauffläche für die Zylinderrollen 4 in dem Längsschnitt nur ein punktförmiger Bereich beziehungsweise auf die Gesamtheit betrachtet ein umlaufend linienförmiger Bereich als Bördelbordanlaufbereich 12.
Die Außenlaufbahn 10 des Innenrings 3 gemäß Figur 1 b weist ebenfalls eine konvexe Krümmung 17 auf (überzeichnet mit gestrichelter Linie dargestellt), welche gegenüber einer geraden Laufbahn eine Höhe h von ca. zehn Mikrometern einnimmt.
Wie in der Figur 1 c überdeutlich mit gestrichelter Linie dargestellt, weist auch die Laufbahnfläche der Zylinderrolle 4 eine konvexe Krümmung 18 der Laufbahnfläche auf. Optional ergänzend kann die Zylinderrolle 4 an den Stirnseiten 19 jeweils torusballige, umlaufende Strukturen 16 (überzeichnet mit gestrichelter Linie dargestellt) aufweisen. Es ist zu unterstreichen, dass die konvexen Krümmungen 13,14,18 und/oder die torusballige Struktur 16 in den Figuren stark übertrieben dargestellt sind und in der Höhe h kleiner als 20 Mikrometer sind.
Durch die beschriebenen Details kann die Reibung in dem aus dem Außenring 2, dem Innenring 3 und einer Mehrzahl von Zylinderrollen 4 gebildeten Zylinderrollenlager 1 (vergleiche Figur 2) deutlich reduziert werden. Im Einzelnen ergeben sich die folgenden Verbesserungen: Durch das Zusammenwirken zwischen der Innenlaufbahn 6 mit der konvexen Krümmung 13 und der Laufbahnfläche der Zylinderrolle 4, optional mit der konvexen Krümmung 18, wird die Reibung in dem Zylinderrollenlager 1 reduziert. Durch das Zusammenwirken zwischen der Außenlaufbahn 10 mit der konvexen Krümmung 17 und der Laufbahnfläche der Zylinderrolle 4, optional mit der konvexen Krümmung 18, wird die Reibung in dem Zylinderrollenlager 1 weiter reduziert. Durch das Zusammenwirken zwischen der konvexen Krümmung 14 der Festbordanlauffläche 8 und der torusballigen Struktur 16 an den Stirnseiten 19 der Zylinderrollen 4 wird die Reibung in dem Zylinderrollenlager 1 weiter reduziert. Durch das Zusammenwirken zwischen dem Bördelbordanlaufbereich 12 und der torusballigen Struktur 16 an den Stirnseiten 19 der Zylinderrollen 4 wird die Reibung in dem Zylinderrollenlager 1 weiter reduziert.
In der Figur 2 ist schematisch ein Verfahren zur Fertigung des Zylinderrollenlagers 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
Ausgehend von einer Metallronde 20 wird in einer Vorformphase gemäß Schritt I ein Außenringrohling 21 hergestellt. Der Außenringrohling 21 weist einen Boden 22 sowie eine umlaufende Wand 23 auf und ist im Teilschnitt dargestellt. Das Umformen kann beispielsweise als ein Tiefziehen ausgebildet sein. Es ist zu erkennen, dass in dem Vorfornnschritt bereits eine umlaufende Sicherungskontur 24 im Bereich des Bodens 22 eingebracht wird.
In einem nachfolgenden Schritt II wird der Außenringrohling 21 in ein Außenringzwischenprodukt 25 überführt, das im Längsschnitt dargestellt ist. Der Schritt II wird auch als Hauptumformschritt bezeichnet. Der Boden 22 wird entlang einer Trennkante 27 ausgetrennt, insbesondere ausgestanzt.
Der gemäß Schritt II ausgestanzte Boden 22 oder eine andere Kreisringscheibe 26, hier im Schnitt dargestellt, bildet ein Vorprodukt für den Innenring 3. Dieser wird gemäß einem Schritt III aus dem ausgestanzten Boden 22 oder der Kreisringscheibe 26 mittels Umklappen und Aufweiten gebildet, wie dies in der unteren Zeile der Figur 2 dargestellt ist. Unter Schritt III wird in der oberen Zeile bereits ein Längsschnitt durch den Außenring 2 nach Bildung des Bördelbordabschnitt 9 gemäß Schritt IV gezeigt, wie dieser aber erst im fertig montierten Zylinderrollenlager 1 vorliegt.
In einem letzten Schritt IV werden der Außenring 2 (wie in Schritt II dargestellt) und der Innenring 3 (wie in Schritt III dargestellt) zusammen mit den Zylinderrollen 4 montiert und der Bördelbordabschnitt 9 am Außenring 2 gebogen. Dadurch wird eine Anordnung der Zylinderrollen 4 im Außenring 2 fixiert. Das fertige Zylinderrollenlager 1 ist im Schnittbild dargestellt.
Die konvexe Krümmung 13 der Innenlaufbahn 6 sowie die konvexe Krümmung 17 der Außenlaufbahn 10 ergeben sich durch ein Fließpressen in dem erfindungsgemäßen Verfahren. Insbesondere sind die Wirkflächen des Werkzeugs zum Formen der Innenlaufbahn 6 und der Außenlaufbahn 10 als gerade Zylindermantelflächen ausgebildet. Die konvexe Krümmung 14 der Festbordanlauffläche 8 wird dagegen durch ein Werkzeug mit einer dazu komplementären Wirkfläche eingeprägt (vergleiche Figur 1 a).
Bezugszeichenliste
1 Zylinderrollenlager
2 Außenring
3 Innenring
4 Zylinderrolle
5 Innenlaufbahnabschnitt
6 Innenlaufbahn
7 Festbordabschnitt
8 Festbordanlauffläche
9 Bördelbordabschnitt
10 Außenlaufbahn
1 1 Durchgangsöffnung
12 Bördelbordanlaufbereich
13 konvexe Krümmung der Innenlaufbahn
14 konvexe Krümmung der Festbordanlauffläche
15 Endschenkel
16 torusballige Struktur
17 konvexe Krümmung der Außenlaufbahn
18 konvexe Krümmung der Laufbahnfläche der Zylinderrolle
19 Stirnseite
20 Metallronde
21 Außenringrohling
22 Boden
23 umlaufende Wand
24 Sicherungskontur
25 Außenringzwischenprodukt
26 Kreisringscheibe
27 Trennkante
H Hauptdrehachse
R Radialebene
h Höhe (Maximalabweichung)

Claims

Patentansprüche
1 . Zylinderrollenlager (1 ) mit einem Innenring (3), mit einem Außenring (2) und mit einer Mehrzahl von Zylinderrollen (4), wobei die Zylinderrollen (4) zwischen dem Innenring (3) und dem Außenring (2) angeordnet sind, wobei der Außenring (2) eine Innenlaufbahn (6) für die Zylinderrollen (4), einen Festbordabschnitt (7) und ein Bördelbordabschnitt (9) aufweist, und wobei der Innenring (3) eine Außenlaufbahn (10) für die Zylinderrollen (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlaufbahn (6) und/oder die Außenlaufbahn (10) durch Fließpressen in Endkontur geformt ist oder sind.
2. Zylinderrollenlager (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlaufbahn (6) und/oder die Außenlaufbahn (10) in einem Längsschnitt entlang einer Hauptdrehachse (H) des Zylinderrollenlagers (1 ) eine konvexe Krümmung (13,17) aufweist.
3. Zylinderrollenlager (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Krümmung (13,17) gegenüber einer geraden Zylindermantelfläche mindestens eine Maximalabweichung (h) von 2 μιτι, vorzugsweise von mindestens 5 μιτι, und/oder von weniger als 20 μιτι, vorzugsweise von weniger als 10 μιτι aufweist.
4. Zylinderrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderrollen (4) in einem Längsschnitt entlang einer Hauptdrehachse (H) des Zylinderrollenlagers (1 ) eine konvexe Krümmung (18) aufweisen.
5. Zylinderrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festbordabschnitt (7) eine torusballige Festbordanlauffläche (8) und/oder eine konvexe Krümmung (14) der Festbordanlauffläche (8) für die Zylinderrollen (4) ausbildet.
6. Zylinderrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bördelbordabschnitt (9) eine umlaufende Kontaktlinie als Bördelbordanlaufbereich (12) ausbildet.
7. Zylinderrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festbordabschnitt (7) eine Sicherungskontur (24) aufweist, wobei die Sicherungskontur (24) durch Fließpressen umformtechnisch in den Festbordabschnitt (7) eingebracht ist.
8. Zylinderrollenlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festbordabschnitt (7) eine umlaufende Trennkante (27) aufweist.
9. Verfahren zum Fertigen eines Zylinderrollenlagers (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlaufbahn (10) des Innenrings (3) aus einem Innenringrohling und/oder die Innenlaufbahn (6) des Außenrings (2) aus einem Außenringrohling (21 ) durch Fließpressen in Endkontur gefertigt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen, einige oder alle der nachfolgenden Schritte aufweist:
Fließpressen eines Außenringrohlings (21 ) aus einer Metallronde (20), wobei der Außenringrohling (21 ) als ein Napf ausgebildet wird;
Fließpressen des Außenringrohlings (21 ) in ein Außenringzwischenprodukt (25), wobei die Innenlaufbahn (6) in Endkontur geformt wird; Austrennen eines Bodens (22) aus dem Außennngzwischenprodukt (25) zur Bildung des Innenrings (2).
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