EP3870390A1 - Verfahren zur bearbeitung eines lagerrings und zur herstellung eines wälzlagers - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung eines lagerrings und zur herstellung eines wälzlagers

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Publication number
EP3870390A1
EP3870390A1 EP19748657.4A EP19748657A EP3870390A1 EP 3870390 A1 EP3870390 A1 EP 3870390A1 EP 19748657 A EP19748657 A EP 19748657A EP 3870390 A1 EP3870390 A1 EP 3870390A1
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EP
European Patent Office
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bearing
bearing ring
ring
machining
rolling
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19748657.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
André KUCKUK
Martin Buschka
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3870390A1 publication Critical patent/EP3870390A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B21D53/00—Making other particular articles
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    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors

Definitions

  • the invention relates to a method for machining a rolling bearing ring. Furthermore, the invention relates to a method for producing a roller bearing and a roller bearing, in particular wheel bearing.
  • DE 29 20 889 C2 discloses a method for cold rolling components.
  • a rolling force pulsates at a frequency of 30 to 300 Hz.
  • the upper limit of the pulsating rolling force should not exceed 100% of a static rolling force.
  • the result should be a workpiece surface of the desired quality with increased fatigue strength.
  • DE 10 2008 032 919 A1 discloses a method for the surface hardening of a component, which works with an oscillating rolling tool, which can be spherical.
  • the rolling tool can be cylindrical. In both cases, the rolling tool swings when the surface to be solidified is deep-rolled in such a way that hammering is superimposed on the deep-rolling of the surface.
  • the surface of a component can also be solidified by surface blasting, which is also referred to as peening.
  • surface blasting which is also referred to as peening.
  • Document DE 10 2006 048 712 A1 relates to a method for ultrasonic shot peening of transmission shafts for vehicles. This method also provides for the inside of a hollow gear shaft to be machined by shot peening. The gear shaft to be machined is attached to a sonotrode body, whereby it itself forms part of the sonotrode.
  • DE 10 2010 020 833 A1 discloses a method for surface hardening in a spring. This process also works with ultrasonic shot peening.
  • US 2010/0052262 A1 describes a sealing device provided for a wheel bearing, which comprises an elastic sealing element and a metallic stop element.
  • the stop element here has a surface processed by shot peening.
  • the object of the invention is to make progress in rolling bearing technology with regard to the rational production of contact surfaces for seals.
  • a bearing ring of the rolling bearing is processed in the following way:
  • a ring-shaped blank provided for the production of the bearing ring is clamped in a processing machine, for example a lathe, whereby, as an alternative to rotating the blank, a non-rotating arrangement of the blank is also possible,
  • the processing body is typically part of a non-rotating processing tool.
  • processing is possible in particular by means of a processing tool comprising the processing body, which is rotated as a whole about an axis, for example a multi-axis robot or a processing center.
  • At least one rolling element raceway of the bearing ring is machined, that is to say by turning and / or grinding, in the same clamping, in the case of a rotating blank, that is to say the workpiece.
  • the contact seal formed by the structured surface of the bearing ring and the elastic sealing element is characterized by low friction and low susceptibility to wear with a good sealing effect.
  • the sealing effect relates here both to the retention of lubricants, i.e. grease or oil, in the rolling bearing and to the keeping dirt away from the inside of the rolling bearing.
  • the process for manufacturing the rolling bearing comprises the following steps:
  • Balls as well as needles or rollers, for example cylindrical rollers or tapered rollers, can be provided as the rolling elements of the rolling bearing.
  • the rolling bearing can be designed as a single or multi-row bearing and can comprise two bearing rings or a larger number of bearing rings, for example three bearing rings.
  • the roller bearing is a wheel bearing for a motor vehicle.
  • the rolling bearing has the following features:
  • a number of rolling elements and at least one seal are arranged between at least two bearing rings, which is held on one of the bearing rings and contacts a solidified surface of the other bearing ring which is structured in the form of depressions.
  • the depressions can be spherical, conical, cylindrical or scale-shaped, for example.
  • the structured surface that is to say the sealing surface with the depressions or dents produced, has a roughness depth Rt of at most 100 pm. This ensures that the sealing effect of the seal that runs against the structured surface or sealing surface is maintained, and at the same time brings about an optimization with regard to the friction that occurs between them.
  • a roughness depth Rt of the structured surface of at most 10 pm is particularly preferably selected.
  • a roughness depth Rt in the range from 3pm to 5pm has proven itself here.
  • one of the bearing rings of the rolling bearing is machined by pulsating pressure, no other machining is generally provided for the other bearing ring.
  • the rolling bearing can be sealed either on one side or on both sides.
  • Each of the bearing rings can either be a one-piece or a split bearing ring.
  • the bearing ring of the rolling bearing machined by pulsating pressure is the inner ring.
  • Either the inner ring or the outer ring can be provided as the rotating bearing ring.
  • the pulsating pressurization creates an irregular plastic deformation of the surface of the rolling bearing ring.
  • the bearing ring to be machined initially in the form of a blank, can be clamped in a lathe, for example, for machining and pulsating pressurization.
  • the sequence of the machining steps and pulsating pressurization is not fixed in this case, and in all cases the workpiece, that is to say the bearing ring to be machined, preferably remains in the same setting during the two process steps.
  • the machining tool which effects the pulsating pressurization can be shifted in the radial direction or axial direction of the bearing ring, depending on the position of the surface to be machined.
  • This displacement of the machining tool for example, describes a spiral line, a helical line or a frequently intersecting wavy line on the machined surface.
  • depressions which have been produced on the machined surface provided as a sealing surface are distributed approximately uniformly, expressed as the number of depressions per unit area.
  • the tool, which contacts the surface of the bearing ring to be structured in a pulsating manner can be designed, for example, as a ball or cylinder or barrel roller.
  • a ball when used as a machining tool, this can be supported by a liquid cushion that transmits the pressure pulses.
  • the pressure pulses can be generated piezoelectrically, pneumatically or mechanically. In cases where the processing tool is firmly connected to a tool holder, the pressure pulses are transmitted via the tool holder. If the processing tool, in particular in the form of a sphere, is supported by a liquid cushion, the pressure pulses are generated by pressure fluctuations in the liquid cushion.
  • the amplitude of the vibration of the machining tool can either be at most as large as the maximum value of the depressions or greater than the maximum depth of the deformations in the surface of the workpiece, that is to say bearing rings. If the amplitude is limited to the maximum value of the depressions in the surface of the workpiece, permanent contact between the machining tool and the bearing ring remains during machining. If, on the other hand, amplitudes of the tool occur which are greater than the maximum value of the depressions, this means that the contact between the tool and the workpiece is interrupted regularly during machining.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the processing of a surface of a
  • FIG. 2 shows the bearing ring processed with the method according to FIG. 1 in a perspective view
  • 3 shows a roller bearing designed as a deep groove ball bearing, including the bearing ring according to FIG. 2,
  • FIG. 4 a section of a roller bearing designed as a wheel bearing with a bearing ring machined according to FIG. 1.
  • a roller bearing identified overall by the reference number 1, is designed as a ball bearing and comprises an inner ring 2 and an outer ring 3.
  • the roller bearing 1 shown in FIG. 3 is a deep groove ball bearing, and the roller bearing 1 only partially shown in FIG. 4 is a double-row one Angular contact ball bearings, namely a wheel bearing for a motor vehicle.
  • a flange of the inner ring 2 is designated 4.
  • a raceway of the inner ring 2 contacting the rolling elements 5 is designated by 6, a raceway of the outer ring 3 by 7.
  • a seal 8, which has a sealing lip 9, is held on the outer ring 3.
  • the sealing lip 9 contacts a surface 10 of the inner ring 2, which in the case of FIG. 3 describes a cylinder which is concentric with the central axis M of the rolling bearing 1.
  • the surface 10 lies on a plane which is oriented normal to the central axis M.
  • the seal 8 is a contact seal.
  • the seal 8 can have more than one sealing lip 9.
  • the surface 10 which is contacted by the sealing lip 9 is structured by means of a method which is illustrated in FIG. 1 and which provides a surface structuring 11. This method is used in the production of the inner ring 2 of the rolling bearing 1 according to FIG. 3 as well as in the production of the inner ring 2 of the rolling bearing 1 according to FIG.
  • a blank the basic shape of which corresponds to the shape of the later inner ring 2 is clamped in a processing machine, not shown, in particular a lathe.
  • the blank that is to say the later inner ring 2 rotates about its central axis M.
  • the processing of the blank during clamping in the processing machine includes the machining of the rolling element raceway 6.
  • the roller bearing 1 is only sealed on one side. Accordingly, the roller bearing 1 has only a single cylindrical surface 10, which functions as a sealing surface within the fully assembled roller bearing 1 (FIG. 3).
  • the surface structuring 11 of the surface 10 indicated in FIG. 2 is likewise given in the exemplary embodiment according to FIG. 4.
  • the surface structuring 11 has the shape of numerous depressions 12, which are quasi stochastically distributed on the surface 10.
  • the roughness depth Rt of the structured surface 10 is in the range from 3 to 5 pm.
  • a tool 13, which is indicated in FIG. 1, is used to produce the depressions 12.
  • the tool 13 is installed on the processing machine, in particular a lathe, and comprises a processing ball 14, which is generally referred to as a processing body.
  • the machining ball 14 is rotatably arranged within the tool 13 and is supported here by a liquid cushion within the tool 13.
  • an oscillation of the machining ball 14 is caused, which is referred to as vertical oscillation V without any restriction of the generality.
  • the vertical oscillation V is oriented in the radial direction with respect to the central axis M.
  • a vertical oscillation V is to be generated. gene, which is aligned in the axial direction, based on the central axis M.
  • the frequency of the vertical oscillation V is significantly higher than the speed of the inner ring 2 in both cases.
  • the vertical oscillation V is superimposed on an axial displacement AV of the tool 13.
  • the axial displacement AV is also an oscillating movement.
  • This oscillation describes a wavy line on the surface 10, along which the depressions 12 lie.
  • the tool 13 is moved slowly and uniformly, for example, radially from the inside to the outside or from the outside to the inside.
  • the depressions 12 produced in this way lie theoretically on a spiral line. If, on the other hand, the tool 13 is moved with a comparatively high frequency between a first extreme point, which is located radially on the inside, and a second extreme point, which represents the radially outer boundary of the surface 10, waveforms of the structuring 11, which in FIG a single plane, namely the plane of the surface 10. In the course of several revolutions of the inner ring 2, these waves overlap several times, in principle comparable to the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that a high uniformity of the distribution of the depressions 12 within the surface 10 is also achieved in this case.
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Abstract

Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Lagerrings (2,3) eines Wälzlagers (1), insbesondere Radlagers, umfasst folgende Merkmale: Einspannen eines zur Herstellung des Lagerrings (2,3) vorgesehenen Rohlings in eine Bearbeitungsmaschine, Strukturierung und zugleich Verfestigung einer ringförmig geschlossenen, eine Dichtfläche bildenden Oberfläche (10) des Lagerrings (2,3) durch pulsierende Druckbeaufschlagung mit einem Bearbeitungskörper (14).

Description

Verfahren zur Bearbeitung eines Laqerrinqs und zur Herstellung
eines Wälzlagers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wälzlagerrings. Ferner be- trifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers sowie ein Wälzla- ger, insbesondere Radlager.
Aus der DE 29 20 889 C2 ist ein Verfahren zum Kaltwalzen von Bauteilen bekannt. Hierbei pulsiert eine Walzkraft mit einer Frequenz von 30 bis 300 Hz. Dabei soll der obere Grenzwert der pulsierenden Walzkraft 100% einer statischen Walzkraft nicht übersteigen. Ergebnis soll eine Werkstückoberfläche gewünschter Qualität mit gestei- gerter Dauerfestigkeit sein.
Die DE 10 2008 032 919 A1 offenbart ein Verfahren zum Oberflächenverfestigen ei- nes Bauteils, welches mit einem schwingenden Walzwerkzeug arbeitet, das kugelför- mig sein kann. Alternativ kann das Walzwerkzeug zylinderförmig sein. In beiden Fäl- len schwingt das Walzwerkzeug beim Festwalzen der zu verfestigenden Oberfläche derart, dass dem Festwalzen der Oberfläche ein Festhämmern überlagert wird.
Eine Verfestigung der Oberfläche eines Bauteils kann auch durch Oberflächenstrahlen erreicht werden, welches auch als Peening bezeichnet wird. In diesem Zusammen- hang wird beispielhaft auf die Dokumente EP 1 623 794 B1 , DE 10 2011 117 401 A1 , US 6,467,321 B2 und DE 10 2011 101 369 A1 hingewiesen.
Das Dokument DE 10 2006 048 712 A1 hat ein Verfahren zum Ultraschall- Kugelstrahlen von Getriebewellen für Fahrzeuge zum Gegenstand. Dieses Verfahren sieht vor, auch das Innere einer hohlen Getriebewelle durch Kugelstrahlen zu bearbei- ten. Die zu bearbeitende Getriebewelle ist hierbei an einem Sonotrodenkörper befes- tigt, wobei sie selbst einen Bestandteil der Sonotrode bildet. Aus der DE 10 2010 020 833 A1 ist ein Verfahren zur Oberflächenverfestigung bei ei- ner Feder bekannt. Auch dieses Verfahren arbeitet mit Ultraschall-Kugelstrahlen.
Die US 2010/0052262 A1 beschreibt eine für ein Radlager vorgesehene Dichtungs- Vorrichtung, welche ein elastisches Dichtungselement und ein metallisches Anschlag- element umfasst. Das Anschlagelement weist hierbei eine durch Kugelstrahl- Behandlung bearbeitete Oberfläche auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in der Wälzlagertechnik Fortschritte hin- sichtlich der rationellen Herstellung von Anlaufflächen für Dichtungen zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung ei- nes Wälzlagerrings gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung ei- nes Wälzlagers gemäß Anspruch 8. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Wälzla- ger mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Wälzlager erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Bearbeitungs- sowie das Herstellungsverfahren und umgekehrt.
Ein Lagerring des Wälzlagers wird auf folgende Weise bearbeitet:
- Ein zur Herstellung des Lagerrings vorgesehener, ringförmiger Rohling wird in einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise eine Drehmaschine, einge- spannt, wobei alternativ zu einer Rotation des Rohlings auch eine nicht ro- tierende Anordnung des Rohlings möglich ist,
- es erfolgt eine Strukturierung und zugleich Verfestigung einer ringförmig ge- schlossenen, eine Dichtfläche bildenden Oberfläche des Lagerrings durch pulsierende Druckbeaufschlagung mit einem Bearbeitungskörper. Im Fall eines rotierenden Rohlings ist der Bearbeitungskörper typischerweise Teil ei- nes nicht rotierenden Bearbeitungswerkzeugs. Im Fall eines - zum Beispiel auf einem Tisch - fixierten Rohlings ist dagegen eine Bearbeitung insbesondere durch ein den Bearbeitungskörper umfassendes Bearbeitungswerkzeug möglich, welches als Gan- zes um eine Achse, beispielsweise eines mehrachsigen Roboters oder eines Bearbei- tungszentrums, gedreht wird.
Sofern die Strukturierung und Verfestigung der Dichtfläche bei rotierendem Werkstück erfolgt, wird in bevorzugter Verfahrensführung in derselben Aufspannung, bei rotie- rendem Rohling, das heißt Werkstück, mindestens eine Wälzkörperlaufbahn des La- gerrings spanabhebend, das heißt durch Drehen und/oder Schleifen, bearbeitet. Mit diesem Verfahren werden mehrere Vorteile erreicht:
Zum einen ist eine rationelle sowie präzise Bearbeitung dadurch begünstigt, dass die strukturierte Oberfläche des Lagerrings in derselben Aufspannung erzeugt wird, in welcher auch die spanabhebende Bearbeitung des Lagerrings erfolgt. Zum anderen ist zur Herstellung eines Dichtkontaktes kein gesondertes Element, etwa in Form einer mit einem Lagerring zu verbindenden Anschlagscheibe oder eines Anlaufrings, erfor- derlich. Vielmehr kontaktiert innerhalb des Wälzlagers das an einem der Lagerringe befestigte elastische Dichtelement unmittelbar die durch pulsierende Druckbeauf- schlagung bearbeitete Dichtfläche des anderen Lagerrings. Hierdurch ist gegenüber herkömmlichen Lösungen nicht nur die Teilezahl, sondern tendenziell auch der Raumbedarf des Wälzlagers minimiert.
Die durch die strukturierte Oberfläche des Lagerrings sowie das elastische Dichtele- ment gebildete berührende Dichtung zeichnet sich durch eine geringe Reibung und geringe Verschleißanfälligkeit bei zugleich guter Dichtwirkung aus. Die Dichtwirkung bezieht sich hierbei sowohl auf die Zurückhaltung von Schmiermittel, das heißt Fett oder Öl, im Wälzlager als auch auf die Fernhaltung von Schmutz vom Inneren des Wälzlagers. Das Verfahren zur Herstellung des Wälzlagers umfasst folgende Schritte:
- Bereitstellung eines in der beschriebenen Weise bearbeiteten, eine in Form von Vertiefungen, beispielsweise sphärischen Vertiefungen, strukturierte Oberfläche aufweisenden Lagerrings sowie eines weiteren Lagerrings,
- Platzierung einer Anzahl Wälzkörper zwischen den Lagerringen,
- Montage einer zwischen den Lagerringen wirksamen Dichtung derart, dass diese an dem weiteren Lagerring gehalten ist und die strukturierte Oberflä- che kontaktiert.
Als Wälzkörper des Wälzlagers können Kugeln ebenso wie Nadeln oder Rollen, bei- spielsweise Zylinderrollen oder Kegelrollen, vorgesehen sein. Das Wälzlager kann als ein- oder mehrreihiges Lager ausgebildet sein und zwei Lagerring oder eine größere Zahl an Lagerringen, zum Beispiel drei Lagerringe, umfassen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Wälzlager um ein Radlager für ein Kraftfahrzeug. Allgemein weist das Wälzlager folgende Merkmale auf:
Zwischen mindestens zwei Lagerringen sind eine Anzahl Wälzkörper sowie mindes- tens eine Dichtung angeordnet, welche an einem der Lageringe gehalten ist und eine in Form von Vertiefungen strukturierte, verfestigte Oberfläche des anderen Lagerrings kontaktiert. Die Vertiefungen können zum Beispiel sphärisch, kegelig, zylinderförmig oder schuppenförmig ausgebildet sein.
Insbesondere weist die strukturierte Oberfläche, also die Dichtfläche mit den erzeug- ten Vertiefungen oder Dellen, eine Rautiefe Rt von maximal 100pm auf. Dies gewähr- leistet eine Aufrechterhaltung einer Dichtwirkung der Dichtung, die an der strukturier- ten Oberfläche beziehungsweise Dichtfläche anläuft, und bringt gleichzeitig eine Op- timierung hinsichtlich einer, zwischen diesen auftretenden Reibung mit sich. Beson- ders bevorzugt ist eine Rautiefe Rt der strukturierten Oberfläche von maximal 10pm gewählt. Eine Rautiefe Rt im Bereich von 3pm bis 5pm hat sich hier bewährt. Während einer der Lagerringe des Wälzlagers durch pulsierende Druckbeaufschla- gung bearbeitet ist, ist beim anderen Lagerring in der Regel keine derartige Bearbei- tung vorgesehen. Die Abdichtung des Wälzlagers kann entweder einseitig oder beid- seitig vorhanden sein. Bei jedem der Lagerringe kann es sich entweder um einen ein- stückigen oder um einen geteilten Lagerring handeln.
In typischen Ausgestaltungen handelt es sich bei dem durch pulsierende Druckbeauf- schlagung bearbeiteten Lagerring des Wälzlagers um den Innenring. Als rotierender Lagerring kann entweder der Innenring oder der Außenring vorgesehen sein.
Durch die pulsierende Druckbeaufschlagung wird eine unregelmäßige plastische Ver- formung der Oberfläche des Wälzlagerrings erzeugt. Der zu bearbeitende Lagerring, zunächst in Form eines Rohlings, kann für die spanabhebende Bearbeitung sowie die pulsierende Druckbeaufschlagung beispielsweise in einer Drehmaschine eingespannt werden. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte spanabhebende Bearbeitung und pul- sierende Druckbeaufschlagung ist hierbei nicht fest vorgegeben, wobei in allen Fällen das Werkstück, das heißt der zu bearbeitende Lagerring, während der beiden Verfah- rensschritte vorzugsweise in derselben Aufspannung bleibt.
Während der zu bearbeitende Lagerring rotiert, kann das Bearbeitungswerkzeug, wel- ches die pulsierende Druckbeaufschlagung bewerkstelligt, je nach Lage der zu bear- beitenden Oberfläche in radialer Richtung oder axialer Richtung des Lagerrings ver- schoben werden. Durch diese Verschiebung des Bearbeitungswerkzeugs wird auf der bearbeiteten Oberfläche beispielsweise eine Spirallinie, eine Schraubenlinie oder eine sich vielfach schneidende Wellenlinie beschrieben. In jedem Fall sind am Ende des Bearbeitungsvorgangs Vertiefungen, die auf der bearbeiteten, als Dichtfläche vorge- sehenen Oberfläche erzeugt wurden, näherungsweise gleichmäßig, ausgedrückt als Anzahl der Vertiefungen pro Flächeneinheit, verteilt. Das Werkzeug, welches die zu strukturierende Oberfläche des Lagerrings in pulsie- render Weise kontaktiert, kann beispielsweise als Kugel oder Zylinder oder Tonnenrol- le ausgebildet sein. Insbesondere bei Verwendung einer Kugel als Bearbeitungswerk- zeug kann dieses durch ein Flüssigkeitskissen, welches die Druckpulse überträgt, ab- gestützt sein. Die Erzeugung der Druckpulse kann piezoelektrisch, pneumatisch oder mechanisch erfolgen. In Fällen, in denen das Bearbeitungswerkzeug fest mit einem Werkzeughalter verbunden ist, werden die Druckpulse über den Werkzeughalter über- tragen. Ist das Bearbeitungswerkzeug, insbesondere in Form einer Kugel, dagegen durch ein Flüssigkeitskissen abgestützt, so werden die Druckpulse durch Druck- schwankungen des Flüssigkeitskissens erzeugt.
In allen Fällen kann die Amplitude der Schwingung des Bearbeitungswerkzeugs ent- weder maximal so groß wie der Maximalwert der Vertiefungen oder größer als die maximale Tiefe der Verformungen in der Oberfläche des Werkstücks, das heißt Lager- rings, sein. Ist die Amplitude auf den Maximalwert der Vertiefungen in der Oberfläche des Werkstücks begrenzt, so bleibt während der Bearbeitung ein dauerhafter Kontakt zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Lagerring bestehen. Treten dagegen Amplituden des Werkzeugs auf, welche größer als der Maximalwert der Vertiefungen sind, so bedeutet dies, das der Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück während der Bearbeitung regelmäßig unterbrochen wird.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeich- nung näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung die Bearbeitung einer Oberfläche eines
Lagerrings durch pulsierende Druckbeaufschlagung,
Fig. 2 den mit dem Verfahren nach Figur 1 bearbeiteten Lagerring in perspekti- vischer Ansicht, Fig. 3 ein als Rillenkugellager ausgebildetes Wälzlager einschließlich des La- gerrings nach Figur 2,
Fig. 4 ausschnittsweise ein als Radlager ausgebildetes Wälzlager mit einem gemäß Figur 1 bearbeiteten Lagerring.
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile oder Strukturen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeich- net.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wälzlager ist als Kugella- ger ausgebildet und umfasst einen Innenring 2 und einen Außenring 3. Beim in Figur 3 dargestellten Wälzlager 1 handelt es sich um ein Rillenkugellager, beim in Figur 4 nur ausschnittsweise skizzierten Wälzlager 1 um ein zweireihiges Schrägkugellager, näm- lich ein Radlager für ein Kraftfahrzeug. In diesem Fall ist ein Flansch des Innenrings 2 mit 4 bezeichnet.
Zwischen den Lagerringen 2, 3 rollen in beiden Fällen Kugeln als Wälzkörper 5 ab. Die Kugeln 5 können in einem nicht dargestellten Käfig geführt sein. Eine die Wälz- körper 5 kontaktierende Laufbahn des Innenrings 2 ist mit 6, eine Laufbahn des Au- ßenrings 3 mit 7 bezeichnet.
Am Außenring 3 ist eine Dichtung 8 gehalten, welche eine Dichtlippe 9 aufweist. Die Dichtlippe 9 kontaktiert eine Oberfläche 10 des Innenrings 2, welche im Fall von Figur 3 einen zur Mittelachse M des Wälzlagers 1 konzentrischen Zylinder beschreibt. Im Fall von Figur 4 liegt die Oberfläche 10 dagegen auf einer Ebene, welche normal zur Mittelachse M ausgerichtet ist. In beiden Fällen handelt es sich bei der Dichtung 8 um eine berührende Dichtung. In nicht dargestellter Weise kann die Dichtung 8 mehr als eine Dichtlippe 9 aufweisen. Die Oberfläche 10, welche von der Dichtlippe 9 kontaktiert wird, wird mittels eines Ver- fahrens strukturiert, das in Figur 1 illustriert ist und eine Oberflächenstrukturierung 11 liefert. Dieses Verfahren kommt bei der Herstellung des Innenrings 2 des Wälzlagers 1 nach Figur 3 ebenso wie bei der Herstellung des Innenrings 2 des Wälzlagers 1 nach Figur 4 zum Einsatz.
Zur Herstellung des Innenrings 2 wird ein Rohling, dessen Grundform der Form des späteren Innenrings 2 entspricht, in eine nicht dargestellte Bearbeitungsmaschine, insbesondere Drehmaschine, eingespannt. Während der folgenden Bearbeitung rotiert der Rohling, das heißt spätere Innenring 2, um dessen Mittelachse M. Die Bearbei- tung des Rohlings während der Einspannung in die Bearbeitungsmaschine schließt die spanende Bearbeitung der Wälzkörperlaufbahn 6 ein.
In dem in den Figuren 1 bis 3 skizzierten Beispiel ist das Wälzlager 1 nur einseitig ab- gedichtet. Dementsprechend weist das Wälzlager 1 nur eine einzige zylindrische Oberfläche 10 auf, welche innerhalb des fertig montierten Wälzlagers 1 (Figur 3) als Dichtfläche fungiert. Die in Figur 2 angedeutete Oberflächenstrukturierung 11 der Oberfläche 10 ist ebenso im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 gegeben. Die Oberflä- chenstrukturierung 11 hat die Form zahlreicher Vertiefungen 12, welche quasi stochastisch auf der Oberfläche 10 verteilt sind. Die Rautiefe Rt der strukturierten Oberfläche 10 liegt im Bereich von 3 bis 5 pm.
Zur Erzeugung der Vertiefungen 12 wird ein Werkzeug 13 verwendet, welches in Figur 1 angedeutet ist. Das Werkzeug 13 ist an der Bearbeitungsmaschine, insbesondere Drehmaschine, installiert und umfasst eine Bearbeitungskugel 14, welche allgemein als Bearbeitungskörper bezeichnet wird. Innerhalb des Werkzeugs 13 ist die Bearbei- tungskugel 14 drehbar angeordnet und hierbei durch ein Flüssigkeitskissen innerhalb des Werkzeugs 13 abgestützt. Durch Erzeugung eines oszillierenden Druckes, wel- cher innerhalb des Flüssigkeitskissens wirkt, wird eine Oszillation der Bearbeitungs- kugel 14 hervorgerufen, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Vertikaloszilla- tion V bezeichnet wird. Im Beispiel nach Figur 1 ist die Vertikaloszillation V in radialer Richtung, bezogen auf die Mittelachse M ausgerichtet. Bei der Bearbeitung des Innen- rings 2 des Wälzlagers 1 nach Figur 4 ist dagegen eine Vertikaloszillation V zu erzeu- gen, welche in axialer Richtung, bezogen auf die Mittelachse M, ausgerichtet ist. Die Frequenz der Vertikaloszillation V ist in beiden Fällen wesentlich höher als die Dreh- zahl des Innenrings 2.
Der Vertikaloszillation V ist im Fall von Figur 1 eine Axialverschiebung AV des Werk- zeugs 13 überlagert. Auch bei der Axialverschiebung AV handelt es sich um eine os- zillierende Bewegung. Durch diese Oszillation wird auf der Oberfläche 10 eine Wellen- linie beschrieben, längs der die Vertiefungen 12 liegen. Im Laufe der mehrfachen Um drehungen des Innenrings 2 entstehen vielfache Überschneidungen dieser Wellenli- nie, so dass letztlich die gewünschte quasi statistische Verteilung der Vertiefungen 12 auf der Oberfläche 10 entsteht.
In abgewandelter Verfahrensführung ist es möglich, den Bearbeitungskörper des Werkzeugs 13 lediglich ein einziges Mal in Axialrichtung über die Oberfläche 10 zu fahren, wobei die Axialverschiebung AV in diesem Fall wesentlich langsamer als im Fall der wellenförmigen Bearbeitungswege erfolgt. Durch das langsame, einmalige Verfahren des Werkzeugs 13 wird theoretisch eine Schraubenlinie auf der Oberfläche 10 erzeugt. Die Steigung dieser Schraubenlinie ist derart gering, dass sich auch in diesem Fall letztlich eine mit sehr guter Näherung gleichförmige Verteilung der Vertie- fungen 12 auf der Oberfläche 10 ergibt.
Zur Herstellung der Oberflächenstrukturierung des Innenrings 2 gemäß Figur 4 wird das Werkzeug 13 beispielsweise langsam und gleichmäßig radial von innen nach au- ßen oder von außen nach innen verfahren. Die damit erzeugten Vertiefungen 12 lie- gen theoretisch auf einer Spirallinie. Wird dagegen das Werkzeug 13 mit vergleichs- weise hoher Frequenz zwischen einem ersten Extrempunkt, welcher radial innen liegt, und einem zweiten Extrempunkt, welcher die radial äußere Begrenzung der Oberflä- che 10 darstellt, verfahren, so entstehen zunächst Wellenformen der Strukturierung 11 , welcher in einer einzigen Ebene, nämlich der Ebene der Oberfläche 10 liegen. Im Laufe mehrerer Umdrehungen des Innenrings 2 überschneiden sich diese Wellen, prinzipiell vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 , mehrfach, sodass auch in diesem Fall eine hohe Gleichförmigkeit der Verteilung der Vertiefungen 12 in- nerhalb der Oberfläche 10 erreicht wird. Bezuqszeichenliste
1 Wälzlager
2 Innenring
3 Außenring
4 Flansch
5 Wälzkörper
6 Laufbahn des Innenrings
7 Laufbahn des Außenrings
8 Dichtung
9 Dichtlippe
10 Oberfläche
11 Oberflächenstrukturierung
12 Vertiefung
13 Werkzeug
14 Bearbeitungskugel
AV Axialverschiebung
M Mittelachse
V Vertikaloszillation

Claims

Patentansprüche
1 Verfahren zur Bearbeitung eines Lagerrings (2,3) eines Wälzlagers (1 ), mit fol- genden Merkmalen:
- Einspannen eines zur Herstellung des Lagerrings (2,3) vorgesehenen Roh- lings in eine Bearbeitungsmaschine,
- Strukturierung und zugleich Verfestigung einer ringförmig geschlossenen, eine Dichtfläche bildenden Oberfläche (10) des Lagerrings (2,3) durch pul- sierende Druckbeaufschlagung mit einem Bearbeitungskörper (14).
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Druckbeaufschlagung mit einem kugelförmigen Bearbeitungskörper (14) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dersel- ben Einspannung, in welcher die eine Dichtfläche bildende Oberfläche (10) des Lagerrings (2,3) durch pulsierende Druckbeaufschlagung mit einem Bearbei- tungskörper (14) strukturiert und zugleich verfestigt wird, eine Laufbahn (6,7) des Lagerrings (2,3) spanabhebend erzeugt wird, wobei der Rohling während der beiden genannten Bearbeitungsschritte rotiert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der pulsierenden Druckbeaufschlagung der Bearbeitungskörper (14) gegenüber dem Lagerring (2,3) in dessen Axialrichtung verschoben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der pulsierenden Druckbeaufschlagung der Bearbeitungskörper (14) gegenüber dem Lagerring (2,3) in dessen Radialrichtung verschoben wird.
6 Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Laufe der pulsierenden Druckbeaufschlagung der Bearbeitungskörper (14) eine Schraubenlinie beziehungsweise eine Spirallinie auf der zu strukturierenden Oberfläche (10) beschreibt.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Laufe der pulsierenden Druckbeaufschlagung der Bearbeitungskörper (14) eine sich vielfach schneidende Wellenlinie auf der zu strukturierenden Oberfläche (10) beschreibt.
8. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers (1 ), mit folgenden Schritten:
- Bereitstellung eines nach Anspruch 1 bearbeiteten, eine in Form von Vertie- fungen (12) strukturierte Oberfläche (10) aufweisenden Lagerrings (2,3) so- wie eines weiteren Lagerrings (3,2),
- Platzierung einer Anzahl Wälzkörper zwischen den Lagerringen (2,3), - Montage einer zwischen den Lagerringen (2,3) wirksamen Dichtung (8) der- art, dass diese an dem weiteren Lagerring (3,2) gehalten ist und die struktu- rierte Oberfläche (10) kontaktiert.
9. Wälzlager (1 ), mit mindestens zwei Lagerringen (2,3), zwischen welchen eine Anzahl Wälzkörper (5) angeordnet sind, sowie mit mindestens einer Dich- tung (8), welche an einem der Lageringe (2,3) gehalten ist und eine in Form von Vertiefungen (12) strukturierte, verfestigte Oberfläche (10) des anderen Lagerrings (3,2) kontaktiert.
10. Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Rad- lager ausgebildet ist.
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