JP2018532960A - 転がり軸受用の変形加工されたリング - Google Patents

Abstract

転がり軸受用のリングであって、当該リングが主軸線Ａを規定しており、当該リングが、主軸線Ａを巡って延びる中空室を備えた中空リングとして形成されており、主軸線に沿った軸方向断面で見て、中空リングの壁が、一体にかつ／またはシームレスに形成されている、転がり軸受用のリングにおいて、当該リングが、転動体を転動させるための軸受リング１として構成されていることを特徴とする、転がり軸受用のリング。

Description

本発明は、転がり軸受用のリングであって、当該リングが、主軸線を規定しており、当該リングが、主軸線を巡って延びる中空室を備えた中空リングとして形成されており、主軸線に沿った軸方向断面で見て、中空リングの壁が、一体にかつ／またはシームレスに形成されている、転がり軸受用のリングに関する。

転がり軸受は、機械構成ユニットまたは機械構成部分が、互いに対して旋回または回転されなければならないような機械構造における重要なコンポーネントである。したがって、とりわけ自動車産業においては、転がり軸受は、種々異なるサイズおよび構成形態で良く売れている。したがって、転がり軸受のコンポーネントをできるだけ材料節約的にかつ廉価に製造し得ることが望まれている。

たとえば、最も近い従来技術であると思われる独国特許出願公開第１０２００９０３６３４７号明細書には、自動調心ローラベアリング用のつば付ディスクを製造する方法が開示されている。この方法では、まず、真っ直ぐな管区分が曲げられて、ギャップにより分離された２つのリング端部を備えたリングが形成され、引き続き、このリングの両リング端部が接合される。こうして、それ自体閉じた、たとえば溶接されたリング予備成形体は、最終的に、適当な輪郭工具を備えたプレス装置において、一般には円形とは異なる所望の軸方向断面ジオメトリを有するつば付きディスクへ一気に変形加工される。

本発明の課題は、材料節約的でかつ廉価な生産を可能にする、転がり軸受用のリング、少なくとも１つのこのようなリングを備えた転がり軸受およびリングを製造する方法を提案することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する転がり軸受用のリング、請求項７に記載の特徴を有する少なくとも１つのこのようなリングを備えた転がり軸受、および請求項８に記載の特徴を有するリングを製造する方法によって解決される。本発明の好適な実施態様または有利な実施態様は、従属形式の請求項、以下の説明ならびに添付図面から明らかとなる。

本発明の枠内では、転がり軸受用のリングが提案される。リングは主軸線を規定しており、主軸線は、軸方向でリングの中心点を通って延びている。リングは特に回転体として形成されており、この回転体は周方向で一定の軸方向断面プロファイルを有している。リングは、好ましくは金属、特に鋼材料、特別には名称「Ｅ２３５」を有する鋼材料、たとえば名称「Ｅ２３５＋Ｎ」を有する焼きならしされた鋼材料から形成されている。選択的には、リングを被覆するようにプラスチックが射出成形されていてよい。

リングは中空リングとして形成されている。中空リングは中空室を有しており、この中空室は主軸線を巡って特に中断なく延びている。中空リングの壁は軸方向断面で見て一体に、全周にわたって閉じられかつ／またはシームレスに形成されている。代替的にまたは補足的に云えば、中空リングの壁が、軸方向断面で見て、中空室を巡って閉じた曲線を形成している。特にリングは一体に形成されている。

本発明の枠内では、リングが、軸受リング（軸受レース）として構成されることが提案される。軸受リングは、転動体、特にボールを転動させるために構成されている。変形加工されたリングまたは金属薄板リングに比べて、この軸受リングが簡単にかつ材料節約的に製造できることが本発明の利点である。それにもかかわらず、多くの用途のために十分となる形状忠実性、ひいては低い公差を維持することができる。

本発明の好適な構成では、軸受リングの壁が、転動路区分を有する。この転動路区分は、転動体のための転動面を形成している。特に、転動路区分は、転がり軸受の圧力ラインによって貫かれる。転動路区分は、好ましくは溝として形成されている。この溝は、周方向に延びる凹部、特にグルーブとして形成されている。溝は完全に主軸線を巡って延びている。溝は、溝壁と溝底とを有する。たとえば溝はＵ字形に形成されている。転動体、特にボールは、特に溝底において、Ｕ字形に形成された溝との接触領域を形成している。代替的には、溝がＶ字形に形成されている。転動体、特にボールは、特に溝壁において、Ｖ字形に形成された溝との接触領域を形成している。溝は、特に転動体、特にボールを収容するために形成されている。溝は、転動体のためのガイドとして形成されており、特に主軸線を巡る周方向に沿った軸方向のガイドとして形成されている。転動体、特にボールは、溝内で転動し、ひいては転動路区分に沿って転動する。

原理的には、軸受リングはラジアル軸受リングとして形成されていてよい。しかし、簡単な製作の点では、軸受リングが、スラスト軸受リングとして形成されており、かつ／または溝が、軸方向に開かれていることが特に好都合である。

本発明の好適な改良形では、軸受リングの壁が、軸受底区分を有している。軸受底区分は、転動路区分に対向して位置するように配置されている。軸受底区分は、底面を形成しており、この底面は好ましくは平らに、または平坦に形成されている。底面は、特に主軸線に対する半径方向平面内に延びている。軸受底区分は、軸受リング、ひいてはスラスト転がり軸受を、支持構造体、特に軸受パートナに、この底面を介して支持するために形成されている。

好適には、軸受リングの壁が２つの側方支持壁区分を有している。これら２つの側方支持壁区分は、それぞれ１つの円筒状面を形成している。これら２つの側方支持壁区分および／または円筒状面は、軸受リングの主軸線に対して同軸的に配置されている。２つの側方支持壁区分は、それぞれ１つの移行領域を有しており、それぞれ１つのこのような移行領域が、２つの側方支持壁区分のうちのそれぞれ１つを、軸受底区分の両端部のそれぞれ１つに結合している。このような移行領域は、曲げられて形成されている。２つの側方支持壁区分は、特に軸受底区分に対して垂直に、またはほぼ垂直に、配置されている。

軸受リングは、２つの結合区分を有している。これら２つの結合区分は、２つの側方支持壁区分のそれぞれ１つを、転動路区分に結合している。結合区分は、軸方向断面で見てアングル状に折り曲げられているか、またはコーナ領域もしくは頂点領域として形成されている。好ましくは、これら２つの結合区分のうちの少なくとも一方の結合区分が、支持面を有している。この支持面は、特に半径方向外側の結合区分に配置されている。特別には、支持面が主軸線に対して垂直に向けられており、かつ／または主軸線に対する半径方向平面内に位置している。支持面は、たとえば転動体用のケージを案内するために、かつ／またはシールディスクを載着させるために形成されている。好ましくは、支持面は型押し加工されている。

２つの側方支持壁区分は、２つの結合区分を支持しており、ひいては転動路区分を支持している。軸方向断面で見て、軸受底区分と、２つの側方支持壁区分と、２つの結合区分と、転動路区分とは、一緒になって閉じた環状の壁を形成しており、この壁は軸方向断面で見て中断なく、かつ／または隙間なく形成されている。

本発明の別の構成では、中空室が２つの中空室区分を有している。これらの中空室区分は、転動路区分と、軸受底区分と、２つの側方支持壁区分と、２つの結合区分とによって取り囲まれていて、転動路区分によって互いに区分けされており、特に分離されている。中空室区分は、互いに接続されているか、または互いに分離されて配置されていてよい。中空室区分は、軸方向断面で見て三角形に形成されており、特に直角三角形に形成されており、頂点は、特に部分的に丸められている。２つの中空室区分は、軸方向断面で見て互いに向かい合って位置するように配置されている。２つの中空室区分は、軸方向断面で見て、特に互いに対して鏡像対称的に形成されている。軸受リングには、２つの中空室区分が同軸的に配置されている。

本発明のさらに別の改良形では、転動路区分が、軸受底区分に対して間隔を置いて配置されている。転動路区分の下側は、底区分の上側から間隔を置いて配置されている。２つの中空室区分は、この改良形では、互いに接続されている。転動路区分に作用する軸方向力は、軸受底区分に対する転動路区分の間隔を変えることによって、ひいては中空室区分の形状を変えることによって、ばね弾性的に受け止められる。軸受底区分に対して間隔を置いて転動路区分を配置することは、軸受リングの弾性率を高める。

本発明の代替的な別の改良形では、転動路区分の下側が、軸受底区分の上側に載着されている。軸受底区分は、転動路区分を支持している。特に、軸受底区分への転動路区分の載着は、転動路区分、２つの結合区分および／または２つの側方支持壁区分に対する負荷を減少させる。この代替的な改良形は、一層安定した構成をもたらす。しかし、軸受リングに対する負荷は、中空室区分内へ転動路区分をばね弾性的に変位させることにより、ばね弾性的に軽減することができる。

本発明の別の対象は、転がり軸受に関する。この場合、転がり軸受は、前で説明したような、もしくは請求項１から６までのいずれか１項記載の、少なくとも１つのこのような軸受リングを有している。転がり軸受は、ラジアル転がり軸受として構成されていてよいが、特に好適には、転がり軸受は、スラスト転がり軸受として、特にスラストボール軸受として構成されている。転がり軸受が、このような軸受リングを１つしか有していないことが可能である。代替的には、転がり軸受は、このような軸受リングを２つ有しているか、または多列式の転がり軸受の場合には、このような軸受リングを２つよりも多く有していてよい。好適には、スラスト転がり軸受は、貨物自動車および／または産業車両のために、たとえばショックアブソーバばね脚軸受またはレリーズベアリングとして、またはフォークリフトのために適しておりかつ／または形成されている。

転がり軸受は、転動体、特にボールを含んでおり、転動体は軸受リング、すなわち軸受レースに沿って転動するように配置されている。選択補足的には、転がり軸受は、転動体用のケージおよび／または転がり軸受を汚染に対してシールするためのシールディスクを含んでいる。この改良形では、軸受リングが、シールリングおよび／またはケージを載着させるための、特に型押し加工された支持面を有することが好適である。

本発明の別の対象は、前で説明したような、もしくは請求項１から６までのいずれか１項記載のリング、つまり軸受リングを製造する方法に関する。軸受リングは、リング予備成形体から製作される。リング予備成形体は、中空のトーラスおよび／またはドーナツとして、特に環状の管として形成されている。このリング予備成形体は、型プレス工具（Formpresswerkzeug）によって、特に嵌合型（Passform）内で変形加工されて、軸受リングを形成する。この場合、焼きならしされた鋼材料が、変形加工プロセスの結果を促進する。軸受リングへのリング予備成形体の変形加工は、非切削式であり、リングの時間節約的な製造、ひいては廉価な製造を可能にする。

本発明の改良形では、リング予備成形体が、真っ直ぐな管から製造される。この真っ直ぐな管は、好ましくは３本ロール型ラウンドベンディングマシン（Dreirollen-Rundbiegemaschine）によって、リング予備成形体に、特に環状の管に成形される。リング予備成形体のリング端部は、互いに結合され、特に熱的な方法によって互いに結合され、特別には互いに溶接される。溶接方法としては、特にガス溶接、抵抗溶接または付加材料なしのオービタル溶接を使用することができる。これにより、特に負荷耐性を有する溶接シームが形成される。

本発明の可能となる別の改良形では、軸受リングが変形加工後に、たとえば研削によって後加工される。特に、これにより、変形加工時に生じる凹凸または欠陥を補償することができる。引き続き、後加工により、２つの管端部の結合シームを平滑にすることができる。

本発明の好適な改良形では、２つの結合区分のうちの少なくとも一方の結合区分が、支持面を有している。この支持面は、軸受リングの成形と一緒に形成されるか、または後加工、たとえば型押し加工（Praegen）により成形される。支持面は、好ましくは、この支持面にケージまたはシールディスクを配置し得るように形成されている。

本発明の選択的な改良形では、軸受リングが焼入れされる。このことは、たとえば熱処理、特に熱調質により行われ、熱調質により、最大５０ＨＲＣの硬度が可能となる。代替的には、焼入れを、軸受リングの窒化浸炭によって行うことができる。

本発明のさらに別の可能な改良形では、軸受リングが、あとからの被覆によって、外部影響因子に対して保護される。好適には、軸受リングが、プラスチックの射出成形によりプラスチックで被覆することによって、たとえば腐食に対して保護される。

本発明の別の特徴、利点および作用は、以下に説明する本発明の好適な実施形態ならびに添付図面から明らかとなる。

軸受リングの軸方向断面プロファイルを示す図である。 軸受リングを製造するための最も重要な方法ステップを示すフローチャートである。

図１には、本発明の一実施形態として、主軸線Ａに沿った軸方向断面における軸受リング１のプロファイルが示されている。この軸受リング１には、転動体としてボール２が載着されているか、または嵌め込まれている。このプロファイル、特に軸方向断面プロファイルは、主軸線Ａを環状に巡るように一定にまたは不変に形成されている。これによって、軸受リング１は、主軸線Ａ周りの軸方向断面プロファイルの回転体として形成されている。

軸受リング１は、ボール２を転動させるための転動路区分３を有する。この転動路区分３は、溝（Rille）、特にグルーブ（Nut）として形成されていて、主軸線Ａに対して軸方向に開かれている。溝は、ボール用のガイドとして形成されている。溝はＶ字形に成形されていて、１つの溝底４と、２つの溝壁５とを有している。溝壁５は、軽度に凸面状に形成されている。溝底４は、ボール２がこの溝底４に接触しないような深さに形成されている。これにより、ボール２と転動路区分３の溝、特に溝壁５との間には、小さな接触領域が生じ、これにより摩擦は小さく保持される。

軸受リング１は、軸受底区分６を有する。この軸受底区分６は、平坦に形成されていて、主軸線Ａに対して垂直に向けられている。軸受底区分６は、軸受リング１を、ひいては転がり軸受を、支持構造体および／または軸受パートナに載着させ、かつ／または取り付けるために用いられる。軸受底区分６の平坦な形状は、支持構造体における安定的な載置および／または安定的な取付けを可能にする。

軸受底区分６は、転動路区分３に軸方向で対向して位置するように配置されている。特に転動路区分３は、軸方向で一方の側に向けられており、軸受底区分６は、軸方向で他方の側に向けられている。転動路区分３は、この実施形態では、軸受底区分６に載置されていて、軸受底区分６によって支持される。

軸受リング１は、さらに２つの側方支持壁区分７を有する。これらの側方支持壁区分７は、軸受底区分６のそれぞれ一方の側に結合されている。このために、側方支持壁区分７の、軸受底区分６に結合された端部が、曲げられて形成されている。側方支持壁区分７は、軸受底区分６に対して垂直に、かつ／または主軸線Ａに対して同軸的に、配置されている。

軸受リング１は、２つの結合区分８を有する。これら２つの結合区分８は、２つの側方支持壁区分７のそれぞれ一方を、転動路区分３の両端部のそれぞれ一方に結合している。結合区分８は、直角に形成されている。

２つの結合区分８のうち、主軸線Ａから大きく遠ざけられた方の、半径方向外側に位置する結合区分８は、支持面９を有する。支持面９は、たとえば変形加工プロセスにおいて、型押し加工されて成形されている。代替的には、支持面９は後加工において型押し加工されて成形されている。支持面９は、平坦に形成されていて、１つの平面を形成しており、この平面は主軸線Ａに対して垂直に向けられている。半径方向外側に位置する結合区分８は、支持面９と共に、半径方向内側に位置する結合区分８に比べて小さな縁半径を有する縁部を形成している。支持面９は、ボール２用のケージおよび／または転がり軸受をシールするためのシールリングの載着または案内のために用いられる。

転動路区分３と、軸受底区分６と、２つの側方支持壁区分７と、２つの結合区分８とは、中空室を形成している。この中空室は、互いに分離された２つの中空室区分１０を有する。特に、２つの中空室区分１０は、それぞれ転動路区分３と、軸受底区分６と、２つの側方支持壁区分７のいずれか一方と、２つの結合区分８のいずれか一方とによって取り囲まれる。

中空室区分１０は、軸方向断面で見て、部分的に丸められた頂点を有する三角形に形成されている。中空室区分１０は、軸受底区分６に載置された転動路区分３によって互いに分離されている。

中空室区分１０の形状を変えることにより、たとえばボール２に作用する軸方向力、ひいては転動路区分３、特に溝壁５に作用する軸方向力を、ばね弾性的に受け止めることができる。さらに、中空室区分は、中実な構造に比べて、軸受リング１の重量を減少させ、ひいては転がり軸受の重量を減少させる。

図２には、真っ直ぐな管１１から軸受リング１を製造する場合の方法ステップがフローチャートで示されている。３つの方法ステップと、選択的な第４の方法ステップとが示されている。真っ直ぐな管１１から出発して、第１の方法ステップ１００において、真っ直ぐな管１１が曲げられて、開いたリングを形成する。真っ直ぐな管１１を、開いたリング１２に変形させることは、たとえば３本ロール型ラウンドベンディングマシンにより行われる。

第２の方法ステップ２００において、開いたリング１２に曲げ加工された管の端部が互いに結合されて、リング予備成形体１３を形成する。結合は、たとえば熱による結合、特に溶接により行われる。リング予備成形体は、トーラス状またはドーナツ状の中空リングとして形成されている。

第３の方法ステップ３００において、リング予備成形体１３が変形加工される。このとき、リング予備成形体１３の上側のリング壁が軸方向で圧入され、リング予備成形体の上側のリング壁がリング予備成形体１３の下側のリング壁に載着するまで圧入される。上側のリング壁は、凹部を形成するように変形加工され、その結果、溝を備えた転動路区分３が形成される。側方のリング壁はそのまま維持されて、側方支持壁区分７となる。下側のリング壁は、この下側のリング壁が軸受底区分６を形成するまで、少しだけ、より広幅にかつ、より薄くなるように変形加工される。リング予備成形体１３は、図１に示した軸方向断面プロファイルが得られるように変形加工される。

たとえば、リング予備成形体は、対応型内に持ち込まれて、ポンチによって圧入され、このとき、リング予備成形体１３は変形加工されて、溝を備えた軸受リング１を形成する。この場合、軸受リング１の転動路区分３を、この転動路区分３が軸受底区分６に載着されるように変形加工することが可能である。代替的に、転動路区分３と軸受底区分６との間に間隔を保持することができる。

方法ステップ１００〜３００は、特に１００ｍｍよりも大きな直径、好適には最大１５００ｍｍの直径を有する転がり軸受の軸受リング１のために適している。

選択的な第４の方法ステップ４００では、軸受リング１が後加工される。軸受リングは、たとえば研削により後加工される。選択補足的には、軸受リング１は支持面９を有しており、この支持面９は、特に型押し加工により形成される。支持面９は、たとえば転動体、特にボールのためのケージを載着させるために、かつ／または転動体を汚染から保護するためのシールリングを載着させるために使用される。

１ 軸受リング
２ ボール
３ 転動路区分
４ 溝底
５ 溝壁
６ 軸受底区分
７ 側方支持壁区分
８ 結合区分
９ 支持面
１０ 中空室区分
１１ 真っ直ぐな管
１２ 開いたリング
１３ リング予備成形体
Ａ 主軸線

Claims (10)

1. 転がり軸受用のリングであって、当該リングが主軸線（Ａ）を規定しており、
   当該リングが、前記主軸線（Ａ）を巡って延びる中空室を備えた中空リングとして形成されており、
   前記主軸線（Ａ）に沿った軸方向断面で見て、前記中空リングの壁が、一体にかつ／またはシームレスに形成されている、
   転がり軸受用のリングにおいて、
   当該リングが、転動体を転動させるための軸受リング（１）として構成されていることを特徴とする、転がり軸受用のリング。
2. 前記壁が、転動体を転動させるための１つの転動路区分（３）と、当該リングを載着させるための１つの軸受底区分（６）と、２つの側方支持壁区分（７）と、該２つの側方支持壁区分（７）を前記転動路区分（３）に結合するための２つの結合区分（８）とを有することを特徴とする、請求項１記載のリング。
3. 前記転動路区分（３）が、転動体用の溝として形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載のリング。
4. 前記中空室が、２つの中空室区分（１０）を有し、前記壁が、前記２つの中空室区分（１０）を取り囲んでいることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のリング。
5. 前記転動路区分（３）が、前記軸受底区分（６）に対して間隔を置いて配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のリング。
6. 前記転動路区分（３）が、前記軸受底区分（６）に載置されており、前記軸受底区分（６）が、前記転動路区分（３）を支持していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のリング。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の少なくとも１つのリングを備えた転がり軸受において、当該転がり軸受が、スラスト転がり軸受として構成されていることを特徴とする、転がり軸受。
8. 請求項１から６までのいずれか１項記載のリングを製造する方法において、前記リングを、プレス工具によって管予備成形体（１３）から変形加工することを特徴とする、リングを製造する方法。
9. 前記管予備成形体（１３）を、真っ直ぐな管（１１）から曲げ加工し、このとき、曲げ加工された管の端部を互いに溶接するか、または別の手段により熱的に互いに結合して、前記管予備成形体（１３）を形成することを特徴とする、請求項８記載のリングを製造する方法。
10. ケージまたはシールディスクのための支持面（９）を形成するために、前記リングを変形加工後に型押し加工することを特徴とする、請求項８または９記載のリングを製造する方法。

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