WO2012171806A1 - Wälzlagerring - Google Patents

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    • F16C2361/61—Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing ring according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a rolling bearing ring.
  • Rolling bearing components can basically be produced by machining and / or non-cutting methods.
  • a rolling bearing namely a ball bearing which has at least one bearing ring produced by a non-cutting shaping process, is known, for example, from DE 10 2004 038 709 A1.
  • a puncture may be formed between a raceway and a board of a bearing ring of a rolling bearing.
  • Various ways of designing the transition between a raceway and a board of a rolling bearing component are disclosed, for example, in DE 10 2006 039 365 A1.
  • the invention has for its object to further develop a bearing ring relative to the cited prior art, in particular with regard to load capacity and fatigue strength. Summary of the invention
  • the rolling bearing ring has in known per se a raceway for rolling elements and at least one of the raceway adjacent board, wherein between the board and the raceway a recess is formed.
  • the recess is formed as a zone which has been mechanically strengthened by a rolling process.
  • the surface hardness in the region of the recess is greater than in the region of the raceway.
  • the rolling bearing ring can basically be designed as a bearing ring of a radial bearing as well as a bearing ring of a thrust bearing or a radial-axial bearing.
  • the radial depth of the groove measured relative to the raceway of the roller bearing ring is preferably at least 10%, in particular at least 20%, greater than the axial depth of the groove opposite the inner face of the flange adjacent to the rolling elements ,
  • the puncture of the bearing ring designed as a radial bearing rolling bearing ring has a first edge, which borders on the radially extending shelf, and a second flank which adjoins the raceway, wherein an angle of at least 25 ° and at most 45 ° is included between the flanks, and wherein the bisector between the flanks with the Symmetryeachse the rolling bearing ring, that is, the axis of rotation of the bearing, an angle of at least 30 ° and at most 60 °, in particular an angle of at least 40 ° and at most 50 °, includes.
  • the terms "axial” and "radial” always refer to the axis of rotation of the bearing.
  • the rolling bearing ring is a machined rolling bearing part as a whole.
  • the puncture can be generated by hard turning on an already hardened part, ie bearing ring blank. Alternatively, it is also possible to produce the groove on the still uncured bearing ring blank during soft machining. A combination of cutting soft machining and hard turning is also possible.
  • a tool for smoothing and deep rolling the groove, the contour of which has a matching with the cross section of the recess section.
  • the rolling process is carried out with balls, which roll in the groove and are exposed to a high pressure load.
  • suitably shaped, substantially disc-shaped rolling tools which engage in the groove at its periphery, can be used. Regardless of the rolling tools used, tensile stresses generated by prior machining are converted into compressive stresses in the groove by the action of the rolling tool, which in particular increase the fatigue strength and thus the life of the rolling bearing ring and the entire rolling bearing.
  • the roughness in the region of the recess after the rolling process is preferably not more than 1, 0 ⁇ Ra, for example, at most 0.5 ⁇ Ra, in particular at most 0.2 ⁇ Ra, more preferably at most 0.1 ⁇ Ra.
  • Fig. 1 in a sectional view fragmentary a rolling bearing ring.
  • a roller bearing ring designated overall by the reference numeral 1, with regard to its possible installation situation, is referred to the cited prior art, has a raceway 2 on which rollers, for example cylinder or tapered rollers, roll during normal operation of the rolling bearing (not shown) , The approximate position of the axis of rotation (not to scale) of the rolling bearing is marked in Fig. 1 with R L.
  • the rolling bearing is designed as a radial bearing, wherein the rolling bearing ring 1 shown is an inner ring of this bearing. An unillustrated outer ring of the bearing can be designed accordingly.
  • the overall cylinder jacket-shaped track 2 is laterally, that is, in the axial direction, bounded by a recess 3, which in turn adjoins a board 4, which extends in the radial direction to the outside and has an inner end face 5, to which the rolling elements of the rolling bearing start and thus also absorb axial forces. Between the raceway 2 and the inner end face 5, a right angle is formed in the illustrated embodiment. Deviating from this, in particular when the rolling bearing is designed as a tapered roller bearing, an angle different from 90 ° can also be formed at the corresponding point. In all cases, the track 2 is formed integrally with the board 4.
  • the raceway 2 is machined.
  • the raceway 2 is machined.
  • a bearing ring blank from which in During the processing of the rolling bearing ring 1 is formed, which produces the final shape near the contour of the recess 3 by machining, in particular hard turning.
  • the recess 3 is smoothed by mechanical processing with a suitably shaped rolling tool and at the same time strengthened.
  • a surface with a roughness of significantly less than 1 ⁇ wherein up to a depth of more than 10 ⁇ , for example, to a depth of more than 50 ⁇ , compressive stresses are present.
  • the groove 3 has a total of a V-shape with a first, adjacent to the edge 4 edge 6, a second, adjacent to the track 2 flank 7, and a circular arc-shaped in the illustrated, to the rotation axis R cross-section, the flanks 6,7 connect Basic sheet 8 on.
  • An angle bisector between the flanks 6,7 is denoted by W and includes with the rotation axis R an angle ß of 45 °.
  • the angle ⁇ between the flanks 6,7 is 35 ° ⁇ 2 °.
  • the depth of the groove 3 measured radially in the radial direction, that is to say radially inward from the raceway 2, is designated T R.
  • T A the depth of the groove 3 measured in the axial direction, that is to say from the inner end face 5 of the rim 4 axially outwards.
  • the radial depth T R is at least 10%, in the present case by more than 20%, greater than the axial depth T A of the groove 3.
  • the base sheet 8 is described by a radius R E , which is at least 25% larger than that radial depth T R and at least 50% greater than the axial depth T A is. Together with the mechanical reworking of the groove 3 by rolling, this geometry ensures a particularly high load capacity of the rim 3 of the roller bearing ring 1, even under oscillating stress. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Ein Wälzlagerring (1) weist eine Laufbahn (2) für Wälzkörper und einen der Laufbahn (2) benachbarten Bord (4) auf, sowie einen zwischen dem Bord (4) und der Laufbahn (2) gebildeten Einstich (3), welcher als mechanisch verfestigte, Druckeigenspannungen aufweisende Zone ausgebildet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlagerring Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerring nach dem Oberbegriff des An- Spruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wälzlagerrings.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlagerkomponenten sind grundsätzlich mit spanabhebenden und/oder spanlosen Verfahren herstellbar. Ein Wälzlager, nämlich Kugellager, welches wenigstens einen durch einen spanlosen Formgebungsprozess hergestellten Lagerring aufweist, ist beispielsweise aus der DE 10 2004 038 709 A1 bekannt.
Zwischen einer Laufbahn und einem Bord eines Lagerrings eines Wälzlagers kann ein Einstich ausgebildet sein. Verschiedene Möglichkeiten der Gestaltung des Übergangs zwischen einer Laufbahn und einem Bord eines Wälzlagerbauteils sind beispielsweise in der DE 10 2006 039 365 A1 offenbart.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzlagerring gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich Belastbarkeit und Dauerfestigkeit weiterzuentwickeln. Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für den Wälzlagering und umgekehrt. Der Wälzlagerring weist in an sich bekannter Gestaltung eine Laufbahn für Wälzkörper sowie mindestens einen der Laufbahn benachbarten Bord auf, wobei zwischen dem Bord und der Laufbahn ein Einstich gebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Einstich als mechanisch durch einen Walzvorgang verfestigte Zone ausgebildet. Durch den Walzvorgang sind Druckeigenspannungen er- zeugbar, welche vor allem hinsichtlich der Dauerfestigkeit des Wälzlagerrings gegenüber herkömmlichen Lagerringen, bei welchen Einstiche typischerweise nur spanend bearbeitet sind, von Vorteil sind. Der Wälzlagerring eignet sich somit besonders für Anwendungsfälle mit hoher oder stark schwankender Belastung, wie in Planetengetrieben in Windkraftanlagen.
In bevorzugter Ausgestaltung weist der Wälzlagerring im Bereich seiner Laufbahn sowie des Einstiches eine Oberflächenhärte von mindestens 40 HRC und höchstens 70 HRC auf, wobei der Betrag der Oberflächenhärte im Bereich des Einstichs um höchstens 4 HRC, besonders bevorzugt um höchstens 2 HRC, geringer als im Bereich der Laufbahn ist. Hierunter fallen insbesondere Ausführungsformen, bei denen die Oberflächenhärte im Bereich des Einstichs größer als im Bereich der Laufbahn ist.
Der Wälzlagerring kann grundsätzlich als Lagerring eines Radiallagers ebenso ausgebildet sein wie als Lagerring eines Axiallagers oder eines Radial-Axial- Lagers. Im Fall einer Radiallagerung ist die radiale, gegenüber der Laufbahn des Wälzlagerrings gemessene Tiefe des Einstichs vorzugsweise um mindestens 10 %, insbesondere um mindestens 20%, größer als die axiale, gegenüber der inneren, den Wälzkörpern benachbarten Stirnseite des Bordes ge- messene Tiefe des Einstichs.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Einstich des als Lagerring eines Radiallagers ausgebildeten Wälzlagerrings eine erste Flanke, welche an den sich in radialer Richtung erstreckenden Bord grenzt, sowie eine zweite Flanke, welche an die Laufbahn grenzt, auf, wobei zwischen den Flanken ein Winkel von mindestens 25° und höchstens 45° eingeschlossen ist, und wobei die Winkelhalbierende zwischen den Flanken mit der Symmetrieachse des Wälzlagerrings, das heißt der Rotationsachse des Wälzlagers, einen Winkel von mindestens 30° und höchstens 60°, insbesondere einen Winkel von mindestens 40° und höchstens 50°, einschließt. Die Begriffe„axial" und„radial" beziehen sich stets auf die Rotationsachse des Wälzlagers. Bei dem Wälzlagerring handelt es sich insgesamt um ein spanend bearbeitetes Wälzlagerteil. Der Einstich kann hierbei an einem bereits gehärteten Teil, das heißt Lagerring-Rohling, durch Hartdrehen erzeugt werden. Alternativ ist es auch möglich, den Einstich am noch ungehärteten Lagerring-Rohling im Rahmen der Weichbearbeitung spanabhebend herzustellen. Auch eine Kombinati- on von spanender Weichbearbeitung und Hartdrehen ist möglich.
In allen Fällen ist zum Glatt- und Festwalzen des Einstichs ein Werkzeug vorgesehen, dessen Kontur einen mit dem Querschnitt des Einstichs übereinstimmenden Abschnitt aufweist. In einfachster Ausgestaltung erfolgt der Walzvor- gang mit Kugeln, welche im Einstich abrollen und hierbei einer hohen Druckbelastung ausgesetzt werden. Ebenso können geeignet geformte, im Wesentlichen scheibenförmige Walzwerkzeuge, die an ihrem Umfang in den Einstich eingreifen, verwendet werden. Unabhängig von den verwendeten Walzwerkzeugen werden durch vorherige spanende Bearbeitung erzeugte Zugspannungen im Einstich durch Einwirkung des Walzwerkzeugs in Druckspannungen umgewandelt, welche insbesondere die Biegewechselfestigkeit und damit die Lebensdauer des Wälzlagerrings sowie des gesamten Wälzlagers erhöhen.
Die Rauhigkeit im Bereich des Einstichs nach dem Walzvorgang beträgt vorzugsweise maximal 1 ,0 μιτι Ra, beispielsweise maximal 0,5 μιτι Ra, insbesondere maximal 0,2 μιτι Ra, besonders bevorzugt maximal 0,1 μιτι Ra. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt: Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 In einer Schnittdarstellung ausschnittsweise einen Wälzlagerring.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wälzlagerring, hinsichtlich dessen möglicher Einbausituation auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird, weist eine Laufbahn 2 auf, auf welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb des nicht weiter dargestellten Wälzlagers Rollen, bei- spielsweise Zylinder- oder Kegelrollen, abrollen. Die ungefähre Lage der Rotationsachse (nicht maßstäblich) des Wälzlagers ist in Fig. 1 mit RL markiert. Das Wälzlager ist als Radiallager ausgebildet, wobei der dargestellte Wälzlagerring 1 ein Innenring dieses Lagers ist. Ein nicht dargestellter Außenring des Wälzlagers kann entsprechend gestaltet sein.
Die insgesamt zylindermantelförmige Laufbahn 2 ist seitlich, das heißt in axialer Richtung, durch einen Einstich 3 begrenzt, an welchen sich wiederum ein Bord 4 anschließt, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt und eine innere Stirnseite 5 aufweist, an welche die Wälzkörper des Wälzlagers anlau- fen und damit auch axiale Kräfte aufnehmen können. Zwischen der Laufbahn 2 und der inneren Stirnseite 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein rechter Winkel gebildet. Abweichend hiervon kann, insbesondere bei Ausführung des Wälzlagers als Kegelrollenlager, an der entsprechenden Stelle auch ein von 90° verschiedener Winkel gebildet sein. In allen Fällen ist die Laufbahn 2 einstückig mit dem Bord 4 ausgebildet.
Bei der Herstellung des Wälzlagerrings 1 wird die Laufbahn 2 spanend bearbeitet. Ebenso wird, ausgehend von einem Lagerring-Rohling, aus welchem im Laufe der Bearbeitung der Wälzlagerring 1 entsteht, die der Endform nahe Kontur des Einstichs 3 durch spanende Bearbeitung, insbesondere Hartdrehen, erzeugt. Im Anschluss wird der Einstich 3 durch mechnische Bearbeitung mit einem entsprechend geformten Walzwerkzeug geglättet und zugleich ver- festigt. Auf diese Weise entsteht im Bereich des Einstichs 3 eine Oberfläche mit einer Rauhigkeit von deutlich weniger als 1 μιτι, wobei bis zu einer Tiefe von mehr als 10 μιτι, beispielsweise bis zu einer Tiefe von mehr als 50 μιτι, Druckeigenspannungen vorliegen. Der Einstich 3 weist insgesamt eine V-Form mit einer ersten, an den Bord 4 grenzenden Flanke 6, einer zweiten, an die Laufbahn 2 grenzenden Flanke 7, sowie einem im dargestellten, zur Rotationsachse R senkrechten Querschnitt kreisbogenförmigen, die Flanken 6,7 verbindenen Grundbogen 8 auf. Eine Winkelhalbierende zwischen den Flanken 6,7 ist mit W bezeichnet und schließt mit der Rotationsachse R einen Winkel ß von 45° ein. Der mit α bezeichnete Winkel zwischen den Flanken 6,7 beträgt 35° ± 2°.
Die in radialer Richtung, das heißt von der Laufbahn 2 aus radial nach innen, gemessene Tiefe des Einstichs 3 ist mit TR bezeichnet. In analoger Weise ist die in axialer Richtung, das heißt von der inneren Stirnseite 5 des Bordes 4 aus axial nach außen, gemessene Tiefe des Einstichs 3 ist mit TA bezeichnet. Die radiale Tiefe TR ist um mindestens 10 %, im vorliegenden Fall um mehr als 20 %, größer als die axiale Tiefe TA des Einstichs 3. Der Grundbogen 8 ist durch einen Radius RE beschrieben, welcher um mindestens 25 % größer als die radiale Tiefe TR und um mindestens 50 % größer als die axiale Tiefe TA ist. Zusammen mit der mechanischen Nachbearbeitung des Einstichs 3 durch Walzen stellt diese Geometrie eine besonders hohe Belastbarkeit des Bordes 3 des Wälzlagerrings 1 , auch bei schwingender Beanspruchung, sicher. Bezugszeichenliste
1 Wälzlagerring
2 Laufbahn
3 Einstich
4 Bord
5 innere Stirnseite
6 Flanke
7 Flanke
8 Grundbogen α Winkel
ß Winkel
RE Radius des Grundbogens des Einstichs RL Rotationsachse des Lagers
TA Tiefe des Einstichs in axialer Richtung
TR Tiefe des Einstichs in radialer Richtung
W Winkelhalbierende

Claims

Patentansprüche
1 . Wälzlagerring (1 ), mit einer Laufbahn (2) für Wälzkörper und einem der Laufbahn (2) benachbarten Bord (4), sowie mit einem zwischen dem Bord (4) und der Laufbahn (2) gebildeten Einstich (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Einstich (3) als mechanisch verfestigte, Druckeigenspannungen aufweisende Zone ausgebildet ist.
2. Wälzlagerring (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Bereich seiner Laufbahn (2) sowie des Einstichs (3) eine Oberflächenhärte von mindestens 40 HRC und höchstens 70 HRC aufweist, wobei der Betrag der Oberflächenhärte im Bereich des Einstichs (3) um höchstens 4 HRC geringer als im Bereich der Laufbahn (2) ist.
3. Wälzlagerring (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Lagerring eines Radiallagers ausgebildet ist, wobei als Wälzkörper Rollen, nämlich Zylinder-, Tonnen- oder Kegelrollen, vorgesehen sind.
4. Wälzlagerring (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale, gegenüber der Laufbahn (2) gemessene Tiefe (TR) des Einstichs (3) um mindestens 10 % größer als die axiale, gegenüber der inneren Stirnseite (5) des Bordes (4) gemessene Tiefe (TA) des Einstichs (3) ist.
5. Wälzlagerring (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstich (3) eine erste Flanke (6), welche an den Bord (4) grenzt, sowie eine zweite Flanke (7), welche an die Laufbahn (2) grenzt, aufweist, wobei zwischen den Flanken (6,7) ein Winkel (a) von mindestens 25° und höchstens 45° eingeschlossen ist, und wobei die Winkelhalbierende (W) zwischen den Flanken (6,7) mit der Symmetrieachse (RL) des Wälzlagerrings (1 ) einen Winkel (ß) von mindestens 30° und höchstens 60° einschließt.
6. Wälzlagerring (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhigkeit im Bereich des Einstichs (3) maximal 1 ,0 μιτι Ra beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings (1 ), mit folgenden Schritten:
- Zwischen einer Laufbahn (2) und einem Bord (4) eines Lagerring-Rohlings wird ein Einstich (3) durch spanende Bearbeitung erzeugt,
- der Einstich (3) wird durch Walzen verfestigt und geglättet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die spanende Herstellung des Einstichs (3) am ungehärteten Lagerring-Rohling erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die spanende Herstellung des Einstichs (3) am gehärteten Lagerring-Rohling erfolgt.
10. Verwendung eines Wälzlagerrings (1 ) nach Anspruch 1 in einem Getriebe, insbesondere einer Windkraftanlage.
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