WO2021069004A1 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines wälzlagerbauteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung eines wälzlagerbauteils Download PDF

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stresses
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rolling
machining
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Andreas Bierlein
Martin Grehn
Rainer Schröder
Silvio END
Markus Hennefelder
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/10—Application independent of particular apparatuses related to size
    • F16C2300/14—Large applications, e.g. bearings having an inner diameter exceeding 500 mm

Definitions

  • the invention relates to a method for machining a rolling bearing component, in particular a special bearing ring.
  • the invention also relates to a device for processing a rolling bearing component.
  • a method for producing a Laufbahnele element of a roller bearing arrangement comprises deep rolling the raceway with a first roller body and then deep rolling the raceway with a second roller body, the second roller body having at least one dimension different from that of the first roller body.
  • Ball-like and cylindrical shapes are mentioned as possible shapes of the rolling bodies.
  • material can be removed from the surface by honing or grinding.
  • a raceway element of a rolling bearing described in DE 10 2007 055 575 A1 is machined, among other things, by hard turning.
  • the machining generates residual compressive stresses under the surface of a rolling track, that is to say a raceway, of the roller bearing element.
  • EP 2 831 436 B1 discloses a roller bearing component with an embroidered edge zone which has a nitrogen content that decreases from the outside to the inside, with compressive stresses in the edge zone likewise decreasing from the outside to the inside.
  • the roller bearing component is particularly suitable for machine elements that are used in the aviation industry.
  • the roller bearing component is intended for operation under defined, in principle known load conditions. Defined loading conditions are also used in cases in which only an estimation of loading conditions is possible.
  • the machining process includes the following features:
  • the first load group includes in particular rollover loads acting on the rolling bearing component. Such loads, depending on the strength and duration of the load, are known to lead to fatigue of the rolling bearing component.
  • a second load group includes, in particular, shear stresses which are dependent on the lubrication state of the rolling bearing component. Shear stresses occur in particular with mixed friction.
  • a stress profile is determined in the depth, i.e. below the surface of the rolling bearing component, across the rolling contact.
  • the maximum of those mechanical stresses that can be assigned to the first load group, in particular the rollover loads occur at a different depth, in particular at a greater depth, than the maximum of the mechanical stresses that can be assigned to the second load group.
  • the superposition of the various theoretically derived mechanical stresses results, among other things, in a predicted depth of the maximum stress within the rolling bearing component.
  • the mechanical stresses then generated in the course of machining the roller bearing component namely internal compressive stresses, also have a depth-dependent amount.
  • the multi-stage mechanical processing is preferably carried out in such a way that a tension maximum is established at a depth which is at least 0.3 times and a maximum of 1.7 times the depth at which the maximum of the various during operation occurring loads is predicted tensions.
  • the depth of the stresses produced in the course of machining the roller bearing component corresponds at least approximately to the depth of the maximum of the theoretically derived stresses caused by operation.
  • the maximum amount of the residual compressive stresses generated by the multi-stage mechanical process preferably corresponds to at least 0.1 times and at most 9 times, in particular at least 0.3 times and at most 1 , 7 times, the maximum of the later operational mechanical cutting nations.
  • the maximum amount of internal compressive stresses generated is more than 500 MPa.
  • the multi-stage mechanical process with which the residual compressive stresses are generated includes, for example, the process steps of hard turning and hard rolling.
  • the device suitable for carrying out the entire process comprises the following components:
  • a second machining device for machining a surface of the rolling bearing component which at least overlaps with the surface machined in the previous step, in the same set-up, i.e. in the set-up that was already selected for machining with the first machining device,
  • a control device which is designed to work in conjunction with the two processing devices to generate residual compressive stresses under the two-stage machined surface of the rolling bearing component, which are matched to mechanical loads occurring simultaneously during operation of the rolling bearing component.
  • the first machining device is designed for machining, in particular for hard turning, whereas the second machining device is preferably a device for deep rolling the surface of the roller bearing component.
  • Machining is also understood to mean machining with a geometrically undefined cutting edge, such as grinding or honing. It is also possible to implement configurations of the machining device in which both machining devices are provided for deep rolling the surface of the roller bearing component, in particular the bearing ring.
  • the processing devices can differ from one another in terms of the dimensions of their rolling bodies.
  • a roller body provided for deep rolling of edge regions of the surface has a smaller diameter than a roller body provided for deep rolling a central region of the surface lying between the edge regions.
  • the algorithm which is used as part of the processing process to determine expected operational loads, is characterized by the fact that, first of all, the mechanical stresses that can be traced back to different types of loads and that are generated during operation in the Material of the rolling bearing component can be introduced, determined separately and only then is a superposition of these stresses carried out. This enables a particularly simple adaptation of the calculation to changed loading conditions.
  • a changed load condition can result, for example, from changed lubrication conditions.
  • a changing state of wear can also mean a change in load conditions.
  • the method for machining a roller bearing component can be used not only for bearing rings, but also for any bearing parts that are exposed to rolling and / or sliding loads.
  • such parts can be rolling elements, in particular rollers, or bearing cages.
  • further machining steps that have an influence on internal stresses in the rolling bearing component, for example hardening can be used.
  • the roller bearing component is, for example, a component of a large bearing, for example a spherical roller bearing, which is provided for use in a wind power plant or in an industrial plant. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. 1 shows a roller bearing, namely a double-row spherical roller bearing, in a sectional illustration.
  • FIG. 2 shows a detail "A" of the roller bearing according to FIG. 1 with drawn press solutions in a first operating state
  • FIG. 3 shows the arrangement according to FIG. 2 with depressed pressures in a second operating state
  • FIG. 4 shows the arrangement according to FIG. 2, the location dependency of sliding friction occurring in the operating state according to FIG. 2 and induced in the surface of a part of the roller bearing being illustrated
  • FIG. 5 shows the arrangement according to FIG. 2 with a representation of various internal stress and pressure profiles with a symmetrical stress distribution around the center plane of a rolling element, with influences from the
  • FIG. 6 shows, in a representation analogous to FIG. 5, a section of the rolling bearing in the operating state according to FIG. 3,
  • FIG. 7 shows the arrangement according to FIG. 5, the loads according to FIG. 4 also being taken into account
  • 8 shows the roller bearing in the operating state according to FIG. 3, the loads also being visualized according to FIG. 4,
  • FIG. 9 to 11 are diagrams relating to the operating state according to FIG. 8, which show me mechanical stresses in different sectional planes within a bearing ring of the roller bearing,
  • Fig. 12 in a sectional view of a detail of a rolling element of the rolling bearing with illustration of various location-dependent properties
  • FIG. 13 shows a roughly schematic representation of a device for machining a component of the roller bearing according to FIG. 1,
  • FIG. 14 shows a flow chart to explain the method that can be carried out with the device according to FIG. 13.
  • roller bearing 1 namely a two-row spherical roller bearing.
  • the roller bearing 1 according to the exemplary embodiment is a symmetrical spherical roller bearing.
  • the invention is applicable not only to symmetrical and asymmetrical spherical roller bearings, but also to roller bearings of any type, for example cylindrical roller bearings, tapered roller bearings and ball bearings.
  • the spherical roller bearing 1 comprises an inner ring 2, an outer ring 3, and between tween the bearing rings 2, 3 rolling elements 4.
  • the rolling elements 4 have a barrel-shaped shape in a manner known in principle and are guided by cages, not shown.
  • the roller bearing 1 absorbs both radial loads and axial loads, with the bearing rings 2, 3 being tiltable relative to one another to a limited extent.
  • the axis of rotation of the roller bearing 1 is designated as the central axis M.
  • the roller bearing 1 can be operated with the inner ring 2 rotating and / or the outer ring 3 rotating.
  • the Lfitach sen of the rolling elements 4 are denoted by LW.
  • FIG. 2 illustrates an operating state in which radial loads between the bearing rings 2, 3 are practically exclusive.
  • the rolling element 4 that is, the barrel roller, makes contact with a raceway 5 of the inner ring 2 and a raceway 6 of the outer ring 3.
  • Pressures Pr that act on the raceways 5, 6 are visualized in FIG. 2 by dashed lines.
  • the pressures Pr based on the longitudinal axis of the rolling body 4, approximately egg NEN symmetrical course, with a mirror symmetry to the center plane of the rolling body 4 is given.
  • the center plane lies centrally between the two end faces of the rolling element 4, labeled 7 and 8.
  • the spherical outer surface of the rolling element 4, which contacts the bearing rings 2, 3, is denoted by 9.
  • the operating state according to FIG. 3 differs from the operating state according to FIG. 2 in that the roller bearing 1 is more heavily loaded axially, which is shown in a pronounced asymmetry of the pressure Pr.
  • loads acting exclusively within the roller bearing 1 are taken into account, which can be assigned to a first load group.
  • This load group includes the load on the rolling elements 4 and the bearing ring 2, 3 due to overrolling, but no loads influenced by the lubrication conditions.
  • FIG. 4 relates to the operating state according to FIG. 2.
  • induced sliding friction SG is drawn in the surface of the bearing rings 2, 3, on the one hand between the rolling element 4 and the inner ring 2 and on the other hand between the rolling element 4 and the outer ring 3 occurs.
  • the given sliding friction SG leads to mechanical stresses which occur within the components 2, 3, 4 of the roller bearing 1 and are assigned to a second load group, in which case the lubrication conditions have a significant influence.
  • the detailed geometry of components 2, 3, 4 also plays a role. This is especially true in the case of mixed friction. In any case, it leads the location-dependent Sliding friction SG leads to shear stresses, which contribute significantly to the total load on components 2, 3, 4.
  • the shear stresses are loads close to the surface.
  • the shear stresses are influenced by the surface roughness of the rolling bearing components 2, 3, 4, the lubricant viscosity and the speed of the rolling bearing 1.
  • FIG. 5 also relates to the operating state according to FIG. 2.
  • a static internal stress profile SeS and a dynamic internal stress profile DeS are also illustrated.
  • a flow due to friction, that is, influences that can be assigned to the second load group, are not taken into account here.
  • FIG. 6 relates to the operating state of the roller bearing 1 according to FIG. 3, that is to say to an asymmetrical load state, and contains information corresponding to FIG Storage rings 2, 3 are available.
  • the additional dynamic residual stresses DeS result from the operation of the rolling bearing 1.
  • FIG. 7 is based on the load condition according to FIG. 5, that is to say a symmetrical load, with the loads according to FIG. 4 also being taken into account. Overall, there is thus a load condition of the roller bearing 1 which results from the superposition of the loads that can be assigned to the two load groups.
  • static internal stresses SeS and dynamic internal stresses DeS are also shown in FIG.
  • FIG. 8 which relates to the operating state according to FIG. 3, that is, an asymmetrical load on the roller bearing 1, shows, in addition to the sliding friction SG and the pressure profile Pr, a total of three planes E1, E2, E3, which are parallel to one another and to the Center plane of the rolling element 4 are arranged.
  • the stress States in the various levels E1, E2, E3 differ from one another, inter alia, in the different amounts of sliding friction SG, as will be explained below with reference to FIGS. 9 to 11.
  • the diagram according to FIG. 9 relates to plane E1. What is shown is the total mechanical stress introduced into the bearing ring 3 from the outside, that is, by the rolling element 4. As can be seen from FIG. 8, there is a pure load due to pressure in the plane E1. In contrast, the sliding friction SG is zero at this point. Accordingly, there is symmetry about the contact point between the Wälzkör by 4 and the bearing ring 3. The maximum stress is below the surface (z-axis) of the raceway 6. Mechanical loads that can be assigned to the second load group are not given in this case.
  • the E3 level lies between the E1 and E2 levels.
  • a situation also exists with regard to the sliding friction SG which lies between the situation given in FIG. 9 and the situation given in FIG. 11 and is shown in detail in FIG. 10 with regard to the mechanical stresses.
  • FIG. 10 A contour of the rolling element 4 can be seen in FIG.
  • the sliding friction SG which correlates with frictional energy
  • the depth TSm of the maximum stress (cf. FIG. 10)
  • the value Smx of the maximum stress are shown, where the load situation corresponds to the situation according to FIG.
  • a processing machine 10 which is shown in FIG. 13 only in a roughly schematized section, i.e. a device for processing a component of the rolling bearing gers 1 is used.
  • the processing machine 10 comprises a clamping device 11 for clamping the roller bearing component 3, in the present case the bearing ring.
  • the processing machine 10 comprises two processing devices 12, 13 of the first type and a processing device 14 of the second type.
  • all processing devices 12, 13, 14 are devices for deep rolling the surface 6 of the outer ring 3.
  • the processing devices 12, 13, 14 are devices for deep rolling the surface 6 of the outer ring 3.
  • the processing devices 12, 13, 14 are devices for deep rolling the surface 6 of the outer ring 3.
  • Each processing device 12, 13, 14 has a ball seat 15, 16 which supports a roller body 17, 18, the roller body 17, 18 being pressurized by a hydraulic medium located in the ball seat 15, 16 and being freely rotatable.
  • the roller bodies 17 of the processing devices 12, 13 of the first type are smaller than the roller bodies 18 of the processing device 14 of the second type. The same applies to the dimensioning of the various ball receptacles 15, 16.
  • the machining devices 12, 13 of the first type working with the smaller roller bodies 17 are provided in the exemplary embodiment for machining edge regions RB of the raceway 6.
  • the middle area MB of the raceway 6 is machined with the comparatively large roller body 18 of the machining device 14 of the second type.
  • the two outer regions RB of the upper surface of the outer ring 3 machined with the machining devices 12, 13 of the first type overlap with the central region MB machined with the machining device 14 of the second type.
  • the different areas RB, MB of the surface of the track 6 can be machined either one after the other or simultaneously.
  • the workpiece here the bearing ring 3 typically rotates, while the machining devices 12, 13 perform oscillating movements, as indicated in FIG. 13. In principle, machining is also possible when the workpiece is at a standstill.
  • calculation steps BS1, BS2 are assumed, which can be carried out in any chronological order, including simultaneously.
  • the calculation step BS1 relates to theoretical mechanical Loads which act on the roller bearing 1 through external forces and which are assigned to the first load group. Influences due to lubrication are not taken into account in the first calculation step BS1. Stress curves are calculated in the depth across the rolling contact, whereby in particular the shape change hypothesis according to von Mieses is included in the simulation.
  • the second calculation step BS2 in particular the lubrication conditions are taken into account and based on these conditions, among other things, shear stresses under the surface of the rolling contact, i.e. the contact between the rolling element 4 and the bearing ring 2, 3, are determined. Shear stresses play a role especially in the case of mixed friction.
  • the loads that are included in the simulation carried out in the second calculation step BS2 are assigned to the second load group.
  • the second calculation step BS2 relates to mechanical loads BSP which are less far below the surface of the roller bearing part 2, 3, 4 under consideration.
  • step SP the computationally determined mechanical loads are superposed in step SP to form the theoretical total mechanical stress BSP. From this calculated, prognosticated operational mechanical stress BSP, a compressive residual stress curve SP is derived, which is to be generated for optimal control of the mechanical stress BSP.
  • the internal compressive stress profile SP is generated in the subsequent processing steps AG1, AG2, which are carried out with the processing machine 10 according to FIG.
  • the processing step AG1 is carried out with the aid of the processing devices 12, 13 of the first type and the processing step AG2 with the aid of the processing device 14 of the second type.
  • the depth (approx. 0.15 mm) at which the amount of residual compressive stresses SP generated by mechanical processing is maximum corresponds approximately to the depth at which the stresses BSP generated by external influences are maximum.

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Abstract

Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wälzlagerbauteils (2, 3, 4), welches zum Betrieb unter definierten Belastungsbedingungen vorgesehen ist, umfasst folgende Merkmale: - Unterteilung der Belastungsbedingungen in mindestens zwei Belastungsgruppen, welche beim Betrieb des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) simultan auftreten, - Rechnerische Ermittlung von auf die verschiedenen Belastungsgruppen zurückzuführenden mechanischen Belastungen, wobei jeder Belastungsgruppe mechanische Spannungen unter der Oberfläche des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) zugeordnet werden, - Rechnerische Superposition der ermittelten mechanischen Spannungen, - Theoretische Bestimmung von im Wälzlagerbauteil (2, 3, 4) zu erzeugenden, auf die berechneten, superponierten mechanischen Spannungen (BSP) abgestimmten Druckeigenspannungen (SP), - Erzeugen der zuvor theoretisch bestimmten Druckeigenspannungen (SP) durch ein mindestens zweistufiges mechanisches Verfahren.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Wälzlagerbauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wälzlagerbauteils, insbe sondere eines Lagerrings. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bearbei tung eines Wälzlagerbauteils.
Aus der DE 10 2011 085 205 A1 ist Verfahren zum Herstellen eines Laufbahnele ments einer Wälzlageranordnung bekannt. Dieses Verfahren umfasst das Festwalzen der Laufbahn mit einem ersten Rollkörper und ein anschließendes Festwalzen der Laufbahn mit einem zweiten Rollkörper, wobei der zweite Rollkörper mindestens eine andere Abmessung als der erste Rollkörper aufweist. Als mögliche Formen der Roll körper sind kugelartige und zylindrische Formen genannt. Nach dem zweiten Festwal zen kann von der Oberfläche Material durch einen Hon- oder Schleifvorgang entfernt werden.
Ein weiteres Verfahren zum Festwalzen einer Laufbahn eines Wälzlagers ist in der DE 10 2015201 644 A1 beschrieben. Auch im Rahmen dieses Verfahrens wird eine Oberfläche eines Wälzlagerteils mehrfach mit Rollkörpern überfahren. Sowohl die Häufigkeit des Überfahrens als auch die hierbei erzeugte Hertzsche Pressung wird im Laufe des Verfahrens variiert.
Ein in der DE 10 2007 055 575 A1 beschriebenes Laufbahnelement einer Wälzlage rung wird unter anderem durch Hartdrehen bearbeitet. Durch die Bearbeitung werden Druckeigenspannungen unter der Oberfläche einer Abrollbahn, das heißt Laufbahn, des Wälzlagerelements erzeugt.
Ein weiteres Verfahren, welches zur Erzeugung von Eigenspannungen in Wälzlager teilen vorgesehen ist, ist in der DE 102 09264 A1 beschrieben. Dieses Verfahren um fasst die Bearbeitungsschritte Hartdrehen und Schleifen. Anschließend ist eine Wär- mebehandlung vorgesehen, durch die entweder eine martensitische oder eine bainiti- sche Härtung erfolgt.
Die EP 2 831 436 B1 offenbart ein Wälzlagerbauteil mit einer aufgestickten Randzone, welche einen von außen nach innen abnehmenden Stickstoffgehalt aufweist, wobei Druckspannungen in der Randzone ebenfalls von außen nach innen abnehmen. Das Wälzlagerbauteil ist insbesondere für Maschinenelemente geeignet, die in der Luft fahrt eingesetzt werden.
Zum technischen Hintergrund wird weiterhin auf folgende Dissertationen hingewiesen:
„Betriebs- und Lebensdauerverhalten hartgedrehter und festgewalzter Zylinderrollen lager“, Dipl. -Ing. Timo Neubauer, Fakultät für Maschinenbau der Gottfried Wilhelm Leibnitz Universität Hannover, 2016
„Wälzkontaktermüdung bei Mischreibung“, Dipl. -Ing. (FH) Michael Gieß, Fakultät für Maschinenbau der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2009
Im Rahmen der theoretischen Analyse von Belastungszuständen, die in Maschinene lementen, beispielsweise Wälzlagerelementen, auftreten, kann insbesondere auf die Gestaltänderungshypothese nach von Mises, auf die in der Dissertation von Dipl. -Ing. Timo Neubauer näher eingegangen wird, zurückgegriffen werden.
Hinsichtlich verschiedener Möglichkeiten zur Untersuchung von Wälzlagerkomponen ten, insbesondere mittels Röntgenfeinstrukturanalyse, wird auf folgende Veröffentli chung hingewiesen:
Schaeffler Technologies AG & Co. KG: WL 82 102/2 D-D „Wälzlagerschäden - Scha denserkennung und Begutachtung gelaufener Wälzlager“, Schweinfurt, Juni 2013 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, metallische Wälzlagerbauteile, insbesonde re Lagerringe, hinsichtlich ihrer beanspruchungsgerechten Gestaltung gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung ei nes Wälzlagerbauteils gemäß Anspruch 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Wälzlagerbauteils gemäß Anspruch 7. Im Folgen den im Zusammenhang mit der Vorrichtung erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Bearbeitungsverfahren und umgekehrt.
Das Wälzlagerbauteil ist zum Betrieb unter definierten, prinzipiell bekannten Belas tungsbedingungen vorgesehen. Von definierten Belastungsbedingungen wird auch in Fällen gesprochen, in denen lediglich eine Abschätzung von Belastungsbedingungen möglich ist. Das Bearbeitungsverfahren umfasst folgende Merkmale:
- Unterteilung der Belastungsbedingungen in mindestens zwei Belastungs gruppen, welche beim Betrieb des Wälzlagerbauteils simultan auftreten,
- Getrennte rechnerische Ermittlung von auf die verschiedenen Belastungs gruppen zurückzuführenden mechanischen Belastungen, wobei jeder Belas tungsgruppe mechanische Spannungen unter der Oberfläche des Wälzla gerbauteils zugeordnet werden,
- Rechnerische Superposition der ermittelten mechanischen Spannungen,
- Theoretische Bestimmung von im Wälzlagerbauteil zu erzeugenden, auf die berechneten, superponierten mechanischen Spannungen abgestimmten Druckeigenspannungen,
- Erzeugen der zuvor theoretisch bestimmten Druckeigenspannungen durch ein mindestens zweistufiges mechanisches Verfahren. Die erste Belastungsgruppe umfasst insbesondere auf das Wälzlagerbauteil wirkende Überrollbelastungen. Derartige Belastungen können, je nach Stärke und Dauer der Belastung, bekanntermaßen zur Ermüdung des Wälzlagerbauteils führen. Im Unter schied hierzu umfasst eine zweite Belastungsgruppe insbesondere Schubspannun gen, welche vom Schmierungszustand des Wälzlagerbauteils abhängig sind. Schubspannungen treten insbesondere bei Mischreibung auf.
Bezüglich beider Belastungsgruppen wird ein Spannungsverlauf in der Tiefe, das heißt unterhalb der Oberfläche des Wälzlagerbauteils, über den Wälzkontakt hinweg ermittelt. Hierbei kann das Maximum derjenigen mechanischen Spannungen, die der ersten Belastungsgruppe, insbesondere den Überrollbelastungen, zuzuordnen sind, in einer anderen Tiefe, insbesondere in einer größeren Tiefe, auftreten als das Maximum der der zweiten Belastungsgruppe zuzuordnenden mechanischen Spannungen.
Durch die Superposition der verschiedenen theoretisch hergeleiteten mechanischen Spannungen ergibt sich unter anderem eine prognostizierte Tiefe der Maximalspan nung innerhalb des Wälzlagerbauteils. Die anschließend im Rahmen der Bearbeitung des Wälzlagerbauteils erzeugten mechanischen Spannungen, nämlich Druckeigen spannungen, weisen ebenfalls einen tiefenabhängigen Betrag auf. Vorzugsweise wird die mehrstufige mechanische Bearbeitung derart durchgeführt, dass sich ein Span nungsmaximum in einer Tiefe einstellt, welche mindestens das 0,3-fache und maximal das 1,7-fache derjenigen Tiefe beträgt, in welcher das Maximum der durch die ver schiedenen beim Betrieb auftretenden Belastungen prognostizierten Spannungen liegt. Idealerweise entspricht die Tiefe der produzierten, im Zuge der Bearbeitung des Wälzlagerbauteils erzeugten Spannungen zumindest näherungsweise der Tiefe des Maximums der betriebsbedingten, theoretisch hergeleiteten Spannungen.
Eine vergleichbare Relation gilt auch für die Beträge der verschiedenen Spannungen: Der Maximalbetrag der durch das mehrstufige mechanische Verfahren erzeugten Druckeigenspannungen entspricht vorzugsweise mindestens dem 0,1 -fachen und höchstens dem 9-fachen, insbesondere mindestens dem 0,3-fachen und höchstens dem 1,7-fachen, des Maximums der späteren betriebsbedingten mechanischen Span- nungen. Insbesondere liegt der Maximalbetrag der erzeugten Druckeigenspannungen bei mehr als 500 MPa.
Das mehrstufige mechanische Verfahren, mit welchem die Druckeigenspannungen erzeugt werden, umfasst beispielsweise die Verfahrensschritte Hartdrehen und Fest walzen. Die zur Durchführung des gesamten Verfahrens geeignete Vorrichtung um fasst folgende Komponenten:
- Eine Aufspannvorrichtung zum Aufspannen des Wälzlagerbauteils, insbe sondere Lagerrings,
- Eine erste Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung einer im späteren Be trieb einer Wälzbelastung ausgesetzten Oberfläche des Wälzlagerbauteils in der vorgenommenen Aufspannung,
- Eine zweite Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung einer Oberfläche des Wälzlagerbauteils, welche sich mit der im vorherigen Schritt bearbeiteten Oberfläche zumindest überlappt, in derselben Aufspannung, das heißt in derjenigen Aufspannung, die bereits zur Bearbeitung mit der ersten Bearbei tungsvorrichtung gewählt wurde,
- Eine Ansteuervorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, in Zusammenwir kung mit den beiden Bearbeitungsvorrichtungen Druckeigenspannungen un ter der zweistufig bearbeiteten Oberfläche des Wälzlagerbauteils zu erzeu gen, welche auf beim Betrieb des Wälzlagerbauteils simultan auftretende mechanische Belastungen abgestimmt sind.
Hierbei ist die erste Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer möglichen Ausgestaltung zur spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere zum Hartdrehen, ausgebildet, woge gen es sich bei der zweiten Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise um eine Vorrich tung zum Festwalzen der Oberfläche des Wälzlagerbauteils handelt. Unter spanabhe bender Bearbeitung wird auch eine Bearbeitung mit geometrisch nicht definierter Schneide, wie Schleifen oder Honen, verstanden. Ebenso sind Ausgestaltungen der Bearbeitungsvorrichtung realisierbar, bei welchen beide Bearbeitungsvorrichtungen zum Festwalzen der Oberfläche des Wälzlagerbau teils, insbesondere Lagerrings, vorgesehen sind. Hierbei können sich die Bearbei tungsvorrichtungen hinsichtlich der Dimensionierung ihrer Walzkörper voneinander unterscheiden. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung hat ein zum Festwalzen von Randbereichen der Oberfläche vorgesehener Walzkörper einen geringeren Durch messer als ein zum Festwalzen eines zwischen den Randbereichen liegenden Mittel bereichs der Oberfläche vorgesehener Walzkörper.
Unabhängig von der Art der mehrstufigen mechanischen Bearbeitung der Oberfläche des Wälzlagerbauteils zeichnet sich der Algorithmus, welcher im Rahmen des Bear beitungsverfahrens zur Ermittlung voraussichtlicher betriebsbedingter Belastungen genutzt wird, dadurch aus, dass zunächst die auf verschiedene Belastungsarten zu rückzuführenden mechanischen Spannungen, die beim Betrieb in den Werkstoff des Wälzlagerbauteils eingebracht werden, separat ermittelt werden und erst anschlie ßend eine Superposition dieser Spannungen erfolgt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Anpassung der Berechnung auf geänderte Belastungsbedingungen. Eine geänderte Belastungsbedingung kann sich beispielsweise durch geänderte Schmie rungsbedingungen ergeben. Ebenso kann ein sich ändernder Verschleißzustand eine Änderung von Belastungsbedingungen bedeuten.
Das Verfahren zur Bearbeitung eines Wälzlagerbauteils ist nicht nur bei Lagerringen, sondern bei beliebigen Lagerteilen, die Wälz- und/oder Gleitbelastungen ausgesetzt sind, anwendbar. Zum Beispiel kann es sich bei solchen Teilen um Wälzkörper, ins besondere Rollen, oder Lagerkäfige handeln. Zusätzlich zu den beschriebenen me chanischen Bearbeitungsvorgängen, die Druckspannungen erzeugen, können weitere Bearbeitungsschritte, die Einfluss auf Eigenspannungen im Wälzlagerbauteil haben, beispielsweise Härten, zum Einsatz kommen.
Bei dem Wälzlagerbauteil handelt es sich zum Beispiel um eine Komponente eines Großlagers, beispielsweise eines Pendelrollenlagers, welches zum Einsatz in einer Windkraftanlage oder in einer Industrieanlage vorgesehen ist. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen: Fig. 1 ein Wälzlager, nämlich zweireihiges Pendelrollenlager, in einer Schnitt darstellung,
Fig. 2 ein Detail „A“ des Wälzlagers nach Figur 1 mit eingezeichneten Pres sungen in einem ersten Betriebszustand,
Fig. 3 die Anordnung nach Figur 2 mit eingezeichneten Pressungen in einem zweiten Betriebszustand,
Fig. 4 die Anordnung nach Figur 2, wobei die Ortsabhängigkeit von im Be triebszustand nach Figur 2 auftretender, in die Oberfläche eines Teils des Wälzlagers induzierter Gleitreibung illustriert ist,
Fig. 5 die Anordnung nach Figur 2 mit Darstellung verschiedener Eigenspan- nungs- und Pressungsverläufe bei symmetrischer Spannungsverteilung um die Mittelebene eines Wälzkörpers, wobei Einflüsse durch die
Gleitreibung unberücksichtigt sind,
Fig. 6 in einer Darstellung analog zu Figur 5 einen Ausschnitt des Wälzlagers im Betriebszustand nach Figur 3,
Fig. 7 die Anordnung nach Figur 5, wobei zusätzlich die Belastungen gemäß Fig. 4 berücksichtigt sind, Fig. 8 das Wälzlager im Betriebszustand nach Fig. 3, wobei auch die Belastun gen gemäß Fig. 4 visualisiert sind,
Fig. 9 bis 11 auf den Betriebszustand nach Fig. 8 bezogene Diagramme, welche me chanische Spannungen in verschiedenen Schnittebenen innerhalb eines Lagerrings des Wälzlagers zeigen,
Fig. 12 in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise einen Wälzkörper des Wälz lagers mit Illustration diverser ortsabhängiger Eigenschaften,
Fig. 13 in grob schematisierter Darstellung eine Vorrichtung zur Bearbeitung ei nes Bauteils des Wälzlagers nach Figur 1 ,
Fig. 14 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des mit der Vorrichtung nach Fi gur 13 durchführbaren Verfahrens.
Sämtliche Figuren beziehen sich auf ein und dasselbe Wälzlager 1 , nämlich ein zwei reihiges Pendelrollenlager. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion ei nes zweireihigen Pendelrollenlagers wird beispielhaft auf die WO 2016/008479 A1 hingewiesen, welche ein asymmetrisches Pendelrollenlager zeigt. Im Unterschied hierzu handelt es sich beim Wälzlager 1 nach dem Ausführungsbeispiel um ein sym metrisches Pendelrollenlager. Die Erfindung ist nicht nur bei symmetrischen und asymmetrischen Pendelrollenlagern, sondern bei Wälzlagern beliebiger Bauart, bei spielsweise Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern und Kugellagern, anwendbar.
Das Pendelrollenlager 1 umfasst einen Innenring 2, einen Außenring 3, sowie zwi schen den Lagerringen 2, 3 abrollende Wälzkörper 4. Die Wälzkörper 4 haben in prin zipiell bekannter Weise eine tonnenförmige Gestalt und sind durch nicht dargestellte Käfige geführt. Das Wälzlager 1 nimmt sowohl Radiallasten als auch Axiallasten auf, wobei die Lagerringe 2, 3 beschränkt gegeneinander kippbar sind. Die Rotationsachse des Wälzlagers 1 ist als Mittelachse M bezeichnet. Das Wälzlager 1 kann mit rotieren dem Innenring 2 und/oder rotierendem Außenring 3 betrieben werden. Die Längsach sen der Wälzkörper 4 sind mit LW bezeichnet.
Die Figur 2 veranschaulicht einen Betriebszustand, in welchem praktisch ausschließ lich Radiallasten zwischen den Lagerringen 2, 3 wirken. Der Wälzkörper 4, das heißt die Tonnenrolle, kontaktiert eine Laufbahn 5 des Innenrings 2 und eine Laufbahn 6 des Außenrings 3. Pressungen Pr, die auf die Laufbahnen 5, 6 einwirken, sind in Fi gur 2 durch gestrichelte Linien visualisiert. Wie aus Figur 2 hervorgeht, haben die Pressungen Pr, bezogen auf die Längsachse des Wälzkörpers 4, näherungsweise ei nen symmetrischen Verlauf, wobei eine Spiegelsymmetrie zur Mittelebene des Wälz körpers 4 gegeben ist. Die Mittelebene liegt mittig zwischen den beiden mit 7 und 8 bezeichneten Stirnflächen des Wälzkörpers 4. Die sphärische Mantelfläche des Wälz körpers 4, welche die Lagerringe 2, 3 kontaktiert, ist mit 9 bezeichnet.
Der Betriebszustand nach Figur 3 unterscheidet sich vom Betriebszustand nach Fi gur 2 dadurch, dass das Wälzlager 1 stärker axial belastet ist, was sich in einer aus geprägten Asymmetrie der Pressung Pr zeigt. Sowohl in Figur 2 als auch in Figur 3 sind ausschließlich innerhalb des Wälzlagers 1 wirkende Belastungen berücksichtigt, welche einer ersten Belastungsgruppe zuzurechnen sind. Diese Belastungsgruppe umfasst die Belastung der Wälzkörper 4 sowie Lagerring 2, 3 durch Überrollung, je doch keine durch die Schmierungsbedingungen beeinflusste Belastungen.
Die Figur 4 bezieht sich auf den Betriebszustand nach Figur 2. In diesem Fall ist in die Oberfläche der Lagerringe 2, 3 induzierte Gleitreibung SG eingezeichnet, welche zum einen zwischen dem Wälzkörper 4 und dem Innenring 2 und zum anderen zwischen dem Wälzkörper 4 und dem Außenring 3 auftritt. Die gegebene Gleitreibung SG führt zu mechanischen Spannungen, welche innerhalb der Komponenten 2, 3, 4 des Wälz lagers 1 auftreten und einer zweiten Belastungsgruppe zuzurechnen sind, wobei in diesem Fall die Schmierungsbedingungen maßgeblichen Einfluss haben. Darüber hinaus spielt auch die Detailgeometrie der Komponenten 2, 3, 4 eine Rolle. Dies gilt insbesondere im Fall von Mischreibung. In jedem Fall führt die die ortsabhängige Gleitreibung SG zu Schubspannungen, welche signifikant zur Gesamtbelastung der Komponenten 2, 3, 4 beitragen. Im Unterschied zu den auf die Pressungen Pr zurück zuführenden Belastungen handelt es sich bei den Schubspannungen um oberflächen nahe Belastungen. Unter anderem werden die Schubspannungen durch die Oberflä chenrauheit der Wälzlagerkomponenten 2, 3, 4, durch die Schmierstoffviskosität, so wie durch die Drehzahl des Wälzlagers 1 beeinflusst.
Auch die Figur 5 bezieht sich auf den Betriebszustand nach Figur 2. In diesem Fall sind zusätzlich zum Kontaktpressungsverlauf Pr auch ein statischer Eigenspannungs verlauf SeS und ein dynamischer Eigenspannungsverlauf DeS veranschaulicht. Ein flüsse durch Reibung, das heißt, Einflüsse, welche der zweiten Belastungsgruppe zu zurechnen sind, sind hierbei unberücksichtigt.
Die Figur 6 bezieht sich auf den Betriebszustand des Wälzlagers 1 nach Figur 3, das heißt auf einen asymmetrischen Belastungszustand, und beinhaltet Informationen entsprechend Figur 5. In beiden Fällen handelt es sich bei den statischen Eigenspan nungen SeS um Eigenspannungen, die bereits ohne mechanische Belastung der La gerringe 2, 3 vorliegen. Die zusätzlichen dynamischen Eigenspannungen DeS resul tieren aus dem Betrieb des Wälzlagers 1 .
Die Figur 7 geht vom Belastungszustand nach Figur 5, das heißt einer symmetrischen Belastung, aus, wobei zusätzlich die Belastungen gemäß Figur 4 berücksichtigt sind. Insgesamt liegt somit ein Belastungszustand des Wälzlagers 1 vor, welcher sich durch Superposition der Belastungen ergibt, die den beiden Belastungsgruppen zuzuordnen sind. In gleicher Weise wie in den Figuren 5 und 6 sind auch in Figur 7 statische Ei genspannungen SeS sowie dynamische Eigenspannungen DeS dargestellt.
Die Figur 8, welche sich auf den Betriebszustand nach Fig. 3, das heißt eine Asym metrische Belastung des Wälzlagers 1 , bezieht, zeigt zusätzlich zur Gleitreibung SG und zum Pressungsverlauf Pr insgesamt drei Ebenen E1 , E2, E3, welche parallel zu einander sowie zur Mittelebene des Wälzkörpers 4 angeordnet sind. Die Belastungs- zustände in den verschiedenen Ebenen E1 , E2, E3 unterscheiden sich unter anderem durch die unterschiedlichen Beträge der Gleitreibung SG voneinander, wie im Folgen den anhand der Figuren 9 bis 11 erläutert wird.
Das Diagramm nach Figur 9 bezieht sich auf die Ebene E1 . Dargestellt ist die gesam te, von außen, das heißt durch den Wälzkörper 4, in den Lagerring 3 eingebrachte mechanische Spannung. Wie aus Figur 8 hervorgeht, liegt in der Ebene E1 eine reine Belastung durch Pressung vor. Dagegen ist die Gleitreibung SG in diesem Punkt Null. Dementsprechend ist eine Symmetrie um den Kontaktpunkt zwischen dem Wälzkör per 4 und dem Lagerring 3 gegeben. Das Spannungsmaximum liegt hierbei unter der Oberfläche (z-Achse) der Laufbahn 6. Mechanische Belastungen, die der zweiten Be lastungsgruppe zuzurechnen sind, sind in diesem Fall nicht gegeben.
In der Ebene E2 ist dagegen ein Maximalwert der Gleitreibung SG gegeben. Die hie raus resultierenden Belastungen zeigen sich in einer ausgeprägten Asymmetrie der mechanischen Spannungen unter der Oberfläche der Laufbahn 6, wie aus Figur 11 hervorgeht.
Die Ebene E3 liegt zwischen den Ebenen E1 und E2. Auch hinsichtlich der Gleitrei bung SG ist eine Situation gegeben, die zwischen der in Figur 9 gegebenen Situation und der in Figur 11 gegebenen Situation liegt und im Detail, was die mechanischen Spannungen betrifft, in Figur 10 dargestellt ist.
In Figur 12 ist eine Kontur des Wälzkörpers 4 erkennbar. Zusätzlich ist die Gleitrei bung SG, welche mit einer Reibenergie korreliert, die Tiefe TSm des Spannungsma ximums (vgl. Fig. 10), sowie der Wert Smx des Spannungsmaximums dargestellt, wo bei die Belastungssituation der Situation nach Figur 8 entspricht.
Um Druckeigenspannungen SP in der gewünschten Weise zu erzeugen, wird eine in Figur 13 lediglich in einem Ausschnitt grob schematisiert dargestellte Bearbeitungs maschine 10, das heißt Vorrichtung zur Bearbeitung einer Komponente des Wälzla- gers 1 , verwendet. Die Bearbeitungsmaschine 10 umfasst eine Aufspannvorrichtung 11 zum Aufspannen des Wälzlagerbauteils 3, im vorliegenden Fall Lagerrings. Ferner umfasst die Bearbeitungsmaschine 10 zwei Bearbeitungsvorrichtungen 12, 13 erster Art und eine Bearbeitungsvorrichtung 14 zweiter Art. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei sämtlichen Bearbeitungsvorrichtungen 12, 13, 14 um Vorrichtungen zum Festwalzen der Oberfläche 6 des Außenrings 3. Die Bearbeitungsvorrichtungen 12,
13, 14 sind datentechnisch mit einer Ansteuervorrichtung 19 verknüpft, die die Durch führung des gewünschten Bearbeitungsverfahrens ermöglicht.
Jede Bearbeitungsvorrichtung 12, 13, 14 weist eine Kugelaufnahme 15, 16 auf, wel che einen Walzkörper 17, 18 abstützt, wobei der Walzkörper 17, 18 mit Druck durch ein in der Kugelaufnahme 15, 16 befindliches Hydraulikmedium beaufschlagt und frei drehbar ist. Wie aus Figur 13 hervorgeht, sind die Walzkörper 17 der Bearbeitungsvor richtungen 12, 13 erster Art kleiner als der Walzkörper 18 der Bearbeitungsvorrichtung 14 zweiter Art. Entsprechendes gilt für die Dimensionierung der verschiedenen Kugel aufnahmen 15, 16.
Die mit den kleineren Walzkörpern 17 arbeitenden Bearbeitungsvorrichtungen 12, 13 erster Art sind im Ausführungsbeispiel zur Bearbeitung von Randbereichen RB der Laufbahn 6 vorgesehen. Dagegen wird mit dem vergleichsweise großen Walzkörper 18 der Bearbeitungsvorrichtung 14 zweiter Art der Mittelbereich MB der Laufbahn 6 bearbeitet. Wie aus Figur 13 weiter hervorgeht, überlappen die beiden äußeren, mit den Bearbeitungsvorrichtungen 12, 13 erster Art bearbeiteten Bereiche RB der Ober fläche des Außenrings 3 mit dem mittleren, mit der Bearbeitungsvorrichtung 14 zwei ter Art bearbeiteten Bereich MB. Die Bearbeitung der verschiedenen Bereiche RB, MB der Oberfläche der Laufbahn 6 kann entweder nacheinander oder simultan erfolgen. Währen der Bearbeitung rotiert typischerweise das Werkstück, hier der Lagerring 3, während die Bearbeitungsvorrichtungen 12, 13 oszillierende Bewegungen ausführen, wie in Fig. 13 angedeutet ist. Prinzipiell ist auch eine Bearbeitung bei stillstehendem Werkstück möglich.
Im Flussdiagramm nach Figur 14 wird von Berechnungsschritten BS1 , BS2 ausge gangen, die in beliebiger zeitlicher Reihenfolge, auch gleichzeitig, durchgeführt wer den können. Der Berechnungsschritt BS1 bezieht sich auf theoretische mechanische Belastungen, welche durch äußere Kräfte auf das Wälzlager 1 einwirken und der ers ten Belastungsgruppe zugeordnet werden. Einflüsse durch Schmierung werden im ersten Berechnungsschritt BS1 nicht berücksichtigt. Berechnet werden Spannungs verläufe in der Tiefe über den Wälzkontakt hinweg, wobei insbesondere die Gestalt änderungshypothese nach von Mieses in die Simulation einbezogen wird.
Im zweiten Berechnungsschritt BS2 werden insbesondere die Schmierungsgegeben heiten berücksichtigt und basierend auf diesen Gegebenheiten unter anderem Schubspannungen unter der Oberfläche des Wälzkontaktes, das heißt des Kontaktes zwischen dem Wälzkörper 4 und dem Lagerring 2, 3, ermittelt. Schubspannungen spielen insbesondere im Fall von Mischreibung eine Rolle. Die Belastungen, welche in die im zweiten Berechnungsschritt BS2 durchgeführte Simulation einbezogen werden, sind der zweiten Belastungsgruppe zugeordnet. Der zweite Berechnungsschritt BS2 bezieht sich im Vergleich zum ersten Berechnungsschritt BS1 auf mechanische Belas tungen BSP, welche weniger weit unter der Oberfläche des betrachteten Wälzlager teils 2, 3, 4 liegen.
Nach dem Abschluss der Berechnungsschritte BS1 , BS2 erfolgt im Schritt SP eine Superposition der rechnerisch ermittelten mechanischen Belastungen zur theoreti schen mechanischen Gesamtspannung BSP. Aus dieser berechneten prognostizier ten betriebsbedingten mechanischen Spannung BSP wird ein Druckeigenspannungs verlauf SP hergeleitet, der zur optimalen Beherrschung der mechanischen Spannung BSP zu erzeugen ist.
Der Druckeigenspannungsverlauf SP wird in den anschließenden Bearbeitungsschrit ten AG1 , AG2, welche mit der Bearbeitungsmaschine 10 nach Figur 13 durchgeführt werden, erzeugt. Hierbei wird der Bearbeitungsschritt AG1 mit Hilfe der Bearbeitungs vorrichtungen 12, 13 erster Art und der Bearbeitungsschritt AG2 mit Hilfe der Bearbei tungsvorrichtung 14 zweiter Art durchgeführt. Die Tiefe (ca. 0,15 mm), in der der Be trag der durch mechanischen Bearbeitung erzeugten Druckeigenspannungen SP ma ximal ist, entspricht annähernd der Tiefe, in der die durch äußere Einwirkungen er zeugten Spannungen BSP maximal sind. Bezuqszeichenliste
1 Wälzlager, Pendelrollenlager
2 Innenring
3 Außenring
4 Wälzkörper, Wälzlagerbauteil
5 Laufbahn
6 Laufbahn
7 Stirnfläche
8 Stirnfläche
9 Mantelfläche
10 Bearbeitungsmaschine
11 Aufspannvorrichtung
12 Bearbeitungsvorrichtung erster Art
13 Bearbeitungsvorrichtung erster Art
14 Bearbeitungsvorrichtung zweiter Art
15 Kugelaufnahme
16 Kugelaufnahme
17 Walzkörper
18 Walzkörper
19 Ansteuervorrichtung
AG1 Bearbeitungsschritt
AG2 Bearbeitungsschritt
BS1 erster Berechnungsschritt
BS2 zweiter Berechnungsschritt
BSP betriebsbedingte mechanische Spannung
DeS dynamischer Eigenspannungsverlauf
E1 Ebene
E2 Ebene
E3 Ebene LW Längsachse des Wälzkörpers M Mittelachse MB Mittelbereich Pr Pressung RB Randbereich
SeS statischer Eigenspannungsverlauf SP Druckeigenspannung SG Gleitreibung
Smx Wert des Spannungsmaximums TSm Tiefe des Spannungsmaximums

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bearbeitung eines Wälzlagerbauteils (2, 3, 4), welches zum Be trieb unter definierten Belastungsbedingungen vorgesehen ist, mit folgenden Merkmalen:
- Unterteilung der Belastungsbedingungen in mindestens zwei Belastungs gruppen, welche beim Betrieb des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) simultan auf- treten,
- Rechnerische Ermittlung von auf die verschiedenen Belastungsgruppen zu rückzuführenden mechanischen Belastungen, wobei jeder Belastungsgrup pe mechanische Spannungen unter der Oberfläche des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) zugeordnet werden,
- Rechnerische Superposition der ermittelten mechanischen Spannungen,
- Theoretische Bestimmung von im Wälzlagerbauteil (2, 3, 4) zu erzeugen den, auf die berechneten, superponierten mechanischen Spannungen (BSP) abgestimmten Druckeigenspannungen (SP),
- Erzeugen der zuvor theoretisch bestimmten Druckeigenspannungen (SP) durch ein mindestens zweistufiges mechanisches Verfahren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Belas tungsgruppe auf das Wälzlagerbauteil (2, 3, 4) wirkende Überrollbelastungen umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwei te Belastungsgruppe vom Schmierungszustand des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) abhängige Schubspannungen umfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall jeder Belastungsgruppe die mechanischen Spannungen über einen Wälzkontakt hinweg auch in Abhängigkeit von der Tiefe unterhalb der Oberflä che rechnerisch ermittelt werden, wobei das Maximum derjenigen mechani schen Spannungen, die der ersten Belastungsgruppe zuzuordnen sind, in einer anderen Tiefe auftritt als das Maximum der der zweiten Belastungsgruppe zu zuordnenden mechanischen Spannungen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens zweistufige mechanische Verfahren zumindest einen der Schritte Hartdrehen und Glattwalzen umfasst und hierdurch ein Maximum an Druckeigenspannun gen (SP) in einer Tiefe erzeugt wird, welche mindestens dem 0,3-fachen und höchstens dem 1,7-fachen der Tiefe (TSm) des Maximums der rechnerisch er mittelten mechanischen Spannungen (BSP) unter der Oberfläche des Wälzla gerbauteils (2, 3, 4) entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ma ximalbetrag der durch das mindestens zweistufige mechanische Verfahren er zeugten Druckeigenspannungen (SP) mindestens dem 0,7-fachen und höchs tens dem 9-fachen des Maximalbetrags der rechnerisch ermittelten mechani schen Spannungen (BSP) unter der Oberfläche des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) entspricht.
7. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Wälzlagerbauteils (2, 3, 4), mit folgenden Komponenten:
- Eine Aufspannvorrichtung (11 ) zum Aufspannen des Wälzlagerbauteils (2,
3, 4),
- Eine erste Bearbeitungsvorrichtung (12, 13) zur Bearbeitung einer Oberflä che (RB) des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) in der vorgenommenen Aufspan nung,
- Eine zweite Bearbeitungsvorrichtung (14) zur Bearbeitung einer Oberfläche (MB) des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4), welche sich mit der im vorherigen Schritt bearbeiteten Oberfläche (RB) zumindest überlappt, in derselben Auf spannung,
- Eine Ansteuervorrichtung (19), welche dazu ausgebildet ist, in Zusammen wirkung mit den verschiedenen Bearbeitungsvorrichtungen (12, 13, 14) Druckeigenspannungen (SP) unter der zweistufig bearbeiteten Oberfläche des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) zu erzeugen, welche auf beim Betrieb des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) simultan auftretende mechanische Belastungen (BSP) abgestimmt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bear beitungsvorrichtung (12, 13) zur spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere zum Hartdrehen, ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiede nen Bearbeitungsvorrichtungen (12, 13, 14) zum Festwalzen der Oberfläche des Wälzlagerbauteils (2, 3, 4) ausgebildet sind, wobei sich die Bearbeitungs vorrichtungen (12, 13, 14) hinsichtlich der Dimensionierung von zum Festwal- zen der Oberfläche vorgesehenen Walzkörpern (17, 18) voneinander unter scheiden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Fest walzen von Randbereichen (RB) der Oberfläche vorgesehener Walzkörper (17) einen geringeren Durchmesser als ein zum Festwalzen eines zwischen den Randbereichen (RB) liegenden Mittelbereichs (MB) der Oberfläche vorgesehe ner Walzkörper (18) hat.
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