| Dokumentenidentifikation |
DE10331061A1 24.02.2005 |
| Titel |
Ringförmige Verbundwerkstücke und Kaltwalzverfahren zu ihrer Fertigung |
| Anmelder |
Technische Universität Dresden, 01069 Dresden, DE |
| Erfinder |
Ficker, Thomas, Dr.-Ing., 08352 Raschau, DE;
Hardtmann, André, Dipl.-Ing., 01159 Dresden, DE;
Houska, Mario, Dipl.-Ing., 01855 Sebnitz, DE;
Thoms, Volker, Dr.-Ing., Prof., 01734 Rabenau, DE |
| DE-Anmeldedatum |
09.07.2003 |
| DE-Aktenzeichen |
10331061 |
| Offenlegungstag |
24.02.2005 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
24.02.2005 |
| IPC-Hauptklasse |
B21H 1/06
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| IPC-Nebenklasse |
B21D 39/04
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| Zusammenfassung |
Die Erfindung betrifft ein Kaltwalzverfahren zur Fertigung von ringförmigen Verbundwerkstücken, insbesondere Wälzlagerringen, aus wenigstens zwei hohlzylindrischen Werkstücken aus verschiedenen Werkstoffen bzw. gleichen Werkstoffen unterschiedlicher Festigkeit. Erfindungsgemäß werden die hohlzylindrischen Werkstücke lose ineinander gesteckt und mit einem axialen Profilring- oder -rohrwalzverfahren zu einem Verbundwerkstück umgeformt. Die wenigstens zwei Werkstücke sind in dem ringförmigen Verbundwerkstück dauerhaft fest miteinander verbunden. Kombinationen unterschiedlicher Stähle oder mit Nichteisenmetallen, insbesondere Aluminium, sind realisierbar. Durch die funktionsangepasste Werkstoffauswahl werden in beträchtlichem Umfang Fertigungskosten eingespart und neue Gebrauchseigenschaften erzielt.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft ringförmige Verbundwerkstücke, insbesondere
Wälzlagerringe, und ein Kaltwalzverfahren zu ihrer Fertigung von aus wenigstens
zwei hohlzylindrischen Werkstücken aus verschiedenen Werkstoffen bzw. gleichen Werkstoffen
unterschiedlicher Festigkeit (im folgenden verschiedenen Werkstoffen).
Vereinzelt ist in der Literatur die Fertigung derartiger Wälzlagerringe
beschrieben worden.
Nach DE 200 923 wird über einen
gehärteten Ring nach dessen Fertigbearbeitung und dem Füllen mit Kugeln ein ungehärteter
Verstärkungsring gezogen. Es wird darauf verwiesen, dass das Lager mehr Kugeln aufnehmen
kann, weil sich der gehärtete Ring beim Füllen elastisch verformen lässt. Ein Werkstoffverbund
und damit einhergehend eine ausreichende dynamische Belastbarkeit kann mit dieser
Lösung nicht erreicht werden.
In DE 27 45 527 wird die Fertigung
von Wälzlageraußenringen durch Kaltwalzen beschrieben. Zwei volumengenaue Ringe
aus verschiedenen Werkstoffen werden durch Schrumpfen miteinander fest verbunden,
anschließend profilgewalzt und danach durch Überdrehen und Schleifen fertig bearbeitet.
Die Vorteile werden vor allem in der Kombination der Werkstoffeigenschaften gesehen,
hier vor allem in der Verbindung eines Laufrings großer Härte mit ausgezeichneten
Verschleißeigenschaften mit einem Stützring geringerer Härte und Festigkeit, der
dann leichter bearbeitet werden kann. Beim Umformen werden die Ringe gemeinsam gleichzeitig
tangential, radial und axial verformt. Ein fester Verbund der beiden Ringe wird
nur in Ausnahmefällen erreicht. Unterschiedliche Werkstoffe verfügen in der Regel
über ein unterschiedliches Aufweitvermögen, so dass die Ringe eher auseinander gehen
(die Schrumpfverbindung wird gelöst) als fest zusammen bleiben. Zur technischen
Umsetzung des Verfahrens ist eine komplexe Werkzeugkonfiguration aus mehreren geteilten
Werkzeugformen notwendig. Die Kosten sind hoch, das Fertigungsspektrum begrenzt
und bezüglich komplizierter Profilquerschnitte stark eingeschränkt. Trotz der einleuchtenden
Vorteile aus dem potentiell höheren Gebrauchswert der Verbundwälzlager ist keine
größere Anwendung von DE 27 45 527 bekannt
geworden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ringförmige Verbundwerkstücke für insbesondere
hohe dynamische Belastungen aus wenigstens zwei hohlzylindrischen Werkstücken rationell
zu fertigen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass die hohlzylindrischen Werkstücke
mit einem an sich bekannten axialen Profilwalzverfahren zu einem Verbundwerkstück
umgeformt werden.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein ringförmiges Verbundwerkstück
mit den im Anspruch 7 genannten Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Axiale Profilwalzverfahren sind spätestens seit 1972 bekannt. "Beim
Walzen wird das durch das Eindringen des Profils quer zur Achsrichtung des Werkstücks
zusammengedrückte Material seitlich so weit nach außen verdrängt, dass über die
ursprüngliche Breite des Werkstücks .... vorstehende seitliche Begrenzungsränder
gebildet werden." (DE 22 08 515, S. 2).
Es wurde gefunden, dass die wenigstens zwei Werkstücke fest miteinander
verbunden werden, auch wenn sie zuvor nur lose ineinander gesteckt und nicht aufeinander
geschrumpft waren. Der Verbund weist Merkmale einer Kaltpressschweißverbindung auf,
die auf das Zusammenpressen der Werkstückflächen mit sehr hohem Druck zurückzuführen
sind.
Die Werkstücke haben vorzugsweise ein solches Spiel zueinander, das
sie gerade noch von Hand fügbar sind.
Indem ein solches Spiel zulässig ist, können auch Rohre, d. h. längere
hohlzylindrische Werkstücke, unkompliziert ineinander gefügt werden.
Einsetzbar sind dadurch sowohl das axiale Profilringwalzen (z. B.
DE 22 08 515) als auch das axiale Profilrohrwalzen
(z. B. DD 225 358 oder DE
195 26 900). Mit dem letzteren Verfahren können die Verbundringe besonders
rationell und materialsparend gefertigt werden.
Es können sowohl profilierte Außen- als auch Innenwälzlagerringe produziert
werden. Die Laufringe sind jeweils aus hochwertigem Wälzlagerstahl gefertigt. Die
Stützringe dagegen bestehen aus einem weniger festen Stahl, der billiger ist und
leichter bearbeitet werden kann, wodurch die Gesamtkosten für den Wälzlagerring
deutlich gesenkt werden.
Es sind auch Verbundringe aus Stahl in Kombination mit Nichteisenmetallen,
insbesondere Aluminium, herstellbar, beispielsweise für den Leichtbau oder zum Korrosionsschutz.
Durch die funktionsangepasste Werkstoffauswahl werden in beträchtlichem
Umfang Fertigungskosten eingespart und neue Gebrauchseigenschaften erzielt.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen auf
der Basis des axialen Profilrohrwalzens näher erklärt. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Vorbereitung der zu walzenden Rohre
2 eine Fertigung von Wälzlagerinnenringen
aus zwei Rohren
3 einen einzelnen aus zwei Rohren gefertigten
Wälzlagerinnenring
4 eine Fertigung von Wälzlagerinnenringen
aus drei Rohren
5 eine Fertigung eines Getrieberings aus
zwei hohlzylindrischen Werkstücken
6 eine Fertigung von Wälzlageraußenringen
aus zwei Rohren.
Gemäß 1 werden als Werkstücke
1 und 2 zwei Rohre zur Umformung vorbereitet. Sie sind, sofern
erforderlich, außen überdreht und innen ausgedreht und danach ineinander gesteckt.
In 2 befinden sich die beiden Werkstücke
1 und 2, ausgebildet als Rohre, auf einem Walzdorn 7
zwischen zwei Außenprofilwalzwerkzeugen 6. Die Außenprofilwalzwerkzeuge
6 sind diametral angeordnet, drehbar und radial zustellbar. Außerdem sind
sie axial verschiebbar, um den Rohrlängungen durch den axialen Materialfluss zu
folgen.
3 zeigt den Verbundwälzlagerinnenring
8 nach Abstechen und spanender Überarbeitung komplett schleiffertig. Die
ursprünglichen Rohre bilden jetzt den Laufring 1', z. B. aus hochfestem
Wälzlagerstahl, und den Stützring 2' aus einem weniger festen und leichter
zu bearbeitenden Stahl.
4 zeigt die Fertigung eines Verbundwälzlagerinnenrings
9 aus drei Werkstücken 3, 4 und 5. Die wiederum
als Rohre ausgebildeten Werkstücke 3 und 5 bestehen aus unterschiedlichen
Stählen analog zur ersten Variante, Werkstück 4 ist aus Aluminium. Es kann
bewusst dick gehalten werden (Leichtbau) oder auch nur eine dünne, z. B. aufgedampfte
Schicht sein, um die Verbindung der Werkstücke 3 und 5 beim Walzen
des Verbundes analog zum Kaltpressschweißen zu fördern.
5 zeigt die Herstellung eines Getrieberinges
10 aus zwei Werkstücken 1 und 2 mit zwei Außenprofilwalzwerkzeugen
6 und einem Walzdorn 7. Die Werkstücke 1 und
2 bestehen aus Stahlwerkstoffen unterschiedlicher Festigkeit.
In 6 ist die Herstellung eines Verbundwälzlageraußenrings
11 dargestellt. Das hochfestere Werkstück 1 bildet wieder den
Laufring und liegt jetzt im Vergleich zu 2 bzw.
3 innen.
Bei allen Varianten ist gesichert, dass das Material vor allem im
Bereich der angrenzenden Schichten fast über den gesamten Umformprozess axial frei
fließen kann.
1- Werkstück
1'- Laufring
2- Werkstück
2'- Stützring
3- Werkstück
4- Werkstück
5- Werkstück
6- Außenprofilwalzwerkzeug
7- Walzdorn
8- Verbundwälzlagerinnenring
9- Verbundwälzlagerinnenring
10- Getriebering
11- Verbundwälzlageraußenring
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| Anspruch[de] |
- Kaltwalzverfahren zur Fertigung eines ringförmigen Verbundwerkstücks
aus wenigstens zwei hohlzylindrischen Werkstücken aus verschiedenen Werkstoffen,
die gemeinsam profilgewalzt werden, gekennzeichnet dadurch, dass die hohlzylindrischen
Werkstücke (1 bis 5) mit einem an sich bekannten axialen Profilwalzverfahren
zu einem Verbundwerkstück (8 bis 11) umgeformt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die hohlzylindrischen
Werkstücke (1 bis 5) vor dem Walzen lose ineinander gesteckt werden.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass
die hohlzylindrischen Werkstücke (1 bis 5) ein solches Spiel zueinander
aufweisen, dass sie gerade noch von Hand fügbar sind.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass als hohlzylindrische
Werkstücke (1 bis 5) ineinander gesteckte Ringe mit einem axialen
Profilringwalzverfahren zu einem Verbundwerkstück (8 bis 11) umgeformt
werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch,
dass als hohlzylindrische Werkstücke (1 bis 5) ineinander gesteckte
Rohre mit einem axialen Profilrohrwalzverfahren zu einem Verbundwerkstück (8
bis 11) umgeformt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass wenigstens
eine der sich berührenden Flächen der hohlzylindrischen Werkstücke (1 bis
5) mit einem Material, z. B. Aluminium, beschichtet ist.
- Ringförmiges Verbundwerkstück, bestehend aus wenigstens zwei hohlzylindrischen
Werkstücken aus verschiedenen Werkstoffen, gekennzeichnet dadurch, dass das Verbundwerkstück
(8 bis 11) durch ein axiales Profilwalzverfahren gefertigt ist.
- Verbundwerkstück nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das
Verbundwerkstück ein Wälzlagerring ist.
- Verbundwerkstück nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass der
Laufring (1') des Wälzlagerrings aus Wälzlagerstahl und der Stützring (2')
aus einem weniger hochfesten Stahl gefertigt ist.
- Verbundwerkstück nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das
Verbundwerkstück ein Getriebering ist.
- Verbundwerkstück nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet
dadurch, dass eines der Werkstücke (1 bis 5) aus einem Nichteisenmetall,
insbesondere Aluminium, besteht.
- Verbundwerkstück nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet
dadurch, dass eines der Werkstücke (1 bis 5) aus Kunststoff besteht.
- Verbundwerkstück nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet
dadurch, dass eines der Werkstücke (1 bis 5) aus Pulverwerkstoff
besteht.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen
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