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Dokumentenidentifikation DE102005043071B3 26.04.2007
Titel Verfahren zur Herstellung eines Lagerringes
Anmelder AB SKF, Göteborg/Gotenburg, SE
Erfinder Horling, Peter, 97453 Schonungen, DE;
Faltus, Barbara, 97469 Gochsheim, DE;
Dümpert, Michael, 97464 Niederwerrn, DE;
Helfrich, Thomas, 97456 Dittelbrunn, DE
Vertreter Gosdin, M., Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 97422 Schweinfurt
DE-Anmeldedatum 10.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005043071
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse B21D 53/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerringes (1), insbesondere eines Wälzlagerringes, bei dem ein streifenförmiges Metallband (2) auf eine gewünschte Länge abgelängt und dann zu einem Ring umgeformt wird und dann die Enden (3, 4) des Metallbandes (2) stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Um eine kostengünstige und qualitativ hinreichende Fertigung zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung die radial außenliegende (5) und/oder die radial innenliegende (6) zylindrische Fläche des Ringes (1) in axiale Richtung (A) abgestreckt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerringes, insbesondere eines Wälzlagerringes, bei dem ein streifenförmiges Metallband auf eine gewünschte Länge abgelängt und dann zu einem Ring umgeformt wird und dann die Enden des Metallbandes stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

Dieses Verfahren zur Herstellung von Lagerringen ist im Stand der Technik bekannt. In der DE 32 48 634 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ringformkörpern, insbesondere von Wälzlagerringrohlingen, beschrieben, wobei eine spanlose Formgebung zum Einsatz kommt. Dabei wir zunächst ein Rohkörper aus einem streifenförmigen Blech mit kreisringförmigem Querschnitt gebildet, der dann an der Zusammentreffstelle der Enden des gebogenen Blechs verschweißt wird. Nach dem Schweißen erfolgt ein Entgraten sowie weitere Bearbeitungsschritte wie Drehen, Schleifen und Wärmebehandeln. Durch eine abschließende Feinbehandlung, insbesondere der Laufflächen für die Wälzkörper, entsteht der fertige Lagerring.

Eine ähnliche Lösung ist aus der DE 40 03 052 A1 bekannt, wobei hier ein Radial-Kugellager mit zwei aus einem Blechband rundgebogenen Laufringen hergestellt wird. In die Laufringe sind Kugellaufbahnen eingeformt. Ähnliches zeigt die DE 103 47 253 A1.

Die DE 39 33 119 A1 offenbar eine Lösung mit einem Lagerbolzen für ein Radialwälzlager, der in der Form eines aus einem Stahlband rundgerollten und an der Stoßstelle verschweißten Innenlaufrings in das Radialwälzlager eingebaut ist. Die Wälzkörper sind bei diesem Radialwälzlager bevorzugt als Lagernadeln ausgeführt.

In der DE 41 27 213 A1 ist ein Dünnringlager beschrieben, bei dem die Lagerringe eine Trennstelle aufweisen, spanlos aus einem Profilmaterial hergestellt sind und die Laufbahnen nachfolgend oder gleichzeitig einer spanlosen Bearbeitung unterzogen werden.

Ähnliche Lösungen sind aus der DE 196 48 854 C2, aus der DE 90 07 683 U1 und aus der DE 37 41 861 A1 bekannt.

Die DE 195 26 853 C2 offenbart die Herstellung eines Blechkäfigs aus einer Stahlronde durch Abfolge diverser Umform- bzw. Stanzvorgänge.

Bei all den vorbekannten Lösungen ist der Herstellaufwand zu Erreichung einer hinreichenden Qualität der Lagerringe, insbesondere der Wälzlagerringe, relativ hoch und damit die Fertigung teuer. Ferner sind teilweise auch bei relativ aufwändigen Maßnahmen nicht die Qualitätsanforderungen zu erfüllen, die an Lagerringe gestellt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass diese Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll es möglich werden, eine kostengünstige und qualitativ hinreichende Fertigung von Lagerringen zu erreichen.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung die radial außenliegende und/oder die radial innenliegende zylindrische Fläche des Ringes in axiale Richtung abgestreckt wird, wodurch der Ring durch plastisches Umformen auf einen definierten Durchmesser kalibriert wird.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Abstreckgrad beim Abstrecken in axiale Richtung mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 12 %, besonders bevorzugt mindestens 14 %, beträgt. Dabei wird mit Vorteil die Wanddicke des Ringes beim Abstrecken um die genannten minimalen Abstreckgrade reduziert.

Unter (axialem) Abstrecken ist zu verstehen, dass der Ring durch plastisches Umformen des Materials auf einen definierten Durchmesser kalibriert wird, wobei sich infolge der Verdrängung von Material eine axiale Verlängerung des Rings ergibt. Der genannte Abstreckgrad ist zu verstehen als prozentualer Unterschied einer geometrischen Größe zwischen dem Zustand vor zu demjenigen nach dem Abstrecken. Bei einem Abstreckgrad von 10 % wird beispielsweise die Dicke des Rings von zunächst 100 % Ausgangsblechdicke auf 90 % des Wertes nach dem Abstrecken reduziert.

Ein guter Verbund und eine hohe Festigkeit der Stoßstellen des zu einem Ring gebogenen Blechs wird in einfacher Weise erreicht, wenn die Enden des Metallbandes vor dem stoffschlüssigen Verbinden mit einer V-förmigen, zusammenwirkenden Kontur versehen werden. Die Schenkel der V-förmigen Kontur sind dabei vorzugsweise gleich lang; sie können zur Achsrichtung einen Winkel zwischen 25° und 65° einschließen, besonders bevorzugt einen Winkel zwischen 35° und 55°.

Die Enden des Metallbandes können vor dem stoffschlüssigen Verbinden auch mit einer unter einem Winkel zur Achsrichtung verlaufenden Schräge versehen werden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schräge zur Achsrichtung einen Winkel zwischen 25° und 65° einschließt.

Eine weitere sehr vorteilhafte Fortbildung der Erfindung besteht darin, dass das streifenförmige Metallband vor der Umformung zu dem Ring mit einem Profil versehen wird. Bei diesem kann es sich um mindestens einen radial vorspringenden Bord handeln, der durch Verschiebung von Material in radiale Richtung erzeugt wird. Der Bord kann in einem seitlichen Bereich des streifenförmigen Metallbandes angeordnet werden.

Das Profil kann auch mindestens eine. radial zurückversetzte Nut aufweisen, die durch Verdrängen von Material in radiale Richtung erzeugt wird. Dabei kann in einem seitlichen Bereich des streifenförmigen Metallbandes ein Bord angeordnet werden und in dem anderen seitlichen Bereich des streifenförmigen Metallbandes eine Nut. Dabei können der Bord und die Nut auf gegenüberliegenden Seiten des Metallbandes angeordnet sein.

Vorgesehen kann auch werden, dass zwei Borde in den beiden seitlichen Bereichen des streifenförmigen Metallbandes angeordnet werden.

Besonders bevorzugt wird nach dem stoffschlüssigen Verbinden des streifenförmigen Metallbandes und vor dem Abstrecken ein Glätten des Bereichs der stoffschlüssigen Verbindung vorgenommen. Dies kann beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung der Schweißnaht erfolgen. Genauso ist auch eine spanlose Glättung der Schweißnaht möglich.

Nach dem Abstrecken erfolgt bevorzugt ein Härten des Ringes, wobei zunächst ein Karbonitrieren und dann eine Martensithärtung vorgesehen werden kann.

Das stoffschlüssige Verbinden der Enden des Metallbandes erfolgt – wie bereits angedeutet – bevorzugt mittels Schweißen, wobei besonders bevorzugt an Laserstrahlschweißen oder an Elektronenstrahlschweißen gedacht ist.

Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise wird es möglich, aus einem bandförmigen Ausgangsmaterial (Blech) einen Lagerinnenring herzustellen, wobei dies in einfacher und schneller Weise und damit kostengünstig erfolgen kann. Darüber hinaus wird durch den Abstreckvorgang eine sehr gute Qualität erreicht, so dass – was besonderes bevorzugt vorgesehen ist – auf eine Hartfeinbearbeitung nach dem Härten verzichtet werden kann; eine solche kann selbstverständlich bei Bedarf auch durchgeführt werden.

Die Ringfertigung erfolgt dabei weitgehend oder vollständig spanlos, wodurch sich die Festigkeit des Rings verbessern lässt. Insbesondere kann auf das Drehen des Rings verzichtet werden, was eine wesentliche Prozessvereinfachung darstellt. Durch das spanlose Herstellen und insbesondere durch den Abstreckvorgang kann aufgrund der mit diesem Verfahren erreichbaren Präzision ein nur geringes Schleifaufmaß zugegeben werden (im Falle dessen, dass eine Hartfeinbearbeitung folgt), so dass auch die weitere Bearbeitung des Rings effizient erfolgen kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 einen Teil eines streifenförmigen Metallbandes zur Fertigung eines Wälzlagerringes vor der Umformung,

2 den Teil des streifenförmigen Metallbandes gemäß 1, nachdem ein Bord und eine Nut angeformt wurden,

3 eine zu 2 alternative Ausführungsform,

4 eine weitere zu 2 alternative Ausführungsform mit zwei Borden,

5 die Draufsicht auf einen Teil des streifenförmigen Metallbandes, in radiale Richtung betrachtet, nachdem das Metallband zu einem Ring umgebogen wurde, wobei die Stoßstelle der beiden Enden des Metallbandes dargestellt ist,

6 eine zu 5 alternative Ausführungsform und

7 den Radialschnitt durch den umgebogenen und verschweißten Lagerring während des axialen Abstreckens mit einem Abstreckwerkzeug.

In 1 ist ein streifenförmiges Metallband 2 skizziert, das das Ausgangsmaterial für einen Wälzlagerring ist. Es hat eine Ausgangs-Wanddicke s. In den 2, 3 und 4 ist das streifenförmige Band 2 nochmals zu sehen, nachdem gemäß des späteren Verwendungswunsches des Lagerrings Borde bzw. Nuten spanlos angeformt wurden.

Wie aus dem Vergleich zwischen 1 einerseits und den 2, 3 und 4 andererseits hervorgeht, werden Borde 9 und/oder Nuten 10 so eingebracht, wie sie für die spätere Funktion des Lagerrings nötig sind. Das streifenförmige Metallband wird also profiliert, wie es anhand der zu erkennenden Querschnitte zu sehen ist.

In 2 ist das streifenförmige Metallband 2 im linken Seitenbereich mit einem Bord 9 versehen. Dieser Bord 9 wird dadurch hergestellt, dass ein mit gestrichelten Linien dargestelltes Materialvolumen 11 in radiale Richtung R mittels Umformen verschoben wird, so dass sich der gewünschte Bord 9 ausbildet. Ferner ist zu sehen, dass eine Nut 10 durch Materialverdrängung in das Metallband 2 eingebracht wurde. In die Nut 10 kann später beispielsweise ein Seegerring eingesetzt werden.

Typische Nutabmessungen sind beispielsweise 1 bis 2 mm Tiefe bei einer Wanddicke s des Metallbandes 2 von z. B. zwischen 4 und 6 mm. Die Breite der Nut 10 in Achsrichtung A wird in Abhängigkeit des einzusetzenden Seegerrings gewählt.

In 3 ist der Bord 9 an der einen Seite des Metallbandes 2 angeformt, während die Nut 10 an der anderen Seite angeordnet ist. Der Bord 10 dient im späteren Einsatz dem axialen Anschlag von Wälzkörpern, beispielsweise von Zylinderrollen, während die Nut 10 zur Festlegung des Rings in einem Gehäuse mittels eines Seegerrings dient.

Gemäß 4 sind zwei im seitlichen Randbereich des Metallbandes 2 angeordnete Borde 9 vorgesehen, so dass die Wälzkörper hierdurch beidseitig axiale Anschläge bekommen.

Das Profilieren des Metallbandes 2 erfolgt bevorzugt im Schrittverfahren.

Um eine hohe Festigkeit an der Verbindungsnaht des zu einem Ring umgebogenen streifenförmigen Metallbandes 2 zu erhalten, sind Lösungen vorgesehen, wie sie aus den 5 und 6 hervorgehen.

Gemäß 5 ist das Metallband 2 an den beiden Enden 3 bzw. 4 mit einer Schräge versehen. Die Enden 3, 4 des Metallbandes 2 sind dabei so geschnitten, dass sie formschlüssig zusammenpassen. Die Schräge erstreckt sich linear unter einem Winkel &agr; zur Achsrichtung A, der bevorzugt zwischen 35° und 55° liegt.

Gemäß der Lösung nach 6 ist die Nahtstelle der beiden Enden 3, 4 des streifenförmigen Metallbandes 2 V-förmig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel 7 und 8 der V-förmigen Kontur im Ausführungsbeispiel gleich lang sind.

Ist das gemäß den 2 bis 4 profilierte streifenförmige Metallband 2 in gewünschter Länge abgeschnitten und zu einem zylindrischen Ring gebogen und ist die Nahtstelle an den Enden 3, 4 des Bandes 2 gemäß 5 bzw. 6 verschweißt, kann die eventuell überstehende Schweißnaht geglättet werden, wofür spanende oder spanlose Fertigungsverfahren verwendet werden können. Der so hergestellte Lagerring 1 weist jedoch weder eine hinreichende Oberflächengüte (Rauheit) noch eine hinreichende Zylindrizität auf.

Daher wird bevorzugt vorgesehen, dass sich ein Abstreckprozess anschließt, der in 7 dargestellt ist. Dort ist im Schnitt der soweit fertige Lagerring 1 skizziert, der eine Wanddicke s0 vor dem Abstrecken aufweist. Die radial innenliegende zylindrische Fläche 6 und/oder die radial außenliegende zylindrische Fläche 5 wird dann mit einem Abstreckwerkzeug 12 so spanlos bearbeitet, dass das im Ausführungsbeispiel stempelförmige Werkzeug 12 mit seiner Kalibrierfläche 13 die radial innenliegende zylindrische Fläche 6 auf einen gewünschten Wert aufweitet, wodurch die Wanddicke s0 des Rings 1 auf einen reduzierten Wert s1 vermindert wird. Der Abstreckgrad beträgt dabei bevorzugt mindestens 10 %, d. h. die reduzierte Wanddicke s1 liegt um 10 % niedriger als die Ausgangswanddicke s0.

Durch den Abstreckprozess wird nicht nur die Rundheit des Rings 1 erhöht, auch die Oberfläche des Rings wird an der Kontaktstelle mit der Kalibrierfläche 13 des Abstreckwerkzeug 12 deutlich verbessert. Insbesondere wird der Rauheitswert Ra der Oberfläche erheblich verbessert.

Die Ringherstellung kann damit weitgehend oder vollständig spanlos erfolgen, vorzugsweise auf einer einzigen Maschine, die sowohl das Umformen als auch das Verschweißen vornehmen kann. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können sowohl Innen- als auch Außenringe – sowohl für Wälzlager als auch für Gleitlager – gefertigt werden.

Nach dem erläuterten Fertigungsprozess folgt vorzugsweise noch ein Härten und ggf. ein Hartfeinbearbeiten des Rings 1. Hinsichtlich des Materials ist anzumerken, dass übliche Maßnahmen zur Veredelung des Materials zum Einsatz kommen können. Bewährt hat sich korrosionsarmes bzw. korrosionsbeständiges Material und eine korrosionsvermindernde bzw. korrosionsbeständige Beschichtung einschließlich Nitrieren, Carbonitieren etc. Der klassische Werkstoff für die Lagerringe 1, 2 ist Wälzlagerstahl 100 Cr 6.

Zu beachten ist dabei allerdings, dass eine hinreichende Schweißbarkeit des zum Einsatz kommenden Stahls vorliegt. Insofern hat sich ein kohlenstoffarmer Stahl bewährt.

Die Fertigungsabfolge ergibt sich damit im Ausführungsbeispiel zu:

  • 1. Metallband profilieren;
  • 2. Metallband auf gewünschte Länge ablängen;
  • 3. Biegen des Metallbandes zu einem zylindrischen Ring;
  • 4. Verschweißen der Nahtstelle;
  • 5. Glätten der Schweißnaht;
  • 6. Innen- (und/)oder Außendurchmesser in axiale Richtung abstrecken; (beim Außenring erfolgt ein Innenabstrecken)
  • 7. Härten;
  • 8. optional: Hartfeinbearbeitung

    (Schleifen/Honen; evtl.: nur Gleitschleifen (bevorzugt bei zulässigen größeren Toleranzen)).

Dabei kann auch das Glätten der Schweißnaht bezüglich Schritt Nr. 5 entfallen und dies durch den Abstreckvorgang erfolgen, der bevorzugt einen Abstreckgrad von mindestens 14 % aufweist. Dadurch ergibt sich eine entsprechende axiale Verlängerung des Rings, was bei einer hinreichenden Längentoleranz problemlos ist.

1
Lagerring
2
streifenförmiges Metallband
3
Ende des streifenförmigen Metallbandes
4
Ende des streifenförmigen Metallbandes
5
radial außenliegende zylindrische Fläche des Ringes
6
radial innenliegende zylindrische Fläche des Ringes
7
Schenkel der V-förmigen Kontur
8
Schenkel der V-förmigen Kontur
9
Bord
10
Nut
11
Materialvolumen
12
Abstreckwerkzeug
13
Kalibrierfläche
A
axiale Richtung
R
radiale Richtung
s
Wanddicke des Ringes
s0
Wanddicke vor dem Abstrecken
s1
Wanddicke nach dem Abstrecken
&agr;
Winkel


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Lagerringes (1), insbesondere eines Wälzlagerringes, bei dem ein streifenförmiges Metallband (2) auf eine gewünschte Länge abgelängt und dann zu einem Ring umgeformt wird und dann die Enden (3, 4) des Metallbandes (2) stoffschlüssig miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung die radial außenliegende (5) und/oder die radial innenliegende (6) zylindrische Fläche des Ringes (1) in axiale Richtung (A) abgestreckt wird, wodurch der Ring (1) durch plastisches Umformen auf einen definierten Durchmesser kalibriert wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreckgrad beim Abstrecken in axiale Richtung (A) mindestens 10 % beträgt. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreckgrad beim Abstrecken in axiale Richtung (A) mindestens 12 % beträgt. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreckgrad beim Abstrecken in axiale Richtung (A) mindestens 14 % beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke (s) des Ringes (1) beim Abstrecken um mindestens 10 %, vorzugsweise um mindestens 12 %, besonders bevorzugt um mindestens 14 %, reduziert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (3, 4) des Metallbandes (2) vor dem stoffschlüssigen Verbinden mit einer V-förmigen, zusammenwirkenden Kontur versehen werden. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (7, 8) der V-förmigen Kontur gleich lang sind. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (7, 8) der V-förmigen Kontur zur Achsrichtung (A) einen Winkel (&agr;) zwischen 25° und 65° einschließen. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (7, 8) der V-förmigen Kontur zur Achsrichtung (A) einen Winkel (&agr;) zwischen 35° und 55° einschließen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (3, 4) des Metallbandes (2) vor dem stoffschlüssigen Verbinden mit einer unter einem Winkel (&agr;) zur Achsrichtung (A) verlaufenden Schräge versehen werden. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schräge zur Achsrichtung (A) einen Winkel (&agr;) zwischen 25° und 65° einschließt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das streifenförmige Metallband (2) vor der Umformung zu dem Ring (1) mit einem Profil versehen wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mindestens einen radial vorspringenden Bord (9) aufweist, der durch Verschiebung von Material in radiale Richtung (R) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (9) in einem seitlichen Bereich des streifenförmigen Metallbandes (2) angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mindestens eine radial zurückversetzte Nut (10) aufweist, die durch Verdrängen von Material in radiale Richtung (R) erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem seitlichen Bereich des streifenförmigen Metallbandes (2) ein Bord (9) angeordnet wird und in dem anderen seitlichen Bereich des streifenförmigen Metallbandes (2) eine Nut (10) angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bord (9) und die Nut (10) auf gegenüberliegenden Seiten des Metallbandes (2) angeordnet sind. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Borde (9) in den beiden seitlichen Bereichen des streifenförmigen Metallbandes (2) angeordnet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem stoffschlüssigen Verbinden des streifenförmigen Metallbandes (2) und vor dem Abstrecken ein Glätten des Bereichs der stoffschlüssigen Verbindung erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstrecken ein Härten des Ringes (1) erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Verbinden der Enden (3, 4) des Metallbandes (2) mittels Schweißen erfolgt. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen Laserstrahlschweißen ist. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen Elektronenstrahlschweißen ist.






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