Haibschalenlager und dessen Verwendung

Die Erfindung betrifft eine Lagerschale für ein Haibschalenlager, die auf einer ersten Seite mindestens eine Laufbahn für Wälzkörper aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lagerschale, ein Haibschalenlager sowie dessen Verwendung.

Die DE 10 2010 006 262 A1 beschreibt ein gattungsgemäßes Haibschalenlager zur Verwendung für eine Scheibenbremse bei Kraftfahrzeugen. In Figur 1 der DE

10 2010 006 262 A1 wird eine typische Einbausituation eines solchen Halbschalenla- gers dargestellt.

Lagerschalen für Haibschalenlager beziehungsweise Haibschalennadellager, insbesondere zum Einsatz für Scheibenbremsen an Nutzfahrzeugen, werden in der Regel aus einem kaltumformbaren bandförmigen Grundmaterial wie Stahl hergestellt, der üblicherweise einsatzgehärtet ist. Aufgrund der auftretenden hohen, nahezu statischen Lasten in der Scheibenbremse ist in der Regel eine definierte hohe Einsatzhär- tetiefe zu wählen.

Die Lagerschalen werden üblicherweise mit seitlichen Borden ausgeformt, die durch ein Rollen des bandförmigen Grundmaterials aufgestellt werden. Um diesen Umform- prozess durchführen zu können ist es notwendig, das Grundmaterial im Bereich der Borde abzuwälzen. Die im Einsatz des Haibschalenlagers aufgrund der auftretenden hohen statischen Lasten notwendige hohe Einsatzhärtetiefe führt dazu, dass die Borde im Bereich der Abwälzung durchgehärtet sein können. Die Durchhärtung führt zu einer signifikanten Reduzierung der Elastizität der Borde, was zu Bordbrüchen unter axialer Belastung führen kann. Weiherhin führt die zur Materialstärke im Bereich der Borde vergleichsweise hohe Einsatzhärtetiefe zur Reduzierung der Elastizität an der Lagerschale vorzusehender Schnapphaken und Verdrehsicherungen, was teilweise durch zusätzliche induktive Anlassprozesse lokal kompensiert werden muss. Dies führt zu Kostenerhöhungen durch den notwendigen Zusatzprozess.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lagerschale beziehungsweise ein Halbschalenla- ger mit einer derartigen Lagerschale bereitzustellen, die trotz der notwendigen hohen Einsatzhärtetiefe eine ausreichende Elastizität aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lagerschale sowie eine Verwendung des Haibschalenlagers angegeben werden.

Die Aufgabe wird für eine Lagerschale für ein Haibschalenlager, die auf einer ersten Seite mindestens eine Laufbahn für Wälzkörper aufweist, dadurch gelöst, dass die Lagerschale in einem Härteverfahren gehärtet ist, wobei die Lagerschale einen Grundkörper aus Stahl aufweist, wobei der Grundkörper auf einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite mindestens eine Beschichtung aus einem Beschichtungs- material aufweist, welches eingerichtet ist, während des Härteverfahrens im Bereich der zweiten Seite eine Diffusionssperre für Kohlenstoff und/oder Stickstoff in Richtung des Grundkörpers zu bilden.

Die Aufgabe wird für ein Haibschalenlager, insbesondere Haibschalennadellager, umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Lagerschale sowie eine Anzahl an Wälz- körpern gelöst.

Die Aufgabe wird weiterhin für das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lagerschale mit folgenden Schritten gelöst:

- Bereitstellung eines bandförmigen Grundmaterials aus Stahl, das einseitig mit der mindestens einen Beschichtung versehen ist;

- Umformen des bandförmigen Grundmaterials mittels einer Kaltumformung zu einem Lagerschalen-Vorform ling; und

- Härten, insbesondere Einsatzhärten oder Nitrieren, des Lagerschalen- Vorformlings unter Bildung der Lagerschale.

Durch den Einsatz eines einseitig beschichteten, insbesondere plattierten, bandförmigen Grundkörpers aus Stahl wird beim Härten des bandförmigen Grundkörpers durch die mindestens eine Beschichtung eine Diffusionssperre ausgebildet, die dazu führt dass der Grundkörper nur einseitig im Bereich der mindestens einen Laufbahn gehärtet wird und somit auch nur einseitig die erforderliche tragfähige Randschicht entsteht. Durch den großen, nur geringfügig durch das Härten beeinflussten Materialquerschnitt behält die Lagerschale eine hohe Elastizität, insbesondere in den kritischen Bereichen der seitlichen Borde und der federelastischen Schnapphaken, bei gleichzeitig ausreichend hoch dimensionierter Härte der Laufbahn(en). Die zulässige Einsatzhärtetiefe kann bei der erfindungsgemäßen Lagerschale so weit vergrößert werden, dass ein damit ausgestattetes Haibschalenlager auch für sehr hohe statische Lasten einsetzbar ist. Anderseits kann bei gleichbleibenden Lasten die Materialstärke einer Lagerschale reduziert werden, was zu Kosteneinsparungen und einer Gewichtsreduzierung führt. Auch die Erhöhung der Elastizität von Schnapphaken an der erfindungsgemäßen Lagerschale führt durch den Entfall bisher notwendiger Anlassprozesse zu Kosteneinsparungen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Lagerschale ist diese in einem Einsatzhärteverfahren umfassend einen Verfahrensschritt einer Aufkohlung gehärtet und das Beschichtungsmaterial ist ein metallisches Beschichtungsmaterial aus überwiegend Nickel und/oder Kupfer und/oder Kobalt. Das metallische Beschichtungsmaterial besitzt eine ausreichende Duktilität und kann zusammen mit dem Grundkörper aus Stahl umgeformt werden, ohne dass eine Ablösung der Beschichtung vom Grundkörper zu befürchten wäre. Die Aufkohlung erfolgt bevorzugt in einer kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre.

In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform der erfindungsmäßen Lagerschale ist diese in einem Einsatzhärteverfahren umfassend einen Verfahrensschritt einer Car- bonitrierung gehärtet und das Beschichtungsmaterial ist ein metallisches Beschichtungsmaterial aus überwiegend aus Nickel und/oder Kupfer. Das metallische Beschichtungsmaterial besitzt eine ausreichende Duktilität und kann zusammen mit dem Grundkörper aus Stahl umgeformt werden, ohne dass eine Ablösung der Beschichtung vom Grundkörper zu befürchten wäre. Beim Carbonitrieren erfolgt sowohl eine Aufkohlung als auch Nitrierung. Dies erfolgt bevorzugt in einer kohlenstoffhaltigen und/oder stickstoffhaltigen Gasatmosphäre, wobei das Carburieren und das Nitrieren nacheinander oder gleichzeitig erfolgen kann. Bevorzugt weist die mindestens eine Beschichtung der Lagerschale eine Schichtdicke im Bereich von 10 bis 50 pm, bevorzugt 30 bis 45 pm, auf. Die Beschichtung, insbesondere die metallische Beschichtung, ist insbesondere durch Plattieren auf den Grundkörper aus Stahl aufgebracht. Aber auch ein einseitiger nasschemischer Auftrag der mindestens einen Beschichtung auf den Grundkörper ist möglich. Dabei kann die Beschichtung eine oder mehrere Teilschichten umfassen, wobei aneinander angrenzende Teilschichten insbesondere unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen können.

Die erfindungsgemäße Lageschale weist insbesondere zwei Längsseiten auf, wobei an jeder der Längsseiten ein in Richtung der mindestens einen Laufbahn zeigender Bord angeordnet ist. Die Borde können dabei auch geschlitzt ausgeführt sein oder Unterbrechungen oder Öffnungen aufweisen.

Insbesondere ist der Bord durch eine Kaltumformung des Grundkörpers mit der mindestens einen Beschichtung hergestellt. Als Kaltumformverfahren kommen bevorzugt das Tiefziehen und ein Fließpressen in Frage.

Das erfindungsgemäße Haibschalenlager kann eine oder zwei erfindungsgemäße Lagerschalen aufweisen. Bei einem Vorhandensein von zwei Lagerschalen sind deren Laufbahnen jeweils den Wälzkörpern zugewandt angeordnet.

Das Haibschalenlager weist bevorzugt eine einzelne Lagerschale mit seitlichen Bor- den zur Führung von Wälzkörpern auf, optional weiterhin einen Lagerkäfig zur Aufnahme der Wälzkörper. Die einzelne Lageschale liegt nach einem Einbau des Halb- schalenlagers in eine Scheibenbremse in einer Brücke des Bremssattels und bildet die Laufbahn für die Wälzkörper.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Haibschalenlager zwei La- gerschalen auf. Hierbei befindet sich die weitere Lagerschale nach einem Einbau des Haibschalenlagers in eine Scheibenbremse auf dem Bremshebel und bildet eine weitere Laufbahn für die Wälzkörper aus. Es wird somit eine gekapselte, insbesondere mit Fett befüllte, Lagereinheit gebildet. Auch die weitere Lagerschale weist bevorzugt seitliche Borde auf, mit welchen eine formschlüssige Verbindung zur ersten Lager- schale erreicht werden kann. Die beiden Lagerschalen sind vorzugsweise durch Schnapphaken oder Verdrehsicherungen mit dem Bremshebel und der Brücke verbunden, beziehungsweise darin oder daran in ihrer Lage fixiert. Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Haibschalenlagers führt zu einer Kostenreduzierung und erhöht die Funktionssicherheit der Scheibenbremse.

Die Wälzkörper des Haibschalenlagers werden dabei bevorzugt in einen Lagerkäfig aus Kunststoff oder Metall gehaltert und geführt. Der Lagerkäfig weist dazu Taschen zur Aufnahme mindestens eines Wälzkörpers auf. Häufig sind diese Taschen als Doppeltaschen ausgeführt, um eine maximale statische Tragfähigkeit zu gewährleisten. Besonders haben sich nadeiförmige Wälzkörper bewährt, so dass ein Halbscha- lennadellager ausgebildet ist.

Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Haibschalenlagers zur Lagerung eines Betätigungshebels einer, insbesondere hydraulisch betätigten, Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug, hat sich als vorteilhaft erwiesen.

Die Figuren 1 bis 5 sollen erfindungsgemäße Lagerschalen sowie erfindungsgemäße Haibschalenlager und deren Verwendung beispielhaft erläutern. So zeigt:

FIG 1 eine Lagerschale in dreidimensionaler Ansicht;

FIG 2 im Schnittbild einen vergrößerten Ausschnitt der Lagerschale gemäß Figur 1 im Bereich eines Bords; FIG 3 ein erfindungsgemäßes Haibschalenlager mit einer Lagerschale in dreidimensionaler Ansicht;

FIG 4 eine weitere Lagerschale in dreidimensionaler Ansicht; und

FIG 5 einen Längsschnitt durch ein weiteres Haibschalenlager mit zwei Lagerschalen.

FIG 1 zeigt eine Lagerschale 1 ; 1 a in dreidimensionaler Ansicht mit zwei Längsseiten 9a, 9b, wobei an jeder der Längsseiten 9a, 9b ein in Richtung einer Laufbahn 2a für Wälzkörper zeigender Bord 7a, 7b angeordnet ist. FIG 2 zeigt im Schnittbild einen vergrößerten Ausschnitt der Lagerschale 1 ; 1 a gemäß Figur 1 im Bereich des Bords 7b. Die Lagerschale 1 ; 1 a ist in einem Härteverfahren gehärtet. Die Lagerschale 1 ; 1 a weist einen Grundkörper 5 (vergleiche FIG 2) aus Stahl und auf einer ersten Seite 2 die Laufbahn 2a für Wälzkörper auf. Der Grundkörper 5 weist auf einer der ersten Seite 2 abgewandten zweiten Seite 3 eine Beschichtung 6 aus einem Beschichtungsma- terial auf, welches eingerichtet ist, während des Härteverfahrens im Bereich der zweiten Seite 3 eine Diffusionssperre für Kohlenstoff in Richtung des Grundkörpers 5 zu bilden. Im Schnittbild durch den Bord 7b gemäß Figur 2 ist in der vergrößerten Darstellung auf der ersten Seite 2 eine gehärtete Randschicht 5a des Grundkörpers 5 erkennbar, während auf der gegenüberliegenden zweiten Seite 3 die Beschichtung 6 erkennbar ist. Die Beschichtung 6 ist hier als eine metallische Beschichtung aus Kupfer oder Nickel in einer Schichtdicke von 45 pm ausgebildet, welche eine Diffusionssperre für Kohlenstoff ausbildet und beim hier gewählten Einsatzhärten der Lagerschale 1 ; 1 a im Aufkohlungsschritt eine Diffusion von Kohlenstoff in die Lagerschale 1 ; 1 a auf der zweiten Seite 3a verhindert. Dadurch verbleiben die Borde 7a, 7b der Lagerschale 1 ; 1 a, die im Vergleich zum Rest der Lagerschale 1 ; 1 a fertigungsbedingt eine geringere Materialstärke aufweisen, zumindest teilweise im ursprünglichen, ungehärteten Zu- stand des Grundkörpers 5 bestehen und sind dadurch ausreichend elastisch und im späteren Einsatz weniger anfällig für eine Rissbildung oder Bordbrüche. Weiterhin sind Haken 10 an der Lagerschale 1 ; 1 a vorhanden, die als Schnapphaken und/oder Verdrehsicherungen fungieren. Die Elastizität der Haken 10 ist aufgrund der Beschichtung 6 ebenso optimiert wie im Bereich der Borde 7a, 7b.

FIG 3 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein erfindungsgemäßes Haibschalenlager 100 in Form eines Haibschalennadellagers mit einer Lagerschale 1 ; 1 a, die zwei Längsseiten 9a, 9b aufweist, wobei an jeder der Längsseiten 9a, 9b ein in Richtung einer Laufbahn 2a für Wälzkörper 4 zeigender Bord 7a, 7b angeordnet ist. Die Wälz- körper 4 sind in einem Lagerkäfig 8, hier aus Kunststoff, gehalten. Auf einer der ersten Seite 2 abgewandten zweiten Seite 3 ist eine Beschichtung 6 aus einem Beschich- tungsmaterial vorhanden, welches eingerichtet ist, während des Härtens der Lagerschale 1 ; 1 a im Bereich der zweiten Seite 3 eine Diffusionssperre für Kohlenstoff zu bilden. Weiterhin sind Haken 10 an der Lagerschale 1 ; 1 a vorhanden, die als

Schnapphaken und/oder Verdrehsicherungen fungieren. Die Elastizität der Haken 10 ist aufgrund der Beschichtung 6 ebenso optimiert wie im Bereich der Borde 7a, 7b. FIG 4 zeigt eine weitere Lagerschale 1 b in dreidimensionaler Ansicht mit zwei Längsseiten 9a ^' , 9b ^' , wobei an jeder der Längsseiten 9a ^' , 9b ^' ein in Richtung einer Laufbahn 2a ^' für Wälzkörper zeigender Bord 7a ^' , 7b ^' angeordnet ist. Die Lagerschale 1 b ist in einem Härteverfahren gehärtet. Die Lagerschale 1 b weist einen Grundkörper 5 (vergleiche FIG 2) aus Stahl und auf einer ersten Seite 2 ^' die Laufbahn 2a ^' für Wälzkörper auf. Auf einer der ersten Seite 2 ^' abgewandten zweiten Seite 3 ^' ist eine Be- schichtung 6 ^' aus einem Beschichtungsmaterial aufgebarcht, welches eingerichtet ist, während des Härteverfahrens im Bereich der zweiten Seite 3 ^' eine Diffusionssperre für Kohlenstoff und Stickstoff in Richtung des Grundkörpers 5 zu bilden. Auf der ersten Seite 2 ^' ist eine gehärtete Randschicht 5a (vergleiche FIG 2) vorhanden, während auf der gegenüberliegenden zweiten Seite 3 ^' die Beschichtung 6 ^' erkennbar ist. Die Be- schichtung 6 ^' ist hier als eine metallische Beschichtung aus Nickel in einer Schichtdicke von 45 pm ausgebildet, die auf den Grundkörper 5 aufplattiert ist. Beim hier gewählten Einsatzhärten in Form einer Carbonitrierung der Lagerschale 1 b wird eine Dif- fusion von Kohlenstoff und Stickstoff in die Lagerschale 1 b auf der zweiten Seite 3 ^' aufgrund der Beschichtung 6 ^' verhindert. Dadurch verbleiben die Borde 7a ^' , 7b ^' der Lagerschale 1 b, die im Vergleich zum Rest der Lagerschale 1 b fertigungsbedingt eine geringere Materialstärke aufweisen, zumindest teilweise im ursprünglichen, ungehärteten Zustand des Grundkörpers 5 bestehen und sind dadurch ausreichend elastisch und im späteren Einsatz weniger anfällig für eine Rissbildung oder Bordbrüche. Weiterhin sind Haken 10 ^' an der Lagerschale 1 b vorhanden, die als Schnapphaken und/oder Verdrehsicherungen fungieren. Die Elastizität der Haken 10 ^' ist aufgrund der Beschichtung 6 ^' ebenso optimiert wie im Bereich der Borde 7a ^' , 7b ^' .

FIG 5 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein weiteres Halbschalenlagerl 00 ^' mit zwei Lagerschalen 1 a, 1 b. Gleiche Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Das Haibschalenlager 100 ^' ist in Form eines Haibschalennadellagers ausgebildet. Die beiden Lagerschalen 1 a, 1 b sind oberhalb und unterhalb eines Lagerkäfigs 8 mit Wälzkörpern 4 angeordnet. Die Wälzkörper 4 sind in dem La- gerkäfig 8, hier aus Kunststoff, gehalten. Dabei sind je zwei Wälzkörper 4 in einer Tasche des Lagerkäfigs 8 gehalten. Die Lagerschalen 1 a, 1 b weisen auf ihren dem Lagerkäfig 8 zugewandten ersten Seiten 2, 2 ^' jeweils eine gehärtete Randschicht 5a (vergleiche Figur 2) auf, welche jeweils die Laufbahn 2a, 2a ^' ausbildet und eine ausreichende Überrollbarkeit und Tragfähigkeit für die darauf abwälzenden Wälzkörper 4 aufweist. Die Borde 7a, 7b; 7a ^' , 7b ^' sowie die Haken 10; 10 ^' (vergleiche auch die Figuren 1 und 4) weisen ausgehend von der zweiten Seite 3, 3 ^' jeweils die Beschich- tung 6, 6 ^' auf, so dass in das an die Beschichtung 6, 6 ^' das angrenzende Grundmaterial 5 (vergleiche Figur 2) kein Kohlenstoff beziehungsweise kein Kohlenstoff und Stick- stoff eindiffundieren konnten. Damit sind die Borde 7a, 7b; 7a ^' , 7b ^' sowie die Haken 10; 10 ^' (vergleiche auch die Figuren 1 und 4) ausreichend elastisch und im späteren Einsatz weniger anfällig für eine Rissbildung oder Bord- /Hakenbrüche.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen lediglich Beispiele für Lagerschalen und Haibschalenlager. So ist die Ausbildung der Haken, das Vorhandensein eines Lagerkäfigs und dessen Ausgestaltung, weiterhin die Form und Lage der Taschen des Lagerkäfigs, usw. frei wählbar. Auch die Form und Ausrichtung der Borde kann variieren, insbesondere können die Borde anstelle eines durchgehenden Verlaufs an den Längsseiten der Lagerschale auch unterbrochen ausgebildet sein. So kann ein durchgehender Bord Öff- nungen aufweisen oder ein Bord sich aus einzelnen, in Form von umgeklappten Flügellaschen ausgebildeten Einzelborden zusammensetzen.

Bezugszeichenliste , 1 a, 1 b Lagerschale

; 2 ^' erste Seite

a, 2a ^' Laufbahn

; 3 ^' zweite Seite

Wälzkörper

Grundkörper

a gehärtete Randschicht

, 6 ^' Beschichtung

a, 7b; 7a ^' , 7b ^' Bord

Lagerkäfig

a, 9b; 9a ^' , 9b ^' Längsseite

0, 10 ^' Haken

00; 100 ^' Haibschalenlager