Verfahren zur Herstellung der Wälzkörper eines Kugelrollenlagers

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Wälzkörper eines Ku- gelrollenlagers, dessen Wälzkörper als Kugelrollen ausgebildet sind.

Hintergrund der Erfindung

Kugelrollenlager sind Wälzlager mit speziellen, als Kugelrollen ausgebildeten Wälzkörpern, die ausgehend von einer Kugelgrundform jeweils zwei von dieser Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen aufweisen, zwischen denen jeweils die Laufflächen der Kugelrollen angeordnet sind. Derartige Kugelrollenlager sind seit langem in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise durch die DE 311 317 A oder die DE 42 34 195 A1 bekannt und zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie durch die spezielle Ausbildung ihrer Wälzkörper im Vergleich zu bauartgleichen Kugellagern entweder mit einer höheren Anzahl an Wälzkörpern befüllbar sind und dadurch eine höhere Tragfähigkeit aufweisen (Upgrading) oder mit der gleichen Tragfähigkeit ausgelegt werden können und dabei einen wesentlich kleineren Radial- bauraum benötigen (Downsizing). Ebenso ist es ein Vorteil solcher Kugelrollenlager, dass sie durch ihre Wälzkörperform entweder axial wesentlich schmaler als vergleichbare Kugellager ausgebildet werden können und dadurch zur Einsparung an axialem Einbauraum beitragen oder axial mit der gleichen Breite wie vergleichbare Kugellager auslegbar sind und dadurch ein wesentlich grö- ßeres Schmiermittelreservoir sowie eine höhere Lebensdauer aufweisen.

Durch die DE 10 2005 014 556 A1 ist es desweiteren bekannt, bei solchen Kugelrollenlagern die Breite der Kugelrollen zwischen ihren Seitenflächen mit etwa 70% des Durchmessers ihrer Kugelgrundform auszubilden, da die Kugelrollen dadurch eine Kontaktfläche zu ihren Laufbahnen in den Lagerringen aufweisen, wie sie auch die Kugeln herkömmlicher Rillenkugellager zu ihren Laufbahnen aufweisen. In der Praxis hat es sich zudem erwiesen, dass eine solche Breite ein Optimum hinsichtlich der radialen und axialen Tragfähigkeit des Kugelrollenlagers darstellt und es ermöglicht, dass eine hohe Anzahl Kugelrollen im Exzenter- oder Axialmontageverfahren in das Kugelrollenlager einfüllbar ist.

Mit der DE 102 10 670 B4 ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung der Wälzkörper eines Kugelrollenlagers bekannt geworden, dessen Wälzkörper als Kugelrollen ausgebildet sind, die an ihren Seitenflächen zusätzlich jeweils eine kreisförmige Stirnmulde als Schmiermittelreservoir aufweisen. Nach diesem Verfahren erfolgt die Herstellung der Kugelrollen derart, dass zunächst eine Vielzahl von Rohabschnitten in definierter Länge von einem Runddraht mit definiertem Durchmesser abgeschnitten werden, die danach durch Formpressen in der Form eines Gesenkwerkzeuges zu Kugelrollen-Rohlingen mit Stirnmulden umgeformt werden. Da bei diesem Formpressen bedingt durch einen Volumenüberschuss der Rohabschnitte gegenüber der Gesenkform ein sogenannter Saturnring am Laufbahnübergang von der einen Kugelrollenhälfte zur anderen Kugelrollenhälfte entsteht, wird dieser nach dem Auswerfen der Kugelrollen aus dem Gesenkwerkzeug in einem vierten Verfahrensschritt mit Hilfe eines gesonderten Werkzeuges entfernt. Abschließend erfolgt dann das Schleifen der Kugelrollen-Rohlinge auf die gewünschten Endabmessungen in einer Vertikal-Kugelschleifmaschine, die mit einer vertikal angeordneten feststehenden Schleifscheibe sowie mit einer parallel zu dieser angeordneten rotierenden Schleifscheibe ausgebildet ist und in beiden Schleifscheiben jeweils gegenüberliegend eine gleiche Anzahl koaxial zueinander angeordneter Schleifrillen aufweist. In einem ständigen Umlaufprozess werden zwischen diesen Schleifscheiben die Laufflächen Kugelrollen rund geschliffen, wobei das Schleifen zur Erhöhung der Genauigkeit zusammen mit herkömmlichen Lagerkugeln gleicher Größe erfolgt, die zuvor in einem bevorzugten Verhältnis von Größe erfolgt, die zuvor in einem bevorzugten Verhältnis von 25% Kugelrollen zu 75% Lagerkugeln miteinander vermischt wurden.

Bei einem solchen Herstellungsverfahren hat es sich jedoch als nachteilig er- wiesen, dass beim Formpressen der Kugelrollen-Rohlinge der erwähnte Saturnring am Laufbahnübergang von der einen Kugelrollenhälfte zur anderen Kugelrollenhälfte entsteht, der mit Hilfe eines gesonderten Werkzeuges erst aufwändig wieder entfernt werden muss und somit aufgrund weiterer notwendiger Fertigungsschritte und zusätzlicher Werkzeug kosten die Herstellungskos- ten für die Kugelrollen unnötig erhöht. Darüber hinaus hat das Entstehen eines solchen Saturnrings noch den Nachteil, dass sich auch alle Materialfasern unterhalb seiner Oberfläche an dessen Verlauf ausrichten, so dass nach dem Entfernen des Saturnrings ein senkrecht zur Lauffläche der Kugelrollen gerichteter Materialfaserverlauf entsteht, der sich negativ auf die Bauteilfestigkeit und Belastbarkeit der Kugelrollen auswirkt.

Ebenso ist es von Nachteil, dass das Schleifen der Kugelrollen auf ihre Endabmessungen unter Vermischung mit Lagerkugeln gleicher Größe in einer Vertikal-Kugelschleifmaschine durchgeführt wird, da es dabei zu einem Aufeinanderfallen der Kugelrollen und Lagerkugeln innerhalb der Schleifrillen in den Schleifscheiben durch Schwerkraft kommen kann, welches zu Schlagverletzun-gen an den Kugelrollen bzw. an deren Laufflächen führt, die wegen der Einhaltung vorgesehener Endabmessungen beim Schleifen nicht mehr entfernt werden können. Gleichzeitig können durch das Vermischen der Kugelrollen mit Lagerkugeln in einem Verhältnis von 25:75 pro Schleifprozess nur sehr geringe Losgrößen hergestellt werden, die im Zusammenhang mit Prozesszeiten von bis zu 150 Stunden pro Schleifvorgang zu einer weiteren nachteiligen Steigerung der Herstellungskosten für die Kugelrollen beitragen.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung der Wälzkörper eines Kugelrollenlagers zu konzipieren, mit welchem einerseits beim Formpressen der Kugelrollen-Rohlinge das Entstehen von Saturnringen am Laufbahnübergang von einer Kugelrollenhälfte zur anderen Kugelrollenhälfte und der damit verbundene nachteilige Material- faserverlauf unterhalb der Laufbahnen der Kugelrollen vermieden und andererseits beim Schleifen der Kugelrollen das Aufeinanderfallen der Kugelrollen innerhalb der Schleifrillen in den Schleifscheiben durch Schwerkraft und die damit verbundenen Schlagverletzungen an den Laufflächen der Kugelrollen ausgeschlossen werden kann und welches sich insgesamt durch hohe Losgrö- ßen pro Schleifprozess und niedrigen Herstellungskosten auszeichnet.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren nach dem Oberbeg- riff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die abgeschnittenen Rohabschnitte ein Volumen aufweisen, durch das bei deren Formpressen zum einen ein annähernd tangentialer Laufbahnübergang von einer Kugelrollenhälfte zur anderen Kugelrollenhälfte sowie zum anderen unterhalb der Laufflächen der Kugelrollen parallel oder annähernd parallel zu diesen Laufflächen verlaufende Materialfa- sern entstehen, und dass das Schleifen der Kugelrollen-Rohlinge auf ihre Endabmessungen in einer ausschließlich mit Kugelrollen-Rohlingen gleicher Größe beschickten Horizontal-Kugelschleifmaschine erfolgt.

Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es durch exaktes Ablängen der Rohabschnitte von dem verwendeten Runddraht bzw. durch die damit einhergehende genaue Volumenbestimmung der Rohabschnitte möglich ist, beim Formpressen der Kugelrollen-Rohlinge das Entstehen von Saturnringen am Laufbahnübergang von einer Kugelrollenhälfte zur anderen Kugelrollenhälfte wirksam zu vermeiden und damit einen für die Bauteilfestigkeit und Belastbarkeit der Kugelrollen vorteilhaften, parallel zu deren Laufbahnen ausgerichteten Materialfaserverlauf unterhalb der Laufbahnen der Kugelrollen herzustellen. Ebenso wurde erkannt, dass es durch das Schleifen der Kugelrollen- Rohlinge auf ihre Endabmessungen in einer ausschließlich mit Kugelrollen- Rohlingen gleicher Größe beschickten Horizontal-Kugelschleifmaschine möglich ist, ein Aufeinanderfallen der Kugelrollen innerhalb der Schleifrillen in den Schleifscheiben durch Schwerkraft und die damit verbundenen Schlagverletzungen an den Kugelrollen bzw. an deren Laufflächen wirksam auszuschlie- ßen, da dies beim Horizontalschleifen nicht mehr auftreten kann. Da das Schleifen der Kugelrollen-Rohlinge außerdem ausschließlich mit Kugelrollen- Rohlingen gleicher Größe erfolgt, sind darüber hinaus auch große Losgrößen pro Schleifprozess sowie insgesamt niedrige Herstellungskosten erzielbar.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass das Abschneiden der Rohabschnitte von einem Runddrahtcoil erfolgt, welches aus einem Stranggussdraht aus 100 Cr 6 besteht. Diese Stahlsorte wird in aller Regel auch bei der Herstellung von Lagerkugeln oder anderen Wälzkörpern verwendet und zeichnet sich vor allem durch gute Umform- barkeit, gute Härteeigenschaften sowie hohe Festigkeit und Elastizität aus.

Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass nach dem Abschneiden der Rohabschnitte von dem Runddraht ein Waschen der Rohabschnitte zur Beseitigung von Verunreinigungen beim Schneidpressen erfolgt. Dieser Verfahrensschritt ist jedoch optional, d. h. er erhöht die Qualität des Herstellungsprozesses ist jedoch nicht zwingend nötig.

Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus noch dadurch aus, dass nach dem Formpressen der Kugelrollen-Rohlinge noch ein weiteres Waschen der Kugelrollen-Rohlinge erfolgt, um auch hier wieder die beim Formpressen entstandenen Verunreinigungen zu beseiti- gen. Danach werden die Kugelrollen-Rohlinge ein erstes mal in die Horizontal- Kugelschleifmaschine eingefüllt und im noch wärmeunbehandelten also weichen Zustand auf eine Genauigkeit geschliffen, die mit der Genauigkeit G 30 bei Lagerkugeln vergleichbar ist. An dieses Weichschleifen schließt sich dann die Wärmebehandlung der Kugelrollen an, die in bekannter Weise aus einem Durchhärten, dem Abschrecken und dem Anlassen bei für Lagerkugeln üblichen Temperaturen besteht. Die dabei entstehenden Verzunderungen werden dann schließlich noch durch einen Trommel- bzw. Gleitschleifprozess beseitigt, bei dem die Kugelrollen zusammen mit Steinkörnern und Wasser in einer Trommel umgewälzt werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nach Anspruch 5 desweiteren, dass nach dem Trommeln der Kugelrollen opti- onal noch ein Kaltverfestigen der Laufflächen der Kugelrollen durch Verwirbeln in einer Trommel erfolgt. Hierbei werden die Kugelrollen ebenfalls in eine Trommel eingefüllt und miteinander verwirbelt, so dass es durch das Aufeinan- derschlagen der Kugelrollen zu einer Kaltverfestigung ihrer Laufflächen kommt.

Schließlich wird es in weiterer Präzisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Anspruch 6 noch vorgeschlagen, dass das Schleifen der Kugelrollen auf ihre Endabmessungen in zwei Teilschritten durchgeführt wird. Für den ersten Teilschritt werden die Kugelrollen dabei ein zweites mal in eine Horizontal- Kugelschleifmaschine eingefüllt und mit einer Genauigkeit vorgeläppt, die mit der Genauigkeit G 20 bei Lagerkugeln vergleichbar ist, während in einem folgenden zweiten Teilschritt die Kugelrollen in eine weitere Horizontal- Kugelschleifma-schine eingefüllt werden, in der dann das Fertigläppen der Kugelrollen mit einer bei Lagerkugeln vergleichbaren Genauigkeit G 10 erfolgt. Die Hohzontal-Kugel-schleifmaschine zur Durchführung der beschriebenen Schleifprozesse besteht dabei im Wesentlichen aus einer horizontal angeordneten feststehenden Schleifscheibe sowie einer parallel zu dieser angeordneten rotierenden Schleifscheibe, wobei in beiden Schleifscheiben jeweils gegenüberliegend eine gleiche Anzahl koaxial zueinander angeordneter Schleifrillen angeordnet ist, zwischen denen die Kugelrollen chaotisch zueinander ange- ordnet sind und deren Laufflächen rund geschliffen werden. Eine Besonderheit dieser Hohzontal-Kugel-schleifmaschine ist es, dass die Schleifrillen in den Schleifscheiben eine Rillentiefe aufweisen, die dem 2 bis 3-fachen der Abflachung der Kugelrollen vom Durchmesser ihrer Kugelgrundform entspricht, um damit die Mitnahme der Kugelrollen bzw. deren Fortbewegen zwischen den Schleifscheiben in jeder ihrer möglichen Stellungen zu gewährleisten. Das Fortbewegen der Kugelrollen wird dabei außerdem noch durch ein flüssiges Schleifmittel unterstützt, welches zugleich eine Kühlung und Reinigung der Schleifscheiben der in Bearbeitung befindlichen Kugelrollen bewirkt.

Als letzter Verfahrensschritt erfolgt dann abschließend noch eine Endkontrolle der Kugelrollen bzw. ein Sortieren der Kugelrollen nach verschiedenen Genauigkeitsqualitäten, indem diese über geschlitzte Laufbahnen mit darunter befind- liehen Auffangbehältern gerollt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine vergrößerte Schnittansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Kugelrolle;

Figur 2 eine vergrößerte Seitenansicht einer erfindungsgemäß herge- stellten Kugelrolle;

Figur 3 einen Rohabschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten Kugelrolle vor dem Formpressen;

Figur 4 einen Kugelrollen-Rohling einer erfindungsgemäß hergestellten

Kugelrolle nach dem Formpressen;

Figur 5 eine Vergrößerung der Einzelheit X an dem Kugelrollen-

Rohling gemäß Figur 4;

Figur 6 eine Vergrößerung der Einzelheit X gemäß Figur 4 an einem

Kugelrollen-Rohling des Standes der Technik

Figur 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung der Schleifscheiben einer Hohzontal-Kugelrollenschleifmaschine. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Figuren 1 und 2 geht deutlich ein als Kugelrolle 1 ausgebildeter Wälzkörper eines Kugelrollenlagers hervor, der ausgehend von einer Kugelgrund- form jeweils zwei von dieser Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen 2, 3 aufweist und mit kreisförmigen Stirnmulden 4, 5 in diesen Seitenflächen 2, 3 ausgebildet ist. Zwischen diesen Seitenflächen 2, 3 ist deutlich sichtbar die Lauffläche 6 der Kugelrolle 1 angeordnet, wobei die Breite b _κ der Kugelrolle 1 zwischen den Seitenflächen 2, 3 etwa 70% des Durchmessers d _κ ihrer Kugelgrundform beträgt.

Die Herstellung dieser Kugelrollen 1 erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Ver- fahren derart, dass zunächst eine Vielzahl von Rohabschnitten 7 in definierter Länge von einem als Stranggussdraht der Güte 100 Cr 6 ausgebildeten Runddraht mit definiertem Durchmesser abgeschnitten werden, die danach zur Beseitigung von Verunreinigungen beim Schneidpressen gewaschen werden. Anschließend werden die Rohabschnitte, wie in den Figuren 3 und 4 darge- stellt, durch Formpressen in der Form 9 eines Gesenkwerkzeuges 10 zu Kugelrollen-Rohlingen 8 mit Stirnmulden 4, 5 umgeformt und ein weiteres mal gewaschen, um auch hier wieder die beim Formpressen entstandenen Verunreinigungen zu beseitigen. Durch die Figuren 4 und 5 wird dabei deutlich, dass die abgeschnittenen Rohabschnitte 7 ein Volumen aufweisen, durch das bei deren Formpressen im Gegensatz zu den in Figur 6 gezeigten, nach dem im Stand der Technik beschriebenen Verfahren hergestellten Kugelrollen, ein annähernd tangentialer Laufbahnübergang 11 von einer Kugelrollenhälfte zur anderen Kugelrollenhälfte entsteht und sich gleichzeitig die unterhalb der Laufflächen 6 der Kugelrollen 1 verlaufenden Materialfasern 12 parallel oder annähernd pa- rallel zu diesen Laufflächen 6 ausrichten.

In nicht näher dargestellter Weise werden die Kugelrollen-Rohlinge 8 dann ein erstes mal in eine ausschließlich mit Kugelrollen-Rohlingen 8 gleicher Größe beschickte Hohzontal-Kugelschleifmaschine 13 eingefüllt und im noch wärme- unbehandelten also weichen Zustand auf eine Genauigkeit geschliffen, die mit der Genauigkeit G 30 bei Lagerkugeln vergleichbar ist. An dieses Weichschleifen schließt sich dann die Wärmebehandlung der Kugelrollen 1 an, die in bekannter Weise aus einem Durchhärten, dem Abschrecken und dem Anlassen bei für Lagerkugeln üblichen Temperaturen besteht. Die dabei entstehenden Verzunderungen werden dann noch durch einen Trommel- bzw. Gleitschleif- prozess beseitigt, bei dem die Kugelrollen 1 zusammen mit Steinkörnern und Wasser in einer Trommel umgewälzt werden.

Abschließend wird dann in zwei Teilschritten das Schleifen der Kugelrollen- Rohlinge 8 auf ihre Endabmessungen in einer ebenfalls ausschließlich mit Kugelrollen-Rohlingen 8 gleicher Größe beschickten Hohzontal-Kugelschleifma- schine 13 durchgeführt. Für den ersten Teilschritt werden die Kugelrollen 1 dabei ein zweites mal in eine Horizontal- Kugelschleifmaschine 13 eingefüllt und mit einer Genauigkeit vorgeläppt, die mit der Genauigkeit G 20 bei Lagerkugeln vergleichbar ist, während in einem folgenden zweiten Teilschritt die Kugelrollen in eine weitere Hohzontal-Kugelschleifmaschine 13 eingefüllt werden, in der dann das Fertigläppen der Kugelrollen 1 mit einer bei Lagerkugeln vergleichbaren Genauigkeit G 10 erfolgt.

Die Hohzontal-Kugelschleifmaschine 13 zur Durchführung der beschriebenen Schleifprozesse besteht dabei, wie in Figur 7 zu sehen ist, im Wesentlichen aus einer horizontal angeordneten feststehenden Schleifscheibe 14 sowie einer parallel zu dieser angeordneten rotierenden Schleifscheibe 15, wobei in beiden Schleifscheiben 14, 15 jeweils gegenüberliegend eine gleiche Anzahl koaxial zueinander angeordneter Schleifrillen 16 angeordnet ist, zwischen denen die Kugelrollen 1 chaotisch zueinander angeordnet sind und deren Laufflächen 6 rund geschliffen werden. Eine Besonderheit dieser Horizontal- Kugelschleifma-schine 13 ist es, dass die Schleifrillen 16 in den Schleifschei- ben 14, 15 eine Rillentiefe R _τ aufweisen, die dem 2- bis 3-fachen der Abflachung A _κ der Kugelrollen 1 vom Durchmesser d _κ ihrer Kugelgrundform entspricht, um damit die Mitnahme der Kugelrollen 1 bzw. deren Fortbewegen zwischen den Schleifscheiben 14, 15 in jeder ihrer möglichen Stellungen zu ge- währleisten. Das Fortbewegen der Kugelrollen 1 wird dabei außerdem noch durch ein in Figur 7 in den Schleifrillen 16 angedeutetes flüssiges Schleifmittel unterstützt, welches zugleich eine Kühlung und Reinigung der Schleifscheiben 14, 15 sowie der in Bearbeitung befindlichen Kugelrollen 1 bewirkt.

Als letzter Verfahrensschritt erfolgt dann noch eine Endkontrolle der Kugelrollen 1 bzw. ein Sortieren der Kugelrollen 1 nach verschiedenen Genauigkeitsqualitäten, indem diese über geschlitzte Laufbahnen mit darunter befindlichen Auffangbehältern gerollt werden.

Bezugszahlenliste

1 Kugelrolle

2 Seitenfläche

3 Seitenfläche

4 Stirnmulde

5 Stirnmulde

6 Lauffläche

7 Rohabschnitt

8 Kugelrollen-Rohling

9 Gesenkform

10 Gesenkwerkzeug

11 Laufbahnübergang

12 Materialfasern

13 Horizontal-Kugelschleifmaschine

14 Schleifscheibe

15 Schleifscheibe

16 Schleifrillen in 14

17 Schleifrillen in 15 b _κ Breite von 1 dK Durchmesser von 1

RT Rillentiefe von 14, 15

AK Abflachung von d _κ