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Title:
METHOD FOR PRODUCING A BEARING RING OF A ROLLING-ELEMENT BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/176767
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a bearing ring (1) of a rolling-element bearing, wherein a ring body has a raceway (2) for rolling elements on a radially outer or inner circumferential surface and wherein the ring body has a cylindrical seating surface (3) on a radially inner or outer circumferential surface. In order to prevent the susceptibility of the bearing ring to crack formation, the cylindrical seating surface (3) according to the invention is produced by means of a hard-turning process, wherein the hard-turning process is the last chip-removal step of the seating surface or wherein only a honing process follows the hard-turning process.

Inventors:
LAI JUNBIAO (NL)
OLSCHEWSKI ARMIN (DE)
STUBENRAUCH ARNO (DE)
DE VRIES ALEXANDER (NL)
MENIG OTTO (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/060638
Publication Date:
November 26, 2015
Filing Date:
May 23, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SKF AB (SE)
International Classes:
B23P15/00; F16C33/64
Domestic Patent References:
WO1997037788A11997-10-16
Foreign References:
DE102012221740A12014-05-28
DE102012221742A12014-05-28
EP1157776A22001-11-28
EP1158194A22001-11-28
US20120269476A12012-10-25
DE102009040062A12011-03-10
Attorney, Agent or Firm:
KUHSTREBE, JOCHEN (DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings (1) eines Wälzlagers, wobei ein Ringkörper an einer radial außenliegenden oder innenliegenden Umfangsfläche mit mindestens einer Laufbahn (2) für Wälzkörper versehen wird und wobei der Ringkörper an einer radial innenliegenden oder außenliegenden Umfangsfläche mit einer zylindrischen Sitzfläche (3) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Sitzfläche (3) durch einen Hartdrehvorgang erzeugt wird, wobei der Hartdrehvorgang der letzte spanende Bearbeitungsschritt der Sitzfläche ist oder wobei sich an den Hartdrehvorgang nur noch ein Honvorgang anschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Sitzfläche (3) frei von einem Schleifbearbeitungsvorgang gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (1) vorgesehen wird, um mit seiner zylindrischen Sitzfläche (3), vorzugsweise mit Presssitz, auf einem oder in einem Bauteil angeordnet zu werden, wobei das Hartdrehen der zylindrischen Sitzfläche (3) und gegebenenfalls das sich anschließende Honen derart durchgeführt wird, dass der radiale Differenzbetrag (hc) zwischen maximalem und minimalem Wert über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche (3) höchstens gleich dem folgenden Wert ist: D

1 + ^ 42^00 ((σε - σΒ0„ \) - 1

5.000 mit: radialer Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem Wert des Radius über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche (3) in mm;

Durchmesser der zylindrischen Sitzfläche des Lagerrings (1) in mm;

Elastizitätsmodul des Materials des Lagerrings (1) in N/mm2 (MPa);

kritische Umfangsspannung im Lagerring (1) vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung, gegebenenfalls nach der Herstellung eines Presssitzes, in N/mm2 (MPa);

nominale Umfangsspannung im Lagerring (1) nach seiner

Montage, gegebenenfalls hervorgerufen durch einen Presssitz, m N/mm2 (MPa).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als kritische Umfangsspannung (oc) im Lagerring (1) vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung ein Wert zwischen 180 MPa und 220 MPa zugrunde gelegt wird, vorzugsweise von 200 MPa.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (2) hartgedreht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (2) hartgewalzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (2) und/oder die zylindrische Sitzfläche (3) brüniert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Lagerinnenring hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Lageraußenring hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Kegelrollenlager-Lagerring oder ein Zylinderrollenlager-Lagerring hergestellt wird.

Description:
B e s c h r e i b u n g

Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings eines Wälzlagers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings eines Wälzlagers, wobei ein Ringkörper an einer radial außenliegenden oder innenliegenden Umfangsfläche mit einer Laufbahn für Wälzkörper versehen wird und wobei der Ringkörper an einer radial innenliegenden oder außenliegenden Umfangsfläche mit einer zylindrischen Sitzfläche versehen wird.

Lagerringe dieser Art werden auf oder in einem Bauteil angeordnet. Beispielsweise kann ein Lagerinnenring mittels eines Presssitzes auf einer Welle angeordnet werden, um ihn dauerhaft während seiner Gebrauchsdauer auf diesem Bauteil zu fixieren. Bei entsprechender Belastung während des Einsatzes eines Wälzlagers treten mitunter Probleme mit Rissbildung im Laufbahnbereich auf. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, dass sich bei hohen Lasten und in Verbindung mit auftretendem Schlupf auf der Laufbahn Risse bilden, die auf der Laufbahnoberfläche in axiale Richtung verlaufen. Daher kommt es sehr häufig zu Reibkorrosion an der Lagerbohrung und an der gelagerten Welle. Zusätzlich ist eine Umlaufbiegung relevant, die bei der Rotation des Lagerrings wirkt.

Die genannten Effekte begrenzen die Gebrauchsdauer des Wälzlagers und führen mitunter zu frühzeitigen Ausfällen der Lagerung.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings zu schaffen, mit dem die Neigung zur Rissbildung jedenfalls stark reduziert ist. Auch soll das Auftreten von Reibkorrosion im Bereich der zylindrischen Sitzfläche des Lagers durch Wellenbiegung unter Last vermindert werden.

Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Sitzfläche durch einen Hartdrehvorgang erzeugt wird, wobei der Hartdrehvorgang der letzte spanende Bearbeitungsschritt der Sitzfläche ist oder wobei sich an den Hartdrehvorgang nur noch ein Honvorgang anschließt.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die zylindrische Sitzfläche frei von einem Schleifbear- beitungsvorgang gehalten wird.

Dabei hat es sich überraschend herausgestellt, dass ein besonders gutes Ergebnis erzielt wird, wenn besagter Hartdreh- und ggf. Honvorgang in einem solchen Maße durchgeführt wird, bis ein definierter maximaler radialer Differenzbetrag zwischen maximalem und mi- nimalem Wert über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche vorliegt. Konkret sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Lagerring vorgesehen wird, um mit seiner zylindrischen Sitzfläche, vorzugsweise mit Presssitz, auf einem oder in einem Bauteil angeordnet zu werden, wobei das Hartdrehen der zylindrischen Sitzfläche und gegebenenfalls das sich anschließende Honen derart durchgeführt wird, dass der radiale Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem Wert über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche höchstens gleich dem folgenden Wert ist:

mit: h c : radialer Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem

Wert des Radius über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche m mm;

D: Durchmesser der zylindrischen Sitzfläche des Lagerrings in mm;

E: Elastizitätsmodul des Materials des Lagerrings in N/mm 2 (MPa);

kritische Umfangsspannung im Lagerring vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung, gegebenenfalls nach der Herstellung eines Presssitzes, in N/mm 2 (MPa);

σ ηοπι : nominale Umfangsspannung im Lagerring nach seiner

Montage, gegebenenfalls hervorgerufen durch einen Presssitz, m N/mm 2 (MPa).

Als kritische Umfangsspannung (o c ) im Lagerring vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung - gegebenenfalls nach der Herstellung eines Presssitzes - wird bevorzugt ein Wert zwischen 180 MPa und 220 MPa zugrunde gelegt, vorzugsweise von 200 MPa.

Die Laufbahn des Lagerrings ist bevorzugt hartgedreht; sie kann auch hartgewalzt werden.

Die Laufbahn und/oder die zylindrische Sitzfläche sind bevorzugt brüniert. Das vorgeschlagene Verfahren hat sich besonders bei Lagerinnenringen bewährt. Genauso können aber auch Lageraußenringe hergestellt werden. Besonders bevorzugt werden Lagerringe von Kegelrollenlagern und von Zylinderrollenlagern erfindungsgemäß hergestellt.

Es hat sich gezeigt, dass die Neigung zur Rissbildung auf der Laufbahn des Lagerrings in erheblichem Maße reduziert werden kann, wenn das vorgeschlagene Verfahren eingesetzt wird. Ebenfalls kann Reibkorrosion vermindert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 im Radialschnitt den Lagerinnenring eines Kegelrollenlagers,

Fig. 2 für den zylindrischen Sitz des Lagerinnenrings nach Fig. 1 den Verlauf des Radius der Sitzfläche über dem Umfang und Fig. 3 den erfindungsgemäß maximal zulässigen radialen Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem Wert des Radius über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche als Funktion des Durchmessers der zylindrischen Sitzfläche für verschiedene nominale Umfangsspannungen im Lagerring. In Fig. 1 ist der Radialschnitt eines Kegelrollenlager-Innenrings 1 dargestellt. Der Ring hat in bekannter Weise eine kegelförmige Laufbahn 2 und eine zylindrische Sitzfiäche 3. Nicht dargestellt ist, dass der Lagerring 1 im eingebauten Zustand mit seiner zylindrischen Sitzfiäche 3 mit Presssitz auf einer Welle angeordnet ist. Der Presssitz wird in vielen Fällen Anwendung finden; er ist aber für die vorliegende Erfindung nicht zwingend.

Ist der Lagerring 1 auf der Welle mit Presssitz angeordnet, liegt im Lagerring eine nominale Umfangsspannung < nom vor (vorliegend in MPa angegeben; 1 Pa = 1 N/m 2 ), die durch den Presssitz hervorgerufen ist. In Fig. 2 ist diese Spannung illustriert.

Sofern kein Presssitz, sondern ein Lossitz vorliegt, ist die nominale Umfangsspannung <5 nom meist Null. Sie kann aber auch größer als Null sein, wenn beispielsweise im Falle eines Kegelrollenlager- Außenrings infolge einer Axiallast und einer hierdurch hervorgerufenen Aufweitung des Rings eine Umfangsspannung im Ring hervorgerufen wird.

Weiterhin ist eine kritische Umfangsspannung o c (in MPa) defmierbar, die im Lagerring nach der Herstellung, aber vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung herrschen darf. Dieser Wert ist materialabhängig und kann bei Stahl beispielsweise 200 MPa betragen. In Fig. 2 ist dargestellt, wie sich über den Umfang des Lagerrings 1 die zylindrische Bohrung mit ihrem nominalen Durchmesser D (in mm) im Radius verändert, wobei freilich der Verlauf der Bohrung stark überhöht dargestellt ist. Es ergibt sich, dass infolge der Un- gleichförmigkeit bzw. Welligkeit ein radialer Differenzbetrag zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert des Radius vorliegt; dieser Differenzbetrag ist mit h c bezeichnet.

Die zylindrische Bohrung 3 ist vorliegend durch Hartdrehen in ihre endgültige Form gebracht; es folgt kein weiterer mechanischer Bearbeitungsvorgang der Bohrung. Alternativ kann allenfalls noch ein Honprozess folgen. In jedem Falle ist die zylindrische Bohrung 3 nicht durch Schleifen bearbeitet.

Die Laufbahn kann klassisch hergestellt werden, d. h. dass die Endkontur mittels Schleifen hergestellt wird. Es ist aber bevorzugt auch hier ein Hartdrehen und/oder ein Hartwalzen möglich, an das sich ggf. ein Honen anschließt. Ein sehr vorteilhaftes Ergebnis und eine wesentliche Verbesserung gegen Risse in der Laufbahn werden erreicht, wenn der radiale Differenzbetrag hc folgenden Wert nicht überschreitet:

Wie der Verlauf von hc aussieht, ist für verschiedene Werte der nominale Umfangsspan- nung < nom über dem Durchmesser D und für Stahl als Ringmaterial (E = 210.000 N/mm 2 ) in Fig. 2 dargestellt. Hier ist eine kritische Umfangsspannung o c von 200 MPa angesetzt. Der Wert hc stellt den kritischen Wert der Ungleichmäßigkeit der Bohrung dar. Die genannte Formel ergibt den Wert für h c in mm, wenn auch der Durchmesser D in mm eingesetzt wird. Man erkennt, dass - je näher sich der nominale Spannungswert dem kritischen Spannungswert nähert - in Abhängigkeit des Durchmessers D ein immer geringeres Maß für h c angestrebt werden muss, um eine dauerhafte Vermeidung von Rissen auf der Laufbahn 2 sicherzustellen. Demgemäß wird bei der Umsetzung der erfindungsgemäßen Idee so vorgegangen, dass anhand der vorgesehenen Konstruktion und dem geplanten Einsatz des Wälzlagers zunächst bestimmt wird, mit welcher Umfangsspannung σ ηοπι beispielsweise der Lagerinnenring auf seiner Welle sitzen wird. Dies ergibt sich insbesondere aus der vorgesehenen Passung zwischen dem zylindrischen Sitz des Lagerrings und der Welle. Hierfür können ent- sprechende Rechenprogramme eingesetzt werden, mit denen sich die nominale Umfangsspannung im Lagerring ermitteln lässt, der sich aufgrund des vorgesehenen Presssitzes ergibt.

Dann wird die kritische Umfangsspannung o c im Lagerring bestimmt, wie sie nach der Herstellung des Presssitzes und vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung im Lagerring vorliegt. Dieser Wert ist werkstoffabhängig; ein Beispiel für besagte Spannung wurde oben genannt. Anschließend kann anhand der oben aufgeführten mathematischen Beziehung bestimmt werden, wie groß der radiale Differenzbetrag hc werden darf.

Das Hartdrehen bzw. das Honen werden dann schließlich so durchgeführt, dass der ermittelte maximale radiale Differenzbetrag eingehalten wird, was gegebenenfalls durch interaktives Messen geprüft wird.

Bezugszeichenliste

1 Lagerring

2 Laufbahn

3 zylindrische Sitzfläche

h c radialer Differenzbetrag zwischen maximalem und minimalem

Wert des Radius über dem Umfang der zylindrischen Sitzfläche D Durchmesser der zylindrischen Sitzfläche

E Elastizitätsmodul des Materials des Lagerrings

o c kritische Umfangsspannung im Lagerring vor dem Aufbringen einer äußeren Belastung und ggf. nach der Herstellung eines Presssitzes

<5 nom nominale Umfangsspannung im Lagerring, gegebenenfalls hervorgerufen durch einen Presssitz