DE102011077738A1

DE102011077738A1 - Wälzlagerring

Info

Publication number: DE102011077738A1
Application number: DE102011077738A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Huber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-20
Also published as: WO2012171806A1

Abstract

Ein Wälzlagerring (1) weist eine Laufbahn (2) für Wälzkörper und einen der Laufbahn (2) benachbarten Bord (4) auf, sowie einen zwischen dem Bord (4) und der Laufbahn (2) gebildeten Einstich (3), welcher als mechanisch verfestigte, Druckeigenspannungen aufweisende Zone ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wälzlagerrings.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlagerkomponenten sind grundsätzlich mit spanabhebenden und/oder spanlosen Verfahren herstellbar. Ein Wälzlager, nämlich Kugellager, welches wenigstens einen durch einen spanlosen Formgebungsprozess hergestellten Lagerring aufweist, ist beispielsweise aus der DE 10 2004 038 709 A1 bekannt.
Zwischen einer Laufbahn und einem Bord eines Lagerrings eines Wälzlagers kann ein Einstich ausgebildet sein. Verschiedene Möglichkeiten der Gestaltung des Übergangs zwischen einer Laufbahn und einem Bord eines Wälzlagerbauteils sind beispielsweise in der DE 10 2006 039 365 A1 offenbart.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzlagerring gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich Belastbarkeit und Dauerfestigkeit weiterzuentwickeln.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für den Wälzlagering und umgekehrt.
Der Wälzlagerring weist in an sich bekannter Gestaltung eine Laufbahn für Wälzkörper sowie mindestens einen der Laufbahn benachbarten Bord auf, wobei zwischen dem Bord und der Laufbahn ein Einstich gebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Einstich als mechanisch durch einen Walzvorgang verfestigte Zone ausgebildet. Durch den Walzvorgang sind Druckeigenspannungen erzeugbar, welche vor allem hinsichtlich der Dauerfestigkeit des Wälzlagerrings gegenüber herkömmlichen Lagerringen, bei welchen Einstiche typischerweise nur spanend bearbeitet sind, von Vorteil sind. Der Wälzlagerring eignet sich somit besonders für Anwendungsfälle mit hoher oder stark schwankender Belastung, wie in Planetengetrieben in Windkraftanlagen.
In bevorzugter Ausgestaltung weist der Wälzlagerring im Bereich seiner Laufbahn sowie des Einstiches eine Oberflächenhärte von mindestens 40 HRC und höchstens 70 HRC auf, wobei der Betrag der Oberflächenhärte im Bereich des Einstichs um höchstens 4 HRC, besonders bevorzugt um höchstens 2 HRC, geringer als im Bereich der Laufbahn ist. Hierunter fallen insbesondere Ausführungsformen, bei denen die Oberflächenhärte im Bereich des Einstichs größer als im Bereich der Laufbahn ist.
Der Wälzlagerring kann grundsätzlich als Lagerring eines Radiallagers ebenso ausgebildet sein wie als Lagerring eines Axiallagers oder eines Radial-Axial-Lagers. Im Fall einer Radiallagerung ist die radiale, gegenüber der Laufbahn des Wälzlagerrings gemessene Tiefe des Einstichs vorzugsweise um mindestens 10 %, insbesondere um mindestens 20%, größer als die axiale, gegenüber der inneren, den Wälzkörpern benachbarten Stirnseite des Bordes gemessene Tiefe des Einstichs.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Einstich des als Lagerring eines Radiallagers ausgebildeten Wälzlagerrings eine erste Flanke, welche an den sich in radialer Richtung erstreckenden Bord grenzt, sowie eine zweite Flanke, welche an die Laufbahn grenzt, auf, wobei zwischen den Flanken ein Winkel von mindestens 25° und höchstens 45° eingeschlossen ist, und wobei die Winkelhalbierende zwischen den Flanken mit der Symmetrieachse des Wälzlagerrings, das heißt der Rotationsachse des Wälzlagers, einen Winkel von mindestens 30° und höchstens 60°, insbesondere einen Winkel von mindestens 40° und höchstens 50°, einschließt. Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich stets auf die Rotationsachse des Wälzlagers.
Bei dem Wälzlagerring handelt es sich insgesamt um ein spanend bearbeitetes Wälzlagerteil. Der Einstich kann hierbei an einem bereits gehärteten Teil, das heißt Lagerring-Rohling, durch Hartdrehen erzeugt werden. Alternativ ist es auch möglich, den Einstich am noch ungehärteten Lagerring-Rohling im Rahmen der Weichbearbeitung spanabhebend herzustellen. Auch eine Kombination von spanender Weichbearbeitung und Hartdrehen ist möglich.
In allen Fällen ist zum Glatt- und Festwalzen des Einstichs ein Werkzeug vorgesehen, dessen Kontur einen mit dem Querschnitt des Einstichs übereinstimmenden Abschnitt aufweist. In einfachster Ausgestaltung erfolgt der Walzvorgang mit Kugeln, welche im Einstich abrollen und hierbei einer hohen Druckbelastung ausgesetzt werden. Ebenso können geeignet geformte, im Wesentlichen scheibenförmige Walzwerkzeuge, die an ihrem Umfang in den Einstich eingreifen, verwendet werden.
Unabhängig von den verwendeten Walzwerkzeugen werden durch vorherige spanende Bearbeitung erzeugte Zugspannungen im Einstich durch Einwirkung des Walzwerkzeugs in Druckspannungen umgewandelt, welche insbesondere die Biegewechselfestigkeit und damit die Lebensdauer des Wälzlagerrings sowie des gesamten Wälzlagers erhöhen.
Die Rauhigkeit im Bereich des Einstichs nach dem Walzvorgang beträgt vorzugsweise maximal 1,0 µm Ra, beispielsweise maximal 0,5 µm Ra, insbesondere maximal 0,2 µm Ra, besonders bevorzugt maximal 0,1 µm Ra.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 In einer Schnittdarstellung ausschnittsweise einen Wälzlagerring.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wälzlagerring, hinsichtlich dessen möglicher Einbausituation auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird, weist eine Laufbahn 2 auf, auf welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb des nicht weiter dargestellten Wälzlagers Rollen, beispielsweise Zylinder- oder Kegelrollen, abrollen. Die ungefähre Lage der Rotationsachse (nicht maßstäblich) des Wälzlagers ist in 1 mit R_L markiert. Das Wälzlager ist als Radiallager ausgebildet, wobei der dargestellte Wälzlagerring 1 ein Innenring dieses Lagers ist. Ein nicht dargestellter Außenring des Wälzlagers kann entsprechend gestaltet sein.
Die insgesamt zylindermantelförmige Laufbahn 2 ist seitlich, das heißt in axialer Richtung, durch einen Einstich 3 begrenzt, an welchen sich wiederum ein Bord 4 anschließt, der sich in radialer Richtung nach außen erstreckt und eine innere Stirnseite 5 aufweist, an welche die Wälzkörper des Wälzlagers anlaufen und damit auch axiale Kräfte aufnehmen können. Zwischen der Laufbahn 2 und der inneren Stirnseite 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein rechter Winkel gebildet. Abweichend hiervon kann, insbesondere bei Ausführung des Wälzlagers als Kegelrollenlager, an der entsprechenden Stelle auch ein von 90° verschiedener Winkel gebildet sein. In allen Fällen ist die Laufbahn 2 einstückig mit dem Bord 4 ausgebildet.
Bei der Herstellung des Wälzlagerrings 1 wird die Laufbahn 2 spanend bearbeitet. Ebenso wird, ausgehend von einem Lagerring-Rohling, aus welchem im Laufe der Bearbeitung der Wälzlagerring 1 entsteht, die der Endform nahe Kontur des Einstichs 3 durch spanende Bearbeitung, insbesondere Hartdrehen, erzeugt. Im Anschluss wird der Einstich 3 durch mechnische Bearbeitung mit einem entsprechend geformten Walzwerkzeug geglättet und zugleich verfestigt. Auf diese Weise entsteht im Bereich des Einstichs 3 eine Oberfläche mit einer Rauhigkeit von deutlich weniger als 1 µm, wobei bis zu einer Tiefe von mehr als 10 µm, beispielsweise bis zu einer Tiefe von mehr als 50 µm, Druckeigenspannungen vorliegen.
Der Einstich 3 weist insgesamt eine V-Form mit einer ersten, an den Bord 4 grenzenden Flanke 6, einer zweiten, an die Laufbahn 2 grenzenden Flanke 7, sowie einem im dargestellten, zur Rotationsachse R senkrechten Querschnitt kreisbogenförmigen, die Flanken 6, 7 verbindenen Grundbogen 8 auf. Eine Winkelhalbierende zwischen den Flanken 6, 7 ist mit W bezeichnet und schließt mit der Rotationsachse R einen Winkel β von 45° ein. Der mit α bezeichnete Winkel zwischen den Flanken 6, 7 beträgt 35° ± 2°.
Die in radialer Richtung, das heißt von der Laufbahn 2 aus radial nach innen, gemessene Tiefe des Einstichs 3 ist mit T_R bezeichnet. In analoger Weise ist die in axialer Richtung, das heißt von der inneren Stirnseite 5 des Bordes 4 aus axial nach außen, gemessene Tiefe des Einstichs 3 ist mit T_A bezeichnet. Die radiale Tiefe T_R ist um mindestens 10 %, im vorliegenden Fall um mehr als 20 %, größer als die axiale Tiefe T_A des Einstichs 3. Der Grundbogen 8 ist durch einen Radius R_E beschrieben, welcher um mindestens 25 % größer als die radiale Tiefe T_R und um mindestens 50 % größer als die axiale Tiefe T_A ist. Zusammen mit der mechanischen Nachbearbeitung des Einstichs 3 durch Walzen stellt diese Geometrie eine besonders hohe Belastbarkeit des Bordes 3 des Wälzlagerrings 1, auch bei schwingender Beanspruchung, sicher.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlagerring
2: Laufbahn
3: Einstich
4: Bord
5: innere Stirnseite
6: Flanke
7: Flanke
8: Grundbogen
α: Winkel
β: Winkel
R_E: Radius des Grundbogens des Einstichs
R_L: Rotationsachse des Lagers
T_A: Tiefe des Einstichs in axialer Richtung
T_R: Tiefe des Einstichs in radialer Richtung
W: Winkelhalbierende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004038709 A1 [0002]
DE 102006039365 A1 [0003]

Claims

Wälzlagerring (1), mit einer Laufbahn (2) für Wälzkörper und einem der Laufbahn (2) benachbarten Bord (4), sowie mit einem zwischen dem Bord (4) und der Laufbahn (2) gebildeten Einstich (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Einstich (3) als mechanisch verfestigte, Druckeigenspannungen aufweisende Zone ausgebildet ist.
Wälzlagerring (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Bereich seiner Laufbahn (2) sowie des Einstichs (3) eine Oberflächenhärte von mindestens 40 HRC und höchstens 70 HRC aufweist, wobei der Betrag der Oberflächenhärte im Bereich des Einstichs (3) um höchstens 4 HRC geringer als im Bereich der Laufbahn (2) ist.
Wälzlagerring (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Lagerring eines Radiallagers ausgebildet ist, wobei als Wälzkörper Rollen, nämlich Zylinder-, Tonnen- oder Kegelrollen, vorgesehen sind.
Wälzlagerring (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale, gegenüber der Laufbahn (2) gemessene Tiefe (T_R) des Einstichs (3) um mindestens 10 % größer als die axiale, gegenüber der inneren Stirnseite (5) des Bordes (4) gemessene Tiefe (T_A) des Einstichs (3) ist.
Wälzlagerring (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstich (3) eine erste Flanke (6), welche an den Bord (4) grenzt, sowie eine zweite Flanke (7), welche an die Laufbahn (2) grenzt, aufweist, wobei zwischen den Flanken (6, 7) ein Winkel (α) von mindestens 25° und höchstens 45° eingeschlossen ist, und wobei die Winkelhalbierende (W) zwischen den Flanken (6, 7) mit der Symmetrieachse (R_L) des Wälzlagerrings (1) einen Winkel (β) von mindestens 30° und höchstens 60° einschließt.
Wälzlagerring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhigkeit im Bereich des Einstichs (3) maximal 1,0 µm Ra beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings (1), mit folgenden Schritten: – Zwischen einer Laufbahn (2) und einem Bord (4) eines Lagerring-Rohlings wird ein Einstich (3) durch spanende Bearbeitung erzeugt, – der Einstich (3) wird durch Walzen verfestigt und geglättet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die spanende Herstellung des Einstichs (3) am ungehärteten Lagerring-Rohling erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die spanende Herstellung des Einstichs (3) am gehärteten Lagerring-Rohling erfolgt.
Verwendung eines Wälzlagerrings (1) nach Anspruch 1 in einem Getriebe, insbesondere einer Windkraftanlage.