DE102009056142A1

DE102009056142A1 - Spanlos hergestellte Lagerschale

Info

Publication number: DE102009056142A1
Application number: DE102009056142A
Authority: DE
Inventors: Richard Baier; Sven Hofmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-01
Also published as: WO2011064098A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lagerschale (8) sowie ein Schwenkwiegenlager, insbesondere für eine Axialkolben-Hydraulikeinheit. Ein solches Schwenkwiegenlager wird beispielsweise in Axialkolben-Hydraulikeinheiten mit veränderbarer Verdrängung eingesetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte Umformen eines blechförmigen Körpers zu einem im Wesentlichen topfförmigen Körper (1) und Heraustrennen der Lagerschale (8) aus dem topfförmigen Körper (1), wobei die Lagerschale (8) umfänglich nur einen Teil einer Seitenwand (3) des topfförmigen Körpers (1) umfasst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lagerschale sowie ein Schwenkwiegenlager, insbesondere für eine Axialkolben-Hydraulikeinheit. Ein solches Schwenkwiegenlager wird beispielsweise in Axialkolben-Hydraulikeinheiten mit veränderbarer Verdrängung eingesetzt.
Stand der Technik
Bei Axialkolben-Hydraulikeinheiten mit veränderbarer Fördermenge wird eine rotierende Schrägscheibe eingesetzt, deren Neigungswinkel gegenüber einer Rotationsachse der Schrägscheibe verändert werden kann. Durch diese Veränderung des Neigungswinkels kann die Verdrängung in einzelnen Kolben der Axialkolben-Hydraulikeinheiten verändert werden, so dass sich das Hubvolumen einstellen lässt. Die Veränderung dieses Neigungswinkels kann beispielsweise durch ein Schwenkwiegenlager erfolgen, d. h. die Schrägscheibe ist über bogenförmige Wälzlagersegmente schwenkbar gelagert. Ein Schwenkwiegenlager umfasst in der Regel zwei bogenförmige, d. h. kreisringsegmentförmige, Lagerschalen, die auf einander zugewandten Mantelflächen Laufbahnen für zumeist rollenförmige Wälzkörper aufweisen.
Aus der DE 10 2005 043 032 A1 ist ein Schwenkwiegenlager bekannt, umfassend eine metallische, kreissegmentförmige Lagerschale mit einer um eine Lagerachse angeordneten Laufbahn auf der eine Vielzahl von durch einen Käfig geführter Wälzkörper abrollen, wobei die Laufbahn axial durch jeweils einen Bord begrenzt wird. Die DE 10 2005 043 032 A1 schlägt vor, die Lagerschale aus einem Metallstreifen zu biegen und im Anschluss an diese Formgebung zu härten, um eine ausreichende Oberflächenhärte für die Laufbahn bereitzustellen. Um beim Härten keinen Verzug der Form der Lagerschale zu erhalten (Härteverzug), soll die Lagerschale gemäß der DE 10 2005 043 032 A1 bezüglich einer senkrecht zur Lagerachse stehenden Ebene symmetrisch ausgebildet sein; insbesondere soll die Lagerschale zwei identisch ausgeformte Borde aufweisen. Von Nachteil bei dem Herstellverfahren der DE 10 2005 043 032 A1 ist, dass zur Vermeidung eines Härteverzugs eine derart symmetrische Gestaltung der Lagerschale notwendig ist und/oder eine Fixierung der Lagerschale beim Härten erforderlich ist.
Neben der in der DE 10 2005 043 032 A1 beschriebenen spanlosen Fertigung von Lagerschalen, können Lagerschalen auch spanend hergestellt werden. Eine spanende Fertigung kann beispielsweise aus Rohrstücken erfolgen. Nachteilig bei einer spanenden Fertigung sind jedoch die hohen Fertigungskosten, bedingt durch den hohen Materialverlust und bedingt durch die aufwendige Bearbeitung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht ohne dass besondere Anforderungen an die Geometrie der herzustellenden Lagerschale gerichtet werden müssen und wobei das Auftreten eines Härteverzugs vermieden werden soll. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Schwenkwiegenlager bereitzustellen, welches einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Demzufolge ist ein Verfahren zum Herstellen einer Lagerschale gekennzeichnet durch die Schritte:

– Umformen eines blechförmigen Körpers zu einem im Wesentlichen topfförmigen Körper und
– Heraustrennen der Lagerschale aus dem topfförmigen Körper, wobei die Lagerschale umfänglich nur einen Teil einer Seitenwand des topfförmigen Körpers umfasst.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Schwenkwiegenlager, insbesondere für eine Axialkolben-Hydraulikeinheit, umfassend wenigstens eine Lagerschale sowie eine Vielzahl von auf einer Laufbahn der Lagerschale abrollenden Wälzkörpern, wobei die Lagerschale durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit aus zwei aufeinanderfolgenden Schritten, nämlich einem ersten Schritt zur Ausformung eines topfartigen Körpers und einem zweiten Schritt zur Heraustrennung einer Lagerschale aus diesem topfförmigen Körper.
Das Umformen des ersten Schrittes beginnt mit einem blechförmigen Körper, d. h. einem Körper dessen Dicke wesentlich kleiner ist als dessen Breite und Länge. Beispielsweise kann es sich um eine Metallplatte oder ein metallisches (Flach)band handeln.
Der durch die Umformung entstehende topfförmige Körper entspricht im Wesentlichen einem hohlzylindrischen Körper dessen eines Ende geschlossen ist. Der topfförmige Körper weist somit eine kreisförmige Bodenplatte und eine hohlzylindrische Seitenwand auf. Auf wenn im Rahmen der Umformung Änderungen in der Dicke des Ausgangsmaterial möglich sind, bleibt die Dicke vorzugsweise während der Umformung im Wesentlichen konstant.
Nach dieser Umformung wird aus der Seitenwand des topfförmigen Körpers eine Lagerschale herausgetrennt. Umfänglich erstreckt sich die Lagerschale nur über einen Teil der Seitenwand, d. h. die Lagerschale entspricht einem Segment der hohlzylindrischen Seitenwand.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass durch die Umformung eines blechförmigen Körpers in einen topfförmigen Körper auf einfache und kostengünstige Weise bereits die grundlegende Geometrie der Lagerschale bereitgestellt werden kann. So kann z. B. durch den Umformvorgang nicht nur die Krümmung der Lagerschale erzielt werden, sondern auch gleichzeitig bereits ein Bord und/oder weitere Funktionselemente der späteren Lagerschale angeformt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt somit eine vollkommen anderen Weg ein, als auch dem Stand der Technik bekannt.
Im Gegensatz zu einem spanenden Herstellungsverfahren ergibt sich ein wesentlich kostengünstigeres, da schnelleres Verfahren. Auch gegenüber dem in der DE 10 2005 043 032 A1 geschilderten Verfahren ergeben sich Kostenersparnisse, nämlich aufgrund des Verzichts auf einen separaten Arbeitsgang zur Ausformung der Borde. Im Übrigen vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren eine gegebenenfalls durchzuführende Härtung der Lagerschale nach dem Umformen, da der Boden des hohlzylindrischen Körpers bereits als eine Fessel beim Härten wirkt und somit einen Härteverzug verhindert. Eine Fessel entspricht in diesem Sinne einem die Form des zu härtenden Maschinenteils fixierenden Elements.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Umformen des blechförmigen Materials durch Tiefziehen oder Pressen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das blechförmige Material scheibenförmig oder ringförmig. Das Verfahren umfasst also das Umformen eines scheibenförmigen oder ringförmigen, blechförmigen Körpers zu einem im Wesentlichen topfförmigen Körper. Der topfförmige Körper kann hierbei derart geformt werden, dass dieser nur aus einer hohlzylindrischen Seitenwand und einem Boden besteht, d. h. insbesondere keinen Flansch an einem dem Boden gegenüberliegenden Ende aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Lagerschale axial im Wesentlichen eine komplette Seitenwand des topfförmigen Körpers. Eine axiale Erstreckung der Lagerschale entspricht somit einer axialen Erstreckung der Seitenwand des hohlzylindrischen Körpers. Auf diese Weise entfallen Nachbearbeitungsschritte, um die Breite der Lagerschale, d. h. deren axiale Erstreckung, auf das gewünschte Maß zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Lagerschale umfänglich maximal die Hälfte des Umfangs des topfförmigen Körpers. Den Anteil des Umfangs des topfförmigen Körpers, genauer den Anteil an dessen Seitenwand, den die Lagerschale einnimmt, wird durch die Anwendung in einem Schwenkwiegenlager bestimmt; in der Regel umschließen derartige Lagerschalen etwa 180 Grad, d. h. stellen etwa halbkreisförmige Ringsegmente dar. Ein halbkreisförmiges Ringsegment weist einen Mittelpunktswinkel von 180 Grad auf. Der Einsatz von Lagerschalen, die einen Mittelpunktswinkel von maximal 180 Grad aufweisen, weist den Vorteil auf, dass aus einem topfförmigen Körper mehr als eine Lagerschale herausgetrennt werden kann. Vorzugsweise umfasst die Lagerschale umfänglich weniger als die Hälfte des Umfangs des topfförmigen Körpers, weiter vorzugsweise entspricht der Mittelpunktswinkel der Lagerschale 160 bis 175 Grad. In diesem Fall können zwei Lagerschalen herausgetrennt werden. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Lagerschale umfänglich mehr als die Hälfte des Umfangs des topfförmigen Körpers umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Umformen des blechförmigen Körpers ein Ausbilden mindestens eines zumindest teilweise umfänglich verlaufenden Bordes und/oder mindestens eines radialen Vorsprungs. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt das Ausformen eines Bordes als axialen Anlauf für Wälzkörper in dem gleichen Schritt in dem die Krümmung der Lagerschale um die Lagerachse erzeugt wird. Vorzugsweise wird bei dem Umformvorgang nur ein Bord an einem axialen Ende der Laufbahn der Lagerschale ausgebildet. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren stellt die sich dadurch ergebende Asymmetrie bezüglich einer zur Lagerachse senkrecht stehenden Ebene keine Probleme bei einem nachfolgenden Härtevorgang dar. So wird ein Härteverzug durch die mit der Seitenwand verbundene Bodenplatte verhindert. Ein radialer Vorsprung kann als weiteres Funktionselement der Lagerschale eingebracht werden und z. B. als Endanschlag für einen die Wälzkörper führenden Käfig dienen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der topfförmige Körper vor dem Heraustrennen der Lagerschale wärmebehandelt. Eine Wärmebehandlung, z. B. ein Oberflächenhärten, ist sinnvoll, um eine ausreichende Härte einer Laufbahn auf der Lagerschale zu erreichen. Indem diese Wärmebehandlung vor dem Heraustrennen der Lagerschale, also zwischen dem ersten und dem zweiten Verfahrensschritt erfolgt, wird ein Härteverzug minimiert bzw. vollständig verhindert. So wirkt in diesem Fall die nicht zur (späteren) Lagerschale gehörende Struktur des hohlzylindrischen Körpers, also z. B. die Bodenplatte bzw. die übrigen Bereiche der Seitenwand, als Fessel.
Gemäß einer Ausführungsform wird durch das Umformen mindestens eine Sollbruchstelle für ein Heraustrennen der Lagerschale mittels Sprengen eingebracht. Zwar kann das Heraustrennen der Lagerschale auch durch spanende Bearbeitung, z. B. Sägen oder Trennschleifen erfolgen. Sofern jedoch der topfförmige Körper vor dem Heraustrennen der Lagerschale gehärtet wurde, kann die Lagerschale sehr einfach durch Sprengen aus dem topfförmigen Körper herausgetrennt werden. Vorzugsweise umfasst der erste Schritt des Umformens hierfür das Einbringen einer umfänglich verlaufenden Sollbruchstelle und/oder das Einbringen zumindest einer axial verlaufenden Sollbruchstelle. Vorzugsweise werden zwei axial verlaufende Sollbruchstellen an den jeweiligen gewünschten umfänglichen Enden der Lagerschale sowie eine umfänglich verlaufende Sollbruchstelle an dem den Boden des topfförmigen Körpers zugewandten axialen Ende der Lagerschale eingebracht. Diese Sollbruchstellen können z. B. durch ein entsprechend geformtes Tiefziehwerkzeug direkt im ersten Schritt der Umformung eingebracht werden. Möglich ist selbstverständlich auch das nachträgliche Einbringen der Sollbruchstellen nach dem ersten Schritt der Umformung zu einem topfförmigen Körper.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Heraustrennen der Lagerschale und/oder des Bodens durch Sprengen. Denkbar ist auch, dass das Heraustrennen der Lagerschale und/oder des Bodens durch Stanzen erfolgt. Beispielsweise kann in einem ersten Schritt der Boden des topförmigen Körpers herausgetrennt werden und anschließend die Lagerschale aus dem sich ergebenden hohlzylindrischen Körper herausgetrennt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das Verhältnis von Blechdicke zu Durchmesser des hohlzylinderförmigen Körpers im Bereich von 1:10 bis 1:100, vorzugsweise im Bereich von 1:20 bis 1:75, weiter vorzugsweise im Bereich von 1:30 bis 1:50. Es zeigte sich, dass derartige Verhältnisse einerseits eine gute Herstellung durch z. B. Tiefziehen oder Pressen erlauben und andererseits aber auch eine ausreichende Stabilität der resultierenden Lagerschalen bereitstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der blechförmige Körper im Wesentlichen eine konstante Blechdicke auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigen
1 einen durch den ersten Verfahrensschritt hergestellten topfförmigen Körper und
2 ein Schwenkwiegenlager, umfassend eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lagerschale.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind im Folgenden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt einen topfförmigen Körper 1, der aus einem blechförmigen Körper durch Umformen, z. B. Tiefziehen, hergestellt wurde. Der topfförmige Körper 1 weist eine kreisrunde Bodenplatte 2 sowie eine mit der Bodenplatte stoffschlüssig verbundene Seitenwand 3 auf. Die Bodenplatte 2 erstreckt sich senkrecht zu einer Lagerachse 4. Die Seitenwand 3 ist konzentrisch zur Lagerachse 4 angeordnet.
Wie insbesondere in der die Lagerachse 4 umfassenden Schnittdarstellung nach 1b zu erkennen ist, wurde im Umformschritt eine Sollbruchstelle 5 zwischen dem Boden 2 und der Seitenwand 3 erzeugt. Durch diese Sollbruchstelle 5 kann, nachdem der topfförmige Körper 1 gehärtet wurde, der Boden 2 und die Seitenwand 3 auf einfache Weise durch Sprengen voneinander getrennt werden, wobei sich eine präzise Trennstelle ergibt, die in der Regel nicht mehr nachbearbeitet werden muss.
Diese umfänglich verlaufende Sollbruchstelle 5 wurde derart positioniert, dass beim Trennen von Boden 2 und Seitenwand 3 ein umlaufender Bord 7 an der der Seitenwand 3 stehen bleibt. Dieser Bord 7 dient im Betrieb der späteren Lagerschale als Anlauf für Wälzkörperstirnseiten, wodurch diese axial gehalten werden. Der Bord 7 stellt somit eine axiale Begrenzung einer Laufbahn der späteren Lagerschale dar.
Weitere Sollbruchstellen 6 befinden sich axial verlaufend in der Seitenwand 3 und wurden ebenfalls im Umformschritt eingebracht. Diese Sollbruchstellen vereinfachen das Trennen von Lagerschale und restlicher Seitenwand durch Sprengen.
Im Umformschritt wurden schließlich auch radiale Vorsprünge 12 in die Seitenwand 3 eingebracht. Es handelt sich dabei beispielsweise um noppenförmige oder keilförmige Elemente, also um Formen, die durch den Umformschritt hergestellt werden können.
Der topfförmige Körper 1 ist vorgesehen für das Heraustrennen von zwei Lagerschalen. Jede der beiden herauszutrennenden Lagerschalen umfasst umfänglich weniger als die Hälfte des Umfanges der Seitenwand 3. Für das Heraustrennen der Lagerschalen wurden somit insgesamt vier axial verlaufende Sollbruchstellen 6 eingebracht.
2 zeigt ein Schwenkwiegenlager 13, umfassend eine Lagerschale 8, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurde.
Dargestellt ist die Lagerschale 8 sowie auf einer Laufbahn 9 der Lagerschale 8 abrollende und in einem Käfig 10 geführte, rollenförmige Wälzkörper 11. Der sich an einem axialen Ende der Lagerschale 8 befindliche Bord 7 verläuft umfänglich nahezu über die gesamte Lagerschale 8. Lediglich an den beiden umfänglichen Ende der Lagerschale 8 endet der Bord 7 etwas früher.
Bezugszeichenliste

1: topfförmiger Körper
2: Bodenplatte
3: Seitenwand
4: Lagerachse
5: Sollbruchstelle
6: Sollbruchstelle
7: Bord
8: Lagerschale
9: Laufbahn
10: Käfig
11: Wälzkörper
12: radialer Vorsprung
13: Schwenkwiegenlager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005043032 A1 [0003, 0003, 0003, 0003, 0004, 0014]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Lagerschale, umfassend die Schritte: – Umformen eines blechförmigen Körpers zu einem im Wesentlichen topfförmigen Körper und – Heraustrennen der Lagerschale aus dem topfförmigen Körper, wobei die Lagerschale umfänglich nur einen Teil einer Seitenwand des topfförmigen Körpers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des blechförmigen Materials durch Tiefziehen oder Pressen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das blechförmige Material scheibenförmig oder ringförmig ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale axial im Wesentlichen eine komplette Seitenwand des topfförmigen Körpers umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale umfänglich weniger als die Hälfte des Umfangs des topfförmigen Körpers umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des blechförmigen Körpers ein Ausbilden mindestens eines zumindest teilweise umfänglich verlaufenden Bordes und/oder mindestens eines radialen Vorsprungs umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der topfförmige Körper vor dem Heraustrennen der Lagerschale wärmebehandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Umformen mindestens eine Sollbruchstelle für ein Heraustrennen der Lagerschale mittels Sprengen eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heraustrennen der Lagerschale und/oder des Bodens durch Stanzen oder Sprengen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Blechdicke zu Durchmesser des hohlzylinderförmigen Körpers im Bereich von 1:10 bis 1:100, vorzugsweise im Bereich von 1:20 bis 1:75, weiter vorzugsweise im Bereich von 1:30 bis 1:50 liegt.
Schwenkwiegenlager, insbesondere für eine Axialkolben-Hydraulikeinheit, umfassend wenigstens eine Lagerschale sowie eine Vielzahl von auf einer Laufbahn der Lagerschale abrollenden Wälzkörpern, wobei die Lagerschale durch ein Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche hergestellt wurde.