DE102011081306A1

DE102011081306A1 - Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles und Wälzlagerbauteil

Info

Publication number: DE102011081306A1
Application number: DE102011081306A
Authority: DE
Inventors: Heinz Pedrotti; Manfred Gessner; Torsten Keller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-02-28
Also published as: WO2013026634A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles, umfassend die Schritte Rundbiegen eines Rohres (1), so dass zwei Enden (3, 4) des Rohres (1) eine durch einen Spalt beabstandete Stoßstelle (5) bilden und Orbitalschweißen der Stoßstelle (5). Die Erfindung betrifft ferner ein Wälzlagerbauteil, umfassend einen ringförmigen Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper eine Orbitalschweißnaht aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles, insbesondere einer Bordscheibe für ein Pendelrollenlager, sowie ein Wälzlagerbauteil, umfassend einen ringförmigen Hohlkörper.
Wälzlagerbauteile wie z.B. Bordscheiben für Pendelrollenlager oder auch Lagerringe umfassen einen typischerweise rotationssymmetrischen Korpus, der konzentrisch zu einer Lagerachse des Wälzlagers angeordnet ist. Diese Wälzlagerbauteile werden in der Regel durch spanende Bearbeitung hergestellt, indem ein massiver Rohling in eine im Wesentlichen der Endform entsprechenden Geometrie gedreht wird, und dieser nach anschließender Wärmebehandlung geschliffen bzw. gehont wird.
Wenngleich diese Art der Herstellung weit verbreitet ist, ergibt sich dennoch aufgrund der massiven Wälzlagerbauteile einer hoher Materialeinsatz mit entsprechenden Kosten.
Es ist bereits bekannt, Wälzlagerbauteile aus Hohlkörpern herzustellen, was insbesondere bei weniger belasteten Bauteilen eine Möglichkeit zur Kostenreduzierung darstellt.
Aus der DE 30 22 227 A1 ist es bekannt, Wälzlagerbauteile eines Großwälzlagers in Leichtbauweise durch gerundete und an ihren Enden zusammengefügte Lagerringe herzustellen, wobei die Lagerringe durch in ihrem Querschnitt geschlossene Hohlprofile gebildet werden.
Aus der DE 10 2009 036 347 A1 ist bekannt, Bordscheiben für Pendelrollenlager durch ein rundgebogenes Rohr herzustellen, welches nach dem Rundbiegen an den Enden durch Widerstandsschweißen oder Laserschweißen verbunden wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Wälzlagerbauteilen und Wälzlagerbauteile anzugeben, wobei das Verfahren einfach und kostengünstig auszuführen ist und qualitativ hochwertige Wälzlagerbauteile bereitstellt und das Wälzlagerbauteil eine hohe Festigkeit aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Demzufolge umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles die Schritte Rundbiegen eines Rohres, so dass zwei Enden des Rohres eine durch einen Spalt beabstandete Stoßstelle bilden und Orbitalschweißen der Stoßstelle.
Als Ausgangsmaterial können somit herkömmliche, metallische Rohre eingesetzt werden, die sowohl kostengünstig als auch in vielfältigen Durchmessern und Wandstärken verfügbar sind. Möglich ist einerseits, dass vor dem Rundbiegen ein Rohrstück der benötigen Länge bereitgestellt wird, z.B. von einem längeren Rohr abgetrennt wird. Die benötigte Länge resultiert aus dem gewünschten Durchmesser, z.B. Teilkreisdurchmesser, des späteren Wälzlagerbauteiles bzw. Wälzlagers. Alternativ ist ebenso möglich, dass das Rundbiegen des Rohres an einem deutlich längerem Rohr, quasi einem Endlosrohr, erfolgt und erst nach dem Rundbiegen das rundgebogene Rohr abgetrennt wird. Die ursprünglich vorhandene Querschnittsgeometrie des Rohres bleibt bei dem Rundbiegen im Wesentlichen erhalten.
Das Rundbiegen erfolgt solange, bis ein mit Ausnahme einer Stoßstelle geschlossener Kreisring entsteht. An der Stoßstelle liegen sich die beiden Enden des Rohres gegenüber und können sich kontaktieren oder aber durch einen Spalt voneinander getrennt sein.
Erfindungsgemäß wird das rundgebogene Rohr nun mittels Orbitalschweißen verbunden. Das Orbitalschweißen ist ein Schutzgasschweißen, z.B. ein Metallschutzgasschweißen (MSG) oder ein Wolfram-Inertgasschweißen (WIG), welches vollmechanisch ausgeführt wird, indem ein Lichtbogen maschinell ohne Unterbrechung den kompletten Umfang der Fügestelle umfährt und dabei verschweißt. Das derart verschweißte Rohr bildet somit einen geschlossenen Ringkörper.
Gegenüber herkömmlichen Verbindungstechniken ergibt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Fügestelle mit sehr hoher Festigkeit. Dabei hat die Erfindung erkannt, dass der Einsatz von Orbitalschweißen insbesondere bei rohrförmigen Wälzlagerbauteilen die nach dem Verschweißen einer Querschnittsumformung unterworfen werden äußerst vorteilhaft ist, da durch die sicherere Schweißverbindung die Ausschussquote gesenkt werden kann. So zeigte sich, dass die orbitalgeschweißten Rohre gegenüber herkömmlich geschweißten Rohren stärkeren Querschnittsumformungen ausgesetzt werden können. Darüber hinaus sind durch das Orbitalschweißen die bei anderen Schweißverfahren in der Regel notwendigen Entlüftungsbohrungen in dem Rohr grundsätzlich nicht mehr erforderlich – wenn gleich diese natürlich weiterhin vorgesehen werden können. Schließlich ist eine hohe Oberflächenqualität der Schweißnaht möglich, so dass einerseits eine Nachbearbeitung der Schweißnaht entfallen kann und andererseits das Wälzlagerbauteil hohen optischen Qualitätsansprüchen genügt.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann für verschiedenartige Wälzlagerbauteile eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wälzlagerbauteil eine Bordscheibe eines Pendelrollenlagers ist. Ebenso denkbar ist, dass es sich bei dem Wälzlagerbauteil um einen Lagering oder um einen Teil eines Wälzlagerkäfigs handelt.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Rohr vor dem Rundbiegen ein gerades Rohr mit kreisförmigem Querschnitt ist, so dass handelsübliche Metallrohre eingesetzt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach dem Rundbiegen Biegeenden des Rohres entfernt werden. Derartige Biegeenden können aufgrund der Einspannung des Rohres in einer entsprechenden Biegemaschine entstehen.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach dem Orbitalschweißen eine Querschnittsumformung des Rohres erfolgt. Die Querschnittsumformung dient dem Zweck, dem torusförmigen, geschlossenen Ring die für das Wälzlagerbauteil gewünschte Querschnittsgeometrie zu geben. Sofern es sich bei dem Wälzlagerbauteil um eine Bordscheibe für ein Pendelrollenlager handelt, wird durch die Querschnittsumformung z.B. ein trapezförmiger Querschnitt geformt. Sowohl die Form des trapezförmigen Querschnitts (z.B. kürzere radial innen ausgebildete Mantelflächen im Vergleich zu der radial außen ausgebildeten Mantelfläche) als auch die Abmaße entsprechen dabei jenen von herkömmlichen, massiven Bordscheiben. Der Ersatz herkömmlicher Bordscheiben ist daher jederzeit ohne konstruktive Änderungen am Pendelrollenlager möglich. Sofern es sich bei dem Wälzlagerbauteil um einen Lagerring handelt, wird durch die Querschnittsumformung eine Laufbahn zum Abrollen von Wälzkörpern und gegebenenfalls Borde zum Halten bzw. zum Anlauf der Wälzkörper geformt.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Rohr eine Wanddicke zwischen 1 und 2,5 mm und/oder einen Ausgangsdurchmesser zwischen 15 und 22 mm aufweist. Es zeigte sich, dass die genannten Wandstärken einerseits noch die notwendige Festigkeit für die Funktionalität des Wälzlagerbauteiles bereitstellen. Andererseits wird jedoch eine spürbare Reduzierung des Materialeinsatzes erreicht.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Wälzlagerbauteil, umfassend einen ringförmigen Hohlkörper, wobei der Hohlkörper eine Orbitalschweißnaht aufweist.
Das erfindungsgemäße Wälzlagerbauteil vereint ein niedriges Gewicht und letztendlich auch geringe Materialkosten mit einer durch die Orbitalschweißnaht erreichten hohen Festigkeit.
Insbesondere benötigt das Wälzlagerbauteil keine Entlüftungsbohrungen, wie sie bei herkömmlich verschweißten Hohlkörpern bzw. Hohlringen bekannt sind. Gemäß einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass der Hohlkörper hermetisch abgeschlossen ist.
Das Wälzlagerbauteil ist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Bordscheibe eines Pendelrollenlagers. Alternativ kann es sich auch um einen Lagerring oder ein Bauteil eines Wälzlagerkäfigs handeln.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 ein rundgebogenes Rohr zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles mit Entlüftungsbohrungen,
2 ein rundgebogenes Rohr zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles ohne Entlüftungsbohrungen,
3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteiles in Form einer Bordscheibe und
4 ein Pendelrollenlager.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein rundgebogenes Rohr 1 zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles, wie z.B. einer Bordscheibe für ein Pendelrollenlager.
Das Rohr 1 wurde durch Rundbiegen eines abgelängten Rohres mit kreisrundem Querschnitt hergestellt. Auch nach dem Rundbiegen weist das Rohr 1 einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf. Etwaige Biegeenden, also Bereiche, in denen das Rohr 1 aufgrund der Einspannung in der Biegevorrichtung nicht gebogen werden konnte, sind bereits entfernt worden.
Das Rohr 1 bildet einen um eine Rotationsachse 5 im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ringtorus, der jedoch an einer Stoßstelle 2 nicht verbunden ist. Vielmehr sind die beiden Enden 3, 4 zwar einander zugewandt, jedoch durch einen geringen Spalt voneinander beabstandet. Durch einen dem Rundbiegen mittelbar oder unmittelbar nachgeschalteten Schritt des Verschweißens werden beide Enden 3, 4 stoffschlüssig miteinander verbunden.
Das Rohr 1 weist zwei Entlüftungsbohrungen 6 auf, die bei den bisher eingesetzten Verfahren zum Verschweißen von derartigen gebogenen Hohlrohren notwendig sind.
2 zeigt demgegenüber ein rundgebogenes Rohr 1 zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles ohne Entlüftungsbohrungen.
Dieses wurde durch das erfindungsgemäße Verfahren mittels Orbitalschweißen bereits zu einem hermetisch abgeschlossenen Hohlring weiterverarbeitet.
Die um den kompletten Querschnitt (Querschnitt entspricht der Schnittfläche des Ringes in einem die Rotationsachse 5 umfassenden Schnitt) des Hohlringes umlaufende Schweißnaht 7 verbindet beide Enden 2, 3 derart fest, dass eine nachfolgende Querschnittsumformung des Rohres 1 durchgeführt werden kann, ohne dass sich die Schweißnaht 7 oder Teile davon löst bzw. lösen.
3 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteiles in Form einer Bordscheibe 8.
Dieses wurde aus einem rundgebogenen und durch Orbitalschweißen verbundenen Rohr 1 gemäß 2 hergestellt, indem nach dem Orbitalschweißen eine Querschnittsumformung durchgeführt wurde. Der ursprünglich kreisrunde Querschnitt wurde zu einem trapezförmigen Querschnitt umgeformt, wobei der Querschnitt des Rohres in einer die Rotationsachse 5 umfassenden Schnittebene betrachtet wird. Die der Rotationsachse 5 zugewandte Mantelfläche 8 (radial innere Mantelfläche) ist kürzer als die der Rotationsachse 5 abgewandte Mantelfläche 9 (radial äußere Mantelfläche). Die die beiden Mantelflächen 8, 9 verbindenden Seitenflächen 10 sind somit zueinander geneigt. Die äußere Form der Bordscheibe 7 entspricht somit der herkömmlichen Form von Bordscheiben, insbesondere dienen die Seitenflächen 10 als axiale Kontaktflächen für Wälzkörper.
4 zeigt ein Pendelrollenlager 11 umfassend eine erfindungsgemäße Bordscheibe 7, d.h. eine Bordscheibe, umfassend einen Hohlkörper mit einer Orbitalschweißnaht.
Das Pendelrollenlager 11 umfasst eine Vielzahl von Wälzkörpern 13, die zwischen einem Außenring 12 und einem Innenring 15 um die Rotationsachse 5 abwälzen. Die Wälzkörper 13 werden durch einen Käfig 14 geführt.
Die erfindungsgemäße Bordscheibe 7 wird durch ihre innere Mantelfläche 8 gegenüber dem Innenring 15 geführt und stellt wiederum mittels ihrer Seitenflächen 10 einen Anlauf für die Wälzkörper 13 dar.
Bezugszeichenliste

1: Rohr
2: Stoßstelle
3: Ende
4: Ende
5: Rotationsachse
6: Entlüftungsbohrung
7: Bordscheibe
8: Mantelfläche
9: Mantelfläche
10: Seitenfläche
11: Pendelrollenlager
12: Außenring
13: Wälzkörper
14: Käfig
15: Innenring

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 3022227 A1 [0005]
DE 102009036347 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteiles, umfassend die Schritte Rundbiegen eines Rohres (1), so dass zwei Enden (3, 4) des Rohres (1) eine durch einen Spalt beabstandete Stoßstelle (5) bilden und Orbitalschweißen der Stoßstelle (5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) vor dem Rundbiegen ein gerades Rohr mit kreisförmigem Querschnitt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Rundbiegen Biegeenden des Rohres (1) entfernt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Orbitalschweißen eine Querschnittsumformung des Rohres (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) eine Wanddicke zwischen 1 und 2,5 mm und/oder einen Ausgangsdurchmesser zwischen 15 und 22 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlagerbauteil eine Bordscheibe (7) eines Pendelrollenlagers (11) ist.
Wälzlagerbauteil, umfassend einen ringförmigen Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper eine Orbitalschweißnaht aufweist.
Wälzlagerbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper hermetisch abgeschlossen ist.
Wälzlagerbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlagerbauteil eine Bordscheibe eines Pendelrollenlagers ist.