WO2016180400A1 - Verfahren zum fertigen eines ringes, wälzlager und vorrichtung zum fertigen eines ringes - Google Patents

Verfahren zum fertigen eines ringes, wälzlager und vorrichtung zum fertigen eines ringes Download PDF

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WO2016180400A1
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tool
ring
feed unit
heated
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Ephraim SCHWEGLER
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Schuler Pressen Gmbh
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    • B23P15/003—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a ring, in particular for a rolling bearing, with at least one tool, a feed unit, a pipe and a heating device, wherein the tube has an outer jacket and an inner jacket and the feed unit is assigned. Furthermore, the invention relates to a rolling bearing with an outer ring and an inner ring and a device for manufacturing a ring.
  • rolling bearings such as deep groove ball bearings
  • first rings are tapped from a pipe. This is for example
  • Multi-spindle lathes performed with a high volume performance. It can also be incorporated directly into the blank prior to parting off a mold. For example, cutting takes place in the cold state with a cutting tool (forming wheel or disk on a multi-spindle machine). Alternatively, the mold can also be made by turning a bar on a single spindle machine.
  • the rings are subjected to a heat treatment in order to increase the hardness of the material.
  • the heat treatment is carried out in three stages, whereby usually different methods are used depending on the product.
  • a warming up takes place For example, 850 ° C for austenitizing and thus changing the material structure.
  • a case hardening at 40 ° C is applied to bring the material structure to solidify by a rapid cooling and to obtain a better hardness.
  • a tempering can be carried out at 170 ° C, for example. This rewarming reduces the effect of thermal shocks (case hardening) inside the microstructure and stabilizes the material.
  • the rings are placed in a continuous furnace for curing where they are heated to austenitizing temperature and then quenched in a salt or water bath.
  • a delay of the rings takes place, as a directional immersion of the rings with controllable delay in mass production is not feasible.
  • DE 101 00 868 B4 discloses a cold rolling forming machine with a advancing lower tool in an axial feed unit, in the manufacture of flanges of a cylindrical precursor of the flange in the forming region of the precursor between upper and The lower tool is rolled out and the precursor after the Flanschanwal tion is ejected by a pusher.
  • DE 30 12 021 A1 describes a method for producing bearing rings, wherein the production takes place with material displacement, in particular axial compression of the pipe sections, with formation of radially circumferential shoulders.
  • DD 301 279 A7 discloses a method for producing Wäl z bearing inner rings, in the closed loop by forging compressed annular workpieces of powder metallurgical material with circumferential
  • Profiling can be made on the outer diameter, wherein the profiling is realized by powder forging in several tool arrangements.
  • the DD 225 358 AI describes a method for the production of profiled rings of raw material, in which without additional Umspannvorgang initially the reshaping complete and subsequent machining takes place, the profiled ring is only separated from the pipe with the last machining operation. This method includes only the manufacturing stage of soft machining without curing.
  • DE 968 572 a method for producing profiled rings for rolling bearings is described in which machined, annular Vortechnik employment are cold rolled under widening their bore in the intended ring shape.
  • DE 1175 638 discloses a rolling mill for rolling rings, wherein the rings are rolled alternately into two dies.
  • DE 24 35 210 discloses a method for producing rolling bearing rings, in which concentric circular rings are cut from a rolled flat steel, pressed into the desired shape, and then finished by hardening and grinding.
  • DE 10 2005 028 828 B3 discloses a method for producing metal rings, in which a pipe section by kneading using a profile mandrel, the inner profile of the pipe section is impressed, while the pipe sections is processed from the outside with a kneading tool. Subsequently, the radial outer profile is formed by rolling and finally a ring separated from the pipe section.
  • DE 1 234 493 describes a method for rolling bearing production, in which a ring and a middle piece are produced from a round tube part by swaging and punching.
  • EP 0 927 832 AI is a process for the blank production of ball cages for constant velocity joints described on a multi-spindle machine, the pipe to be processed is cyclically moved from one processing station to the next processing station, the workpiece can be cured by a parting off the pipe by induction hardening.
  • DE 20 2010 002 818 U1 discloses a turning machine with a workpiece machining center, which has a workpiece clamping device for receiving a workpiece to be machined and a tool turret with different tools.
  • An inductor for curing surrounds the clamped workpiece in the use position annular and quenching a Abschreckbrause is provided.
  • a disadvantage of the conventional methods for producing rings and / or bearings is that the workpiece to be processed must pass through several machines and / or treatment steps, between which a transfer of the workpiece takes place.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • the problem is solved by a method for manufacturing a ring, in particular for a rolling bearing, with at least one tool, a feed unit, a pipe and a heating device, wherein the tube has an outer jacket and an inner jacket and the feed unit is assigned, with following steps:
  • Heating the pipe by the heating device so that at least a part of the pipe is heated, in particular above a hardening temperature
  • the tube is heated by a feed unit associated heating device, and tool-bound cooled and / or hardened in the second tool, a higher hardness and / or a higher yield strength at a very low distortion of the finished ring compared to achieved hardening free of a tool and / or in a subsequent hardening step. Due to the low distortion of the tool-bound hardening grinding and / or alignment in the subsequent processing step with less effort is feasible.
  • the hardening of the machined tube in the tool takes place by dissipating the component heat via the tool.
  • Machine tool the direct change to the second tool for hardening and shearing, so that there is no transfer between processing machines, the finished ring.
  • feed unit-bound heating and tool-bound machining and / or hardening no transfer of the semifinished product and / or the workpiece between the processing steps is necessary.
  • the curing takes place directly in the second tool before or after the shearing of the machined tube in the second tool, so that immediately a manufactured ring with little delay exists and thus further post-processing steps can be omitted or reduced.
  • a "ring” is in particular a hollow cylinder, the radius of which is many times greater than its thickness, and in particular its edge is many times thinner in relation to the central recess. or Plastic ring and / or ceramic ring act.
  • a manufactured ring can be used as an inner ring and / or outer ring for a rolling bearing.
  • a “rolling bearing” is in particular a bearing in which between one inner ring and one outer ring one rolling element or several rolling elements reduce the frictional resistance during relative movement of the outer ring and the inner ring relative to each other
  • a rolling bearing can be used in particular for fixing axles and / or shafts Depending on the design, in particular a rolling bearing absorbs radial and / or axial forces and at the same time permits the rotation of the shaft and / or the components mounted on an axle.
  • a "tool” is used, in particular, for machining a workpiece, the tool being guided in particular by a machine and / or a human being, in particular a tool (press mold) and / or a machining tool
  • the tool is used to machine the pipe.
  • a "feed unit” (also called slide unit or positioning unit) is in particular a unit which exerts a movement due to pneumatic and / or hydraulic force and / or electrically driven, so that in particular the pipe is fed to the tool and / or a positioning in particular of the pipe and / or another semi-finished product and / or a raw material.
  • the feed unit can also exchange pneumatic and / or electrical signals with a higher-level control of a processing machine.
  • the tube can be held in axial alignment in the feed unit and / or moved by them.
  • the tube can also be heated in the feed unit.
  • a tube is made of a solid and / or inflexible material, in particular, a tube is a welded and / or seamless one
  • a pipe may include steel, stainless steel, stainless steel, cast iron, copper, brass, nickel alloy, titanium alloy, aluminum alloy, plastic and metal composite, and / or non-metallic materials such as plastic and / or ceramic in particular, a semifinished product, which is manufactured into a prefabricated component, in particular a ring, in particular in its axial orientation the tube has a peripheral outer jacket and an inner inner jacket.
  • a "heating device” is in particular a device which produces heat, so that in particular the heat energy is transferred from the heating device to another system due to temperature differences Heat conduction, heat radiation and / or convection take place.
  • the tube and / or the feed unit can be heated by the heating device.
  • the heating device can work in particular via an inductive and / or electrical and / or capacitive heating.
  • the heating unit may also have an electric heater and / or a fuel-consuming heating and / or the natural ambient heat using heating, such as solar heating, geothermal heating, air, heat pump heating, hot water heating and / or fed by such a heater
  • Harddening temperature is understood to mean in particular the temperature, in the case of a material and / or a material an increase in its mechanical properties
  • Hardening temperature but is understood in particular the temperature at which a change in the molecular structure of plastics and / or the hardening of ceramics occurs.
  • the "first tool” corresponds in particular to the tool defined above, for example, the first tool may be a reshaping and / or abrading and / or cutting tool, such as a spinning or rolling mandrel.
  • a spatial contact and / or a spatial contact and / or a positioning of the tube and a tool are considered as "effective contact" understood, so that they can act in particular one-sided and / or mutually one another.
  • Manufacturing process understood in which a material and / or a pipe is selectively brought plastically into another shape.
  • a starting material is formed into a semi-finished product or a semi-finished product is used to produce a workpiece.
  • the material retains its mass and / or its cohesion during forming. Under forming fall in particular rollers and / or pressures.
  • forming is also understood to mean the separation of individual material layers and / or parts from the tube.
  • the forming comprises the separation of material layers by mechanical and / or nonmechanical means.
  • forming also includes machining, machining and / or cutting.
  • the "outer jacket” is the surface of the outer material volume of the tube.
  • the inner surface of the material volume of the tube is understood to be an “inner jacket.”
  • the inner jacket can also be considered as
  • Inner lateral surface of the tube are called.
  • a "groove” is an elongated, angled and / or rounded recess later running surface of the outer and / or inner ring of the manufactured rolling bearing.
  • Defined positioning is understood to mean, in particular, that the machined tube and the second tool are aligned with each other in a predetermined position and / or spatially adjacent to one another. Specifically, defined positioning also means that the central axis of the tool is aligned with the central axis of the tube and / or the feed unit coincides.
  • the second tool preferably has a die, which receives the heated and processed by the forming tube form-fitting manner.
  • the definition of the "second tool” essentially corresponds to the tool defined above, but in particular the second tool has a die for positive reception of the machined tube and / or hardening and / or a shearing edge.
  • fixed fixation is meant, in particular, that the second tool and the machined tube are not movable relative to each other and / or in a space.Fixed fixing can be achieved, for example, by advancing the feed unit against the second tool and / or engaging the feed unit Also, the machined tube in the second tool may be held in position by, for example, a punch and / or other tool component.
  • the "second active contact” corresponds in particular in its function to the first effective contact described above, wherein the effective contact between the second tool and the machined tube is present here.
  • Hardening is understood as meaning, in particular, a change in the material properties of the material of the pipe: in particular, if the pipe is made of steel or titanium alloy, hardening is understood to mean an increase in mechanical resistance through targeted modification and transformation of the structure
  • the cooling rate is in particular at least 27 K / s and preferably greater than 100 K / s.
  • Hardening in particular also includes the hardening of plastics, for example by crosslinking and / or copolymerization with a change in the
  • the hardening of plastic may be effected by heat treatment and / or light irradiation, in particular UV irradiation, hardening, in particular hardening of ceramics, hardening takes place, in particular, in the tool-bound second tool gene processing machine before or after shearing the machined and / or hardened pipe instead.
  • shearing is meant, in particular, that the hardened tube and / or the machined tube is separated from the tube by displacement of the second tool, whereby the sheared part of the tube is present as a ring such a high shear stress on the pipe, that the part of the tube, which is located in the second tool, is separated.
  • the tube is sheared off while still warm, in order to reduce the tool load.
  • the shearing can for example be done by shearing by means of laterally moving past each other cutting.
  • the hardening and / or cooling of the machined tube and / or the ring can be done very uniform tool-bound, so that the delay of the tube and / or ring is very low.
  • this is the delay between the heating of the tube and after the cooling of the ring and / or of the hardened tube, wherein the "delay" is understood to be the change in dimensions and / or shape of a workpiece Changing the dimensions and / or the shape is determined at a room temperature of 20 ° C.
  • the ring is ground and / or aligned to adjust the radial dimensions.
  • the ring can be fed directly to the grinding machine after cooling to 200 ° C.
  • "Grinding" is, in particular, a machining process for the treatment of surfaces with abrasives and / or bonded abrasive grains. ⁇ br/> [0002] The grinding achieves, in particular, a high degree of dimensional accuracy, as well as low waviness and roughness of the ground surface of the ring.
  • the ring has iron and / or steel and / or titanium and / or ceramic and / or plastic.
  • a ring can be made, which will meet as later outer and / or inner ring of a bearing of the stress and use.
  • the material choice of the ring can be adapted to the environmental conditions. For example, it is advantageous in corrosive environments to use high-alloyed steels and / or plastic and / or ceramic as material for bearing rings.
  • first radii By forming before shearing first radii can be formed on the machined and / or hardened tube.
  • This is the second tool with a corresponding force against the machined and / or hardened tube moved.
  • Manufacturing step understood in which metals and / or plastics are selectively brought plastically in another form. Under reshaping is understood in particular the impressions and / or push-through.
  • the object is achieved by a rolling bearing with an outer ring and an inner ring, wherein between the outer ring and the inner ring, a rolling element or more rolling elements, in particular in a groove, is or are, wherein the outer ring and / or the inner ring is or are manufactured according to a previously described method.
  • a rolling bearing can be provided with precisely manufactured outer ring and / or inner ring and running surfaces.
  • bearing rings for rolling bearings can be precisely manufactured in mass production.
  • the inner and outer rings differ, in particular, in that the first tool for removing and / or reshaping the outer jacket or the inner jacket has to be designed differently in order to provide an inner groove for an outer ring or an outer groove for an inner ring.
  • the object is achieved by a device for producing a ring, in particular for a rolling bearing, which is set up such that the machining of a tube can be carried out according to a method described above.
  • a ring is manufactured in the device with high precision and very low distortion.
  • the at least one tool is arranged on a rotatable working star of the device and / or is in a first operative contact or second operative contact with the tube or the tubes.
  • the work star is rotatable, so that by turning the work star in a simple way the tools can be changed.
  • the change of tools can be realized by turning the working star and a shearing of the tube into a ring.
  • the tool is arranged on the work star such that its central axis coincides exactly the center axis of the tube and / or the feed unit coincides when the working star and the feed unit are aligned according to rotational and / or are in operative contact.
  • the feed unit and / or the feed units have the heating device or a plurality of heating devices, in particular an induction coil.
  • the heating device or a plurality of heating devices is or are integrated in the feed unit and / or the feed units, rapid heating of the tube is possible.
  • the heating device fills the inner outer surface of the feed unit so that the tube held in the feed unit is in direct proximity to the heating device. While in the conductive heating a direct surface contact between
  • Heating device and pipe is advantageous to maintain a gap between the heating device and pipe for inductive heating always. Thus, optimal heat transfer from the heater to the pipe can be ensured. [86] It is particularly advantageous if the heating device is designed as an induction coil, so that an inductive heating of the tube takes place.
  • An "induction coil” is in particular a coil, which in particular flows through low and / or medium-frequency alternating current and thereby generates an alternating magnetic field which induces eddy currents in the tube, as a result of which the tube is heated in particular the heat is generated directly in the pipe itself and does not have to be transferred by heat pipes from the heating device to the pipe.
  • a rotatable unit has two feed units and is in operative contact with the work star, each feed unit having its own drive.
  • a change of tools by turning the unit can be realized.
  • the number of simultaneously used tools can be increased, since this no longer depends only on the space and / or the circumference of the working star, but can be additionally increased by the number of arranged rotatable units. Consequently, by arranging a plurality of rotatable units, mass production can be further increased.
  • the rotatable unit which carries the two feed units, is rotatable about its center axis stepwise and / or abruptly. This can be done according to the requirements of changing the tools by means of the rotatable unit and / or shearing the tube.
  • FIG. 1 is a highly schematic sectional view of a feed unit with a tube and a spinning mandrel
  • FIG. 2 shows a highly schematic sectional view of a feed unit with a tube, a shear die and a punch mandrel
  • Figure 3 is a highly schematic plan view of a rotatable work star with an arranged rotatable tool change and Figure 4 shows a highly schematic section through a rotatable work star with arranged rotatable tool changer.
  • a processing machine has a feed unit 101, which has an integrated induction coil 103 in its inner wall. Inside the feed unit 101, a seamless steel pipe 102 is supported. At the end of the seamless steel tube 102, a spinning mandrel 104 is pushed into the interior of the tube. The spinning mandrel 104 and the center of the seamless steel pipe 102 are aligned on the same axial center axis 107.
  • the seamless steel tube 102 was fed to the feed unit 101 of the processing machine.
  • the feed unit 101 includes the seamless steel pipe 102 at the front end on the side of the spinning mandrel 104 with high dimensional accuracy.
  • the heated part of the tube 105 of the seamless steel pipe 102 has been moved to the tool-side end of the feed unit 101.
  • the spinning mandrel 104 is centered in the heated part of the tube 105 inserted.
  • the radially movable and orbital rotating spinning mandrel 104 presses a groove 106 in the inner circumferential surface of the heated portion of the tube 105.
  • the groove 106 later represents the running surface of an outer ring of a rolling bearing, not shown.
  • Processing machine has an induction coil 203.
  • a seamless steel tube 202 is supported with the heated and pre-machined portion of the tube displaced into a segmented shear die 208.
  • the segmented shear die 208 has three segments in the radial direction. Outside the segmented shear die 208 sits the die ring 209.
  • the radial segments of the Abschermatrize 208 have at its outer edge at a 2 ° angle lower, so correspondingly using the die ring 209, the diameter of the Abschermatrize 208 is reduced.
  • Disposed within the segmented shear die 208 is a punch mandrel 210, with the punch mandrel 210 positively engaging the heated and pre-machined portion of the tube 205 which has a groove 206.
  • the punch mandrel 210 is arranged together with a die, not shown, with associated die ring on the base plate of the work star.
  • the heated and pre-machined portion of the tube 205 is slid into the segmented shear die 208. Due to the reshaping preprocessing, the heated and pre-machined part of the tube 205 has a groove 206.
  • the heated and pre-machined part of the tube 205 in the segmented Abschermatrize 208 fixed fixed fixed.
  • the punch mandrel 210 pushes with such a force against the heated and pre-machined part of the tube 205, that a radius on the heated and pre-machined part of the tube 205 is formed. At the same time, the punch mandrel 210 fixes the heated and pre-machined portion of the tube 205 in the segmented shear die 208.
  • the work star 320 is rotatable about the rotation axis 321.
  • the work star 320 has four tool shapes 316, 317, 318 and 319 at its periphery.
  • the first tool mold 316 is in operative contact with a common rotatable tool changer 313, which is rotatable about the axis of rotation 314 centrally.
  • On the common rotatable tool changer 313 are a first Feed unit 311 and a second feed unit 312 arranged parallel to the axis of rotation 314.
  • the first feed unit 311 has an induction coil 331 and the second feed unit 312 has an induction coil 332.
  • a pressing tool 315 is at the first feed unit 311 in operative contact with the pipe, not shown, in the first feed unit 311st
  • the tool dies 316, 317, 318, and 319 disposed on the work star 320 each have a fixed center mandrel, a three-piece outer die, and an exciting die ring.
  • the tool molds 316, 317, 318 and 319 are mounted on the working star 320 so that their center axes coincide in an operative contact exactly with the center axes of the second feed unit 312 and other feed units, not shown, of other common rotatable tool changers, not shown.
  • the work star 320 rotates with a force such that the heated and advanced part of the tube in the first tool mold 316 is sheared off.
  • the not shown sheared off part of the tube remains in the first mold 316 in which it is cooled due to a high surface contact and not shown internal cooling of the first mold 316 with a cooling rate of 50 K / s and thus hardened.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Ringes, insbesondere für ein Wälzlager, mit mindestens einem Werkzeug (104), einer Vorschubeinheit (101), einem Rohr (102) und einer Erwärmungseinrichtung (103), wobei das Rohr einen Außenmantel und einen Innenmantel aufweist und der Vorschubeinheit zugeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring sowie eine Vorrichtung zum Fertigen eines Ringes.

Description

Verfahren zum Fertigen eines Ringes, Wälzlager und Vorrichtung zum Fertigen eines Ringes
[Ol] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen eines Ringes, insbesondere für ein Wälzlager, mit mindestens einem Werkzeug, einer Vorschubeinheit, einem Rohr und einer Erwärmungseinrichtung, wobei das Rohr einen Außenmantel und einen Innenmantel aufweist und der Vorschubeinheit zugeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring und eine Vorrichtung zum Fertigen eines Ringes.
[02] Die Herstellung von Wälzlagern, beispielsweise Rillenkugellagern, erfolgt in einem bekannten Verfahren derart, dass zuerst Ringe von einem Rohr abgestochen werden. Dies wird beispielsweise an
Mehrspindeldrehautomaten mit einer hohen Mengenleistung durchgeführt. Dabei kann vor dem Abstechen auch direkt eine Form in den Rohling eingearbeitet werden. Beispielsweise erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung im kalten Zustand mit einem Schneidwerkzeug (Formrad oder Scheibe auf einem Mehrspindler ) . Alternativ kann die Form auch durch Drehen von einer Stange auf einem Einspindler gefertigt werden.
[03] Anschließend werden die Ringe einer Wärmebehandlung zugeführt, um die Härte des Werkstoffes zu erhöhen. Häufig erfolgt die Wärmebehandlung dreistufig, wobei üblicherweise verschiedene Verfahren in Abhängigkeit des Produktes angewendet werden. Zunächst erfolgt eine Erwärmung auf beispielsweise 850°C zur Austenitisierung und somit Veränderung des Materialgefüges . Anschließend wird beispielsweise ein Einsatzhärten bei 40°C angewandt, um durch eine schnelle Abkühlung das Materialgefüge zum Erstarren zu bringen und eine bessere Härte zu erhalten. Abschließend kann ein Vergüten bei beispielsweise 170°C durchgeführt werden. Bei dieser Wiedererwärmung wird die Auswirkung von Wärmeschocks (Einsatzhärten) im Inneren des Gefüges verringert und das Material stabilisiert.
[04] In der Massenfertigung werden die Ringe beispielsweise zum Härten in einen Durchlaufofen gebracht, wo diese auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend in einem Salz- oder Wasserbad abgeschreckt werden. Dabei findet naturgemäß ein Verzug der Ringe statt, da ein gerichtetes Eintauchen der Ringe mit kontrollierbarem Verzug in der Großserie nicht realisierbar ist.
[05] Nach dem Härten erfolgt üblicherweise ein Schleifen insbesondere der Außenflächen und der Laufflächen der späteren Lagerringe, wodurch die vorgearbeiteten Ringe ihre endgültige Form erhalten und der Oberflächenzustand
(Rauheit) verbessert wird. Abschließend erfolgt die Montage aller zugehörigen Teile zu einem Wälzlager.
[06] Die DE 101 00 868 B4 offenbart eine Kaltwalz- Umformmaschine mit einem vorschiebenden Unterwerkzeug in einer axialen Vorschubeinheit, in der zum Herstellen von Flanschen aus einem zylindrischen Vorprodukt der Flansch im Umformbereich des Vorproduktes zwischen Ober- und Unterwerkzeug ausgewalzt und das Vorprodukt nach der Flanschanwal zung von einem Ausstoßer ausgeworfen wird.
[07] Die DE 30 12 021 AI beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Lageringen, wobei die Fertigung unter Materialverdrängung, insbesondere axialer Stauchung der Rohrabschnitte, unter Bildung von radial umlaufenden Schultern erfolgt.
[08] In der DD 301 279 A7 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wäl z lagerinnenringen offenbart, bei dem schleiffertig durch Schmieden verdichtete ringförmige Werkstücke aus pulvermetallurgischem Werkstoff mit umlaufender
Profilierung am Außendurchmesser gefertigt werden, wobei die Profilierung durch Pulverschmieden in mehreren Werkzeuganordnungen realisiert wird.
[09] Die DD 225 358 AI beschreibt ein Verfahren zur Fertigung von profilierten Ringen aus Rohmaterial, bei dem ohne zusätzlichen Umspannvorgang zunächst die umformende vollständige und anschließende spanende Bearbeitung erfolgt, wobei der profilierte Ring erst mit dem letzten spanenden Bearbeitungsgang vom Rohr getrennt wird. Dies Verfahren umfasst nur den Fertigungsabschnitt der Weichbearbeitung ohne Härten.
[10] In der DE 968 572 wird ein Verfahren zum Herstellen von profilierten Ringen für Wälzlager beschrieben, bei dem bearbeitete, ringförmige Vorwerkprodukte unter Aufweiten ihrer Bohrung in die vorgesehene Ringform kalt ausgewalzt werden . [11] Die DE 1175 638 offenbart ein Walzwerk zum Walzen von Ringen, wobei die Ringe abwechselnd in zwei Matrizen gewalzt werden.
[12] Die DE 24 35 210 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Walzlagerringen, bei dem aus einem gewalzten Flachstahl konzentrische Kreisringe ausgeschnitten werden, diese in die gewünschte Form gepresst, und anschließend durch Härten und Schleifen endbearbeitet werden.
[13] Die DE 10 2005 028 828 B3 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Metallringen, bei dem einem Rohrabschnitt durch Kneten unter Verwendung eines Profildorns das Innenprofil des Rohrabschnittes aufgeprägt wird, während der Rohrabschnitte von außen mit einem Knetwerkzeug bearbeitet wird. Anschließend wird das radiale Außenprofil durch Walzen ausgebildet und abschließend ein Ring vom Rohrabschnitt abgetrennt.
[14] Die DE 11 2009 000 609 T5 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Außenrings, bei dem das weichgeglühte Rohteil einen Kaltwalzprozess durchläuft und anschließend durch eine Wärmebehandlung gehärtet wird.
[15] Die DE 1 234 493 beschreibt ein Verfahren zur Wälzlagerherstellung, bei dem aus einem runden Rohrteil durch Stauchen und Lochen ein Ring und ein Mittelstück gefertigt werden.
[16] In der EP 0 927 832 AI ist ein Verfahren zur Rohlingsherstellung von Kugelkäfigen für Gleichlaufgelenke beschrieben, wobei auf einem Mehrspindelautomaten das zu bearbeitende Rohr taktweise von einer Bearbeitungsstation zur nächsten Bearbeitungsstation verfahren wird, wobei das Werkstück vor einem Abstechen vom Rohr durch Induktionshärtung gehärtet werden kann.
[17] Die DE 20 2010 002 818 Ul offenbart eine Drehbearbeitungsmaschine mit einer Werkstückbearbeitungsstelle, welche eine Werkstückspannvorrichtung zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstückes und einen Werkzeugrevolver mit unterschiedlichen Werkzeugen aufweist. Ein Induktor zum Härten umgreift in der Gebrauchsstellung das eingespannte Werkstück ringförmig und zum Abschrecken ist eine Abschreckbrause vorgesehen.
[18] Nachteilig bei den üblichen Verfahren zur Herstellung von Ringen und/oder Wälzlagern ist, dass das zu fertigende Werkstück mehrere Maschinen und/oder Behandlungsschritte durchlaufen muss, zwischen denen ein Transfer des Werkstückes erfolgt.
[19] Insbesondere der Transfer des Halbzeugs und/oder des Werkstücks zu einer nächsten Bearbeitungsmaschine ist zeitaufwendig und limitiert die Massenproduktion in der Großserie .
[20] Zudem ist es aufgrund der genannten Härteverfahren praktisch nicht möglich, Ringe mit einem geringen und/oder kontrollierten Verzug herzustellen.
[21] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern . [22] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Fertigen eines Ringes, insbesondere für ein Wälzlager, mit mindestens einem Werkzeug, einer Vorschubeinheit, einem Rohr und einer Erwärmungseinrichtung, wobei das Rohr einen Außenmantel und einen Innenmantel aufweist und der Vorschubeinheit zugeordnet ist, mit folgenden Schritten:
- Erwärmen des Rohrs durch die Erwärmungseinrichtung, sodass mindestens ein Teil des Rohrs erwärmt ist, insbesondere oberhalb einer Härtetemperatur,
- Vorschieben des Rohrs, sodass das erste Werkzeug in einem ersten Wirkkontakt mit dem erwärmten Teil des Rohrs steht,
- Umformen eines Teils des Außenmantels und/oder des Innenmantels des erwärmten Rohrs mittels des ersten Werkzeuges, sodass insbesondere eine Nut in dem Rohr angeordnet ist,
- Entfernen des ersten Werkzeuges und/oder der Vorschubeinheit mit dem Rohr aus dem ersten Wirkkontakt ,
- Definiertes Positionieren des erwärmten und durch das Umformen bearbeiteten Rohres in einem zweiten Werkzeug und/oder des zweiten Werkzeuges zum erwärmten und durch das Umformen bearbeiteten Rohres, sodass ein zweiter Wirkkontakt zwischen dem zweiten Werkzeug und dem bearbeiteten Rohr und ein ortsfestes Fixieren vorliegt und - Härten des bearbeiteten Rohres in dem zweiten Werkzeug und Abscheren des gehärteten Rohres durch Verschieben des zweiten Werkzeuges, sodass ein Ring vorliegt, oder Abscheren des bearbeiteten Rohres durch Verschieben des zweiten Werkzeuges, sodass ein Ring vorliegt, und Härten des Ringes in dem zweiten Werkzeug.
[23] Dadurch, dass das Rohr durch eine der Vorschubeinheit zugeordneten Erwärmungseinrichtung erwärmt wird, und werkzeuggebunden im zweiten Werkzeug abgekühlt und/oder gehärtet wird, wird eine höhere Härte und/oder eine höhere Streckgrenze bei einem sehr geringen Verzug des gefertigten Ringes im Vergleich zu einem Härten frei von einem Werkzeug und/oder in einem nachgelagerten Härtungsschritt erzielt. Durch den geringen Verzug der werkzeuggebundenen Härtung ist das Schleifen und/oder Ausrichten im nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit geringerem Aufwand realisierbar.
[24] Insbesondere erfolgt das Härten des bearbeiteten Rohres in dem Werkzeug durch Abfuhr der Bauteilwärme über das Werkzeug.
[25] Zudem ist das Abtragen und/oder Umformen als Bearbeitungsschritt nicht vorgelagert, sondern in das Verfahren integriert. Somit ist auch hier kein Transfer zwischen unterschiedlichen Bearbeitungsschritten notwendig.
[26] Folglich werden TransferZeiten und Zeiten zur Einrichtung von unterschiedlichen Maschinen eingespart. Somit wird das gesamte Verfahren zum Fertigen eines Ringes verkürzt und kostengünstiger. [27] Folglich können extrem hohe Mengenleistungen in der Fertigung von Ringen in einem Verfahren realisiert werden, ohne dass ein Transfer zwischen verschiedenen Arbeitsschritten notwendig ist.
[28] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass das Rohr nicht in einem Durchlaufofen sondern durch eine der Vorschubeinheit zugeordneten Erwärmungseinrichtung erwärmt und dem ersten Werkzeug zur Bearbeitung zugeführt wird. Anschließend erfolgt innerhalb derselben
Werkzeugmaschine der direkte Wechsel auf das zweite Werkzeug zum Härten und Abscheren, sodass ohne Transfer zwischen Bearbeitungsmaschinen der gefertigte Ring vorliegt. Durch dieses vorschubeinheitgebundene Erwärmen und werkzeuggebundene Bearbeiten und/oder Härten ist kein Transfer des Halbzeuges und/oder des Werkstückes zwischen den Bearbeitungsschritten notwendig. Es ist besonders vorteilhaft, das das Härten direkt im zweiten Werkzeug vor oder nach dem Abscheren des bearbeiteten Rohres im zweiten Werkzeug erfolgt, sodass unmittelbar ein gefertigter Ring mit geringem Verzug vorliegt und somit weitere Nachbearbeitungsschritte entfallen oder reduziert werden können .
[29] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[30] Ein „Ring" ist insbesondere ein Hohlzylinder, dessen Radius um ein Vielfaches größer ist als dessen Dicke, wobei insbesondere dessen Rand in Relation zur mittigen Ausnehmung um ein Vielfaches dünner ist. Bei einem Ring kann es sich insbesondere um einen Metallring und/oder Kunststoffring und/oder Keramikring handeln. Insbesondere kann ein gefertigter Ring als Innenring und/oder Außenring für ein Wälzlager verwendet werden.
[31] Ein „Wälzlager" ist insbesondere ein Lager, bei dem zwischen einem Innenring und einem Außenring ein Wälzkörper oder mehrere Wälzkörper den Reibungswiderstand bei Relativbewegung des Außenringes und des Innenringes zueinander verringern. Ein Wälzlager kann insbesondere zur Fixierung von Achsen und/oder Wellen verwendet werden, wobei insbesondere ein Wälzlager je nach Bauform radiale und/oder axiale Kräfte aufnimmt und gleichzeitig die Rotation der Welle und/oder der auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglicht. Bei einem Wälzlager kann es sich beispielsweise um ein Rillenkugellager und/oder ein Schrägkugellager handelt.
[32] Ein „Werkzeug" dient insbesondere dem Bearbeiten eines Werkstückes, wobei das Werkzeug insbesondere durch eine Maschine und/oder einen Menschen geführt wird. Bei einem Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Formwerkzeug (Pressform) und/oder einem Bearbeitungswerkzeug
(beispielsweise Schneid- oder Walzwerkzeug) . Insbesondere wird mit dem Werkzeug das Rohr bearbeitet.
[33] Eine „Vorschubeinheit" (auch Schlitteneinheit oder Positionierungseinheit genannt) ist insbesondere eine Einheit, welche aufgrund pneumatischer und/oder hydraulischer Kraft und/oder elektrisch angetrieben eine Bewegung ausübt, sodass insbesondere das Rohr dem Werkzeug zugeführt wird und/oder eine Positionierung insbesondere des Rohrs und/oder eines anderen Halbzeuges und/oder eines Rohmaterials erfolgt. Insbesondere kann die Vorschubeinheit auch pneumatische und/oder elektrische Signale mit einer übergeordneten Steuerung einer Bearbeitungsmaschine austauschen. Insbesondere kann das Rohr in axialer Ausrichtung in der Vorschubeinheit gehaltert und/oder durch diese bewegt werden. Insbesondere kann das Rohr auch in der Vorschubeinheit erwärmt werden.
[34] Ein „Rohr" ist insbesondere ein länglicher Hohlkörper, dessen Länge wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Insbesondere ist ein Rohr aus einem festen und/oder unflexiblen Material gefertigt. Insbesondere handelt es sich bei einem Rohr um ein geschweißtes und/oder nahtloses Rohr. Ein Rohr kann insbesondere Stahl, rostfreiem Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Kupfer, Messing, Nickellegierung, Titanlegierung, Aluminiumlegierung, Verbundwerkstoff beispielsweise aus Kunststoff und Metall, und/oder nichtmetallische Werkstoffe wie Kunststoff und/oder Keramik aufweisen. Bei einem Rohr handelt es sich insbesondere um ein Halbzeug, welches zu einem vorgefertigten Bauteil, insbesondere einem Ring, gefertigt wird. Das Rohr weist insbesondere in seiner axialen Ausrichtung einen umlaufenden Außenmantel und einen innenliegenden Innenmantel auf.
[35] Eine „Erwärmungseinrichtung" ist insbesondere eine Einrichtung, welche Wärme produziert, sodass insbesondere die Wärmeenergie von der Erwärmungseinrichtung auf ein anderes System aufgrund von Temperaturunterschieden übertragen wird. Der Wärmetransport kann insbesondere über Wärmeleitungen, Wärmestrahlung und/oder Konvektion erfolgen. Insbesondere kann durch die Erwärmungseinrichtung das Rohr und/oder die Vorschubeinheit erwärmt werden. Die Erwärmungseinrichtung kann insbesondere über eine induktive und/oder elektrische und/oder kapazitive Erwärmung arbeiten. Insbesondere kann die Erwärmungseinheit auch eine elektrische Heizung und/oder eine brennstoffverbrauchende Heizung und/oder die natürliche Umgebungswärme nutzende Heizung, wie beispielsweise Solarheizung, Erdwärmeheizung, Luft, Wärmepumpenheizung, Warmwasserheizung aufweisen und/oder von einer derartigen Heizung gespeist werden
[36] Unter „Härtetemperatur" wird insbesondere die Temperatur verstanden, bei einem Material und/oder einem Werkstoff eine Erhöhung seiner mechanischen
Widerstandsfähigkeit erzielt wird. Unter Härtetemperatur wird insbesondere bei Stahl auch die
Austenitisierungstemperatur verstanden. Unter
Härtetemperatur wird aber insbesondere auch die Temperatur verstanden, bei der eine Veränderung der Molekülstruktur von Kunststoffen und/oder dem Härten von Keramik auftritt.
[37] Das „erste Werkzeug" entspricht insbesondere dem oben definierten Werkzeug. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Werkzeug um ein umformendes und/oder abtragendes und/oder spanendes Werkzeug, wie beispielsweise einen Drück- oder Walzdorn, handeln.
[38] Unter einem „Wirkkontakt" wird insbesondere eine räumliche Annäherung und/oder ein räumlicher Kontakt und/oder ein Positionieren des Rohres und eines Werkzeuges verstanden, sodass diese insbesondere einseitig und/oder gegenseitig aufeinander einwirken können.
[39] Unter „Umformen" wird insbesondere ein
Fertigungsverfahren verstanden, bei dem ein Werkstoff und/oder ein Rohr gezielt plastisch in eine andere Form gebracht wird. Beim Umformen wird insbesondere ein Vormaterial in ein Halbzeug umgeformt oder aus einem Halbzeug wird ein Werkstück erzeugt. Insbesondere behält der Werkstoff seine Masse und/oder seinen Zusammenhalt beim Umformen. Unter Umformen fallen insbesondere Walzen und/oder Drücken. Insbesondere wird unter Umformen auch das Abtrennen von einzelnen Materialschichten und/oder Teilen vom Rohr verstanden. Insbesondere umfasst das Umformen das Abtrennen von Materialschichten auf mechanischem und/oder nichtmechanischem Wege. Insbesondere umfasst das Umformen auch das Spanen, Zerspanen und/oder Zerteilen. Durch das Umformen wird insbesondere das Rohr in die gewünschte Form gebracht, wobei insbesondere eine Nut in dem Außenmantel und/oder dem Innenmantel des Rohres angeordnet wird.
[40] Der „Außenmantel" ist insbesondere die Oberfläche des äußeren Materialvolumens des Rohres. Insbesondere kann der Außenmantel auch als Außenmantelfläche bezeichnet werden.
[41] Als „Innenmantel" wird insbesondere die innere Oberfläche des Materialvolumens des Rohres verstanden. Insbesondere kann der Innenmantel auch als
Innenmantelfläche des Rohres bezeichnet werden.
[42] Eine „Nut" ist eine längliche, winklige und/oder abgerundete Vertiefung. Insbesondere stellt die Nut die spätere Lauffläche des Außen- und/oder Innenringes des gefertigten Wälzlagers dar.
[43] Unter „definiertem Positionieren" wird insbesondere verstanden, dass das bearbeitete Rohr und das zweite Werkzeug in einer vorgegeben Position zueinander ausgerichtet werden und/oder räumlich aneinander angrenzen. Insbesondere bedeutet definiertes Positionieren auch, dass die Mittelachse des Werkzeuges mit der Mittelachse des Rohres und/oder der Vorschubeinheit zusammenfällt.
[44] Zum Positionieren weist das zweite Werkzeug vorzugsweise eine Matrize auf, welche das erwärmte und durch das Umformen bearbeitete Rohr formschlüssig aufnimmt.
[45] Die Definition des „zweiten Werkzeugs" entspricht im Wesentlichen dem oben definierten Werkzeug, jedoch weist das zweite Werkzeug insbesondere eine Matrize zum formschlüssigen Aufnehmen des bearbeiteten Rohres und/oder Härten und/oder eine Abscherschneide auf.
[46] Unter „ortsfestem Fixieren" wird insbesondere verstanden, dass das zweite Werkzeug und das bearbeitete Rohr gegeneinander und/oder in einem Raum nicht beweglich sind. Das ortsfeste Fixieren kann beispielsweise durch Vorschieben der Vorschubeinheit gegen das zweite Werkzeug und/oder Einrasten der Vorschubeinheit realisiert werden. Auch kann das bearbeitete Rohr im zweiten Werkzeug durch beispielsweise einen Stempel und/oder einen anderen Werkzeugbestandteil in seiner Position festgehalten werden. [47] Der „zweite Wirkkontakt" entspricht insbesondere in seiner Funktion dem oben beschriebenen ersten Wirkkontakt, wobei hier der Wirkkontakt zwischen dem zweiten Werkzeug und dem bearbeiteten Rohr vorliegt.
[48] Unter „Härten" wird insbesondere eine Veränderung der Stoffeigenschaften des Materials des Rohres verstanden. Insbesondere, wenn das Rohr aus Stahl oder Titanlegierung besteht, wird unter Härten eine Erhöhung der mechanischen Widerstandfähigkeit durch gezielte Änderung und Umwandlung des Gefüges verstanden. Das Härten kann hier insbesondere durch die oben beschriebene Wärmebehandlung mit anschließendem schnellem Abkühlen erfolgen. Insbesondere liegt die Abkühlgeschwindigkeit bei mindestens 27K/s und bevorzugt bei größer 100K/s. Auch umfasst Härten insbesondere das Härten von Kunststoffen, beispielsweise durch Vernetzung und/oder Copolymerisation mit einer Veränderung der Molekülstruktur. Beispielsweise kann das Härten von Kunststoff durch Wärmebehandlung und/oder Lichtbestrahlung, insbesondere UV-Bestrahlung, erfolgen. Auch fällt unter Härten insbesondere das Härten von Keramik. Das Härten findet insbesondere werkzeuggebunden im zweiten Werkzeug der einzigen Bearbeitungsmaschine vor oder nach dem Abscheren des bearbeiteten und/oder gehärteten Rohres statt.
[49] Unter „Abscheren" wird insbesondere verstanden, dass das gehärtete Rohr und/oder das bearbeitete Rohr durch Verschieben des zweiten Werkzeuges vom Rohr abgetrennt wird. Dadurch liegt der abgescherte Teil des Rohres als Ring vor. Durch das Abscheren liegt insbesondere eine derart hohe Scherbelastung am Rohr an, dass der Teil des Rohres, welcher sich im zweiten Werkzeug befindet, abgetrennt wird. Insbesondere wird das Rohr noch im warmen Zustand abgeschert, um die Werkzeugbelastung zu vermindern. Das Abscheren kann beispielsweise durch Scherschneiden mittels seitlich sich aneinander vorbeibewegenden Schneiden erfolgen .
[50] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens tritt zwischen dem Erwärmen des Rohres und nach dem Abkühlen des Ringes oder des gehärteten Rohres auf eine Raumtemperatur von 20°C ein Verzug von kleiner 0,25%, insbesondere kleiner 0,1%, bevorzugt kleiner 0,05% auf.
[51] Durch das werkzeuggebundene Härten des bearbeiteten Rohres und/oder des Ringes im zweiten Werkzeug ist ein Verzug in sehr engen Grenzen realisierbar, welcher deutlich unter dem Verzug bei üblichen Härtungsverfahren liegt.
[52] Durch die schnelle Abkühlung des Ringes und/oder Rohres wird einerseits eine hohe Härte mit nur geringem Restaustenitanteil und andererseits eine hohe Maßhaltigkeit und/oder ein geringer Verzug des Ringes und/oder des Rohres bewirkt, da das Werkzeug als Fixtur dient und eine thermisch induzierte Maßänderung somit weitgehend unterbunden werden kann.
[53] Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein hoher Flächenkontakt und/oder eine große Flächenpressung zwischen dem zweiten Werkzeug und dem bearbeiteten Rohr und/oder dem Ring beim Härten und/oder Abkühlen vorliegt oder vorliegen. Ein schnelles Abkühlen beim Härten kann insbesondere durch eine innengekühlte Matrize und/oder ein innengekühltes Werkzeug realisiert werden.
[54] Dadurch kann das Härten und/oder Abkühlen des bearbeiteten Rohres und/oder des Ringes sehr gleichmäßig werkzeuggebunden erfolgen, sodass der Verzug des Rohres und/oder Ringes sehr gering ausfällt.
[55] Unter „Verzug" wird insbesondere die Änderung der Maße und/oder der Form eines Werkstückes verstanden. Insbesondere handelt es sich hierbei um den Verzug zwischen dem Erwärmen des Rohres und nach dem Abkühlen des Ringes und/oder des gehärteten Rohres, wobei die Änderung der Maße und/oder der Form bei einer Raumtemperatur von 20 °C festgestellt wird.
[56] Um den Ring auf die gewünschten Fertigungsmaße einzustellen, wird der Ring geschliffen und/oder zum Einstellen der radialen Abmessungen ausgerichtet.
[57] Dadurch erhält der Ring die vorgegebenen Fertigungsmaße, um als Innen- und/oder Außenring eines Wälzlagers verwendet zu werden.
[58] Durch das werkzeuggebundene Härten des Ringes und folglich einem sehr geringen Verzug ist der anschließende Aufwand beim Schleifen und/oder Ausrichten des Ringes gering .
[59] Insbesondere kann der Ring nach dem Abkühlen auf 200°C der Schleifmaschine direkt zugeführt werden. [60] „Schleifen" ist insbesondere ein spanendes Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen mit Schleifmitteln und/oder gebundenen Schleifkorn. Durch das Schleifen wird insbesondere eine hohe Maß- und Formgenauigkeit sowie eine geringe Welligkeit und Rauigkeit der geschliffenen Oberfläche des Ringes erzielt.
[61] Beim „Ausrichten" wird insbesondere die Geometrie des Ringes in seine vorgegebenen Formtoleranzen verformt. Durch Ausrichten werden insbesondere die radialen und/oder axialen Abmessungen des Rings eingestellt.
[62] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens weist der Ring Eisen und/oder Stahl und/oder Titan und/oder Keramik und/oder Kunststoff auf.
[63] Dadurch kann ein Ring gefertigt werden, der als späterer Außen- und/oder Innenring eines Wälzlagers der Beanspruchung und der Verwendung gerecht wird. Zudem kann die Materialwahl des Ringes den Umgebungsbedingungen angepasst werden. Beispielsweise ist es vorteilshaft in korrosiver Umgebung hochlegierte Stähle und/oder Kunststoff und/oder Keramik als Material für Lagerringe zu verwenden.
[64] Um dem Rohr frühzeitig die gewünschte Form aufzuprägen und/oder die Abmessungen einzustellen, erfolgt ein Umformen vor dem Abscheren des bearbeiteten und/oder gehärteten Rohres .
[65] Durch ein Umformen vor dem Abscheren können zunächst Radien an dem bearbeiteten und/oder gehärteten Rohr angeformt werden. Dazu wird das zweite Werkzeug mit einer entsprechenden Kraft gegen das bearbeitete und/oder gehärtete Rohr verschoben. Beispielsweise weist dazu eine Schermatrize ein zusätzliches Umformwerkzeug wie einen Stempeldorn auf. Es ist vorteilhaft, wenn beispielsweise der Stempeldorn sowohl das bearbeitete Rohr in der Matrize fixiert als auch aufgrund der entsprechenden Kraft ein Umformen des Rohres vornimmt.
[66] Unter „Umformen" wird insbesondere ein
Fertigungsschritt verstanden, bei dem Metalle und/oder Kunststoffe gezielt plastisch in eine andere Form gebracht werden. Unter Umformen wird insbesondere das Eindrücken und/oder Durchdrücken verstanden.
[67] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens werden zwei Rohre und/oder mehrere Rohre gleichzeitig bearbeitet .
[68] Durch die gleichzeitige Bearbeitung von Rohren kann eine sehr hohe Mengenleistung der Fertigungsmaschine realisiert werden. Somit wird eine Fertigung von Ringen mit kontrolliertem Verzug in der Großserie ermöglicht.
[69] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, wobei zwischen dem Außenring und dem Innenring ein Wälzkörper oder mehrere Wälzkörper, insbesondere in einer Nut, angeordnet ist oder sind, wobei der Außenring und/oder der Innenring nach einem zuvor beschriebenen Verfahren gefertigt ist oder sind. [70] Dadurch kann ein Wälzlager mit präzise gefertigtem Außenring und/oder Innenring sowie Laufflächen bereitgestellt werden.
[71] Somit kann insbesondere die Lebensdauer von Wälzlagern verlängert werden.
[72] Zudem können die Lagerringe für Wälzlager präzise in der Massenfertigung hergestellt werden.
[73] Da ein Transfer des Halbzeugs und/oder Werkstückes zwischen verschiedenen Bearbeitungsmaschinen im erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig ist, können die Lagerringe und somit die Wälzlager kostengünstiger hergestellt werden.
[74] Der Außenring und der Innenring eines Wälzlagers wurden bereits einleitend beschrieben. In der Fertigung unterscheiden sich Innen- und Außenring insbesondere dadurch, dass das erste Werkzeug zum Abtragen und/oder Umformen des Außenmantels oder des Innenmantels anders gestaltet sein muss, um bei einem Außenring eine Innennut oder bei einem Innenring eine Außennut anzubringen.
[75] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Fertigung eines Ringes, insbesondere für ein Wälzlager, welche derart eingerichtet ist, dass das Bearbeiten eines Rohres nach einem zuvor beschriebenen Verfahren durchführbar ist.
[76] Dadurch wird eine Vorrichtung bereitgestellt, in der alle Bearbeitungsschritte, vom Erwärmen des Rohres als Halbzeug bis zum Härten des bearbeiteten Rohres oder des Ringes in einer Bearbeitungsmaschine durchgeführt werden.
[77] Somit entfällt der Transfer des Halbzeuges und/oder des Werkstückes zwischen den einzelnen
Bearbeitungsschritten und/oder Bearbeitungsmaschinen. Folglich könne Zeit und Kosten in der Fertigung eingespart werden .
[78] Insbesondere wird in der Vorrichtung ein Ring mit hoher Präzision und sehr geringem Verzug gefertigt.
[79] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist das mindestens eine Werkzeug auf einem drehbaren Arbeitsstern der Vorrichtung angeordnet und/oder steht mit dem Rohr oder den Rohren in einem ersten Wirkkontakt oder zweiten Wirkkontakt.
[80] Dadurch, dass das mindestens eine Werkzeug oder die Werkzeuge auf einem drehbaren Arbeitsstern angeordnet sind, können mehrere Rohre gleichzeitig bearbeitet werden und eine Massenproduktion realisiert werden.
[81] Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Arbeitsstern drehbar ist, sodass durch Drehen des Arbeitssterns in einfacher Weise die Werkzeuge gewechselt werden können. Neben dem Wechsel der Werkzeuge kann durch das Drehen des Arbeitssterns auch ein Abscheren des Rohres zu einem Ring realisiert werden.
[82] Insbesondere ist das Werkzeug derart auf dem Arbeitsstern angeordnet, dass seine Mittelachse exakt mit der Mittelachse des Rohres und/oder der Vorschubeinheit zusammenfällt, wenn der Arbeitsstern und die Vorschubeinheit entsprechend rotativ ausgerichtet sind und/oder in einem Wirkkontakt stehen.
[83] Um in kürzester Zeit eine Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur und/oder Härtetemperatur und/oder eine andere gewünschte Temperatur zu erzielen, weist die Vorschubeinheit und/oder weisen die Vorschubeinheiten die Erwärmungseinrichtung oder mehrere Erwärmungseinrichtungen, insbesondere eine Induktionsspule, auf .
[84] Dadurch, dass die Erwärmungseinrichtung oder mehrere Erwärmungseinrichtungen in der Vorschubeinheit und/oder den Vorschubeinheiten integriert ist oder sind, ist eine schnelle Erwärmung des Rohres möglich.
[85] Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Erwärmungseinrichtung die innenliegende äußere Fläche der Vorschubeinheit ausfüllt, sodass das in der Vorschubeinheit gehaltene Rohr sich in direkter Nähe zu der Erwärmungseinrichtung befindet. Während bei der konduktiven Erwärmung ein direkter Flächenkontakt zwischen
Erwärmungseinrichtung und Rohr vorteilhaft ist, ist für die induktive Erwärmung stets ein Spalt zwischen Erwärmungseinrichtung und Rohr einzuhalten. Somit kann ein optimaler Wärmetransport von der Erwärmungseinrichtung zum Rohr gewährleistet werden. [86] Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Erwärmungseinrichtung als Induktionsspule ausgestaltet ist, sodass eine induktive Erwärmung des Rohrs erfolgt.
[87] Eine „Induktionsspule" ist insbesondere eine Spule, welche insbesondere von nieder- und/oder mittelfrequenten Wechselstrom durchflössen wird und dadurch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches im Rohr Wirbelströme induziert, wodurch das Rohr insbesondere erwärmt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Wärme unmittelbar im Rohr selbst entsteht und nicht durch Wärmeleitungen von der Erwärmungseinrichtung zum Rohr übertragen werden muss.
[88] In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung weist eine drehbare Einheit zwei Vorschubeinheiten auf und steht in einem Wirkkontakt mit dem Arbeitsstern, wobei jede Vorschubeinheit über eine eigene Ansteuerung verfügt.
[89] Durch die Anordnung einer drehbaren Einheit an dem Arbeitsstern kann ein Wechsel der Werkzeuge durch Drehen der Einheit realisiert werden. Somit kann durch die Anordnung mehrerer drehbarer Einheiten an dem Arbeitsstern die Anzahl der gleichzeitig verwendeten Werkzeuge erhöht werden, da diese nicht mehr nur vom Platzangebot und/oder dem Umfang des Arbeitssterns abhängt, sondern zusätzlich durch die Anzahl der angeordneten drehbaren Einheiten erhöht werden kann. Folglich kann durch Anordnung von mehreren drehbaren Einheiten die Massenproduktion weiter erhöht werden.
[90] Dadurch, dass die drehbare Einheit zwei Vorschubeinheiten aufweist, können verschieden Arbeitsschritte wie das Umformen und das Härten gleichzeitig an zwei Rohren durchgeführt werden. Dazu ist es vorteilhaft, dass jede Vorschubeinheit eine eigene Ansteuerung aufweist.
[91] Somit kann die Fertigung von Ringen in der Vorrichtung optimiert und schneller sowie kostengünstiger durchgeführt werden .
[92] Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die drehbare Einheit, welche die beiden Vorschubeinheiten trägt, um ihre Mittelachse schrittweise und/oder schlagartig drehbar ist. Dadurch kann ein anforderungsgemäßer Wechsel der Werkzeuge mittels der drehbaren Einheit und/oder ein Abscheren des Rohres erfolgen.
[93] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine stark schematische Schnittdarstellung einer Vorschubeinheit mit einem Rohr und einem Drückdorn,
Figur 2 eine stark schematische Schnittdarstellung einer Vorschubeinheit mit einem Rohr, einer Abschermatrize und einem Stempeldorn,
Figur 3 eine stark schematische Draufsicht auf einen drehbaren Arbeitsstern mit einem angeordneten drehbaren Werkzeugwechsel und Figur 4 einen stark schematischen Schnitt durch einen drehbaren Arbeitsstern mit angeordneten drehbaren Werkzeugwechsler.
[94] Eine Bearbeitungsmaschine weist eine Vorschubeinheit 101 auf, welcher in ihrer Innenwand eine integrierte Induktionsspule 103 aufweist. Innen in der Vorschubeinheit 101 ist ein nahtloses Stahlrohr 102 gehaltert. Am Ende des nahtlosen Stahlrohrs 102 ist ein Drückdorn 104 in das Innere des Rohres geschoben. Der Drückdorn 104 und die Mitte des nahtlosen Stahlrohrs 102 sind an derselben axialen Mittelachse 107 ausgerichtet.
[95] Als Halbzeug wurde das nahtlose Stahlrohr 102 der Vorschubeinheit 101 der Bearbeitungsmaschine zugeführt. Die Vorschubeinheit 101 umfasst das nahtlose Stahlrohr 102 am vorderen Ende auf der Seite des Drückdorns 104 mit hoher Maßgenauigkeit. Ein Teil des nahtlosen Stahlrohrs 102, welcher sich durch einen nicht gezeigten, definierten Arbeitsspalt zwischen der Innenmantelfläche der Induktionsspule 103 und der Außenmantelfläche des Stahlrohres 102 in direkter Nähe zur Induktionsspule 103 befindet, ist mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 400 K/s auf eine Eigentemperatur gebracht worden, welche oberhalb der Austenitisierungstemperatur von 850°C liegt.
[96] Anschließend ist der erwärmte Teil des Rohres 105 des nahtlosen Stahlrohres 102 an das werkzeugseitige Ende der Vorschubeinheit 101 verschoben worden. Aus der Werkzeugform angeordnet auf einem Arbeitsstern (nicht gezeigt) ist der Drückdorn 104 mittig in den erwärmten Teil des Rohres 105 eingeschoben. Der radial bewegliche und orbital umlaufende Drückdorn 104 drückt eine Nut 106 in die innere Mantelfläche des erwärmten Teils des Rohres 105. Die Nut 106 stellt später die Lauffläche eines Außenringes eines nicht gezeigten Wälzlagers dar.
[97] Eine zweite Vorschubeinheit 201 der
Bearbeitungsmaschine weist eine Induktionsspule 203 auf. In der Vorschubeinheit 201 ist ein nahtloses Stahlrohr 202 gehaltert, wobei der erwärmte und vorbearbeitete Teil des Rohres in eine segmentierte Abschermatrize 208 verschoben ist. Die segmentierte Abschermatrize 208 weist drei Segmente in radialer Richtung auf. Außen um die segmentierte Abschermatrize 208 sitzt der Matrizenring 209.
[98] Die radialen Segmente der Abschermatrize 208 weisen an ihrem Außenrand einen um 2° geringeren Winkel auf, sodass entsprechend mithilfe des Matrizenrings 209 der Durchmesser der Abschermatrize 208 verringert ist. Innerhalb der segmentierten Abschermatrize 208 ist ein Stempeldorn 210 angeordnet, wobei der Stempeldorn 210 formschlüssig an dem erwärmten und vorbearbeiteten Teil des Rohres 205 angreift, welches eine Nut 206 aufweist. Der Stempeldorn 210 ist zusammen mit einer nicht gezeigten Matrize mit zugehörigem Matrizenring auf der Grundplatte des Arbeitssterns angeordnet .
[99] Der erwärmte und vorbearbeitete Teil des Rohres 205 wird in die segmentierte Abschermatrize 208 geschoben. Durch die umformende Vorbearbeitung weist der erwärmte und vorbearbeitete Teil des Rohres 205 eine Nut 206 auf. Durch Einrasten der Vorschubeinheit 201, welche mit Spannung gegen die segmentierte Abschermatrize 208 drückt sowie durch die Spannung des Matrizenrings 209 ist der erwärmte und vorbearbeitete Teil des Rohres 205 in der segmentierten Abschermatrize 208 ortsfest fixiert. Der Stempeldorn 210 schiebt mit einer solchen Kraft gegen den erwärmten und vorbearbeiteten Teil des Rohres 205, dass ein Radius am erwärmten und vorbearbeiteten Teil des Rohres 205 angeformt wird. Gleichzeitig fixiert der Stempeldorn 210 den erwärmten und vorbearbeiteten Teil des Rohres 205 in der segmentierten Abschermatrize 208.
[100] Der Arbeitsstern dreht mit einer solchen Kraft, dass das erwärmte und vorbearbeitete Teil des Rohres 205 durch die segmentierte Abschermatrize 208 abgeschert wird und der abgescherte Ring in der segmentierten Abschermatrize 208 verbleibt. Dort wird der abgescherte Ring durch den großen Flächenkontakt und durch die nicht gezeigte Innenkühlung der Abschermatrize 208 abgekühlt und somit gehärtet. Durch das Härten des Ringes direkt in der Abschermatrize 208 wird ein Verzug von 0,1% zwischen dem erwärmten Rohr und des auf Raumtemperatur von 20 °C abgekühlten Ringes erzielt.
[101] Der Arbeitsstern 320 ist um die Drehachse 321 drehbar. Der Arbeitsstern 320 weist an seinem Umfang vier Werkzeugformen 316, 317, 318 und 319 auf. Die erste Werkzeugform 316 steht in einem Wirkkontakt zu einem gemeinsamen drehbaren Werkzeugwechsler 313, welcher mittig um die Drehachse 314 drehbar ist. An dem gemeinsamen drehbaren Werkzeugwechsler 313 sind eine erste Vorschubeinheit 311 und eine zweite Vorschubeinheit 312 parallel zur Drehachse 314 angeordnet. Die erste Vorschubeinheit 311 weist eine Induktionsspule 331 und die zweite Vorschubeinheit 312 eine Induktionsspule 332 auf. An der ersten Vorschubeinheit 311 steht ein Drückwerkzeug 315 in einem Wirkkontakt zu dem nicht gezeigten Rohr in der ersten Vorschubeinheit 311.
[102] Die Werkzeugformen 316, 317, 318 und 319 angeordnet an dem Arbeitsstern 320 weisen jeweils einen feststehenden Mitteldorn auf, eine dreiteilige, äußere Matrize und einen spannenden Matrizenring. Die Werkzeugformen 316, 317, 318 und 319 sind derart auf dem Arbeitsstern 320 angebracht, dass ihre Mittelachsen bei einem Wirkkontakt exakt mit den Mittelachsen der zweiten Vorschubeinheit 312 und weiterer nicht gezeigter Vorschubeinheiten von weiteren nicht gezeigten gemeinsamen drehbaren Werkzeugwechslern übereinstimmen.
[103] In der ersten Vorschubeinheit 311 des gemeinsamen drehbaren Werkzeugwechslers 313 wird extern mittels des Drückwerkzeuges 315 eine Nut an dem nicht gezeigten erwärmten Rohrteil angeformt. Währenddessen wird in der zweiten Vorschubeinheit 312 der erwärmte Teil eines zweiten nicht gezeigten Teils eines Rohres in die erste Werkzeugform 316 des Arbeitssterns 320 vorgeschoben.
[104] Anschließend dreht sich der Arbeitsstern 320 mit einer derartigen Kraft, dass der erwärmte und vorgeschobene Teil des Rohres in der ersten Werkzeugform 316 abgeschert wird. Der nicht gezeigte abgescherte Teil des Rohres verbleibt in der ersten Werkzeugform 316, in welcher dieser aufgrund eines hohen Flächenkontaktes und einer nicht gezeigten Innenkühlung der ersten Werkzeugform 316 mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 50 K/s abgekühlt und somit gehärtet wird.
[105] Durch die schnelle Abkühlung des nicht gezeigten
Ringes werkzeuggebunden in der ersten Werkzeugform 316, wird ein geringer Verzug von 0,05% zwischen dem erwärmten Rohr und dem abgekühlten Ringes realisiert. Da alle oben beschriebenen Bearbeitungsschritte einschließlich des Härtens in einer einzigen Bearbeitungsmaschine stattfinden, ist die Massenproduktion des Rings nicht durch Transfersehritte und -zeiten zwischen verschiedenen Bearbeitungsmaschinen limitiert.
Bezugs zeichenliste
101 Vorschubeinheit
102 nahtloses Stahlrohr
103 Induktionspule
104 Drückdorn
105 erwärmter Teil des Rohres
106 Nut
107 axiale Mittenachse
201 Vorschubeinheit
202 nahtloses Stahlrohr
203 Induktionspule
205 erwärmter und vorbearbeiteter Teil des Rohres
206 Nut
207 axiale Achse
208 segmentierte Abschermatrize
209 Matrizenring
210 Stempeldorn
311 erste Vorschubeinheit
312 zweite Vorschubeinheit
313 gemeinsamer drehbarer Werkzeugwechsler
314 Drehachse
315 Drückwerkzeug
316 erste Werkzeugform
317 zweite Werkzeugform
318 dritte Werkzeugform
319 vierte Werkzeugform
320 Arbeitsstern
321 Drehachse des Arbeitssterns
331 Induktionsspule
332 Induktionsspule

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Fertigen eines Ringes, insbesondere für ein Wälzlager, mit mindestens einem Werkzeug (104, 208, 210, 315, 316, 317, 318, 319), einer Vorschubeinheit (101, 201), einem Rohr (102, 202) und einer
Erwärmungseinrichtung (103, 203), wobei das Rohr einen Außenmantel und einen Innenmantel aufweist und der Vorschubeinheit zugeordnet ist, mit folgenden Schritten:
- Erwärmen des Rohres durch die Erwärmungseinrichtung, sodass mindestens ein Teil des Rohrs erwärmt ist, insbesondere oberhalb einer Härtetemperatur,
- Vorschieben des Rohres, sodass das erste Werkzeug (104, 315) in einem ersten Wirkkontakt mit dem erwärmten Teiles des Rohres (105) steht,
- Umformen eines Teiles des Außenmantels und/oder des Innenmantels des erwärmten Rohres mittels des ersten Werkzeuges, sodass insbesondere eine Nut (106, 206) in dem Rohr angeordnet ist,
- Entfernen des ersten Werkzeuges und/oder der Vorschubeinheit mit dem Rohr aus dem ersten Wirkkontakt ,
- Definiertes Positionieren des erwärmten und durch das Umformen bearbeiteten Rohres in einem zweiten Werkzeug (208, 316, 317, 318, 319) und/oder des zweiten Werkzeuges zum erwärmten und durch das Umformen bearbeiteten Rohres, sodass ein zweiter Wirkkontakt zwischen dem zweiten Werkzeug und dem bearbeiteten Rohr und ein ortsfestes Fixieren vorliegt und
- Härten des bearbeiteten Rohres in dem zweiten Werkzeug und Abscheren des gehärteten Rohres durch Verschieben des zweiten Werkzeuges, sodass ein Ring vorliegt, oder Abscheren des bearbeiteten Rohres durch Verschieben des zweiten Werkzeuges, sodass ein Ring vorliegt, und Härten des Ringes in dem zweiten Werkzeug.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Erwärmen des Rohres und nach dem Abkühlen des Ringes oder des gehärteten Rohres auf eine Raumtemperatur von 20°C ein Verzug von kleiner 0,25%, insbesondere kleiner 0,1%, bevorzugt kleiner 0,05% auftritt .
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring geschliffen und/oder zum Einstellen der radialen Abmessungen ausgerichtet wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring Eisen und/oder Stahl und/oder Titan und/oder Keramik und/oder Kunststoff aufweist .
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umformen vor dem Abscheren des bearbeiteten und/oder gehärteten Rohres erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rohre oder mehrere Rohre gleichzeitig bearbeitet werden.
7. Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, wobei zwischen dem Außenring und den Innenring ein Wälzkörper oder mehrere Wälzkörper, insbesondere in einer Nut, angeordnet ist oder sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring und/oder der Innenring nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gefertigt ist oder sind.
8. Vorrichtung zum Fertigen eines Ringes, insbesondere für ein Wälzlager, welche derart eingerichtet ist, dass das Bearbeiten eines Rohres nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Werkzeug auf einem drehbaren Arbeitsstern (320) der Vorrichtung angeordnet ist und/oder mit dem Rohr oder den Rohren in einem ersten Wirkkontakt oder zweiten Wirkkontakt steht.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubeinheit und/oder die Vorschubeinheiten die Erwärmungseinrichtung oder mehrere Erwärmungseinrichtungen, insbesondere eine
Induktionsspule, aufweist oder aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine drehbare Einheit (313) zwei Vorschubeinheiten aufweist und in einem Wirkkontakt mit dem Arbeitsstern steht, wobei jede Vorschubeinheit über eine eigene Ansteuerung verfügt.
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