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Die Erfindung betrifft Wälzlager, die insbesondere bei rollendem Material des Eisenbahntransports Verwen- dung finden.
Bei der Arbeit sind Lagerringe und Rollkörper eines Wälzlagers der Einwirkung von hohen Kontaktbelastun- gen, Stossbelastungen und statischen Lasten unterworfen. Sie müssen daher hohe Widerstandsfähigkeit bezüglich der Kontaktbelastungen sowie ausreichende Festigkeit aufweisen.
Gegenwärtig werden die Wälzlager nach zwei Varianten hergestellt.
Nach einer Variante werden die Wälzlager aus legiertem Stahl mit 0, 9 bis 1, ils C hergestellt. Lagerringe und Rollkörper des Wälzlagers sind unter Durchwärmen gehärtet und auf niedrige Temperaturen angelassen. Bei solcher Wärmebehandlung ist die Härte der Lagerringe und der Rollkörper über den gesamten Querschnitt gleich und beträgt 58-64 HRC. Dies bringt eine ungünstige Verteilung bleibender Eigenspannungen in den Lagerringen und den Rollkörpern sowie eine hohe Empfindlichkeit gegen verschiedenartige, zu Spannungsanhäufungen führende Querschnittänderungen (nichtmetallische Einschlüsse, Schleifverbrennungen, Anrisse u. a.) mit sich.
Infolgedessen sinkt die Betriebssicherheit der Lager sehr stark ab.
Nach der zweiten Variante werden die Lager aus niedriggekühlten legierten Stählen hergestellt. Dabei werden die Lagerringe und die Rollkörper auf eine Tiefe von l, 0 bis 3, 0 mm zementiert, gehärtet und auf niedrige Temperaturen angelassen. Bei solcher Wärmebehandlung beträgt die Härte der Lagerringe und der Rollkörper in der Oberflächen-Einsatzschicht 58-64 HRC. Im Kern fällt die Härte auf 30-45 HRC. Diese Herstellungsvariante der Lager erfordert langwieriges Zementieren (mit einer Haltezeit von über 20 h) sowie kostspielige, viel Raum einnehmende Ausstattung und Prozessregelungsmittel. Hiedurch werden die Produktionskosten der Lager unvermeidlich erhöht.
Zweck der Erfindung ist, die Nachteile beider Herstellungsvarianten der Lager zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, so ein Wälzlager zu schaffen, das höhere konstruktive Festigkeit, Betriebssicherheit und Lebensdauer sowie durch Ersatz der Stahlsorte und spezielle Wärmebehandlung der Lagerringe und der Rollkörper herabgesetzte Kosten zu haben vermag.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem Wälzlager, das Ringe und zwischen ihnen angeordne-
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Rollkörper enthält, erfindungsgemässsetzung von Stahl über den gesamten Querschnitt aufweisen, dessen Härtbarkeit nach unten und oben begrenzt
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gewicht zur üblichen Praxis wird vorgeschlagen, bei Stählen mit dem oben erwähnten Kohlenstoffgehalt und mit geregelter Härtbarkeit das Oberflächenhärten nach ihrem Durchwärmen durch intensive Wasserbrause oder Wasserstrom auszuführen.
Die Härte der aus dem erwähnten Stahl hergestellten, nach diesem Verfahren gehärteten Lagerringe und Rollkörper ist um 3-4 HRC-Einheiten höher als die bei Ölhärtung, wobei Härterisse durchaus fehlen.
Durch Verwendung der Erfindung sind konstruktive Festigkeit, Betriebssicherheit und Lebensdauer des Wälzlagers erhöht sowie dessen Kosten durch Herabsetzung des Legierungsgehaltes von Stahl, durch Verringerung der Dauer und des Arbeitsaufwandes bei der Wärmebehandlung, durch Reduzierung von Schleifzugabe der Lagerringe und der Rollkörper stark gesenkt. Zudem bietet sich die Möglichkeit, den Wärmebehandlungsprozess der Lagerringe und Rollkörper unmittelbar in der Fertigungsstrasse zu automatisieren.
Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel und die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 ein erfindungsgemäss ausgeführtes Rollenbuchsen-Wälzlager für Eisenbahnwagen, auf dem das Makrogefüge der Lagerringe und Rollkörper (Querschnitt) dargestellt ist ; Fig. 2 einen Schnitt nach Il-Il der Fig. 1.
Das Rollenbuchsen-Wälzlager für Eisenbahnwagen weist einen Aussenring-l- (Fig. l, 2), einen Innen- ring-2-, zwischen diesen angeordnete Rollen-3-und einen Käfig-4-auf. Der Aussenring-l-ist in einer Tasche (nicht angedeutet) starr angeordnet, der Innenring ist auf die Achse eines nicht dargestellten Radsatzes aufgepresst. Die Innen- und Aussenringe und Rollen nehmen während des Betriebes hohe Kontaktbelastungen auf. Ausserdem wirken auf das Lager die Stossbelastungen u. ähnl. ein, die beispielsweise bei einem Schlag des Rades auf die Schienenstösse entstehen. Deswegen müssen die Ringe und Rollen neben einer hohen Kontaktdauerfestigkeit auch Stossbelastungen widerstehen und eine hohe Dauerbiegefestigkeit aufweisen.
Solchen Bedingungen wird ein Lager gerecht, dessen Ringe und Rollen aus einem nach oberer und unterer
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bestehen. Die Randschicht beträgt in einer Tiefe von 2,5 bis 3, 5 mm etwa 62-64 HRC. Je nach dem Vorrücken von der Randschicht zum Kern nimmt die Härte stetig auf 35-45 HRC ab.
Das Verfahren der Wärmebehandlung der aus dem vorerwähnten Stahl hergestellten Ringe und Rollen, bei dem sich eine ungleichmässige Querschnittshärte ergibt, besteht darin, dass sie nach Induktionsdurchwärmen auf
Temperaturen von 830 bis 8500C und allseitiger starker Abkühlung durch Wasserbrause bzw. Wasserstrom gehärtet und darauf auf Temperaturen zwischen 150 und 1800C angelassen werden.
Bei dieser Behandlung bildet sich auf der ganzen Oberfläche der Lagerringe und Rollkörper eine 2, 5 bis 3, 5 mm starke Martensitschicht mit einer Härte von 62-64 HRC, hinter welcher Troostit und ferner Troosti Sor- bit folgt, wobei die Härte der Martensitschicht in Richtung Kern allmählich bis 34-45 HRC fällt. Eine hohe Oberflächenhärte und ein Gehalt von 1'10 Kohlenstoff sichern eine bedeutende Kontaktdauerfestigkeit, und die Vereinigung einer harten Randschicht mit einem zähen Kern ergibt bei an der Oberfläche vorhandenen bleibenden Druckeigenspannungen von 60 bis 80 kg/mm2 hohe Dauerfestigkeit und geringe Empfindlichkeit gegen Kerbwirkungen.
Versuche haben ergeben (s. Tabelle), dass die vorgeschlagenen Lagerringe im Vergleich zu den aus einem hochwertigen legierten Elektroschlacke-Umschmelzstahl mit 1'10 Kohlenstoff, l, 5% Chrom, 0, 6% Silizium und 0, 1% Mangan ausgeführten und gleiche Härte von 58-62 HRC über den ganzen Querschnitt aufweisenden Ringen l, 5-bis 2fach vergrösserte Widerstandswerte gegenüber den Kontaktbelastungen beim Wälzen, doppelte Dauerbiegefestigkeit und um 33, 6% höhere Festigkeitswerte bei ständiger Belastung besitzen.
Ausserdem verringerte sich die Dauerfestigkeit der vorgeschlagenen Ringe beim künstlichen Aufbringen einer Kerbe in Form einer Punktverbindung nur um 15% und blieb um 701o höher als bei durchgehärteten Ringen ohne Kerbwirkung, während die Dauerfestigkeit sich bei durchgehärteten Ringen beim Aufbringen derselben Kerbe um 4''/0 verringert.
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Festigkeitswerte <SEP> des <SEP> Innenring <SEP> ; <SEP> eines <SEP> Rollenbuchsen-Wälzlagers <SEP> für
<tb> Eisenbahnwagen <SEP> bei <SEP> Kontaktdauer-, <SEP> Dauer- <SEP> und <SEP> Ruhefestigkeitsversuchen
<tb> Stahl <SEP> Art <SEP> der <SEP> Wärmebehandlung <SEP> Bruchlast <SEP> bei <SEP> Kontaktdauerfestig-Maximalbruchlast <SEP> bei <SEP> zyklischer <SEP> Biegebelastung
<tb> statischer <SEP> keit <SEP> (Zahl <SEP> der <SEP> Ar- <SEP> (Versuchsbasis <SEP> 2 <SEP> Millionen <SEP> Zyklen)
<tb> Belastung, <SEP> beitsstunden <SEP> auf <SEP> dem <SEP>
<tb> T <SEP> Prüfstand <SEP> bei <SEP> vier-Ohne <SEP> Kerb-mit <SEP> künstlich <SEP> aufgebrachter
<tb> facher <SEP> Überlastung <SEP> wirkung, <SEP> Kerbe <SEP> in <SEP> Form <SEP> einer
<tb> bis <SEP> Kontaktbruch), <SEP> T <SEP> Punktverbindung,
<tb> h <SEP> T
<tb> Vorgeschlagener <SEP> Oberflächenhärten <SEP> nach <SEP> InStahl <SEP> mit <SEP> nach <SEP> oben <SEP> duktionsdurchwärmen <SEP> mit
<tb> und <SEP> unten <SEP> begrenz-intensiver <SEP> Wasserstromkühter <SEP> Härtbarkeit <SEP> : <SEP> lung. <SEP> Anlassen <SEP> auf <SEP> 1500C.
<tb>
1, <SEP> 0 <SEP> % <SEP> C, <SEP> 0, <SEP> 42% <SEP> Cr, <SEP> Oberflächenhärte <SEP> von <SEP>
<tb> 0,22% <SEP> Si, <SEP> 0,20% <SEP> Mn <SEP> 62-64 <SEP> HRC, <SEP> Martensitschichtstärke <SEP> von <SEP> 3 <SEP> mm,
<tb> Kernhärte <SEP> von <SEP> 38 <SEP> HRC <SEP> 40 <SEP> 1300 <SEP> 14 <SEP> 12
<tb> Zur <SEP> Zeit <SEP> verwen- <SEP> Härten <SEP> nach <SEP> Ofendurchwärdeter <SEP> Stahl <SEP> : <SEP> men <SEP> mit <SEP> Ölkühlung. <SEP> An-
<tb> 0, <SEP> 95% <SEP> C, <SEP> 1, <SEP> 44% <SEP> Cr, <SEP> lassen <SEP> auf <SEP> 180 C, <SEP> Quer-
<tb> 0,57% <SEP> Si, <SEP> 1,04% <SEP> Mn <SEP> schnittshärte <SEP> von <SEP> 60-62 <SEP> HRc <SEP> 27 <SEP> 800 <SEP> 7 <SEP> 4
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