DE102006051544A1

DE102006051544A1 - Wälzlagerbauteil mit wälzfester Oberfläche und schwingungsdämpfendem Kern, sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102006051544A1
Application number: DE200610051544
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-Ing. Gierl; Gordana Dr.-Ing. Michos; Xiao Dipl.-Ing. Nie; Rainer Ringling; Harald Dipl.-Phys. Schäfer; Manfred Dr.-Ing. Welker
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Wälzlagerbauteil mit wälzfester Oberfläche und schwingungsdämpfendem Kern, das in einem Metallsprühkompaktierungsverfahren hergestellt ist, und bei dem der Kern (15) eine größere Porosität aufweist als die Randschichten (14) mit den beanspruchten Oberflächen (17), und/oder bei dem der Kern (15) durch eingebrachte Partikel (18) eine Composite-Struktur aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlagerbauteil mit wälzfester Oberfläche und schwingungsdämfpendem Kern.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager aus gehärteten oder einsatzgehärteten Stählen weisen nur eine geringe Schall- beziehungsweise Schwingungsdämpfung auf. Die im Betrieb des wälzgelagerten Bauteils erzeugten Schwingungen, denen das Bauteil ausgesetzt ist, werden durch das Wälzlager ungehindert weitergeleitet und führen zu einer Reduktion der Funktion bezüglich Laufruhe und Betriebsgeräusch. Solche Probleme entstehen beispielsweise bei Einsatz solcher Wälzlager in schwingungsempfindlichen Bauteilen wie z.B. Werkzeugmaschinen oder Motorelementen von Kraftfahrzeugen, wo der Körperschall den Komfort des Fahrzeugs einschränkt. Um eine Schall- oder Schwingungsdämpfung zu erzielen, werden üblicherweise Hilfselemente eingesetzt, beispielsweise in Form einer aktiven Dämpfung über Ausgleichswellen, Piezoelemente oder Dämpfer aus Elastomeren oder Grauguss-Formteilen. Dies führt zu aufwändigen Konstrukti onen, es werden zusätzliche Teile mit zusätzlichen Fügeaufwand und entsprechenden Gewichtsnachteilen benötigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Wälzlagerbauteil anzugeben, das bei Einhaltung der erforderlichen Wälzeigenschaften eine gewisse Schwingungsdämpfung ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Wälzlagerbauteil mit wälzfester Oberfläche und einem schwingungsdämpfendem Kern vorgesehen, das in einem Metallsprühkompaktierungsverfahren hergestellt ist, und bei dem entweder der Kern eine größere Porosität aufweist als die Randschichten mit den beanspruchten Oberflächen, oder bei dem der Kern durch eingebrachte Partikel eine Composite-Struktur aufweist, oder bei dem sowohl ein Porositätsgradient zwischen Kern und Randschicht gegeben ist und der Kern eine Composite-Struktur besitzt.
Das erfindungsgemäße Wälzlagerbauteil, beispielsweise ein Innen- oder Außenring, ist, anders als übliche Wälzlagerbauteile, nicht mehr aus einem homogenen Material, sondern in einem Metallsprühverfahren hergestellt. Bei einem solchen Sprühkompaktier-Verfahren wird in einem Gaszerstäuber eine Stahlschmelze in einem Schutzgasstrom, beispielsweise Stickstoff, in kugelförmige feine Tröpfchen zerstäubt. Durch das Gas werden die Metalltröpfchen schnell auf eine Temperatur abgekühlt, die üblicherweise zwischen der Liquidus- und der Solidustemperatur liegt. Die derart abgekühlten Tropfen bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit. Sie weisen eine teigige Konsistenz auf. Treffen die Tropfen nun mit hoher Geschwindigkeit auf eine Fläche, sei es ein Substrat oder eben ein bereits sprühkompaktiertes Deposit, auf, so kompaktieren sie aufgrund der ihnen eigenen kinetischen Energie. Es bildet sich ein hochdichter Materialverbund, die Herstellung seigerungsfreier und porenarmer, jedoch in ihrer Porosität einstellbarer Metallschichten mit homogener Struktur und einer hohen Dichte ist durch das Sprühkompaktieren möglich. Darüber hinaus be steht hinsichtlich der Zusammensetzung der aufgesprühten Metallschicht, mithin der Einstellung der physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften der Metallschicht, ein hohes Maß an Flexibilität, nachdem sich die Zusammensetzung der Metallschicht insbesondere hinsichtlich der einzelnen die mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften bestimmenden Komponenten fast beliebig über die entsprechende Schmelzzusammensetzung variieren lässt. Es lassen sich also bereits durch entsprechende Materialien Eigenschaften erreichen, wie sie durch die üblichen thermochemischen Behandlungsverfahren zum Aufkohlen beziehungsweise Karbonitrieren nicht unbedingt erreicht werden können.
Diese Eigenschaften beziehungsweise Vorteile eines Metallsprühverfahrens werden nun zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteils genutzt. Wie beschrieben zeichnet sich dieses Wälzlagerbauteil dadurch aus, dass ein Gradient in der Porosität zwischen dem Kern und den diesen umgebenden Randschichten, die die wälzfesten Oberflächen, also die Laufflächen für Wälzkörper aufweisen, gegeben ist. Während die Randschichten eine möglichst minimale Porosität aufweisen, ist der Kern demgegenüber deutlich poröser, weist also ein deutlich größeres Porenvolumen auf. Mit dieser möglichst hohen Kernporosität einher geht zwangsläufig eine Dämpfungseigenschaft, das heißt, die Porenstruktur des Kerns dämpft den auf das aus mehreren solchen erfindungsgemäßer Wälzlagerbauteile gebaute Wälzlager eingetragenen Körperschall, so dass mithin die Schwingungen nur gedämpft über das Wälzlager weiter geleitet werden.
Wie beschrieben besteht alternativ zur Erzeugung eines Porositätsgradienten auch die Möglichkeit, durch gezieltes Einbringen von Partikeln in den Sprühkegel diese beim Aufsprühen der Kernschicht auf eine zuvor aufgesprühte Randschicht in das Kernmaterial einzubinden und den Kern mit einer Composite-Struktur auszubilden. Das heißt, der Kern enthält definierte Einschlüsse in Form der Partikel, die bei eingetragenem Körperschall als Streuzentren wirken und ebenfalls der Schwingungsdämpfung dienen.
Bevorzugt ist auch eine Kombination aus einem Porositätsgradienten zwischen Randschichten und Kern und einer Composite-Struktur im Kern möglich. Bei einem solchen Aufbau des Wälzlagerbauteils ergibt sich die Schwingungsdämpfung sowohl aus den Dämpfungseigenschaften der kernseitigen Porenstruktur als auch den Streuungs- und Dämpfungseigenschaften der eingeschlossenen Partikel im Kern.
Die Variation der Porosität kann gezielt während des Sprühkompaktierverfahrens erreicht werden, indem die Sprühparameter je nach gewünschter Porosität variiert werden, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Die Composite-Struktur kann ebenfalls ohne weiteres während des Metallsprühverfahrens erzeugt werden, indem in den Sprühkegel gezielt Partikel gegeben werden, wenn die Kernschicht ausgebildet wird.
Zur Verbesserung der Eigenschaften der wälzfesten Oberflächen ist es möglich, die Randschichten zur weiteren Verdichtung mechanisch nachzubearbeiten. Hierüber ist es möglich, die wenngleich von Haus aus gegebene minimale Porosität der Randschichten noch weiter zu verringern. Diese mechanische Nachbearbeitung kann beispielsweise durch Rollieren, Kaltwalzen, Drücken, Pressen etc. erfolgen.
Bei Erzeugung eines Porositätsgradienten während des Metallsprühkompaktierungsverfahrens werden bevorzugt die Randschichten und der Kern so erzeugt, dass die Porosität der Randschichten ≥ 99 % insbesondere ≥ 99,9 %, und die Porosität der Kerns ≤ 95 %, insbesondere ≤ 90 % ist. Es ergibt sich also eine bevorzugt extrem dichte Randschicht, wobei wie ausgeführt dort die Porosität möglichst minimal sein sollte, also ≥ 99,9 %, gegebenenfalls weiter reduziert durch die mechanische Nachbearbeitung. Die Porosität des Kerns sollte möglichst groß sein, um eben ein möglichst großes Dämpfungsvermögen im Kern zu realisieren, bevorzugt sollte die Porosität wie beschrieben kleiner beziehungsweise weit unterhalb von 90 % liegen.
Wird eine Composite-Struktur alternativ oder zusätzlich zum Porositätsgradienten erzeugt, so werden als Partikel zweckmäßigerweise Graphit und/oder Aluminiumoxid in entsprechender, möglichst feinkörniger Pulverform eingesprüht.
Ein solches erfindungsgemäßes Wälzlager kann beispielsweise ein Axiallagerring oder ein Radiallagerring sein, bezüglich deren Herstellung nachfolgend noch Näheres ausgeführt wird.
Neben dem Wälzlagerbauteil betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils mit Randschichten mit wälzfester Oberfläche und schwingungsdämpfendem Kern, bei dem durch Aufsprühen flüssigen Metalls auf ein Deposit ein sprühkompaktiertes Bauteil erzeugt wird, wobei während des Sprühens die Oberflächentemperatur des Deposits zur schichtweisen Beeinflussung der Porosität der aufgesprühten Metallschicht variiert wird, und/oder bei dem zur Erzeugung einer den schwingungsdämpfenden Kern bildenden Composite-Struktur dem aufgesprühten flüssigen Metall Partikel beigemischt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Wälzlagerbauteil beziehungsweise ein Bauteil, aus dem die einzelnen Wälzlagerbauteile gebildet werden, über das Metallsprühverfahren aufgebaut. Grundsätzlich ist es denkbar, ein Wälzlagerbauteil als einzelnes Element in der erfindungsgemäßen Weise herzustellen. Das heißt, ein entsprechender Innen- oder Außenring wird als Einzelbauteil sprühkompaktiert. Hierzu ist ein Träger vorgesehen, auf dem das Metall zur Bildung eines Deposits aufgesprüht und sodann schichtweise das Wälzlagerbauteil aufgebaut wird. Nach Fertigstellung ist diese im Bereich der Randschichten zur Ausbildung der wälzfesten Oberfläche mechanisch Nachzubearbeiten, denn es ist erforderlich, eine dünne Randzone abzutragen, um die Lauffläche, also die Oberfläche, herauszuarbeiten.
Alternativ zur Herstellung eines einzelnen Wälzlagerbauteils ist es besonders zweckmäßig, über das Metallsprühkompaktierungsverfahren zunächst ein entsprechend langes sprühkompaktiertes Bauteil zu erzeugen, beispielsweise ein längeres Rohr oder einen längeren Bolzen, das oder der mehrere alternierende Metallschichten mit unterschiedlicher Porosität und/oder mit variierender Struktur zur Ausbildung der Randschichten und der Kernschichten aufweist. Von einem solchen Bauteil werden die einzelnen Wälzlagerbauteile entsprechend abgelängt, mithin also z.B. von einem Rohr die Axial- oder Radialringe abgesägt und entsprechend mechanisch nachgearbeitet, um wie beschrieben die Randzonen abzutragen.
Unabhängig davon, ob nun ein Einzelbauteil oder ein längeres Bauteil hergestellt wird, erfolgt die Ausbildung der einzelnen Metallschichten mit unterschiedlicher Porosität dadurch, dass die Oberflächentemperatur des Deposits, also des bereits sprühkompaktierten Teils, der bereits abgeschieden wurde, variiert wird. Beim Sprühkompaktieren hängt die Porosität im Deposit stark von der lokalen Deposit-Oberflächentemperatur ab. Bei optimaler Oberflächentemperatur (in der Nähe der Solidustemperatur) ist die Restporosität minimal. Für einen versprühten Stahl 100Cr6 lassen sich Porositäten von deutlich unter 1Vol.% erreichen. Wählt man nun die Sprühparameter so, dass die Oberflächentemperatur abnimmt, erhält man eine „Kaltporosität", die sich durch eine unregelmäßige Porenform auszeichnet, das Porenvolumen nimmt, verglichen mit einer Sprühkompaktierung bei optimaler Oberflächentemperatur, deutlich zu. In entsprechender Weise kann bei einer Erhöhung der Deposit-Oberflächentemperatur über die optimale Temperatur eine „Heißporosität" erzeugt werden, die an den relativ großen, kugelförmigen Poren zu erkennen ist. In jedem Fall kann also dadurch, dass die Oberflächentemperatur des Deposits über die optimale Oberflächentemperatur erhöht oder unter diese gesenkt wird, das Porenvolumen deutlich vergrößert werden. Diesen Umstand nutzt nun das erfindungsgemäße Verfahren, indem die Deposit-Oberflächentemperatur zur Erzeugung der Randschichten und der Kernschichten entsprechend variiert wird. Zur Erzeugung der Randschichten werden die Sprühparameter so eingestellt, dass die Deposit-Oberflächentemperatur optimal ist, mithin also eine minimale Porosität gegeben ist. Zur Erzeugung einer Kernschicht wird bevorzugt die Oberflächentemperatur erniedrigt, da dies auf einfache Weise möglich ist, wodurch sich das Porenvolumen deutlich vergrößern lässt. Ersichtlich kann nun durch entsprechende Variation der Oberflächentemperatur ohne weiteres eine gezielte Schichtstruktur erzeugt werden.
Die Variation der Deposit-Oberflächentemperatur kann nach einer ersten Erfindungsausgestaltung dadurch erreicht werden, dass der Druck eines das flüssige Metall zerstäubenden Zerstäubers variiert wird. Üblicherweise erfolgt die Zerstäubung über einen Sticksstoff-Gasstrom. Wird der Zerstäuberdruck erhöht, wird die Metallschmelze stärker angeblasen, die zerstäubten Tröpfchen kühlen infolge des erhöhten Gasstroms stärker ab, als wenn mit weniger Druck zerstäubt wird. Infolgedessen sind die auf das Deposit treffenden Metalltröpfchen nach dieser Zerstäuberdruckerhöhung etwas kälter als die zuvor abgeschiedenen. Die Oberflächentemperatur im Deposit ändert sich folglich mit weiterer Abscheidung, mit der Erniedrigung der Oberflächentemperatur nimmt das Porenvolumen zu. Soll die Oberflächentemperatur wieder erhöht werden, wird in entsprechender Weise der Zerstäuberdruck wieder reduziert, es wird ein optimaler Zerstäuberdruck eingestellt, bei dem sichergestellt ist, dass die Deposit-Oberflächentemperatur wieder in etwa der Solidustemperatur entspricht und mithin eine Randschicht mit minimaler Porosität ausgebildet werden kann.
In entsprechender Weise kann natürlich umgekehrt die Deposit-Oberflächentemperatur auch erhöht werden, indem, verglichen mit dem Zerstäuberdruck, der für eine optimale Oberflächentemperatur erforderlich ist, der Zerstäuberdruck erniedrigt wird, die zerstäubten Teilchen kühlen dann zerstäubungsbedingt weniger stark ab und treffen etwas heißer auf das Deposit.
Alternativ zur Veränderung des Zerstäuberdrucks zur Einstellung der Schichtporosität ist es natürlich auch denkbar, die Deposit-Oberflächentemperatur mittel eines das Deposit direkt anströmenden Gasstroms, beispielsweise wiederum eines Stickstoffstroms, zu verändern, primär zu kühlen, da das eingeblasene Gas üblicherweise deutlich kälter ist als die Deposit-Oberflächentemperatur. Auch auf diese Weise kann sehr schnell die Temperaturvariation erfolgen. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, zur Tempera turvariation sowohl den Zerstäuberdruck zu variieren als auch das Deposit direkt zur Kühlung anzublasen.
Wie vorstehend beschrieben besteht eine Alternative zur Erzeugung eines schwingungsdämpfenden Kerns, gegebenenfalls auch als zusätzliche Maßnahme, darin, bei der Kernschichterzeugung dem Tröpfchenstrom Partikel beizufügen, um eine Composite-Struktur zu erzeugen. Diese Partikel, beispielsweise Graphitpulver oder Aluminiumoxidpulver, werden in sehr reiner Form über eine entsprechende Zufuhreinrichtung in den Tröpfchenstrom nach der Zerstäubung eingedüst und als Einschlüsse in die Kernschicht eingelagert.
Wie beschrieben wird zweckmäßigerweise ein größeres Bauteil sprühkompaktiert, von dem dann die einzelnen Wälzlagerbauteile abgelängt werden. Das Bauteil kann in Form eines Rohres oder eines Bolzens mit axial oder radial variierender Porosität und/oder axial oder radial variierendem Partikelgehalt hergestellt werden.
Die Randschichten des separat hergestellten Wälzlagerbauteils oder der abgelängten Wälzlagerbauteile werden zweckmäßigerweise zur weiteren Verdichtung mechanisch nachbearbeitet, beispielsweise durch Rollieren und Kaltwalzen etc., wobei die Randschichten in jedem Fall zum Entfernen einer dünnen Randzone, die abgetragen werden muss, nachbearbeitet werden muss, was beispielsweise durch Schleifen oder dergleichen erfolgen kann. Die beschriebene mechanische Nachbearbeitung dient jedoch allein zum weiteren Verdichten der Randschichten, um also dort das Porenvolumen, so erforderlich, noch weiter zu verringern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zum Sprühkompaktieren,
2 ein Diagramm zur Darstellung der Herstellungsroute eines Axiallagerrings mit porösem Kern,
3 ein Diagramm zur Darstellung der Herstellungsroute für einen Radiallagerring mit porösem Kern, und
4 eine Teilansicht im Schnitt eines erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteils einer weiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Einrichtung 1 zur Herstellung eines sprühkompaktierten Bauteils. Die Einrichtung 1 umfasst einen Schmelztiegel 2, in dem ein Wälzlagerstahl 3, z.B. 100Cr6, aufgeschmolzen und auf eine Endtemperatur von ca. 1600° C überhitzt wird. Dem Schmelztiegel 2 ist ein Verteiler 4 nachgeschaltet, der auf eine Temperatur von ca. 1500° C vorgeheizt wird. Der Gehäusebereich 5, in dem der Schmelztiegel 2 und der Verteiler 4 angeordnet sind, wird mit Argon gespült.
Dem Verteiler 4 ist eine Auslassdüse 6 nachgeschaltet, aus der der aufgeschmolzene flüssige Wälzlagerstahl ausläuft. In einem Freifallzerstäuber 7 wird das auslaufende flüssige Metall unter Einsatz von eingedüstem Stickstoff, der aus entsprechenden Zerstäubergasdüsen 8 austritt, zu einem Sprühkegel 9 bestehend aus sehr feinen Metalltröpfchen zerstäubt. Der Sprühkegel 9 ist auf ein Substrat 10 gerichtet, das im gezeigten Beispiel rotiert und nach unten abgezogen werden kann. Auf dem Substrat 10 scheidet sich ein Deposit 11 aus den sprühkompaktierten Metalltröpfchen ab. Das rotierende Substrat 10 wird in einem definierten Winkel zur Düsenebene eingestellt und kontinuierlich abgezogen, so dass die Sprühkompaktierung immer auf der gleichen Ebene stattfindet, wodurch sich schließlich ein in diesem Fall gleichförmiges zylindrisches Bolzendeposit 11 ausbildet. Je nach Ausgestaltung ist selbstverständlich auch die Herstellung eines Deposits 11 in Form eines Rohres denkbar.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Herstellung eines Axialrings mit porösem Kern. Dabei zeigt 2A ein sprühkompaktiertes Bauteil 12, das als Rohr sprühkompaktiert hergestellt wurde. Aus diesem noch keine für die Weiterverarbeitung definierte Form aufweisenden Bauteil 12 wird im nächsten Schritt, wie 2B zeigt, das weiterzuverarbeitende Bauteil 13 in Form eines Rohres herausgearbeitet. Das Bauteil 13 ist hier im Schnitt gezeigt, um den schichtweisen Aufbau darzustellen. Gezeigt sind verschiedene Schichten 14, 15, die in alternierender Abfolge ausgebildet sind. Diese Schichten weisen eine unterschiedliche Porosität auf, wie durch die unterschiedlich dichte Punktierung dargestellt ist. Diese unterschiedliche Porosität, die im Übrigen das Bauteil 12 gemäß 2A über die gesamte Breite aufweist, wird dadurch erzeugt, dass während des Aufsprühens mittels einer Sprühkompaktiereinrichtung 1 gemäß 1 die Oberflächentemperatur des Deposits 11 so verändert wurde, dass sich eine unterschiedliche Porosität einstellt. Zur Erzeugung der eine minimale Porosität aufweisenden Schichten 14 wird die Oberflächentemperatur des Deposits 11 so eingestellt, dass sie im Wesentlichen der Solidustemperatur entspricht, so dass die Metalltröpfchen annähernd porenfrei kompaktieren. Die hierdurch erreichbare Dichte in einer solchen Schicht beträgt mehr als 99,9 %, das heißt, das Porenvolumen ist minimal.
Demgegenüber weisen die nahtlos daran anschließenden Metallschichten 15 eine deutlich höhere Porosität, mithin geringere Dichte auf. Dies wird dadurch erzielt, dass die Oberflächentemperatur des Deposits etwas erniedrigt wird, was entweder dadurch erfolgen kann, dass der Stickstoffdruck des über die Düsen 8 ausgeströmten Zerstäubergases erhöht wird, mithin also die zerstäubten Tröpfchen etwas stärker angeblasen und damit abgekühlt werden. Hierdurch erniedrigt sich die Oberflächentemperatur des Deposits 11, was dazu führt, dass man die nachfolgende Schicht etwas „kälter" abscheidet und kompaktiert, was zu einer unregelmäßigen Porenform führt. Soll nun wiederum eine hochdichte Schicht 14 aufgesprüht werden, wird die Deposittemperatur wieder erhöht, wozu der Zerstäubergasdruck wieder zurückgenommen wird, so dass sich die nachfolgend abscheidenden Metalltröpfchen wieder heißer abscheiden und mithin die Oberflächentemperatur wieder ansteigt. Auf diese Weise kann die Ausbildung der einzelnen Schichten 14, 15 mit einem entsprechenden Übergangsgradienten hinsichtlich der Porosität gezielt erfolgen.
2 zeigt anschaulich die alternierende Schichtfolge, mithin also die alternierende Dichteverteilung. Aus dem Rohr gemäß 2B werden nun, siehe 2C, einzelne Ringe abgelängt, die jeweils randschichtseitig eine hochdichte Schicht 14 und dazwischen eine Schicht 15, die den Kern bildet, aufweist. 2C zeigt ferner einen Schnitt durch ein solches Wälzlagerbauteil 16, das hier als Axiallagerring ausgeführt ist. 2D zeigt diesen geschnittenen Axiallagerring in vergrößerter Darstellung. Wie angegeben, beträgt die Dichte in den Randschichten 14 mehr als 99,9 %, die Dichte in der Schicht 15, also dem Kern, beträgt weniger als 90 %.
An die Ablängung der einzelnen Ringe gemäß 2C kann sich noch eine mechanische Nachbearbeitung der Oberflächen 17 eines solchen Wälzlagerbauteils anschließen, um das dortige Porenvolumen oberflächenah noch weiter zu verringern, sofern dies trotz der bereits extrem hohen Dichte beziehungsweise minimalen Porosität in der Randschicht noch erforderlich ist.
3 zeigt die Herstellungsroute zur Herstellung eines Radiallagerrings mit porösem Kern. Hier wird ein Bauteil 12 durch Sprühkompaktieren erzeugt, das hier der Einfachheit halber als bereits entsprechend ausgearbeitetes Rohr gezeigt ist, siehe 3A. 3B zeigt einen Schnitt durch das Rohr gemäß 3A Auch hier zeigt sich, dass wiederum zwei Randschichten 14 und eine Kernschicht 15 im Sprühkompaktierverfahren hergestellt wurden, wobei auch hier die Schichten 14, 15 eine unterschiedliche Porosität und damit eine unterschiedliche Dichte aufweisen. Während bei der Ausführungsform gemäß 2 die Porosität beziehungsweise Dichte axial alterniert, alterniert die Porosität beziehungsweise Dichte bei dem Rohr gemäß 3 in radialer Richtung.
Die Erzeugung der Dichtevariation erfolgt in entsprechender Weise wie bezüglich 2 beschrieben auch hier durch die Variation der Oberflächentemperatur des Deposits während der Sprühkompaktierung. Zum Sprühkompaktieren wird hier ein nicht näher dargestellter zylindrischer Träger verwendet, der entsprechend rotiert und auf dem zunächst die erste Randschicht 14, also eine hochdichte Schicht bei optimaler Abscheidetemperatur, aufgebaut wird, wonach zur Ausbildung der Kernschicht 15 die Oberflächentemperatur etwas abgesenkt wird, um eine „Kaltporosität" zu erzeugen, also eine hochporöse Schicht, wonach wiederum bei optimalen Abschaltetemperaturen die zweite Randschicht 14 ausgebildet wird. Nach Entfernen des Trägers erfolgt, wie auch bezüglich 2 beschrieben, eine mechanische Nachbearbeitung, um das Bauteil 12, also das Rohr in der gewünschten Form endgültig herauszuarbeiten.
Gemäß 3C werden nun von dem Bauteil 12 die einzelnen Wälzlagerbauteile 16 in Form der Radialringe abgelängt, ein Schnitt durch einen solchen Radiallagerring ist in 3D gezeigt. Auch hier ergibt sich, dass die Dichte der beiden Randschichten 14 größer 99,9 % ist und durch mechanische Nachbearbeitung noch auf annähernd 100 % vergrößert werden kann, während die Dichte der Kernschicht 15 kleiner 90 % ist.
4 zeigt schließlich einen Teilschnitt durch ein Wälzlagerbauteil 16, das ebenfalls durch Sprühkompaktieren hergestellt wurde, wobei dort aber zur Ausbildung der Kernschicht 15 Partikel 18 eingelagert wurden. Diese Partikel, beispielsweise Graphitpulver oder Aluminiumoxidpulver, werden, wenn die Kernschicht 15 auszubilden ist, in den Sprühkegel eingedüst. Sie bilden Schwingungsstreuzentren und wirken dämpfend. Die Randschichten 14 sind wiederum bei optimalen Abscheidebedingungen abgeschieden und weisen eine minimale Porosität beziehungsweise hohe Dichte auf. Hier erfolgt also eine Variation der Sprühparameter beziehungsweise der Oberflächentemperatur zur Porositätveränderung.
Abschließend ist festzuhalten, dass selbstverständlich eine Kombination aus Porositätsgradient und Einbringen von Partikeln in die Kernschicht möglich ist.

1: Einrichtung
2: Schmelztiegel
3: Wälzlagerstahl
4: Verteiler
5: Gehäusebereich
6: Auslassdüse
7: Freifallzerstäuber
8: Zerstäubergasdüsen
9: Sprühkegel
10: Substrat
11: Deposit
12: Bauteil
13: Bauteil
14: Schicht
15: Schicht
16: Wälzlagerbauteil
17: Oberfläche
18: Partikel

Claims

Wälzlagerbauteil mit wälzfester Oberfläche und schwingungsdämpfendem Kern, das in einem Metallsprühkompaktierungsverfahren hergestellt ist, und bei dem der Kern (15) eine größere Porosität aufweist als die Randschichten (14) mit den beanspruchten Oberflächen (17), und/oder bei dem der Kern (15) durch eingebrachte Partikel (18) eine Composite-Struktur aufweist.
Wälzlagebauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Randschichten (14) zur weiteren Verdichtung mechanisch nachbearbeitet sind.
Wälzlagerbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterschiedlich porösen Schichten (14, 15) die Porosität der Randschichten (14) ≥ 99 %, insbesondere ≥ 99,9 % und die Porosität des Kerns (15) ≤ 95 %, insbesondere ≤ 90 % ist.
Wälzlagerbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel (18) Graphit und/oder Aluminiumoxid eingebracht sind.
Wälzlagerbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Axiallagerring oder ein Radiallagerring ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils mit Randschichten mit wälzfester Oberfläche und schwingungsdämpfendem Kern, bei dem durch Aufsprühen flüssigen Metalls auf ein Deposit ein sprühkompaktiertes Bauteil erzeugt wird, wobei während des Sprühens die Oberflächentemperatur des Deposits zur schichtweisen Beeinflussung der Porosität der aufgesprühten Metallschicht variiert wird, und/oder bei dem zur Erzeugung einer den schwingungsdämpfenden Kern bildenden Composite-Struktur dem aufgesprühten flüssigen Metall Partikel beigemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Deposit-Oberflächentemperatur der Druck eines das flüssige Metall zerstäubenden Zerstäubers variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung der Deposit-Oberflächentemperatur das Deposit mittels eines Gasstroms direkt angeblasen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel Graphit und/oder Aluminiumoxid beigemischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil ein Rohr oder Bolzen mit axial oder radial variierender Porosität und/oder axial oder radial variierendem Partikelgehalt hergestellt wird, von dem das einzelne Wälzlagerbauteil abgelängt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Randschichten zur weiteren Verdichtung mechanisch nachbearbeitet werden.