DE102006055028A1 - Radial rolling bearings, in particular for the storage of shafts in wind power transmissions - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) mit einer inneren Laufbahn (3) und einem inneren Lagerring (4) mit einer äußeren Laufbahn (5) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 4) auf deren Laufbahnen (3, 5) abrollender Wälzkörper (6) besteht, die durch einen Lagerkäfig (7) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (6) und den Lagerringen (2, 4) sind mehrere gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper (6) durch Hohlrollen (8) ersetzt, die einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringeren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkörper (6) aufweisen, um im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers (1) einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen (2, 4) und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs (7) mit kinematischer Drehzahl gewährleisten. Erfindungsgemäß bestehen die Hohlrollen (8) aus einem anwendungsspezifischen Wälzlagerstahl und durch einen Wärmebehandlungsprozess behandelt, durch den zum einen in die Innen- und Außenmantelflächen (9, 10) der Hohlrollen (8) oberflächennahe Druckeigenspannungen induzierbar sind und durch den zum anderen die Hohlrollen (8) mit einer Härte > 58 HRC an deren Innenmantelflächen (9) einerseits eine hohe Überrollfestigkeit sowie andererseits eine derart durchgehende Zähigkeit aufweisen, dass deren Außenmantelflächen (10) eine erhöhte Biegewechselfestigkeit > 650 Mpa aufweisen.The invention relates to a radial roller bearing, which consists essentially of an outer bearing ring (2) with an inner raceway (3) and an inner bearing ring (4) with an outer raceway (5) and a plurality between the bearing rings (2, 4) whose raceways (3, 5) rolling rolling elements (6), which are held by a bearing cage (7) in the circumferential direction at regular intervals to each other. To avoid slippage between the rolling elements (6) and the bearing rings (2, 4) several uniformly distributed on the circumference rolling elements (6) are replaced by hollow rollers (8) having a slightly larger diameter and a lower modulus of elasticity than the other rolling elements ( 6) in order to ensure a constant contact with the bearing rings (2, 4) and thus a continuous drive of the bearing cage (7) with kinematic speed in the load-free state of the radial roller bearing (1). According to the hollow rollers (8) of an application-specific bearing steel and treated by a heat treatment process, by the one in the inner and outer circumferential surfaces (9, 10) of the hollow rollers (8) near-surface residual compressive stresses are inducible and by the other the hollow rollers (8 ) with a hardness> 58 HRC on the inner lateral surfaces (9) on the one hand a high rollover resistance and on the other hand such a toughness have such that their outer lateral surfaces (10) have an increased bending fatigue strength> 650 Mpa.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an zumindest zeitweise unter sehr geringer Last laufenden Lagerungen, wie beispielsweise der Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, realisierbar.The The invention relates to a radial rolling bearing the preamble-forming features of claim 1, and they is particularly advantageous at least temporarily under very low Load ongoing storage, such as the storage of waves in wind power transmissions, feasible.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Radialwälzlager bei ausreichender Belastung einen optimalen kinematischen Betriebszustand aufweisen, bei dem die Wälzkörper ohne zu gleiten auf den Laufbahnen des inneren und des äußeren Lagerrings abrollen. Desweiteren ist es von zumindest zeitweise niedrig belasteten Radialwälzlagern bekannt, dass sich der aus den Wälzkörpern und deren Lagerkäfig bestehende Wälzkörpersatz aufgrund der Reibung im Lager beziehungsweise aufgrund der hohen Massenkraft des Wälzkörpersatzes und der zeitweise geringen Kontaktkraft zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen nicht mit kinematischer Drehzahl dreht. Die Drehzahl des Wälzkörpersatzes bleibt folglich gegenüber der kinematischen Drehzahl zurück, so dass sich die Wälzkörper in einem kinematisch nicht optimalen Zustand befinden, durch den zwischen diesen Wälzkörpern und mindestens einer Laufbahn Schlupf vorliegt. Dabei kann sich an den Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn ein Schmierfilm aufbauen, der jedoch bei plötzlicher Drehzahl- oder Belastungsänderung zerstört wird, so dass an den schlupfbehafteten Kontaktstellen innerhalb kürzester Zeit kein ausreichender Schmierfilm mehr vorliegt. Dies hat zur Folge, dass es zu einer metallischen Berührung der Laufbahn mit den Wälzkörpern kommt und diese auf der Laufbahn gleiten, bis die Wälzkörper auf die kinematische Drehzahl beschleunigt sind. Diese große Differenzgeschwindigkeit zwischen der Laufbahn und den Wälzkörpern sowie das Fehlen eines trennenden Schmierfilms ist somit ursächlich dafür, dass es in den Oberflächen der Laufbahn und der Wälzkörper zu hohen Tangentialspannungen kommt, die mit stärksten Verschleißerscheinungen, wie Aufrauhungen der Laufbahnen, Materialaufreißungen und Anschmierungen zumeist in Verbindung mit Mikropittings verbunden sind und zum vorzeitigen Ausfall des Radialwälzlagers führen.the Specialist in rolling bearing technology It is well known that radial rolling bearings with sufficient load have an optimal kinematic operating state, in which the rolling elements without to slide on the raceways of the inner and outer bearing ring roll. Furthermore, it is at least temporarily low burdened radial bearings known to be from the rolling elements and their camp cage existing rolling element set due to the friction in the bearing or due to the high inertia force of the rolling element set and the temporarily low contact force between the rolling elements and does not rotate the raceways at kinematic speed. The speed of the rolling element set thus stays opposite the kinematic speed back, so that the rolling elements in a kinematic not optimal state by the between these rolling elements and at least one career slip is present. It can be at the contact surfaces between the rolling elements and the runway build up a lubricating film, but at a sudden Speed or load change destroyed so that at the slip-contact points within shortest time there is no longer sufficient lubricating film. As a consequence, that there is a metallic contact of the raceway with the Rolling elements comes and These slide on the raceway until the rolling elements reach the kinematic speed are accelerated. This size Differential speed between the raceway and the rolling elements as well The lack of a separating lubricating film is thus the reason that it in the surfaces the raceway and the rolling elements to high tangential tensions comes with the strongest signs of wear, Such as roughening of the tracks, Materialaufreißungen and lubrication mostly associated with micropittings and premature Failure of the radial rolling bearing to lead.
Durch
die
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass die durch ihre permanente Verformung einer stetigen Biegewechselbeanspruchung unterliegenden Hohlrollen derartiger Radialwälzlager hinsichtlich ihrer Belastbarkeit und Dauerfestigkeit potentielle Schwachstellen des Wälzlagers darstellen, die für eine verringerte Tragfähigkeit und eine verkürzte Lebensdauer des Wälzlagers ursächlich sind. So wurde beispielsweise ermittelt, dass vor allem an den Innenmantelflächen der Hohlrollen örtliche Spannungsspitzen auftreten, die im Dauerbetrieb des Wälzlagers zu Anrissen und schließlich zum Bruch der Hohlrollen führten. Dies war insbesondere auf die Verwendung von Standard-Wälzlagerstahl für die Hohlrollen sowie auf deren Standard-Wärmebehandlung zurück zu führen, bei der die Hohlrollen durch Härten bei einer Temperatur von 860°C, einem Abschrecken im Öl- oder Salzbad und einem Anlassen bei 190 ± 10°C ein durchgehend martensitisches Gefüge erhalten, das durch seine hohe Härte zwar für eine hohe Überrollfestigkeit der Hohlrollen sorgt aber durch seine geringe Zähigkeit und das Fehlen von Druckeigenspannungen insbesondere für die stetigen Biegewechselbeanspruchungen an deren Innenmantelflächen ungeeignet ist. Eine naheliegende Maßnahme zur Vermeidung solcher Dauerfestigkeitsmängel wäre es zwar, sowohl die Hohlrollen als auch die übrigen Wälzkörper stärker zu dimensionieren, dies würde jedoch zwangsläufig eine Vergrößerung des gesamten Lagerbauraums sowie eine Erhöhung der Herstellungskosten für das Wälzlager zur Folge haben.In In practice, however, it has been shown that by their permanent Deformation undergoing a continuous bending cycle stress Hollow rollers of such radial roller bearings in terms of their resilience and fatigue potential vulnerabilities of the rolling bearing represent that for a reduced load capacity and a shortened one Life of the rolling bearing causal are. For example, it was determined that, especially on the inner surface of the Hollow rollers local Voltage peaks occur during continuous operation of the rolling bearing to cracks and finally led to the breakage of the hollow rollers. This was in particular due to the use of standard bearing steel for the Hollow rolls and their standard heat treatment to lead back at the hollow rollers by hardening at a temperature of 860 ° C, a quenching in the oil or Salt bath and a tempering at 190 ± 10 ° C throughout a martensitic structure obtained by its high hardness though for a high rollover resistance The hollow rollers but ensures by its low toughness and the absence of Residual compressive stresses, especially for the constant bending cycle stress on the inner circumferential surfaces is unsuitable. An obvious measure to avoid such Durability defects it would be, to dimension both the hollow rollers and the other rolling elements stronger, this would, however inevitably an enlargement of the entire storage space and an increase in production costs for the roller bearing have as a consequence.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, zu konzipieren, welches unter weitestgehender Beibehaltung seiner ursprünglichen Leistungsmerkmale, wie Tragzahl, Bauraum und Lebensdauer, zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mit Hohlrollen ausgestattet ist, die den stetigen Biegewechselbeanspruchungen jederzeit standhalten und sich dadurch bei gleichzeitig hoher Überrollfestigkeit durch eine erhöhte Dauerfestigkeit und Gebrauchsdauer auszeichnen.Based on the stated disadvantages of the known prior art, the invention is therefore based on the object to design a radial rolling bearing, in particular for the storage of waves in wind power transmissions, which while largely retaining its original performance characteristics, such as load capacity, space and life, to avoid Slip between the rolling elements and the bearing rings with hollow rollers equipped, which withstand the constant bending stress at any time and thus characterized by a high fatigue strength by increased fatigue strength and service life.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Hohlrollen aus einem anwendungsspezifischen Wälzlagerstahl bestehen und durch einen Wärmebehandlungsprozess behandelt sind, durch den zum einen in die Innen- und Außenmantelflächen der Hohlrollen deren maximale Lastspannung überlagernde, oberflächennahe Druckeigenspannungen induzierbar sind und durch den zum anderen die Hohlrollen mit einer Härte > 58 HRC an deren Innenmantelflächen einerseits eine hohe Überrollfestigkeit sowie andererseits eine derart durchgehende Zähigkeit aufweisen, dass deren Außenmantelflächen eine erhöhte Biegewechselfestigkeit > 650 Mpa aufweisen.According to the invention this Task at a radial rolling bearing solved according to the preamble of claim 1 such that the hollow rollers an application-specific bearing steel exist and through a heat treatment process are treated by the one in the inner and outer circumferential surfaces of the Hollow rollers their maximum load voltage superimposed, near-surface residual compressive stresses Inducible and by the other, the hollow rollers with a Hardness> 58 HRC on the inner shell surfaces on the one hand a high rollover resistance and on the other hand have such a continuous toughness that their outer circumferential surfaces a increased Bending fatigue strength> 650 Mpa have.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es durch gezielte Auswahl des Ausgangsmaterials für die Hohlrollen sowie durch eine ausgereifte Wärmebehandlung derselben bereits möglich ist, die zu Anrissen und schließlich zum Bruch der Hohlrollen führenden örtlichen Spannungsspitzen in den Innenmantelflächen der Hohlrollen zu vermeiden und damit die Biegewechsel- und Dauerfestigkeit der Hohlrollen sowie die Tragfähigkeit und die Lebensdauer derartiger Radialwälzlager entscheidend zu erhöhen.Of the The invention is therefore based on the finding that it is targeted Selection of the starting material for the hollow rollers and by a sophisticated heat treatment of the same is already possible, the to crack and finally to break the hollow rollers leading local To avoid voltage peaks in the inner circumferential surfaces of the hollow rollers and thus the bending fatigue and fatigue strength the hollow rollers and the load capacity and to significantly increase the life of such radial rolling bearings.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.preferred Embodiments and developments of the invention formed radial roller bearing are in the subclaims described.
Danach ist es gemäß Anspruch 2 eine besonders vorteilhafte Möglichkeit die geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers einfach und kostengünstig zu erreichen, wenn die Hohlrollen aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise aus 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 100CrMnMo8, bestehen und durch Bainitisieren behandelt sind. Dieses auch Zwischenstufenvergüten genannte Wärmebehandlungsverfahren hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, da es bei den genannten Stahlwerkstoffen eine hervorragende Kombination der Werkstoffeigenschaften Härte und Zähigkeit erzeugt. Bei dieser Wärmebehandlung werden die Hohlrollen in gleicher Weise wie beim Standardhärten zunächst austenitisiert, das heißt, es erfolgt zunächst eine Wärmebehandlung zwischen 830°C und 885°C. Die weitere Behandlung der Hohlrollen erfolgt dann bevorzugt derart, dass diese in einem Salzwarmbad auf eine Temperatur zwischen 220°C und 270°C abgeschreckt werden und danach bei gleich bleibender Temperatur für mindestens 4 Stunden verweilen, bis die Gefügeumwandlung von Austenit nach Bainit ohne Bildung von Martensit abgeschlossen ist. Abschließend werden die Hohlrollen noch an der Luft abgekühlt. Das entstandene Bainitgefüge hat dann sehr spezielle Eigenschaften; die sich durch ein hohe Härte zwischen 54 und 62 HRC, durch eine maximale Zugfestigkeit zwischen 1900 und 2300 MPa und eine Biegewechselfestigkeit > 700 MPa, durch eine Bruchdehnung > 5 % sowie durch relativ geringe Verzüge im Vergleich zum Standardhärten auszeichnen, wobei zugleich eine Druckeigenspannung bis zu –200 MPa wirkt. Da es sich beim Bainitisieren um eine durchhärtende Wärmebehandlung handelt, ist dieses Verfahren besonders gut für dünnwandige Hohlrollen geeignet.After that it is according to claim 2 a particularly advantageous way the required properties for the hollow rollers of the invention formed radial roller bearing easy and inexpensive to achieve when the hollow rollers of a through-hardening Bearing steel, For example, 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 or 100CrMnMo8 exist and treated by bainitizing. This also called intermediate level tempering Heat treatment method has proven to be particularly useful because it is an excellent combination for the steel materials mentioned the material properties hardness and toughness generated. In this heat treatment the hollow rollers are first austenitized in the same way as during standard hardening, this means, it is done first a heat treatment between 830 ° C and 885 ° C. The further treatment of the hollow rollers is then preferably such that quenched in a salt bath to a temperature between 220 ° C and 270 ° C and then at constant temperature for at least Stay for 4 hours until the microstructure transformation completed from austenite to bainite without formation of martensite is. Finally the hollow rollers are still cooled in the air. The resulting bainite structure then has a lot special properties; which is characterized by a high hardness between 54 and 62 HRC, through a maximum tensile strength between 1900 and 2300 MPa and a bending fatigue strength> 700 MPa, by an elongation at break> 5% and by relative small delays compared to standard hardening characterized in that at the same time a compressive residual stress up to -200 MPa acts. Bainitizing is a hardening heat treatment This method is particularly well suited for thin-walled hollow rollers.
Eine zweite Möglichkeit zur Erreichung der geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers besteht nach Anspruch 3 darin, dass die Hohlrollen aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise aus 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 100CrMnMo8, beste hen und durch Induktionshärten behandelt sind. Das Induktionshärten zählt bekanntermaßen zu den Randschichthärteverfahren, bei dem es in der oberflächennahen Randzone der Hohlrollen durch eine gesteuerte Folge von Erwärmen und Abschrecken zu einer martensitischen Härtung und damit zu einer Härtesteigerung in diesem Bereich kommt, während das Gefüge und die Härte im Kern der Hohlrollenwandung unbeeinflusst bleibt. Dabei dienen mit Wechselstrom beaufschlagte Kupferspulen, die geometrisch den Hohlrollen angepasst sind, der Erwärmung der Hohlrollen, indem die Kupferspulen ein Magnetfeld erzeugen, das eine lokale Erwärmung bewirkende Wirbelströme in der Randschicht der Hohlrollen induziert. Der Prozess wird dann so gesteuert, dass sich die Oberflächen der Hohlrollen bis auf eine in Abhängigkeit der zu erreichenden Härtetiefe und Zähigkeit festzulegende Härtetemperatur erwärmen und unmittelbar anschließend durch eine Brause mit Wasser, Öl- oder Polymerlösung abgeschreckt werden. Abschließend werden die Hohlrollen zur Erhöhung der Zähigkeit nochmals für 1,5 bis 2 Stunden bei einer Temperatur im Bereich zwischen 160°C und 220°C angelassen, so dass ein feines Härtungsgefüge entsteht, das im Ergebnis eine Zugfestigkeit zwischen 2200 MPa und 2300 MPa, eine Biegewechselfestigkeit > 650 MPa und eine Restbruchdehnung zwischen 5 % und 25 % in Abhängigkeit des gewählten Grundgefüges und somit der Festigkeit und Zähigkeit des unbehandelten Materialkerns aufweist. Besonders vorteilhaft ist beim Induktionshärten die erreichbare Druckeigenspannung von –200 MPa bis –400 MPa und die hohe erreichbare Härte zwischen 60 HRC und 64 HRC an den Funktionsflächen der Hohlrollen.A second option to achieve the required properties for the hollow rollers of the invention designed radial roller bearing consists according to claim 3 is that the hollow rollers of a through hardening Bearing steel, For example, from 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 or 100CrMnMo8 best and treated by induction hardening are. Induction hardening is known to the Surface hardening process, where it is in the near-surface Edge zone of the hollow rollers by a controlled sequence of heating and Quenching to a martensitic hardening and thus to a hardness increase comes in this area while the structure and the hardness in the core of Hohlrollenwandung remains unaffected. Serve with alternating applied copper coils, which geometrically the Hollow rollers are adapted to heat the hollow rollers by the copper coils generate a magnetic field that causes local heating eddy currents induced in the surface layer of the hollow rollers. The process then becomes controlled so that the surfaces of the hollow rollers up on one in dependence the depth of hardness to be achieved and toughness hardening temperature to be determined heat and immediately afterwards through a shower with water, oil or polymer solution be deterred. Finally are the hollow rollers to increase toughness again for Tempered for 1.5 to 2 hours at a temperature in the range between 160 ° C and 220 ° C, so that a fine hardening structure is created as a result a tensile strength between 2200 MPa and 2300 MPa, a bending fatigue strength> 650 MPa and a residual elongation at break between 5% and 25% depending on of the chosen basic structure and thus the strength and toughness having the untreated core material. Especially advantageous is during induction hardening the achievable compressive residual stress of -200 MPa to -400 MPa and the high achievable hardness between 60 HRC and 64 HRC at the functional surfaces of the hollow rollers.
Zwei weitere kostengünstige Alternativen zur Erreichung der geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers bestehen nach den Ansprüchen 4 und 5 darüber hinaus noch darin, dass als Werkstoff für die Hohlrollen entweder ein durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 100CrMnMo8, oder ein Einsatzstahl für Wälzlageranwendungen, beispielsweise 17MnCr5, 20NiCrMo7, 18CrNiMo7-6 oder 18NiCrMo14-6, gewählt wird und die Hohlrollen durch Aufkohlen in einer Ofenatmosphäre mit oder ohne Stickstoffanteil behandelt werden.Two further cost-effective Alternatives to achieve the required properties for the hollow rollers of the inventively designed radial roller bearing exist according to the claims 4 and 5 above In addition, that as a material for the hollow rollers either a by curing Bearing steel, For example, 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 or 100CrMnMo8, or a Case steel for Bearing applications, for example 17MnCr5, 20NiCrMo7, 18CrNiMo7-6 or 18NiCrMo14-6, chosen and the hollow rollers by carburizing in a furnace atmosphere with or be treated without nitrogen content.
Bei dem als Einsatzhärten bekannten Aufkohlen von Werkstücken ohne Stickstoffanteil in der Ofenatmosphäre werden dabei die Innen- und Außenoberflächen der Hohlrollen durch Diffusion gezielt mit Kohlenstoff angereichert, um einen weichen und zähen Kern bei gleichzeitig harten Oberflächen zu erreichen. Die dabei nach Austenitisierung und thermochemischer Randschichtbehandlung entstehende Martensitbildung führt zu einer Volumenzunahme, die in den kohlenstoffreichen Randschichten höher als im kohlenstoffarmen Kern ist, so dass sich an den Oberflächen der Hohlrollen vorteilhafte Druckeigenspannungen aufbauen, die den auf die Hohlrollen wirkenden Zugspannungen entgegen wirken. Die Diffusionsbehandlung für die genannten Einsatzstahlgüten erfolgt dabei bevorzugt bei einer Temperatur von 950°C, wonach in Polymerlösung, Salzbad oder Öl abgeschreckt und dann im Ofen bei 600°C bis 680°C für 3 bis 5 Stunden geglüht wird. Nach einer Abkühlung auf Raumtemperatur werden die Hohlrollen dann zur Austenitisierung erneut auf 780°C bis 850°C erhitzt, um dann nochmals in Polymerlösung, Salzbad oder Öl abgeschreckt und bei 160°C bis 250°C angelassen zu werden. Das dabei entstehende Gefüge der Hohlrollen weist dann eine Härte an den Funktionsflächen zwischen 58 HRC und 64 HRC, eine Zugfestigkeit > 2100 MPa und eine maximale Biegewechselfestigkeit > 700 MPa sowie eine maximale Restbruchdehnung von 5% bis 15 % in Abhängigkeit des gewählten Werkstoffs auf, während an den Oberflächen der Hohlrollen zugleich Druckeigenspannungen zwischen –200 MPa und –400 MPa wirken.at as case hardening known carburizing workpieces without nitrogen in the furnace atmosphere, the interior and outer surfaces of the Hollow rollers enriched with carbon by diffusion, a soft and tough Core to achieve at the same time hard surfaces. The case after austenitization and thermochemical surface treatment resulting martensite formation leads to an increase in volume, which in the carbon-rich surface layers higher than is in the low carbon core, so that on the surfaces of the Hollow roll build up advantageous compressive residual stresses, the on act against the hollow rollers acting tensile stresses. The diffusion treatment for the mentioned application steel grades takes place preferably at a temperature of 950 ° C, after which in polymer solution, Salt bath or oil quenched and then in the oven at 600 ° C up to 680 ° C for 3 to Annealed for 5 hours becomes. After a cool down At room temperature, the hollow rollers are then austenitizing again at 780 ° C up to 850 ° C heated, then quenched again in polymer solution, salt bath or oil and at 160 ° C up to 250 ° C to be tempered. The resulting structure of the hollow rollers then points a hardness on the functional surfaces between 58 HRC and 64 HRC, a tensile strength> 2100 MPa and a maximum bending fatigue strength> 700 MPa as well as a maximum Residual breaking elongation of 5% to 15% depending on the selected material on while on the surfaces the hollow rollers at the same time compressive stresses between -200 MPa and -400 MPa act.
Bei dem dagegen als Carbonitrieren bekannten Aufkohlen von Werkstücken mit Stickstoffanteil in der Ofenatmosphäre werden als besondere Art des Einsatzhärtens neben Kohlenstoff gleichzeitig geringe Mengen Stickstoff in die Innen- und Außenoberflächen der Hohlrollen eindiffundiert, um den Reibverschleißwiderstand und die Notlaufeigenschaften der angereicherten Randschicht zu verbessern und eine höhere Anlassbeständigkeit gegenüber dem Einsatzhärten zu erreichen. Der Stickstoff wirkt bei diesem Verfahren als Legierungselement in den Randschichten bzw. Oberflächen der Hohlrollen, durch das deren Randhärtbarkeit verbessert wird. Durch Carbonitrieren von durchhärtenden Wälzlagerstählen werden bei geeigneter Kombination von Werkstoff und Wärmebehandlungsparametern in den Randschichten außerdem Druckeigenspannungen bis zu –100 MPa sowie definierte Restaustenitgehalte zwischen 8 % und 25 % erzeugt, die durch den eingebrachten Stickstoff stabilisiert werden und als Plastizitätsträger gleichzeitig eine gesteigerte Toleranz gegen Überrollung harter Partikel ergeben. Die Austenitisierung und Diffusion erfolgt dabei bevorzugt bei Temperaturen von 840°C bis 900°C unter Einhaltung von werkstück- und härtetiefenabhängigen Haltezeiten von bis zu 6 Stunden, wonach bei Härtetemperaturen zwischen 840°C und 870°C entweder martensitisch oder auf 180°C bis 260°C etwa 4 Stunden bainitisch abgeschreckt wird. Das dabei entstehende Gefüge der Hohlrollen weist dann ähnlich wie beim Einsatzhärten eine Härte an den Funktionsflächen zwischen 58 HRC und 64 HRC, eine Zugfestigkeit > 2100 MPa und eine maximale Biegewechselfestigkeit > 700 MPa sowie eine maximale Restbruchdehnung von > 3 % in Abhängigkeit des gewählten Werkstoffs auf.at the carburizing known as carbonitriding of workpieces with Nitrogen content in the furnace atmosphere are considered a special kind case hardening In addition to carbon simultaneously small amounts of nitrogen in the Interior and exterior surfaces of the Hollow rollers diffused to the Reibverschleißwiderstand and the emergency running properties to improve the enriched surface layer and a higher tempering resistance across from case hardening to reach. The nitrogen acts as an alloying element in this process in the surface layers or surfaces the hollow rollers, through which their edge hardenability is improved. By carbonitriding by hardening Rolling bearing steels are included appropriate combination of material and heat treatment parameters in the boundary layers as well Compressive stresses up to -100 Generates MPa and defined retained austenite contents between 8% and 25%, which are stabilized by the nitrogen introduced and as Plasticity carrier at the same time an increased tolerance against rolling over hard particles. Austenitization and diffusion takes place preferably at temperatures of 840 ° C to 900 ° C while maintaining workpiece and hardening depth-dependent holding times of up to 6 hours, after which at hardening temperatures between 840 ° C and 870 ° C either martensitic or at 180 ° C up to 260 ° C bainitic quenched for about 4 hours. The resulting structure the hollow rollers then looks similar as in case hardening one Hardness the functional surfaces between 58 HRC and 64 HRC, a tensile strength> 2100 MPa and a maximum bending fatigue strength> 700 MPa as well as a maximum residual breaking strain of> 3 % dependent on of the chosen Material on.
Als weitere Möglichkeiten zur Erreichung der geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird es durch die Ansprüche 6 und 7 schließlich noch vorgeschlagen, dass als Werkstoff für die Hohlrollen ein vakuumerschmolzener oder ein elektroschlackeumgeschmolzener Wälzlagerstahl mit hoher Reinheit oder auch ein pulvermetallurgischer oder sprühkompaktierter Wälzlagerstahl ausgewählt wird und die Hohlrollen entweder durch eine Standardwärmebehandlung oder wie bereits beschrieben durch Bainitisieren oder Induktionshärten oder durch Einsatzhärten oder Carbonitrieren behandelt sind. Die Verwendung derartig hochwertiger Wälzlagerstähle bewirkt dabei, dass bereits mit einer Standardwärmebehandlung die ansonsten nur mit den speziellen Wärmebehandlungsverfahren erreichbare Erhöhung der Biegewechselfestigkeit der Hohlrollen eintritt oder bei Anwendung dieser speziellen Wärmebehandlungsverfahren nochmals gesteigert wird.When More options to achieve the required properties for the hollow rollers of the invention designed radial roller bearing it will be through the claims 6 and 7 finally nor suggested that as a material for the hollow rollers a vacuum melted or an electroslag remelted bearing steel of high purity or also a powder-metallurgical or spray-compacted bearing steel selected and the hollow rollers either by a standard heat treatment or as already described by bainitizing or induction hardening or by case hardening or carbonitriding are treated. The use of such high quality Rolling steel causes that already with a standard heat treatment otherwise achievable only with the special heat treatment process increase the bending fatigue strength of the hollow rollers occurs or when using this special heat treatment process is increased again.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Radialwälzlagern den Vorteil auf, dass es unter weitestgehender Beibehaltung seiner ursprünglichen Leistungsmerkmale, wie Tragzahl, Bauraum und Lebensdauer, zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mit Hohlrollen ausgestattet ist, die sich durch eine gezielte Auswahl ihres Ausgangsmaterials sowie durch eine ausgereifte Wärmebehandlung derselben durch eine hohe Überrollfestigkeit und durch eine hohe Zugfestigkeit bei gleichzeitig hoher Zähigkeit und somit durch eine erhöhte Dauerfestigkeit und Gebrauchsdauer auszeichnen. Diese Vorteile treten dabei auch dann ein, wenn die Wälzkörper nicht durch einen Lagerkäfig geführt werden, sondern sich wie bei vollrolligen Lagern selbst führen.The inventively embodied radial roller bearing thus has the advantage over the known from the prior art radial rolling bearings that it is equipped with largely retaining its original performance characteristics, such as load capacity, space and life, to prevent slippage between the rolling elements and the bearing rings with hollow rollers which are characterized by a targeted selection of their starting material and by a mature heat treatment of the same by a high rollover resistance and high tensile strength with high toughness and thus by increased fatigue strength and service life. These advantages also occur when the rolling elements not be guided by a bearing cage, but lead yourself as in full complement bearings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:A preferred embodiment of the inventively designed radial roller bearing will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. there demonstrate:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Aus
den Darstellungen der
Damit
die Hohlrollen
In
besonders kostengünstiger
Weise bestehen die Hohlrollen
- 11
- Radialwälzlagerradial bearings
- 22
- äußerer Lagerringouter bearing ring
- 33
- innere Laufbahninner career
- 44
- innerer Lagerringinternal bearing ring
- 55
- äußere Laufbahnouter career
- 66
- Wälzkörperrolling elements
- 77
- Lagerkäfigbearing cage
- 88th
- Hohlrollenhollow rollers
- 99
- InnenmantelflächenInner lateral surfaces
- 1010
- AußenmantelflächenOuter shell surfaces
- C/PC / P
- relative Belastungrelative burden
Claims (7)
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