DE102008024055A1

DE102008024055A1 - Lagerring und Lager mit funktionsbezogenem Werkstoffverbund

Info

Publication number: DE102008024055A1
Application number: DE102008024055A
Authority: DE
Inventors: Franziska Braun; Sven Claus; Claus Dr.-Ing. Müller; Werner Dr.-Ing. Trojahn
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-11-19

Abstract

Lagerelement, insbesondere Lagerring für ein Wälzlager, Gleitlager oder eine Linearführung, wobei das Lagerelement ein Trägerelement und ein Funktionselement umfasst, wobei das Funktionselement mindestens im Bereich der Lagerlaufbahn aus einem anderen Werkstoff als das Trägerelement besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von dem Funktionselement und dem Trägerelement aus mindestens zwei aneinander gefügten Segmenten besteht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere ein Gleitlager, ein Gelenklager, eine Linearführung oder ein Wälzlager, mit funktionsbezogenem Werkstoffverbund.
Einige Einsatzgebiete von Lagern, beispielsweise von Wälzlagern, bedingen hohe Anforderungen an deren Korrosionsbeständigkeit. So werden bei bestimmten Einsatzgebieten Wälzlager korrosiven Medien, z. B. Meerwasser, Säuren, Laugen oder Reinigungschemikalien ausgesetzt. Bei anderen Einsatzfällen, z. B. in der Lebensmittelindustrie oder bei Pumpen ist eine Trockenlaufeignung der Lager gefordert. Im Bereich von chemischen Anlagen ist eine Eignung zur Medienschmierung, insbesondere auch durch aggressive und/oder korrosive Medien gefordert. Weitere Anforderungen ergeben sich im Bereich der spannungsführenden Produkte, z. B. bei Bahnlagern.
Beständigkeit gegen organischen Bewuchs (Fouling-Resistenz) ist bei Langzeiteinsatz in Süß- oder Salzwasser oder in feuchter/nasser Atmosphäre gefordert.
Weitere Anforderungen betreffen die Wartungsfreundlichkeit und die Möglichkeit der kostengünstigen Reparatur möglichst ohne Austausch des gesamten Wälzlagers. Ingesamt soll das Wälzlager über seine Lebensdauer möglichst geringe Kosten verursachen.
Aufgrund der vielfältigen Anforderungen wird eine Vielzahl unterschiedlicher Lagerwerkstoffe eingesetzt. Üblicherweise werden Wälzlager aus Chromstahl gefertigt. Der ist sehr hart, aber vergleichsweise leicht rostend. Verbreitet wird hierbei die Stahlsorte 100Cr6 (Werkstoff-Nr. 1.3505) eingesetzt. Das ist ein Stahl mit einem Gehalt von ca. 1% Kohlenstoff und 1,5% Chrom, ein sogenannter Wälzlagerstahl. Viele härtbare Stähle, insbesondere Wälzlagerstähle, sind nicht „rostfrei”, sondern nur für einen gewissen Zeitraum korrosionsbeständig.
Für Anwendungen in korrosiver Umgebung werden auch die härtbaren Stähle X65Cr13 (Werkstoff-Nr. 1.4037) und X30CrMoN15-1 (Werkstoff-Nr. 1.4108) verwendet, die im Vergleich zu Wälzlagerstählen oder anderen härtbaren Stählen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Für Anwendungen in stark korrosiver Umgebung sind auch Lager aus sogenanntem nicht-rostenden Stahl, z. B. aus AlSi440C, bekannt.
Für besondere Betriebsbedingungen werden Lager komplett aus Keramik (z. B. Siliziumnitrid) und Hybridlager, bei denen die Lagerringe aus Stahl, die Wälzkörper aus Keramik (z. B. Siliziumnitrid) bestehen, eingesetzt. Lager aus Kunststoff mit Wälzkörpern aus Glas werden in aggressiven Medien, z. B. Säuren oder Laugen eingesetzt. Letztere Lager sind jedoch nur für Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Tragfähigkeit geeignet.
Zur Verbesserung der Eigenschaften von Wälzlagern ist es ferner Stand der Technik, die Lagerkomponenten, insbesondere die Lagerringe, unter Kombination mehrerer verschiedener Werkstoffe herzustellen. Um dies zu realisieren, werden verschiedene Techniken eingesetzt. Unter anderem werden galvanische Korrosionsschutzbeschichtungen, z. B. auf Zn-Basis aufgebracht. Ferner werden Verschleißschutzschichten, wie z. B. TiN aufgebracht. Ferner werden, wenn eine Isolation gegenüber unter elektrischer Spannung stehenden Teilen gefordert ist, thermisch gespritzte keramische Isolationsschichten, wie z. B. Al₂O₃ verwendet. Desweiteren werden Anstriche auf Basis von Silikon- oder Epoxydharzen oder auch zum Teil kupferhaltiger Verbindungen eingesetzt.
Beispielhaft sei hier die DE 10 2004 035 212 A1 genannt, die vorsieht, dass bei einem Wälzlager, welches zumindest einen Innenring und einen Außenring sowie zwischen denselben in Laufbahnen angeordnete Wälzkörper umfasst, die Laufbahn des Innenrings und die Laufbahn des Außenrings jeweils mit einem die Wälzkörper zum Innen- und Außenring beabstandet haltenden und separat hergestellten Belag versehen sind oder durch einen solchen Belag gebildet sind, wobei die Beläge ein in eine Harzmatrix eingebettetes Polytetrafluorethylen-Gewebe (PTFE-Gewebe) aufweisen.
Die DE 25 18 789 A1 beschreibt ein kostengünstiges Wälzlager, bei dem ein zusammengesetzter Wälzlagerring vorgesehen ist, der aus einem relativ dünnen metallischen Bahnelement, einem relativ dünnen metallischen Stützelement und einer nachgiebigen Packung, die das Bahnelement und das Stützelement miteinander verbindet, vorgesehen sind.
Die bisherigen Lösungen gemäß dem Stand der Technik weisen jeweils spezifische Nachteile auf. So sind Beschichtungen und Anstriche sowie Beläge auf Polymerbasis nur bedingt durch Wälzkörper überrollfähig. Es besteht hierbei die Gefahr der Bildung von Rissen und Abplatzungen. An diesen be schädigten Stellen und auch an offenen Poren besteht dann keine Schutzwirkung. PVD- bzw. CVD-Beschichtungen können verfahrensbedingt auf Grund der Größe der Beschichtungsanlage nur bis zu einer limitierten Größe wirtschaftlich hergestellt werden. Für galvanische Beschichtungen steigt der anlagentechnische Kostenaufwand für die Herstellung der Beschichtung mit zunehmender Lagergröße stark an. Ferner ist die Medien- und Korrosionsbeständigkeit von unbeschichteten, korrosionsbeständigen Stählen für bestimmte Einsatzbereiche unzureichend. Gleichzeitig sind solche korrosionsbeständigen Stähle sehr teuer. Lagerringe aus Vollkeramik sind fertigungs- und kostenbedingt ebenfalls nur bis zu einer beschränkten Lagergröße wirtschaftlich herstellbar und zudem insgesamt sehr teuer. Insgesamt gibt es im Stand der Technik zudem keinen Werkstoff der allen genannten Anforderungen gerecht wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Aufbau für ein Lager zur Verfügung zu stellen, das den oben genannten Anforderungen genügt und das insbesondere technisch sowie wirtschaftlich für den Einsatz in der Energietechnik, z. B. Meeresströmungs-, Wellen-, Wind- oder Gezeitenkraftwerken, oder in der Offshore-Technik, speziell bei der Förderung von Rohstoffen wie Erdöl oder Erdgas oder bei Pumpen und anderen Förderanlagen, aber auch in den weiteren oben genannten Einsatzbereichen geeignet ist. Ferner soll das Lager besonders verschleißresistent, wartungsfreundlich und möglichst kostengünstig zu reparieren sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Lagerelement umfasst ein Trägerelement und ein Funktionselement, wobei das Funktionselement mindestens im Bereich der Lagerlaufbahn aus einem anderen Werkstoff als das Trägerelement besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von dem Funktionselement und dem Trägerelement aus mindestens zwei aneinander gefügten Segmenten besteht.
Bei einem erfindungsgemäßen Lagerelement werden zwei Teile, nämlich ein Trägerelement und ein Funktionselement kombiniert, da an den verschiedenen Bereichen des Lagerelementes verschiedene Belastungen auftreten. So wird die Lagerlaufbahn im Wesentlichen auf Verschleiß beansprucht. Zusätzlich können bei einer Wälzlagerung hohe Flächenpressungen durch die Wälzkörper auf die Lagerlaufbahn wirken. Ferner st bei einem Einsatz in aggressiven Medien auch hier eine Korrosionsbeständigkeit gefordert. Daher ist es vorteilhaft hier besondere Materialien vorzusehen. Der Teil des Lagerelementes, auf dem die Wälzkörper nicht unmittelbar abrollen, bzw. der auch nicht auf Reibung, wie im Falle eines Geleitlagers beansprucht wird, kann vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung aus einem anderen, z. B. einem weniger hochwertigen und daher kostengünstigeren Werkstoff hergestellt werden. Ferner ist es manchmal auch nicht vorteilhaft das gesamte Lagerelement auf Grund seiner großen Querschnitte oder seiner Form aus dem Werkstoff herzustellen, der für die Lagerlaufbahn erforderlich ist. Erfindungsgemäß können das Trägerelement und das Funktionselement als Segmente ausgestaltet werden, indem das Lagerelement durch den Einbau der einzelnen Segmente stückweise gebildet wird, was mehr Flexibilität hinsichtlich der Herstellbarkeit der Segmente (Fertigungsverfahren, z. B. keine Größenlimitierung) als auch des Einbaus des erfindungsgemäßen Lagerelementes ermöglicht. Ferner wird somit der Austausch einzelner Segmente ermöglicht. So können einzelne Funktionselementsegmente ausgetauscht werden, wenn diese verschlissen oder beschädigt sind. Häufig treten Beschädigungen, z. B. als sogenannte Pittings nicht über den gesamten Umfangsbereich (im Falle eines Rotationslagers) auf und es kann daher vorteilhaft sein, einzelne Funktionselementsegmente auszutauschen. Ferner kann aber auch das Trägerelement durch äußere Einflüsse, wie z. B. aggressive Medien beschädigt werden und es ist dann vorteilhaft, wenn einzelne Segmente ausgetauscht werden können, ohne dass das ganze Trägerelement erneuert werden muss.
Die beiden Teile des Lagerelementes, das Trägerelement und das Funkti onselement, bzw. die jeweiligen Segmente des Träger- und/oder Funktionselementes, sind baulich voneinander unabhängig gefertigt und werden erst bei der Montage zu dem Lagerelement kombiniert, wobei das Trägerelement an dem Funktionselement befestigt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Lagerelement als Lagerinnenring oder Lageraußenring gebildet, wobei das Trägerelement als Trägerring gebildet ist und das Funktionselement als Funktionsring gebildet ist und wobei der Trägerring aus Ringsegmenten gebildet ist und/oder der Funktionsring aus Funktionsringsegmenten gebildet ist.
Die erfindungsgemäßen Lagerelemente können sowohl als Lageraußenring als auch als Lagerinnenring gebildet werden. Die Lageringe können sowohl als durchgehender Ring oder bestehend aus mehreren Ringsegmenten, die beabstandet sind oder aneinander angrenzen, gestaltet werden. Ringsegmente finden vor allem bei Lagern mit großen Durchmessern Anwendung. Der dargestellte Aufbau ermöglicht es, dass entsprechend den Anforderungen an den jeweiligen Bereich im Lager Werkstoffe mit hierauf abgestimmten Eigenschaften eingesetzt werden können. Ferner ist es so möglich, mit einem Lagergrundaufbau durch Einsatz spezifischer Funktionsringe eine Anpassung an verschiedene Einsatzfälle zu ermöglichen. Das Lager wird somit baukastenartig unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen zusammengesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Funktionsring mindestens eine Randschicht, insbesondere eine funktionelle Beschichtung und/oder der Trägerring mindestens eine Trägerringrandschicht, insbesondere eine funktionelle Beschichtung auf. Solche Beschichtungen haben für den Trägerring und den Funktionsring verschiedene Vorteile. Für den Funktionsring werden hier eher Beschichtungen vorgesehen, die die Reibung verringern oder verschleißresistent sind. Die Beschichtung am Funktionsring sollte auf Grund der abrollenden Wälzkörper wenigstens im Bereich der Laufbahn der Wälzkörper überrollfest sein. Im Bereich des Trägerrings sind vor allem korrosionsschützende Schichten, Lacke oder Anstriche von Vorteil, wenn das Lager aggressiven Medien, wie z. B. Meerwasser, Säuren, Laugen oder Lösungsmitteln ausgesetzt ist. Diese korrosionschützenden Schichten am Trägerring müssen, da hierauf kein Abrollen der Wälzkörper erfolgt, weniger bzw. nicht überrollfest sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Trägerringrandschicht eine chemisch oder galvanisch abgeschiedene Nickel- oder Chromschicht oder eine mittels physikalischer Gasphasenabscheidung abgeschiedene Beschichtung. Besonders bevorzugt besteht die Trägerringrandschicht bzw- oberflächenschicht aus Lacken oder Anstrichen mit Korrosionsschutz- und Antifoulingwirkung, wie sie z. B. im Schiffbau oder in der Off-Shore-Technik eingesetzt werden; bevorzugtes Basismaterial des Trägerringes, auf welches diese Rand- oder Oberflächenschicht aufgebracht wird, ist Stahl oder Hartmetall. Der Trägerring ist besonders bevorzugt wenigstens teilweise aus meerwasserbeständigem austenitischen Stahl, bevorzugt aus vergütetem Stahl oder aus meerwasserbeständiger Bronze, hochfestem Kunststoff, ggf. faserverstärktem Kunststoff Sinterwerkstoff oder Keramik gebildet. Diese Ausgestaltungsvarianten sind besonders korrosionsbeständig und ermöglichen einen Einsatz im Meerwasser, z. B. in Lagern von Turbinen in Gezeiten-, Meeresströmungs- oder Wellenkraftwerken. Je nach Anforderung an die Korrosionsbeständigkeit und Randbedingungen der Ausgestaltung kann mit Bezug auf die voranstehend aufgeführten, erfindungsgemäß ausgewählten Materialien auch auf kostengünstige Trägerringwerkstoffe (z. B. Kunststoff, vergüteter Stahl) zurückgegriffen werden. Damit wird der wirtschaftliche Aspekt der o. g. Aufgabenstellung gelöst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Funktionsring wenigstens teilweise bevorzugt aus Wälzlagerstahl, besonders bevorzugt aus einem stickstofflegierten und/oder thermochemisch und/oder thermisch behandelten, martensitisch härtenden, korrosionsbeständigen und – für Wälzlager und Lineareinheiten – überrollfesten Stahl, beispielsweise aus dem Stahl X30CrMoN15-1 (”Cronidur”) oder einem hochlegierten, thermisch bzw. thermochemisch oberflächennah behandelten Stahl mit einem Chromgehalt von mindestens 13%, z. B. X20Cr13, X45Cr13 oder X65Cr13 oder Keramik oder einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff oder einem Hartmetall oder einer pulvermetallurgisch hergestellten Legierung oder einem nicht- kristallinen (= amorphen) oder einem teilkristallinen Metall oder einem austenitischen, rostfreien Stahl mit einem Hartstoffgehalt größer als 30% oder austenitischen, rostfreien, thermomechanisch verfestigten oder thermochemisch behandelten Stahllegierungen z. B. X5CrNi18-10 und X6CrNiMo-17-12-2. hergestellt.
Der o. g. Cronidur-Stahl ist ein nichtrostender Eisen-Chrom-Molybdän-Stahl für hochbeanspruchte Bauteile. Die Werkstoffnummer/DIN-Code ist 1.4108. Er zeichnet sich durch eine hohe Härte und Festigkeit bei guter Schlagbiegearbeit, hervorragende Korrosionsbeständigkeit im gehärteten und entspannten Zustand, sowie gute Korrosionseigenschaften im gehärteten und angelassenen Zustand (bis max. 500°C) aus. Ein o. g. erfindungsgemäßer martensitisch härtender Hochleistungsstahl mit einem Chromgehalt von mindestens 13% erlangt durch eine erfindungsgemäße thermochemische Behandlung eine hohe Oberflächenhärte und gleichzeitig eine hohe Korrosions- und Medienbeständigkeit. Letztere ist mit der des Werkstoffes Cronidur vergleichbar. Stähle der Legierung X1NiCrMoCu25-20-5 oder X1NiCrMoCuN25-20-7 sind höher legierte, austenistische rostfreie Stähle, die meerwasserbeständig sind. Modifiziert man diese Stähle erfindungsgemäß derart, dass sie einen Gehalt an Hartstoffen, z. B. Carbide, von mindestens 30 Vol.% haben, werden diese Stähle durch die deutlich gesteigerte Härte überrollfest unter Beibehaltung ihrer Korrosionsbeständigkeit. Die Kombination aus Überrollfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird erfindungsgemäß ebenfalls erreicht durch die o. g. spezielle thermomechanische Verfestigung der entsprechenden austenitischen Stähle.
Beispiele für – je nach Herstell- und Abkühlbedingungen – amorphe oder teilkristallin erstarrende Legierungen, die der jungen Werkstoffklasse der sog. metallischen Gläser angehören, sind Zr61,7Al8Ni13Cu17Sn0,3 oder (Cu0,6Hf0,25Ti0,15)90Nb10, oder Ni53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3 oder Fe37-50Y1,5 (Rest: Cr, Co, Mo, Mn, C, B), Angaben jeweils in Atom%. Erfindungsgemäß wird die einzigartige Eigenschaftskombination der metallischen Gläser aus Korrosionsbeständigkeit, hoher Festigkeit, Bruchzähigkeit und sehr hoher Elastizität genutzt. Je nach speziellem Anforderungsprofil an das Lagerelement und dessen Design und die Herstelltechnik greift man auf die entsprechende Metallglaslegierung zurück. Die aufgeführten Legierungsbeispiele sind nicht ausschließlich zu verstehen.
Der Funktionswerkstoff sollte für Wälzlager- und Linearanwendungen dauerhaft bei einer Flächenpressung größer 1000 MPa überrollfest sein und generell für alle Anwendungen eine Bruchzähigkeit von mindestens 6 MPa m – 1/2 besitzen, um auftretende Kerbspannungen aus dem Betrieb, der Fertigung oder von Fügeoperationen aushalten zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Funktionsring im Bereich der Lagerlaufbahn wenigstens teilweise aus einer bruchzähen, z. B. nanostrukturierten Keramik auf Basis von Si₃N₄, SiC, Al₂o₃ oder ZrO₂ oder einer Kombination davon. Für den Funktionsring wird gemäß dieser Ausführungsform eine solche Keramik gewählt, da diese sowohl korrosionsfest, insbesondere beständig gegen Meerwasser, als auch dauerhaft bei einer Flächenpressung größer als 1000 MPa/m² überrollfest ist. Zusätzlich ist dieser Werkstoff dadurch gekennzeichnet, dass er eine relativ hohe Bruchzähigkeit aufweist, so dass auftretende Kerbspannungen aus dem Betrieb, der Fertigung oder Montage aufgenommen werden können. Eine herausragende Eigenschaft der o. g. Keramiken ist deren exzellente Verschleißbeständigkeit, die auf der hohen Härte dieser Werkstoffe (Mohs-Härte > 7 bzw. Härte Vickers HV > 1000) beruhen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Randschicht des Funktionsrings, der aus Metall, insbesondere Stahl besteht, besonders bevorzugt Metallkarbid, bevorzugt diamantartigen Kohlenstoff oder Metallkarbid zusammen mit diamantartigem Kohlenstoff auf. Eine solche Beschichtung kann bei Temperaturen von weniger als 240°C aufgebracht werden. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem Funktionsring aus einem temperaturempfindlichen, niedriglegierten Stahl im gehärteten und getemperten Zustand bei der Beschichtung keine ungewünschten Phasenveränderungen auftreten. Die Substrathärte und die Ermüdungseigenschaften des Funktionsrings werden dadurch nicht beeinträchtigt. Trotzdem wird eine aus reichende Anhaftung, wie sie bei Wälzlagern erforderlich ist, erreicht und durch die besondere Beschaffenheit der Randschicht (z. B. Verschleißbeständigkeit) die anforderungsbezogene Funktionalität des Bauteils erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der Trägerring und der Funktionsring besonders bevorzugt durch eine Schraubverbindung, bevorzugt durch eine Klebe-, Sinter-, Klemm-, Schrumpf-, Walz- Schweiß-, Löt-, oder eine Nietverbindung oder eine Kombination der genannten Verbindungsarten miteinander verbunden. Die Schraubverbindung bietet hierbei den Vorteil, dass der Funktionsring, bzw. die Funktionsringsegmente von dem Trägerring bzw. den Trägerringsegmenten gelöst werden können und so ein Austausch möglich ist. Gerade bei großen Lagern in aggressiven Medien, wie z. B. Meerwasser bei Anwendung des erfindungsgemäßen Lagers in Gezeiten-, Wellen-, oder Strömungskraftwerken ist der Austausch einzelner Funktionsringsegmente vorteilhaft, da im Verschleißfall oder wenn ein funktionsgefährdender Bewuchs von Lagerflächen mit Meeresorganismen (sog. Fouling) stattgefunden hat, nicht das gesamte Lager ausgetauscht werden muss. Dies spart Zeit und Kosten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist besonders bevorzugt am Trägerring, bevorzugt am Funktionsring mindestens ein lösbares Opferanodenelement elektrisch leitend angebracht, das aus einem Material besteht, dass in der elektrochemischen Spannungsreihe ein niedrigeres Standardpotential als besonders bevorzugt der Funktionsring und bevorzugt der Trägerring aufweist. Da das erfindungsgemäße Lager bevorzugt auch in Gezeiten-, Wellen-, oder Strömungskraftwerken eingesetzt werden soll und auch nicht durchgängig korrosionsfeste Werkstoffe eingesetzt werden können oder sollen, wird der Korrosionsschutz nicht auf Korrosionschutzschichten eingeschränkt. Einen wirksamen Korrosionsschutz bieten hier Opferanoden. In wässriger Umgebung bilden das Operanodenelement und der Trägerring oder Funktionsring ein Lokalelement, bei dem sich die Opferanode auflöst und dadurch das edlere Metall des Trägerrings und Funktionsrings vor Korrosion bewahrt. Erfindungsgemäß werden hierfür Opferanoden aus Aluminium, Magnesium oder Zink vorgesehen.
Ein erfindungsgemäßes Lager weist wenigstens ein erfindungsgemäßes Lagerelement auf, wobei die Randschicht des Funktionselements medienresistent, insbesondere in Meereswasser korrosionsfest ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellen wenigstens ein Lagerinnenring und ein Lageraußenring des Lagers eine Gleitpaarung dar. Bevorzugt wird im Fall eines Gleitlagers das Funktionselement als Keramikeinlage gebildet. Dabei sind ein oder mehrere Keramikeinlagen bevorzugt in den Trägerring eingesetzt. Die Keramikeinlage kann sich bei einem Innenlagerring auch an dessen Außenseite befinden, um mit dem Lageraußenring eine Gleitpaarung zu bilden. Als Keramikmaterial sind die oben genannten bruchzähen Keramiktypen vorgesehen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Lagers mit zwei erfindungsgemäßen Lagerelementen mit Funktionsringen gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers mit Lagerelementen mit Funktionsringen;
3 eine schematische räumliche Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Lagerelementes mit einem Trägerringsegment und einem Funktionsringsegment.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Lagers 1 mit zwei erfindungsgemäßen Lagerelementen 5 mit Funktionsringen 20 gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein Lageraußenring 50 ist in dieser Darstellung oben abgebildet und bildet einen Trägerring 10 als Trägerelement 9. Ein Lagerinnenring 40 weiter darunter bildet ebenfalls einen Trägerring 10. Zwischen einem rollenförmigen Wälzkörper 60 und dem Lageraußenring 50 ist ein Funktionsring 20 als Funktionselement 19 angeordnet. Zwischen dem Wälzkörper 60 und dem Lagerinnenring 40 ist ebenfalls ein Funktionsring 20 angeordnet. Der Funktionsring 20 zwischen Lageraußenring und Wälzkörper wird seitlich von einem Fixierring 30 begrenzt. Die Funktionsringe 20 weisen im Bereich der Lagerlaufbahnen 21 jeweils eine Randschicht 22 auf.
Der äußere Funktionsring 20, der zwischen dem Lageraußenring 50 und den Wälzkörpern 60 angeordnet ist, ist zwischen dem Lageraußenring 50 und dem Fixierring 30 fixiert, während der Funktionsring 20 zwischen dem Lagerinnenring 40 und den Wälzkörpern 60 dadurch in Position gehalten wird, dass er mit dem Lagerinnenring 40 z. B. verklebt oder verlötet ist oder klemmend gehalten wird. Beim Betrieb des Wälzlagers 1 drehen sich der Lageraußenring 50 und der Lagerinnenring 40 relativ zueinander. Dabei drehen sich die Funktionsringe 20 mit dem jeweiligen Lagerring 40, 50, an dem sie befestigt sind, mit. Die Wälzkörper 60 laufen auf Lagerlaufbahnen 21 der Funktionsringe 20. Die Funktionsringe 20 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine besondere Randschicht 22 im Bereich der Lagerlaufbahn auf. Diese soll einen möglichst geringen Rollwiderstand, einen geringen Verschleiß oder auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit gewährleisten. Eine solche Randschicht 22 ist besonders verschleißresistent und ist z. B. basierend auf Metallkarbiden oder Titannitrid gebildet.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers 1 mit Lagerelementen 5 mit Funktionsringen 20. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um ein Rillenkugellager mit kugelförmigen Wälzkörpern 60. Ein massiver Funktionsring 20 ist als Laufbahneinsatz in einem Lagerinnenring 40 angeordnet. An dem Lageraußenring 50 ist bei dieser Ausführungsform ein bandförmiger Funktionsring 20 angeordnet. Die Funktionsweise entspricht der der Ausführungsform aus 1.
3 zeigt eine schematische räumliche Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Lagerelementes 5 mit einem Ringsegment 14 eines Trägerrings 10 und einem Funktionsringsegment 24 eines Funktionsrings 20. Der Trägerring 10 und der Funktionsring 20 sind hierbei nicht als durchgehender Ring, sondern aus mehreren Ringsegmenten 14, 24, die beabstandet sind oder aneinander angrenzen, ausgebildet. Solche Ringsegmente finden vor allem bei Lagern mit großen Durchmessern Anwendung. Die einzelnen Ringsegmente 14 des Trägerrings 10 werden bei dieser Ausführungsform z. B. lösbar miteinander verschraubt. Dadurch besteht die Möglichkeit, diese auszutauschen. Es ist auch möglich nur den Funktionsring 20 aus einzelnen Funktionsringsegmenten 24 auszubilden, die an einem einstückigen Trägerring 10 befestigt werden. Ist ein Funktionsringsegment 24 verschlissen, kann es ausgetauscht werden. Die Funktionsringsegmente 24 sind hierzu lösbar an dem Trägerring 10 befestigt, z. B. damit verschraubt oder einfach nur darin eingelegt. An dem Trägerringsegment ist 14 ist hier ein Opferanodenelement 70 elektrisch leitend angebracht, das als Korrosionsschutz für das Ringsegment 14 bzw. 24 wirkt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

1: Lager
5: Lagerelement
9: Trägerelement
10: Trägerring
12: Trägerringrandschicht
14: Ringsegment
19: Funktionselement
20: Funktionsring
21: Lagerlaufbahn
22: Randschicht
24: Funktionsringsegment
30: Fixierring
40: Lagerinnenring
50: Lageraußenring
60: Wälzkörper
70: Opferanodenelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004035212 A1 [0009]
- DE 2518789 A1 [0010]

Claims

Lagerelement (5), insbesondere Lagerring für ein Wälzlager, Gleitlager oder eine Linearführung, wobei das Lagerelement (5) ein Trägerelement (9) und ein Funktionselement (19) umfasst, wobei das Funktionselement (19) mindestens im Bereich der Lagerlaufbahn (21) aus einem anderen Werkstoff als das Trägerelement (9) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von dem Funktionselement (19) und dem Trägerelement (9) aus mindestens zwei aneinander gefügten Segmenten besteht.
Lagerelement (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement als Lagerinnenring (40) oder Lageraußenring (50) gebildet ist, wobei das Trägerelement (9) als Trägerring (10) gebildet ist und das Funktionselement (19) als Funktionsring (20) gebildet ist und wobei der Trägerring (10) aus Ringsegmenten (14) gebildet ist und/oder der Funktionsring (20) aus Funktionsringsegmenten (24) gebildet ist.
Lagerelement (5) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsring (20) mindestens eine Randschicht (22), insbesondere eine funktionelle Beschichtung und/oder der Trägerring (10) mindestens eine Trägerringrandschicht (12), insbesondere eine funktionelle Beschichtung aufweist.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Randschicht (22) verschleißhemmend und/oder überrollfest ist.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Randschicht (12) korrosionsschützend ist und/oder vor organischem Bewuchs (Fouling) schützt.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Trägerringrandschicht (12) ein Lack ist.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Trägerringrandschicht (12) und/oder wenigstens eine Randschicht (22) eine chemisch oder galvanisch abgeschiedene Nickel- oder Chromschicht oder eine mittels physikalischer Gasphasenabscheidung abgeschiedene Beschichtung, insbesondere eine diamantartige Beschichtung oder eine Metallkarbidschicht ist.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) ein Radiallager, ein Axiallager oder ein Element einer Linearführung ist.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (10) wenigstens teilweise aus meerwasserbeständigem austenitischen Stahl und/oder vergütetem Stahl und/oder meerwasserbeständiger Bronze und/oder hochfestem Kunststoff und/oder faserverstärktem Kunststoff und/oder Sinterwerkstoff und/oder Keramik gebildet ist.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsring (20) wenigstens teilweise aus Wälzlagerstahl, einem korrosionsbeständigen Stahl, insbesondere einem stickstofflegierten und/oder thermochemisch und/oder thermisch behandelten, martensitisch härtenden, korrosionsbeständigen Stahl besteht oder aus einer Keramik oder aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff oder aus einem Hartmetall oder aus einer pulvermetallurgischen Legierung oder aus nicht vollständig kristallinem Metall oder aus einem austenitischen Stahl mit einem Hartstoffanteil größer als 30% oder aus einem austenitischen, rostfreien, thermomechanisch verfestigten oder thermochemisch behandelten Stahl gebildet ist.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsring (20) im Bereich der Lagerlaufbahn (21) wenigstens teilweise aus einer bruchzähen Keramik auf der Basis von Si₃N₄, SiC, Al₂O₃ oder ZrO₂ oder einer Kombination davon besteht.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (10) und der Funktionsring (20) durch eine Klebe- und/oder Sinter- und/oder Klemm- und/oder Schrumpf- und/oder Schweiß- und/oder Löt- und/oder Nieten- und/oder Schraubverbindung und/oder Aufwalzen oder einer Kombination daraus miteinander verbunden sind.
Lagerelement (5) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Trägerring und/oder am Funktionsring mindestens ein Opferanodenelement (70) elektrisch leitend angebracht ist, das aus einem Material besteht, das in der elektrochemischen Spannungsreihe ein niedrigeres Standardpotential als der Funktionsring (20) und/oder der Trägerring (10) aufweist.
Gleitlager mit einem Lagerelement (5), wobei das Lagerelement (5) ein Trägerelement (9) und ein Funktionselement (19) umfasst, wobei mindestens eines von dem Funktionselement (19) und dem Trägerelement (9) aus mindestens zwei aneinander gefügten Segmenten besteht und wobei das Funktionselement (19) mindestens im Bereich der Lagerlaufbahn (21) als Keramikeinlage gebildet ist.
Lager, insbesondere Wälzlager, Gleitlager, Gelenklager oder Linearführung, umfassend mindestens ein Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13.