DE102009012258A1

DE102009012258A1 - Drahtwälzlager

Info

Publication number: DE102009012258A1
Application number: DE102009012258A
Authority: DE
Inventors: Christian SCHULTE-NÖLLE; Werner Dr. Trojahn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-03-07
Filing date: 2009-03-07
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Drahtwälzlager, umfassend wenigstens zwei relativ zueinander drehbare Lagerringe, einen oder mehrere Laufringe sowie mehrere in einem Käfig aufgenommene Wälzkörper, die auf dem oder den Laufringen wälzen, wobei - die Lagerringe (1, 2) aus einem korrosionsbeständigen höher legierten austenitischen A5-Stahl oder einem mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Wälzlagerstahl, - die Laufringe (3, 4, 5) aus einem korrosionsbeständigen stickstofflegierten austenitischen Stahl oder einem korrosionsbeständigen aufgestickten martensitischen FeCr-Stahl, - die Wälzkörper (7) aus Keramik und - der Käfig (6) aus einer Nichteisenlegierung, vorzugsweise Messing, oder einem Kunststoff, vorzugsweise PEEK, bestehen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Drahtwälzlager, umfassend wenigstens zwei relativ zueinander drehbare Lagerringe, einen oder mehrere Laufringe sowie mehrere in einem Käfig aufgenommene Wälzkörper, die auf dem oder den Laufringen wälzen.
Hintergrund der Erfindung
Die Drahtlagerbauform wird vornehmlich beim Bau von Großwälzlagern verwendet. Solche Großwälzlager haben Durchmesser bis zu mehreren Metern. Die Steifigkeit solcher Drahtwälzlager wird durch die Lagerringe bestimmt. Die Wälzkörper hingegen rollen auf einem oder mehreren nur relativ dünnen, in die Lagerringe eingelegten Laufringen. Aufgrund der geringen Querschnitte und der einfachen Grundgeometrie lassen sich die Laufringe verhältnismäßig einfach massiv umformen. Dabei sind unterschiedlichste Bauformen denkbar, nämlich Lager mit nur einem Laufring, auf dem einreihig angeordnete Wälzkör per laufen, oder auf dem zweireihig oder mehrreihig angeordnete Wälzkörper laufen, ferner Lager mit zwei oder mehr Laufringen etc.
An Drahtwälzlager wird häufig die Anforderung gestellt, dass sie korrosionsbeständig, zum Teil sogar meerwasserbeständig sind, zum anderen sollen sie auch zum Teil hoch belastbar sein. Diese Eigenschaften erfüllen bekannte Drahtwälzlager nicht im gewünschten Maß.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein Drahtwälzlager anzugeben, das hinreichend korrosionsbeständig und gleichzeitig hoch belastbar ist.
Zur Lösung dieses Problems zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Drahtwälzlager dadurch aus, dass

– die Lagerringe aus einem korrosionsbeständigen höher legierten austenitischen A5-Stahl oder einem mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Wälzlagerstahl,
– die Laufringe aus einem korrosionsbeständigen stickstofflegierten austenitischen Stahl oder einem korrosionsbeständigen aufgestickten martensitischen FeCr-Stahl,
– die Wälzkörper aus Keramik und
– der Käfig aus einer Nichteisenlegierung, vorzugsweise Messing, oder einem Kunststoff, vorzugsweise PEEK,

Das erfindungsgemäße Drahtwälzlager lässt Werkstoffkombinationen zu, die die Bildung eines korrosionsbeständigen, darüber hinaus bedingt oder hochgradig meerwasserbeständigen Drahtwälzlagers, das in jedem Fall hoch belastbar ist, ermöglichen. Während die Lagerringe, die entweder aus korrosionsbeständigen höher legierten A5-Austeniten oder aus einem üblichen Wälzlagerstahl, der mit einer Korrosionsschicht beschichtet ist, bestehen, für die nötige Lagersteifigkeit sorgen, stellt die Materialwahl der Laufringe und der Wälzkörper neben der Korrosionsbeständigkeit auch die hohe Belastbarkeit sicher. Stickstofflegierter austenitischer Stahl, wie er beispielsweise aus DE 10 2004 043 134 A1 bekannt ist, ist hoch korrosionsbeständig, Härten > 60 HRC können damit ohne weiteres erreicht werden. Entsprechendes gilt für aufgestickten martensitischen FeCr-Stahl, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Keramikwälzkörper weisen noch höhere Härtewerte auf, so dass sich insgesamt eine extrem hoch belastbare Wälzlagerung ergibt.
Die Verwendung von z. B. Messing oder z. B. PEEK als Käfigmaterial dient ebenfalls der Schaffung der geforderten Korrosionsbeständigkeit.
Eine weiter konkretisierte Materialkombination eines erfindungsgemäßen Drahtwälzlagers sieht vor, dass

– die Lagerringe aus einem höher legierten austenitischen korrosionsbeständigen A5-Stahl,
– die Laufringe aus einem korrosionsbeständigen stickstofflegierten austenitischen Stahl,
– die Wälzkörper aus Keramik und
– der Käfig aus einer Nichteisenlegierung, vorzugsweise Messing,

Diese Materialkombination lässt die Bildung einer meerwasserbeständigen hoch belastbaren Drahtwälzlagerung zu. Neben der hohen Korrosionsfestigkeit besitzt eine solche Drahtwälzlagerung ferner die Eigenschaft, dass sie amagnetisch und reibungsarm ist, sie ist ferner maßstabil und insbesondere zur Bildung von Drahtlager mit hoher Genauigkeit geeignet.
In Weiterbildung dieser Erfindungsalternative können als Werkstoffe zur Bildung der Lagerringe beispielsweise X1NiCrMoCuN25-20-7 (Werkstoff-Nr. 1.4529) oder X1NiCrMoCu25-20-5 (Werkstoff-Nr. 1.4539) verwendet werden, die Laufringe können aus X35CrMnN18-18 (Handelsname „Carnit”) bestehen.
Eine zweite konkretisierte Lagerausführung zeichnet sich dadurch aus, dass

– die Lagerringe aus einem mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Wälzlagerstahl,
– die Laufringe aus einem korrosionsbeständigen aufgestickten martensitischen FeCr-Stahl,
– die Wälzkörper aus Keramik und
– der Käfig aus einer Nichteisenlegierung, vorzugsweise Messing, oder einem Kunststoff, vorzugsweise PEEK,

Dieses Wälzlager ist ebenfalls hoch belastbar, jedoch nur bedingt meerwasserbeständig. Auch hier resultiert die hohe Belastbarkeit insbesondere aus der Verwendung der Laufring- und Wälzkörpermaterialien.
In weiterer Konkretisierung der verwendbaren Werkstoffe schlägt die Erfindung vor, die Lagerringe aus 100Cr6 (Werkstoff-Nr. 1.3505), 100CrMnSi6-4 (Werkstoff-Nr. 1.3520), 100CrMo7-3 (Werkstoff-Nr. 1.3536) oder X45Cr13 (Werkstoff-Nr. 1.3541) zu bilden, wobei es sich hier um exemplarische Wälzlagerstähle handelt. Die Laufringe können beispielsweise aus aufgesticktem X20Cr13 (Werkstoff-Nr. 1.4021) bestehen. Das Ausgangsmaterial X20Cr13 wird in einem sogenannten „Solnit”-M-Verfahren in einem Vakuumofen bei über 1000°C randaufgestickt und im Druckstickstoff direkt gehärtet. Ein solcher Stahl ist unter dem Namen „Cronitect” im Handel. Alternativ können die Laufringe beispielsweise auch aus X30CrMoN15-1 (Werkstoff-Nr. 1.4108) bestehen. Dieser randseitig aufgestickte Stahl ist unter dem Namen „Cronidur30” im Handel.
Die Keramikwälzkörper bestehen bevorzugt aus Si₃N₄, wobei aber auch andere hinreichend harte Keramiken verwendet werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Diese zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Drahtwälzlagers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figur zeigt lediglich exemplarisch eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Drahtwälzlagers. Dieses besteht aus einem ersten Lagerring 1 und einem zweiten Lagerring 2 sowie insgesamt drei Laufringen 3, 4, 5, wobei der Laufring 3 in den äußeren Lagerring 1 eingelegt ist, während die beiden Laufringe 4 und 5 in den inneren Lagerring 2 eingelegt sind. Vorgesehen ist ferner ein Käfig 6, in dem eine Vielzahl von rollenförmigen Wälzkörpern 7 aufgenommen sind. Die Wälzkörper 7 sind in zwei Reihen angeordnet, der Käfig 6 hat einen um 90° gewinkelten Querschnitt. Die Laufringe 3, 4 und 5 sind so angeordnet, dass die Wälzkörper beider Reihen auf dem äußeren Laufring 3 laufen, während die Wälzkörper 7 der „oberen” Reihe nur auf dem Lagerring 4 und die Wälzkörper 7 der „unteren” Reihe nur auf dem unteren Laufring 5 wälzen. Der hier gezeigte prinzipielle Aufbau eines Drahtwälzlagers ist lediglich exemplarischer Natur, selbstverständlich sind unterschiedlichste Bauformen denkbar.
Es sei angenommen, dass das gezeigte Drahtwälzlager ein hoch belastbares, meerwasserbeständiges Lager ist. In diesem Fall bestehen die Lagerringe 1 und 2 entweder aus X1NiCrMoCuN25-20-7 (1.4529-Stahl) oder X1NiCrMoCu25-20-5 (1.4539-Stahl). Die Laufringe bestehen aus X35CrMnN18-18, also einem stickstofflegierten Austernit.
Der Käfig 6 ist im gezeigten Beispiel aus Messing.
Alternativ sei angenommen, dass es sich bei dem gezeigten Drahtwälzlager um ein zwar hoch belastbares, jedoch nur bedingt meerwasserbeständiges Lager handelt, so bestehen die Lagerringe in einer konkreten Ausführungsform aus handelsüblichem Wälzlagerstahl, der mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist. Verwendbare Wälzlagerstähle sind beispielsweise 100Cr6 (1.3505-Stahl), 100CrMnSi6-4 (1.3520-Stahl), 100CRMo7-3 (1.3536-Stahl) oder X45Cr13 (1.3541-Stahl). Diese Aufzählung ist jedoch nicht abschließend.
Die Laufringe 3, 4 und 5 bestehen in dieser konkreten Ausführungsform entweder aus im Rahmen eines separaten Aufstickungsverfahrens randaufgesticktem X20Cr13 (1.4021-Stahl) oder aus X30CrMoN15-1 (1.4108-Stahl).
Der Käfig 6 kann bei dieser Ausführungsform ebenfalls aus PEEK, gleichermaßen aber auch aus Messing bestehen.
Die Wälzkörper bestehen allesamt aus Si₃N₄.

1: Lagerring
2: Lagerring
3: Laufring
4: Laufring
5: Laufring
6: Käfig
7: Wälzkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004043134 A1 [0006]

Claims

Drahtwälzlager, umfassend wenigstens zwei relativ zueinander drehbare Lagerringe, einen oder mehrere Laufringe sowie mehrere in einem Käfig aufgenommene Wälzkörper, die auf dem oder den Laufringen wälzen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lagerringe (1, 2) aus einem korrosionsbeständigen höher legierten austenitischen A5-Stahl oder einem mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Wälzlagerstahl, – die Laufringe (3, 4, 5) aus einem korrosionsbeständigen stickstofflegierten austenitischen Stahl oder einem korrosionsbeständigen aufgestickten martensitischen FeCr-Stahl, – die Wälzkörper (7) aus Keramik und – der Käfig (6) aus einer Nichteisenlegierung, vorzugsweise Messing, oder einem Kunststoff, vorzugsweise PEEK, bestehen.
Drahtwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lagerringe (1, 2) aus einem höher legierten austenitischen korrosionsbeständigen A5-Stahl, – die Laufringe (3, 4, 5) aus einem korrosionsbeständigen stickstofflegierten austenitischen Stahl, – die Wälzkörper (7) aus Keramik und – der Käfig (6) aus einer Nichteisenlegierung, vorzugsweise Messing, bestehen.
Drahtwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lagerringe (1, 2) aus X1NiCrMoCuN25-20-7 (1.4529-Stahl) oder X1NiCrMoCu25-20-5 (1.4539-Stahl) und – die Laufringe (3, 4, 5) aus X35CrMnN18-18 bestehen.
Drahtwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lagerringe (1, 2) aus einem mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Wälzlagerstahl, – die Laufringe (3, 4, 5) aus einem korrosionsbeständigen aufgestickten martensitischen FeCr-Stahl, – die Wälzkörper (7) aus Keramik und – der Käfig (6) aus einer Nichteisenlegierung, vorzugsweise Messing, oder einem Kunststoff, vorzugsweise PEEK, bestehen.
Drahtwälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lagerringe (1, 2) aus 100Cr6 (1.3505-Stahl), 100CrMnSi6-4 (1.3520-Stahl), 100CrMo7-3 (1.3536-Stahl) oder X45Cr13 (1.3541-Stahl) und – die Laufringe (3, 4, 5) aus X20Cr13 (1.4021-Stahl) oder X30CrMoN15-1 (1.4108-Stahl) bestehen.
Drahtwälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) aus Si₃N₄ bestehen.