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Die Erfindung betrifft einen beschichteten Lagerring und ein Lager mit einem derartigen Lagerring. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Lagerrings.
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Insbesondere wenn ein Lager in einer korrosiven Umgebung eingesetzt wird, kann vorgesehen sein, für die Herstellung des Lagers Lagerringe zu verwenden, die zumindest in den Bereichen ihrer Oberfläche, in denen ein Korrosionsangriff zu erwarten ist, vor Korrosion geschützt sind. Ein derartiger Korrosionsschutz kann beispielsweise mittels einer geeigneten Beschichtung realisiert werden.
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So ist es bereits bekannt, Lagerringe durch eine Phosphatierung und anschließende Behandlung mit einem Konservieröl vor Korrosion zu schützen. Die Phosphatierung bringt neben dem Korrosionsschutz weitere positive Eigenschaften mit sich und kann demgemäß auch aus anderen Gründen als zum Korrosionsschutz vorgesehen werden. Beispielsweise wird durch die Phosphatierung die Montage und auch die Demontage des Lagers auf einer Welle und in einem Gehäuse erleichtert und die Gefahr der Riefenbildung oder gar des Fressens minimiert. Weiterhin wird durch die Phosphatschicht schädlichen im Betrieb auftretenden Effekten zwischen Lager und Gehäuse oder Welle, wie Passungsrost und Reibkorrosion, wirksam vorgebeugt. Wälzlager mit phosphatierten Außenbereichen werden beispielsweise bei Schienenfahrzeugen eingesetzt.
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Die Phosphatierung ist häufig auf den Laufbahnen der Lagerringe nicht erwünscht, weil einerseits bei der sauren Phosphatierung kleine Grübchen in den Grundwerkstoff geätzt werden, welche auf Laufbahnen je nach Belastungsart lebensdauerverkürzend und unerwünscht sein können, und weil die Phosphatschicht eine Dicke von mehreren Mikrometern besitzt, was die Toleranzlage im Inneren des Wälzlagers beeinträchtigt. Außerdem ist die Phosphatschicht weich und wird im Inneren des Wälzlagers im Betrieb verschoben, gewalkt und abgetragen, was je nach Lagerbetriebsbedingungen nachteilig wirken kann.
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Die Phosphatierungsvarianten, welche im Außenbereich den größten Nutzen erzeugen, bewirken im Lagerinnenbereich oftmals den größten Nachteil.
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Deswegen werden nur bei manchen Lagerbauarten, bei denen ein Nachteil durch ein Phosphatieren der gesamten Oberfläche einschließlich des Lagerinnenbereichs und insbesondere der Laufbahn nicht zu erwarten ist, die Lagerringe komplett phosphatiert verwendet.
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Bei anderen Anwendungsfällen wird die im Bereich der Laufbahn ausgebildete Phosphatschicht entweder nachträglich durch Schleifen wieder entfernt, oder der Laufbahnbereich – gelegentlich auch Laufbahn und Gleitbahnen (Führungsbordbereiche) – wird vor dem Phosphatieren abgedeckt, so dass die Phosphatierlösung diese Oberflächen nicht erreicht. Durch die Phosphatierung des Lagerrings kann der Einsatzzeitraum des Lagers verlängert werden. Allerdings kann die Phosphatierung auch negative Auswirkungen auf den Lagerring haben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, bei einem Lagerring die mit einer Phosphatierung einhergehenden positiven Eigenschaften zu erzielen und dabei die negativen Auswirkungen der Phosphatierung weitgehend zu vermeiden und eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
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Der erfindungsgemäße Lagerring weist in einem ersten Teilbereich seiner Oberfläche eine Phosphatschicht und in einem zweiten Teilbereich seiner Oberfläche eine Brünierschicht auf.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Lagerring die mit einer Phosphatierung einhergehenden positiven Eigenschaften aufweist, wobei die negativen Eigenschaften einer Phosphatierung weitgehend vermieden werden. Demgemäß weisen der erfindungsgemäße Lagerring und ein damit hergestellte Lager eine lange Lebensdauer auf.
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Der erste Teilbereich der Oberfläche des Lagerrings kann eine Außenfläche enthalten oder durch eine Außenfläche gebildet sein. Die Außenfläche kann wenigstens eine Stirnfläche des Lagerrings aufweisen. Bei einem Innenring kann die Außenfläche eine Bohrungsfläche aufweisen oder durch eine Bohrungsfläche gebildet sein. Bei einem Außenring kann die Außenfläche eine äußere Mantelfläche aufweisen oder durch eine äußere Mantelfläche gebildet sein.
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Die positiven Eigenschaften der Phosphatschicht kommen im Außenbereich des Lagers zum Tragen und abhängig von der Ausführung des Lagers und vom vorgesehenen Anwendungsfall von unterschiedlicher Bedeutung sein, wobei jede dieser Eigenschaften für sich genommen bereits die Phosphatschicht rechtfertigen kann. Eine positive Eigenschaft der Phosphatschicht besteht darin, dass sie in Zusammenwirkung mit dem von ihr aufgesogenen Konservieröl, den Außenbereich des Lagerrings und somit des Lagers vor Korrosion schützt. Zudem wird durch die Phosphatschicht die Montage und auch die Demontage des Lagers auf einer Welle und in einem Gehäuse erleichtert und die Gefahr der Riefenbildung oder gar des Fressens minimiert. Weiterhin wird durch die Phosphatschicht schädlichen im Betrieb auftretenden Effekten zwischen Lager und Gehäuse oder Welle, wie Passungsrost und Reibkorrosion, wirksam vorgebeugt.
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Die Brünierschicht kann je nach Einsatzfall, Umweltbedingungen und Belastung zu einer teils erheblichen Lebensdauerverlängerung im Betrieb des Lagers führen. Hierfür verantwortlich ist eine Mehrzahl an Wirkungen der Brünierschicht, beispielsweise ein mikrobeschädigungsärmeres Einlaufen und Glätten der sich kontaktierenden Stahloberflächen, eine bessere Schmierstoffadhäsion, eine bessere Lauffähigkeit unter Mangelschmierbedingungen, eine reduzierte Fress- und Kaltverschweißneigung, eine reduzierte Gefahr der Grübchenbildung und der Rissbildung, reduzierte Wasserstoffaufnahme im Betrieb, ein besserer Korrosionsschutz, und ein besserer Schutz gegen unerwünschte chemische Angriffe von Schmierstoffzusätzen auf den Stahl.
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Ein Grossteil der Wirkungen ist speziell für den Wälzkontakt bedeutsam, ein kleinerer Teil ist auch für den bordseitigen Gleitkontakt von Bedeutung.
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Die Bedeutung der Brünierschicht für den Außenbereich des Lagers ist hingegen sehr gering, weil der Korrosionsschutz von Brünierungen bei freier Bewitterung generell niedrig ist und die Effekte auf den Außenbereich eines Lagers bei Einbau und Betrieb, wie sie beim Phosphatieren erreicht werden, von einer Brünierung nicht zur Verfügung gestellt werden können.
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Somit lässt sich zusammenfassen, dass für den Innenbereich des Lagers zur Erhöhung seiner Lebensdauer eine Brünierung wünschenswert ist, diese jedoch im Außenbereich nur geringen Nutzen besitzt. Für den Außenbereich ist eine Phosphatierung sehr nützlich, diese ist im Lagerinnenbereich jedoch von geringem Nutzen oder sogar schädlich.
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Der Lagerring kann als ein Wälzlagerring ausgebildet sein. In diesem Fall kann der zweite Teilbereich des Lagerrings eine Laufbahnfläche enthalten oder durch eine Laufbahnfläche gebildet sein. Für eine Laufbahnfläche ist eine Brünierschicht besonders nützlich und eine Phosphatschicht besonders schädlich. Ebenso ist es auch möglich, dass der Lagerring als ein Gleitlagerring ausgebildet ist. In diesem Fall kann der zweite Teilbereich des Lagerrings eine Gleitfläche enthalten.
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Insgesamt werden durch die Erfindung somit die Vorteile einer Phosphatschicht im Außenbereich eines Lagers und die Vorteile einer Brünierschicht im Innenbereich eines Lagers miteinander verknüpft.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Lager zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils, wobei das Lager einen erfindungsgemäßen Lagerring aufweist. Das Lager kann einen erfindungsgemäß ausgebildeten Innenring und/oder einen erfindungsgemäß ausgebildeten Außenring aufweisen.
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Das Lager kann als ein Wälzlager ausgebildet sein und Wälzkörper aufweisen, die im Bereich ihrer Oberfläche eine Brünierschicht aufweisen. Dabei können die Wälzkörper im Bereich ihrer gesamten Oberfläche die Brünierschicht aufweisen.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings, wobei in einem ersten Teilbereich der Oberfläche das Lagerrings eine Phosphatschicht ausgebildet wird und in einem zweiten Teilbereich der Oberfläche das Lagerrings eine Brünierschicht ausgebildet wird.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erst die Brünierschicht ausgebildet werden und danach die Phospatschicht ausgebildet werden.
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Die Brünierschicht kann zunächst auch im ersten Teilbereich der Oberfläche des Lagerrings ausgebildet werden.
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Die Brünierschicht kann bereichsweise entfernt werden.
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Die Oberfläche des Lagerrings kann im Bereich der Brünierschicht vor der Ausbildung der Phosphatschicht bereichsweise abgedeckt werden.
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Eine bereichsweise Abdeckung ist vorteilhaft, da andernfalls die Brünierschicht beim Eintauchen in das Phosphatierbad abgebeizt und allseitig phosphatiert würde.
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Um ein möglichst wirtschaftliches Ergebnis zu erreichen, und weil das partielle Abdecken von Werkstückflächen ein relativ aufwendiger Prozess ist, sowie bei Brünierungen wegen der heißen und aggressiven Badbedingungen nicht möglich wäre, ist vorzugsweise kein zweimaliges partielles Beschichten, sondern eine vollflächige Brünierung vorgesehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzlager in Seitenansicht,
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2 den Innenring des in 1 dargestellten Wälzlagers in Schnittdarstellung und
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3 den Außenring des in 1 dargestellten Wälzlagers in Schnittdarstellung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzlager 1 in Seitenansicht.
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Bei dem dargestellten Wälzlager 1 handelt es sich um ein Zylinderrollenlager. Die Erfindung bezieht sich in gleicher Weise auch auf Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, CARB-Lager, Kugellager usw. Das Wälzlager 1 kann beispielsweise in ein Schienenfahrzeug eingebaut werden.
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Das Wälzlager 1 weist einen Innenring 2 mit einer zylinderförmig ausgebildeten inneren Laufbahn 3 und einer zylinderförmig ausgebildeten Bohrungsfläche 4 auf. Weiterhin weist das Wälzlager 1 einen Außenring 5 mit einer zylinderförmig ausgebildeten äußeren Laufbahn 6 und einer zylinderförmig ausgebildeten äußeren Mantelfläche 7 auf. Zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 5 rollen Wälzkörper 8 mit zylinderförmig ausgebildeten Mantelflächen 9 auf der inneren Laufbahn 3 des Innenrings 2 und auf der äußeren Laufbahn 6 des Außenrings 5 ab. Die Wälzkörper 8 werden in einem Kä10 geführt.
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Der Innenring 2, der Außenring 5 und die Wälzkörper 8 sind aus Stahl gefertigt. Der Käfig 10 kann beispielsweise aus Kunststoff, Blech oder Messing gefertigt sein und optional eine Beschichtung aufweisen.
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Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, sind einige Flächen des Innenrings 2 und des Außenrings 5 des Wälzlagers 1 mit einer in 1 nicht dargestellten Brünierschicht versehen. Andere Flächen des Innenrings 2 und des Außenrings 5 des Wälzlagers 1 sind mit einer in 1 nicht dargestellten Phosphatschicht versehen. Die Oberfläche der Wälzkörper 8 ist mit einer Brünierschicht versehen.
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2 zeigt den Innenring 2 des in 1 dargestellten Wälzlagers 1 in Schnittdarstellung.
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Wie aus 2 hervorgeht, weist der Innenring 2 beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Anlaufbord 11 auf, an den die Wälzkörper 8 axial anlaufen, d. h. es kommt beim Betrieb des Wälzlagers 1 zu einem Gleitkontakt zwischen den Wälzkörpern 8 und dem Anlaufbord 11.
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Der in 2 dargerstellte Innenring 2 weist an seiner Oberfläche eine Schicht auf, die in verschiedenen Teilbereichen der Oberfläche unterschiedlich ausgebildet sein kann. Bei der Schicht handelt es sich teils um eine Brünierschicht und teils um eine Phosphatschicht. Mit anderen Worten, ein Teilbereich der Oberfläche des Innenrings 2 weist eine Brünierschicht, ein anderer Teilbereich eine Phosphatschicht auf. Zur Veranschaulichung der Schichtverteilung wurde in 2 die Oberfläche des Innenrings 2 in mehrere Flächen unterteilt, deren Erstreckung jeweils durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Dabei ist der Bereich der Bohrungsfläche 4 des Innenrings 2 als Außenfläche F1 bezeichnet. Die äußeren axialen Endflächen des Innenrings 2, ggf. inklusive des Anlaufbords 11, sind als Stirnflächen F2 bezeichnet. Der Bereich, in dem die Oberfläche des Anlaufbords 11 als eine Radialfläche ausgebildet ist, ist als radiale Bordfläche F3 bezeichnet. Der den Wälzkörpern 8 zugewandte Bereich des Anlaufbords 11, an den die Wälzkörper 8 anlaufen, ist als Anlauffläche F4 bezeichnet. Die Fläche der inneren Laufbahn 3 ist als Laufbahnfläche F5 bezeichnet.
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Die Auswahl der Beschichtung für die einzelnen Flächen hängt von den Anforderungen ab, die an die jeweilige Fläche gestellt werden. Demgemäß werden Flächen, die keinen starken Korrosionseinflüssen ausgesetzt sind, bei denen es jedoch auf die Maßhaltigkeit und eine hohe Lebensdauer ankommt und die einer Wälzbelastung ausgesetzt sind mit einer Brünierschicht versehen. Dies trifft beim Innenring 2 für die Laufbahnfläche F5 zu.
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Bei der Brünierschicht handelt es sich um eine Eisenoxidschicht, die eine Dicke von ca. 1–2 Mikrometer aufweist. Die Brünierschicht kann je nach Einsatzfall, Umweltbedingungen und Belastung zu einer teils erheblichen Lebensdauerverlängerung im Betrieb des Wälzlagers 1 führen. Hierfür verantwortlich ist eine Mehrzahl an Wirkungen der Brünierschicht, beispielsweise ein mikrobeschädigungsärmeres Einlaufen und Glätten der sich kontaktierenden Stahloberflächen, eine bessere Schmierstoffadhäsion, eine bessere Lauffähigkeit unter Mangelschmierbedingungen, eine reduzierte Fress- und Kaltverschweißneigung, eine reduzierte Gefahr der Grübchenbildung und der Rissbildung, reduzierte Wasserstoffaufnahme im Betrieb, ein besserer Korrosionsschutz, und ein besserer Schutz gegen unerwünschte chemische Angriffe von Schmierstoffzusätzen auf den Stahl.
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Ein Grossteil der Wirkungen der Brünierschicht ist speziell für den Wälzkontakt bedeutsam, ein kleinerer Teil ist auch für den bordseitigen Gleitkontakt von Bedeutung. Demgemäß ist für die Laufbahnfläche F5 eine Brünierschicht am stärksten angeraten. Für die Anlauffläche F4 ist eine Brünierschicht ebenfalls vorteilhaft aber nicht so wichtig wie für die Laufbahnfläche F5.
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Die Bedeutung der Brünierschicht für den Außenbereich des Wälzlagers 1 ist hingegen sehr gering, weil der Korrosionsschutz von Brünierungen bei freier Bewitterung generell niedrig ist und die Effekte auf den Außenbereich eines Lagers bei Einbau und Betrieb, wie sie beim Phosphatieren erreicht werden, von einer Brünierung nicht zur Verfügung gestellt werden können. Demgegenüber ist die Bedeutung der Phosphatschicht infolge ihres starken Korrosionsschutzes und der weiteren positiven Eigenschaften sehr hoch.
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Die Phosphatschicht kann insbesondere durch eine Manganphosphatierung, eine Zinkphosphatierung, oder eine Zink-Calcium-Phosphatierung ausgebildet werden. Die nicht schichtbildende Eisenphosphatierung ist ebenfalls möglich, aber nicht bevorzugt.
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Die Phosphatschicht schützt, in Zusammenwirkung mit dem von ihr aufgesogenen Konservieröl, den Außenbereich des Innenrings 2, d. h. die Flächen F1, F2, F3, vor Korrosion.
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Zudem wird die Montage und auch die Demontage des Innenrings 2 auf einer Welle erleichtert und die Gefahr der Riefenbildung oder gar des Fressens minimiert.
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Weiterhin wird schädlichen im Betrieb des Wälzlagers 1 auftretenden Effekten zwischen Innenring 2 und Welle, wie Passungsrost und Reibkorrosion, wirksam vorgebeugt.
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Auf der inneren Laufbahn 3 des Innenrings 2, d. h. auf der Laufbahnfläche F5, ist eine Phosphatschicht nicht erwünscht, weil einerseits bei der sauren Phosphatierung kleine Grübchen in den Grundwerkstoff geätzt werden, welche auf Laufbahnen je nach Belastungsart lebensdauerverkürzend und unerwünscht sein können, und weil die Phosphatschicht eine Dicke von mehreren Mikrometern besitzt, was die Toleranzlage im Inneren des Wälzlagers 1 beeinträchtigt. Außerdem ist die Phosphatschicht weich und wird im Inneren des Wälzlagers 1 im Betrieb verschoben, gewalkt und abgetragen, was je nach Lagerbetriebsbedingungen nachteilig wirken kann.
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Somit lässt sich zusammenfassen, dass für den Innenbereich des Wälzlagers 1 zur Erhöhung seiner Lebensdauer eine Brünierschicht wünschenswert ist, diese jedoch im Außenbereich nur geringen Nutzen besitzt. Für den Außenbereich ist eine Phosphatschicht sehr nützlich, diese ist im Innenbereich jedoch von geringem Nutzen oder sogar schädlich.
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Demgemäß hat die Phosphatschicht für die Außenfläche F1 und die Stirnflächen F2 den größten positiven Effekt und ist dort somit am stärksten angeraten. Ebenso eignet sich die Phosphatschicht für die radiale Bordfläche F3. Mit Einschränkungen eignet sich die Phosphatschicht auch für die Anlauffläche F4. Für die Laufbahnfläche F5 ist die Phosphatschicht hingegen nicht geeignet.
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Somit ergibt sich als bevorzugte Schichtverteilung eine Phosphatschicht auf der Außenfläche F1, den Stirnflächen F2 und der radialen Bordfläche F3 in Kombination mit einer Brünierschicht auf der Anlauffläche F4 und der Laufbahnfläche F5.
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Ebenso ist es aber auch möglich auf der Außenfläche F1 oder auf der Außenfläche F1 und den Stirnflächen F2 oder auf der Außenfläche F1, der Stirnfläche F2, der radialen Bordfläche F3 und der Anlauffläche F4 eine Phosphatschicht und auf den jeweils anderen Flächen eine Brünierschicht vorzusehen.
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3 zeigt den Außenring 5 des in 1 dargestellten Wälzlagers 1 in Schnittdarstellung.
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Wie aus 3 hervorgeht, weist der Außenring 5 zwei Anlaufborde 12 auf, an denen die Wälzkörper 8 axial anlaufen.
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Soweit im Folgenden nichts anderes ausgeführt ist gilt das zum Innenring 2 Gesagte für den Außenring 5 analog. Insbesondere wurde die Oberfläche des Außenrings 5 analog zum Innenring 2 in mehrere Flächen unterteilt. Dabei sind der Bereich der äußeren Mantelfläche 7 des Außenrings 5 als Außenfläche F1, die äußeren axialen Endflächen des Außenrings 5, ggf. inklusive der Anlaufborde 12, als Stirnflächen F2, die Bereiche, in denen die Oberfläche der Anlaufborde 12 als eine Radialfläche ausgebildet sind, als radiale Bordflächen F3, die den Wälzkörpern 8 zugewandten Bereiche der Anlaufborde 12, an denen die Wälzkörper 8 anlaufen, als Anlaufflächen F4 und die Fläche der inneren Laufbahn 6 als Laufbahnfläche F5 bezeichnet.
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Beim Außenring 5 ist eine Phosphatschicht auf der Außenfläche F1, den äußeren Stirnflächen F2 und den radialen Bordflächen F3 in Kombination mit einer Brünierschicht auf den Anlaufflächen F4 und der Laufbahnfläche F5 bevorzugt. Alternativ dazu sind beliebige andere Schichtverteilungen mit der Maßgabe möglich, dass die Laufbahnfläche F5 zwingend eine Brünierschicht aufweist und die Außenfläche F1 zwingend eine Phosphatschicht aufweist.
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Die Herstellung der vorstehend beschriebenen Schichtverteilungen beim Innenring 2 und beim Außenring 5 wird im Folgenden beispielhaft für den Innenring 2 beschrieben. Beim Außenring 5 kann in analoger Weise vorgegangen werden.
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Insgesamt wird sowohl eine Brünierung als auch eine Phosphatierung des Innenrings 2 durchgeführt. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass die Phosphatierung auf sauren Bädern und die Brünierung auf alkalischen Bädern basiert und in beiden Fällen die Beschichtung des Innenrings 2 in der Regel das vollständige Untertauchen des Innenrings 2 in das jeweilige Beschichtungsbad erfordert. Demgemäß ergäbe sich eine allseitige Beschichtung entweder mit einer Phosphatschicht in einer Phosphatieranlage oder mit einer Brünierschicht in einer Brünieranlage.
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Zudem lösen die Beschichtungsbäder die jeweils andere Beschichtung ab. Ein phosphatierter Innenring 2, welcher in ein Brünierbad getaucht wird, entschichtet sich im hochalkalischen Natriumhydroxid vollkommen und erhält eine allseitige Brünierschicht.
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Brünierschichten hingegen sind säureempfindlich. Einen brünierten Innenring 2 in ein Phosphatierbad einzutauchen, bewirkt ein Abbeizen der Brünierschicht und eine allseitige Ausbildung einer Phosphatschicht.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher in einem ersten Schritt die gesamte Oberfläche des Innenrings
2, d. h. die Außenfläche F1, die Stirnflächen F2, die radiale Bordfläche F3, die Anlauffläche F4 und die Laufbahnfläche F5 mit einer Brünierschicht belegt. Hierzu wird der Innenring
2 nach einer Entfettung in Heißbrünierbäder getaucht, wobei sich auf der Stahloberfläche eine etwa 1–2 Mikrometer dicke schwarze Eisenoxidschicht Fe3O4 ausbildet. Im Einzelnen kann die Brünierung wie in der
DE 102007061193 A1 beschrieben durchgeführt werden. Die Wälzkörper
8 können in analoger Weise brüniert werden.
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Anschließend werden die Oberflächenbereiche, in denen die Brünierschicht erhalten bleiben soll, also wenigstens die Laufbahnfläche F5, maskiert, d. h. mit einem Material abgedeckt, das gegen eine Phosphatierbehandlung beständig ist. Zum Abdecken kann entweder ein chemikalienbeständiger und leicht wiederabziehbarer Lack, insbesondere ein Lötstopplack, aufgetragen werden, oder bei größeren Serien derselben Innenringe 2 können eigens angefertigte und wiederverwendbare elastische Formüberzüge, beispielsweise Silikonformteile, übergezogen werden. Auch die Montage metallischer Abdeckblenden mit Dichtung ist möglich, wenn das eingeschlossene Luftvolumen bei den Temperaturunterschieden der Bearbeitung die Dichtwirkung nicht aufhebt.
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Danach wird der Innenring 2 einer Phosphatierbehandlung unterzogen. Hierzu wird der allseitig brünierte und partiell maskierte Innenring 2 in eine Phosphatieranlage eingebracht. Die Phosphatierbehandlung löst auf den nichtmaskierten Oberflächenbereichen die Brünierschicht zumindest teilweise ab und erzeugt dort eine Phosphatschicht. Die maskierten Bereiche bleiben davon unberührt und behalten die Brünierschicht. Die maximale Temperatur eines Phosphatierbades ist 98 °C und damit unterhalb der Entstehungstemperatur der Brünierschicht von bis zu 148 °C und unterhalb ihrer Beständigkeitsgrenze von ca. 300 °C
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Das Abbeizen der Brünierschicht kann unterstützt und beschleunigt werden, indem der Innenring 2 nach einer eventuellen Entfettung und Spülung nicht direkt in ein Phosphatierbad verbracht wird, sondern erst für kurze Zeit eine in den meisten Phosphatieranlagen vorhandene Säurestation (Beize oder Stripper) angefahren wird, bevor der Innenring 2 phosphatiert wird. Dies ist insbesondere erforderlich, wenn mit Phosphatierungen gearbeitet wird, welche eine Voraktivierung zur Keimbildung benötigen, da diese nicht auf der Brünierung haften würde. In diesem Fall wird an den nichtmaskierten Flächen die Brünierschicht durch ein kurzes Eintauchen in die Beize oder den sauren Stripper aufgelöst, was je nach Badzusammensetzung Tauchzeiten von unter einer Minute, jedenfalls aber von unter 5 Minuten, bedeutet. Nach einem Abspülen der Beize mit Wasser kann der Innenring 2 dann in die Voraktivierung gefahren werden, wo Kristallisationskeime für die nachfolgende Phosphatierung auf die Oberfläche aufgebracht werden. Im Anschluss erfolgt dann ein Eintauchen in das saure Phosphatierbad. Bei Verwendung von Phosphatierlösungen, die auch ohne Voraktivierung ausreichend feinkristallin aufwachsen, kann der Zwischenschritt der Beize entfallen und der brünierte Innenring 2 direkt ins Phosphatierbad eingetaucht werden.
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Die Phosphatierung wird vorzugsweise aus der Gruppe der nitritbeschleunigten Phosphatierungen gewählt, da eventuelle Nitritrückstände aus dem Brünierprozess dann vollkommen unschädlich sind.
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Nach der Phosphatierung wird die Maskierung entfernt und der Innenring 2 ist teilweise brüniert und teilweise phosphatiert.
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Es erfolgt dann noch eine Konservierung des Innenrings 2. Bei der Konservierung lagert sich das Konservieröl auf der Brünierschicht adhäsiv an. Die schwammartig poröse Phosphatschicht saugt geeignete Konservieröle hingegen auf. Nach dem Brünieren und vor dem Phosphatieren darf kein dickflüssiges Konservieröl aufgetragen werden, welches zu Störungen der Maskierung und deren Abdichtung führt, welches aus der Maskierung im Phosphatierprozess austritt, oder welches schwer entfernbar ist. Daher wird der Innenring 2 am Ende der Brünieranlage vorzugsweise nur in ein Dewatering Fluid getaucht, welches die wässrigen Phasen über Dichteunterschied von den Oberflächen abzieht und einen leichten Korrosionsschutz bewirkt. Die Endkonservierung erfolgt erst nach erfolgter Phosphatierung, wobei für die Konservierung des gesamten Innenringes 2 ein Öl verwendet wird, welches für das Vollsaugen der Phosphatschicht geeignet und brünierverträglich ist. Es kann sich dabei um eine Emulsion handeln, aber auch um ein Mineralölprodukt.
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Der auf die vorstehend beschriebene Weise behandelte Innenring 2, ein in analoger Weise behandelter Außenring 5 und ein Satz brünierter Wälzkörper 8 werden zum erfindungsgemäßen Wälzlager 1 zusammengebaut.
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Durch die vorstehend beschriebene Kombination einer vollflächigen Brünierbehandlung mit einer anschließenden Phosphatierbehandlung nach bereichsweiser Maskierung kann verglichen mit einer Maskierung sowohl bei der Brünierbehandlung als auch bei der Phosphatierbehandlung der Maskierungsaufwand deutlich reduziert werden. Außerdem wird durch die Wahl der Reihenfolge der Beschichtungsvorgänge erreicht, dass die Laufbahnflächen F5 und die Anlaufflächen F4 keine Phosphatierung erhalten und eine Grübchenbildung und Anätzung des Grundwerkstoffes, die nicht reversibel ist und somit auch nach der chemischer Ablösung der Phosphatschicht erhalten bleibt, im Bereich dieser Flächen vermieden wird. Weiterhin wird durch die verwendete Beschichtungsreihenfolge vermieden, dass das ständige Ablösen einer mehrere Mikrometer dicken Phosphatschicht zu einer unerwünschten Fremdbelastung des Brünierbads führt. Die bei der gewählten Vorgehensweise erforderliche Ablösung der lediglich ca. 1 Mikrometer dicken Brünierschicht aus reinem Eisenoxid bewirkt als natürlicher sowie ausfällungsfähiger Bestandteil des Phosphatierbads keinerlei Nachteile. Im Phosphatierbad wird ohnehin gelöstes Eisen aufoxidiert und geht dann dem Schlamm im Absetzbereich zu.
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Durch den Verzicht auf eine partielle Maskierung während der Brünierbehandlung können zudem technische Probleme vermieden werden, die eine solche Maskierung wegen der für Nichteisenwerkstoffe sehr aggressiven thermischen und chemischen Bedingungen der Brünierbehandlung mit sich brächte.
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Hinsichtlich der Schichtqualität ist es so, dass eine Brünierung in ihrer Herstellung empfindlich auf Unregelmäßigkeiten in der Struktur und Zusammensetzung der Oberfläche reagiert, während eine Phosphatierung unempfindlicher aufwächst, was mit der gewählten Reihenfolge der Beschichtungsvorgänge gut vereinbar ist.
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Die Erfindung bezieht sich in gleicher Weise auch auf Gleitlager. Gleitlagerringe können zwar prinzipiell vollflächig mit einer Phosphatschicht versehen werden, da eine Phosphatschicht als Gleitschicht gut geeignet ist und keine Wälzbeanspruchung auftritt. Falls Gleitbeläge aus Nichteisenwerkstoffen vorgesehen sind, eignet sich eine Phosphatschicht jedoch weniger gut als Gleitpartner. In diesem Fall kann einer der Gleitlagerringe des Gleitlagers bereichsweise eine Brünierschicht und bereichsweise eine Phosphatschicht aufweisen. Dabei ist die Gleitfläche dieses Gleitlagerrings mit einer Brünierschicht versehen. Alle sonstigen Flächen aus Stahl sind mit einer Phosphatschicht versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 3
- Innere Laufbahn
- 4
- Bohrungsfläche
- 5
- Außenring
- 6
- Äußere Laufbahn
- 7
- Äußere Mantelfläche
- 8
- Wälzkörper
- 9
- Mantelfläche
- 10
- Käfig
- 11
- Anlaufbord
- 12
- Anlaufbord
- F1
- Außenfläche
- F2
- Stirnfläche
- F3
- radiale Bordfläche
- F4
- Anlauffläche
- F5
- Laufbahnfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007061193 A1 [0063]
