DE102012215795A1

DE102012215795A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102012215795A1
Application number: DE201210215795
Authority: DE
Inventors: Fabian Hudert
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2014-03-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1), umfassend mindestens einen Lagerinnenring (2), mindestens einen Lageraußenring (3) und zwischen den Lagerringen angeordnete Wälzkörper (4). Um das Lager gegen Verschmutzung resistenter zu machen, sieht die Erfindung vor, dass mindestens einer der Lagerringe (2, 3) aus carbonitiertem Stahl besteht und dass die Wälzkörper (4) aus Siliziumnitrid bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend mindestens einen Lagerinnenring, mindestens einen Lageraußenring und zwischen den Lagerringen angeordnete Wälzkörper.
Gattungsgemäße Wälzlager werden mitunter unter Umgebungsbedingungen eingesetzt, bei denen sie einer gewissen Verunreinigung ausgesetzt sein können. Als Beispiel sei die Lagerung eines Schraubenkompressors genannt. Hier können durch verunreinigtes Prozessgas Schmutzpartikel in die Lagerung gelangen, so dass die Gebrauchsdauer der Lagerung teils stark abnimmt. Die Reduktion der Gebrauchsdauer kann dabei mehrere Monate erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass trotz unvermeidbarer Beaufschlagung durch Verunreinigungen die Gebrauchsdauer erhöht werden kann. Das Wälzlager soll also gegen Verschmutzung resistenter gemacht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lagerringe aus carbonitiertem Stahl besteht und dass die Wälzkörper aus Siliziumnitrid bestehen.
Die Lagerringe bestehen zumeist und bevorzugt aus 100 Cr 6 (Wälzlagerstahl) als Basismaterial.
Eine bevorzugte Lösung sieht vor, dass nur der Lagerinnenring aus carbonitiertem Stahl besteht. Der Lageraußenring kann in diesem Falle einer thermischen Stabilisierung unterzogen sein. Die thermische Stabilisierung ist dabei bevorzugt ein Anlassen zwischen 210 °C und 230 °C, besonders bevorzugt ein Anlassen bei 220 °C (S0-Stabilisierung).
Der Bereich der Laufbahnen der Lagerringe ist bevorzugt mit Öl als Schmiermedium versorgt. Es kommt also insoweit Ölschmierung des Lagers zum Einsatz.
Das vorgeschlagene Wälzlager ist bevorzugt ein Schrägkugellager. Es ist bevorzugt Bestandteil einer aus zwei Wälzlagern bestehenden axial vorgespannten Lageranordnung. Genauso können auch Zylinderrollenlager eingesetzt werden.
Ein besonders bevorzugter Anwendungsfall des vorgeschlagenen Wälzlagers ist ein Schraubenverdichter.
Zu der vorgeschlagen Technologie sei folgendes bemerkt:
Bei dem für die Lagerringe vorgeschlagenen Carbonitrieren werden neben Kohlenstoff geringe Mengen an Stickstoff in die Randschicht eines Lagerrings eindiffundiert, der Stickstoff fungiert als Legierungselement. Durch das Carbonitrieren wird eine bessere Randhärtbarkeit des Lagerrings erreicht; damit können auch unlegierte Stähle Steigerung der Randhärte erreichen.
Das Carbonitrieren erfolgt zumeist bei Temperaturen zwischen 750 °C und 930 °C. Meistens werden die carbonitrierten Lagerringe nach dem Abschrecken angelassen. Das Carbonitrieren zählt zu den Einsatzhärte-Verfahren und wird zumeist bei geringen bis mittleren Einhärtungstiefen angewendet. Die erzeugten Carbonitriertiefen liegen etwa zwischen 0,06 mm und 0,60 mm Tiefe, was von der gewählten Temperatur beim Carbonitrieren abhängt.
Neben Kohlenstoff wird gleichzeitig in geringeren Mengen Ammoniak in die Randschicht eindiffundiert. Der Stickstoff des Ammoniaks wirkt bei diesem Verfahren als Legierungselement im Randbereich des Lagerrings.
Die Temperatur des Carbonitriervorgangs wird entsprechend der gewünschten Eigenschaft gewählt. Im oberen Temperaturbereich wird eine höhere Härte der Randschicht erreicht, im unteren Temperaturbereich wird eine hohe Anreicherung der Randschicht mit Stickstoff erzielt.
Das Abschrecken nach dem Carbonitrieren liegt bei legierten Stählen meist bei 160 °C bis 200 °C.
Die Resistenz gegen Reibverschleiß sowie die Notlaufeigenschaften der mit Stickstoff angereicherten Randschicht sind besser und die Anlassbeständigkeit ist höher, als dies mit klassischem Einsatzhärten erreicht werden kann.
Das für die Wälzkörper vorgesehene technische Siliziumnitrid ist eine Nichtoxid-Keramik, die als solche bei Wälzlagern für Wälzkörper schon eingesetzt wird und hier gebräuchlich ist.
Die hohe Bruchzähigkeit des Materials in Kombination mit kleinen Defektgrößen verleiht der Keramik eine hohe Festigkeit. Vorteilhaft wird hier die Kombination von hoher Festigkeit mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten bei relativ kleinem Elastizitätsmodul genutzt.
Der für die Lagerringe verwendete Stahl ist bevorzugt Wälzlagerstahl 100 Cr 6.
Generell bekannt ist es, eine thermische Stabilisierung der Lagerringe eines Wälzlagers vorzunehmen. Demgemäß werden die Innen- und Außenringe des Lagers maßstabilisiert, wofür eine sog. S0-Stabilisierung durch Anlassen bei 220 °C und eine sog. S1-Stabilisierung durch Anlassen bei 240 °C gebräuchlich sind. Indes werden Wälzkörper einer solchen Behandlung zumeist nicht unterzogen. Hier kommt allenfalls eine geringfügige sog. SN-Stabilisierung bei 120 °C in Frage.
Vorliegend wird gezielt auf die S0-Stabiliserung des Lagerrings abgestellt, der nicht carbonitriert wird.
Insbesondere bei ölgeschmierten Lagerungen wird mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung eines Wälzlagers eine verschleißresistente Materialpaarung erreicht, die zu einer deutlichen Erhöhung der Lagergebrauchsdauer führt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt den Radialschnitt durch ein Schrägkugellager.
In der Figur ist ein Wälzlager 1 zu sehen, das als Schrägkugellager ausgebildet ist. Es hat einen Lagerinnenring 2 und einen Lageraußenring 3. Zwischen den Lagerringen 2, 3 sind Wälzkörper 4 in Form von Kugeln angeordnet. Für den Anlauf der Kugeln 4 weisen der Lagerinnenring 2 und der Lageraußenring 3 entsprechende Laufbahnen 5 und 6 auf.
Das Wälzlager 1 ist Bestandteil einer Lageranordnung, die in einem Schraubenkompressor zum Einsatz kommt. Demgemäß ist eine gewisse Verschmutzung des Wälzlagers 1 trotz gegebenenfalls eingesetzter Dichtungsmaßnahmen nicht vermeidbar, da eine Verschmutzung durch das Prozessgas erfolgt. Dies kann zur Folge haben, dass auch das Schmieröl des Lagers verunreinigt wird.
Um die Verschleißresistenz des Lagers zu erhöhen, ist vorliegend der Lagerinnenring 2 carbonitriert, während der Lageraußenring 3 nicht carbonitriert ist; dieser ist allerdings einer Stabilisierung durch Anlassen bei 220 °C unterzogen (S0-Stabilisierung).
Die Kugeln 4 bestehen aus Wälzlager-Keramik, d. h. aus Siliziumnitrid.
Eine weitere Verbesserung der Gebrauchsdauer des Lagers 1 kann gegebenenfalls erreicht werden, wenn beide Lagerringe 2, 3 carbonitriert sind.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Lagerinnenring
3: Lageraußenring
4: Wälzkörper
5: Laufbahn
6: Laufbahn

Claims

Wälzlager (1), umfassend mindestens einen Lagerinnenring (2), mindestens einen Lageraußenring (3) und zwischen den Lagerringen angeordnete Wälzkörper (4), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lagerringe (2, 3) aus carbonitiertem Stahl besteht und dass die Wälzkörper (4) aus Siliziumnitrid bestehen.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerringe (2, 3) aus 100 Cr 6 (Wälzlagerstahl) als Basismaterial bestehen.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Lagerinnenring (2) aus carbonitiertem Stahl besteht.
Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (3) einer thermischen Stabilisierung unterzogen ist.
Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Stabilisierung ein Anlassen zwischen 210 °C und 230 °C ist.
Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Stabilisierung ein Anlassen bei 220 °C ist (S0-Stabilisierung).
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Laufbahnen (5, 6) der Lagerringe (2, 3) mit Öl als Schmiermedium versorgt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Schrägkugellager oder ein Zylinderrollenlager ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil einer aus zwei Wälzlagern bestehenden axial vorgespannten Lageranordnung ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil eines Schraubenverdichters ist.