DE102013213041A1 - A method of reducing white etching crack susceptibility of a bearing element - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Verminderung einer White-Etching-Cracks-Anfälligkeit eines Lagerelements, bei dem es sich insbesondere um eine Schwenkwiege, um eine Lagerschale oder um einen Wälzkörper zwischen der Schwenkwiege und der Lagerschale handeln kann. Das Lagerelement hat hierbei einen Lagerwerkstoff, der über seine Lagerfläche mit einem anderen Lagerelement zum Übertragen von Lagerkräften in Kontakt bringbar ist. Hierbei ist insbesondere ein Wälzkontakt mit gegebenenfalls zusätzlichen Schlupfanteilen vorgesehen. Bei dem Verfahren wird der Lagerwerkstoff in einem zur Lagerfläche beabstandeten Bereich des Lagerelements wärmebehandelt. Durch die Wärmebehandlung wird in dem Lagerwerkstoff in diesem Bereich ein definierter Stickstoffgehalt durch Aufstickung eingestellt. Zusätzlich oder alternativ kann durch die Wärmebehandlung in dem Bereich eine vergleichsweise geringe Härte eingestellt werden. Des Weiteren ist ein Lagerelement offenbart, das mit dem aufgezeigten Verfahren hergestellt ist. Ferner ist eine Axialkolbenmaschine mit einem derartigen Lagerelement vorgesehen.A method is disclosed for reducing susceptibility to white etching cracks in a bearing element, which can in particular be a swivel cradle, a bearing shell or a rolling element between the swivel cradle and the bearing shell. The bearing element here has a bearing material that can be brought into contact via its bearing surface with another bearing element for the purpose of transmitting bearing forces. In particular, a rolling contact with possibly additional slip components is provided here. In the method, the bearing material is heat-treated in a region of the bearing element that is spaced apart from the bearing surface. As a result of the heat treatment, a defined nitrogen content is set in the bearing material in this area through nitrogenization. Additionally or alternatively, the heat treatment can set a comparatively low hardness in the area. Furthermore, a bearing element is disclosed which is produced using the method shown. Furthermore, an axial piston machine with such a bearing element is provided.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verminderung einer White-Etching-Crack (WEC)-Anfälligkeit eines Lagerelements. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lagerelement und eine Axialkolbenmaschine mit einem derartigen Lagerelement. The invention is based on a method for reducing a white etching crack (WEC) susceptibility of a bearing element. Furthermore, the invention relates to a bearing element and an axial piston machine with such a bearing element.

Bei Lagerelementen beispielsweise im Automobilbereich (Radlager), in Getrieben von Windkraftanlagen, in Hydraulikmaschinen (Axialkolbenmaschinen, Einspritzpumpen) oder in der Schienentechnik (Eisenbahnschienen) werden seit etwa 15 Jahren Schädigungen durch sogenannte White-Etching-Cracks bewusst wahrgenommen. Derartige WECs sind beispielsweise in der Druckschrift EP 2 573 195 A1 beschrieben. Hierbei handelt es sich um Schädigungen bei Lagerelementen, die sich im metallischen Lagerwerkstoff bilden und durch metallographisch weiß anätzende Bereiche sichtbar werden. Diese treten hierbei in der Nähe von Ungänzen, zum Beispiel Einschlüssen unter einer Ober- beziehungsweise Lagerfläche im Bereich eines Wälzkontaktes des Lagerelements auf. Diese WECs werden zum Beispiel auch als White-Etching-Areas (WEA), als White-Structure-Flaking (WSF) oder Butterfly bezeichnet. Im Schädigungsfall sinkt eine erwartete Lebensdauer des Lagerelements derart, dass sie lediglich etwa 10 % der üblicherweise erwarteten Lebensdauer betragen kann. Ein Mechanismus der WEC-Schädigung ist in der Ursache nicht klar bekannt und nicht ausreichend erforscht. Verschiedene makroskopische Einflüsse sind beschrieben.In the case of bearing elements, for example in the automotive sector (wheel bearings), in transmissions of wind power plants, in hydraulic machines (axial piston machines, injection pumps) or in rail technology (railroad tracks), damage has been consciously perceived by so-called white-etching cracks for about 15 years. Such WECs are for example in the document EP 2 573 195 A1 described. These are damage to bearing elements that form in the metallic bearing material and become visible through metallographic white etching areas. These occur in the vicinity of discontinuities, for example inclusions under an upper or bearing surface in the region of a rolling contact of the bearing element. These WECs are also referred to as White Etching Areas (WEA), White Structure Flaking (WSF) or Butterfly, for example. In the event of damage, an expected service life of the bearing element decreases such that it can amount to only about 10% of the usually expected service life. A mechanism of WEC damage is not well known in the cause and not sufficiently researched. Various macroscopic influences are described.

Die EP 2 573 195 A1 schlägt zur Erhöhung einer WEC-Robustheit eines Wälzlagers vor, eine Verbindungsschicht auf der Lagerfläche des Wälzlagers vorzusehen. Die Verbindungsschicht hat hierbei eine geringere Fließspannung als das übrige Material des Wälzlagers. Dies erfolgt dadurch, dass das Wälzlager mit einer bestimmten Temperatur in einer bestimmten Zeit erhitzt wird und die Lagerfläche mit einem chemischen Zusatz in Kontakt gebracht wird. Bei dem chemischen Zusatz handelt es sich beispielsweise um ein Getriebeöl mit einem Wasseranteil von 500 ppm.The EP 2 573 195 A1 proposes to increase a WEC robustness of a rolling bearing to provide a bonding layer on the bearing surface of the bearing. The connecting layer in this case has a lower yield stress than the rest of the material of the rolling bearing. This is done by heating the rolling bearing at a certain temperature in a certain time and bringing the bearing surface into contact with a chemical additive. The chemical additive is, for example, a gear oil with a water content of 500 ppm.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Verminderung einer WEC-Anfälligkeit eines Lagerelements und somit zur Steigerung einer Robustheit des Lagerelements zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber WECs robusteres Lagerelement zu schaffen. Außerdem soll mit der Erfindung eine Axialkolbenmaschine mit einer robusten Lagerung vorgesehen werden. In contrast, the invention has for its object to provide an alternative method for reducing a WEC susceptibility of a bearing element and thus to increase the robustness of the bearing element. Another object of the invention is to provide an over WECs more robust bearing element. In addition to be provided with a robust storage with the invention, an axial piston.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, hinsichtlich des Lagerelements gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 und hinsichtlich der Axialkolbenmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. This object is achieved in terms of the method according to the features of claim 1, with regard to the bearing element according to the features of claim 13 and with respect to the axial piston machine according to the features of claim 14.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous developments of the invention are the subject of further subclaims.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Verminderung einer White-Etching-Crack (WEC)-Anfälligkeit eines Lagerelements vorgesehen. Das Lagerelement hat hierbei einen Lagerwerkstoff und eine Lagerfläche, über die das Lagerelement mit einem anderen Element zum Übertragen von Lagerkräften in Kontakt bringbar ist, wobei es sich bei der Lagerfläche insbesondere um eine Wälzlagerfläche handelt, die einer Wälzbeanspruchung, gegebenenfalls mit zusätzlichen Schlupfanteilen, und anderen Betriebsbeanspruchungen, zum Beispiel Vibration, im Wälzkontakt ausgesetzt sein kann. Bei dem Verfahren wird der Lagerwerkstoff in einem zur Lagerfläche beabstandeten Bereich des Lagerelements wärmebehandelt. Durch die Wärmebehandlung wird in dem Lagerwerkstoff ein definierter Stickstoffgehalt durch Aufstickung eingestellt. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Wärmebehandlung eine für Wälzlagerelemente vergleichsweise geringe Härte von zum Beispiel 57 bis 61 HRC in dem zur Lagerfläche beabstandeten Bereich des Lagerelements eingestellt werden. Übliche Härten für Wälzlagerelemente betragen 60 bis 64 HRC.According to the invention, a method for reducing a white etching crack (WEC) susceptibility of a bearing element is provided. The bearing element in this case has a bearing material and a bearing surface, via which the bearing element can be brought into contact with another element for transmitting bearing forces, wherein the bearing surface is, in particular, a roller bearing surface which has a rolling load, optionally with additional slip portions, and others Operating stresses, such as vibration, may be exposed in rolling contact. In the method, the bearing material is heat-treated in a region of the bearing element which is at a distance from the bearing surface. By the heat treatment, a defined nitrogen content is set by nitriding in the bearing material. Alternatively or additionally, by means of the heat treatment, a hardness of, for example, 57 to 61 HRC, which is comparatively low for rolling bearing elements, can be set in the area of the bearing element which is spaced from the bearing surface. Typical hardnesses for rolling bearing elements are 60 to 64 HRC.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine gezielte Beeinflussung des atomaren Entstehungsmechanismus von WECs. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei einem Einsatz der Lagerelemente, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, eine Entstehung von WECs verhindert oder zumindest deutlich verzögert wird. Durch Verhindern oder Verzögern des Auftretens von WECs wird somit vorteilhafterweise die durch WEC-Schäden hervorgerufene Reduktion der Lebensdauer des Lagerelements verhindert oder vermindert. Weiterhin werden die Lebensdauern von Lagerelementen mit potentieller WEC-Gefährdung erhöht und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Lagerelemente reduziert. Die Einstellung einer vergleichsweise geringen Härte in dem Bereich unterhalb der Lagerfläche führt mit Vorteil zu einem günstigeren lokalen Plastifizierungsvermögen eines Atomgitters des Lagerwerkstoffs.The method according to the invention relates to a targeted influencing of the atomic formation mechanism of WECs. It has surprisingly been found that when using the bearing elements, which are treated by the method according to the invention, a formation of WECs is prevented or at least significantly delayed. Thus, by preventing or delaying the occurrence of WECs, the reduction in the life of the bearing member caused by WEC damage is advantageously prevented or reduced. Furthermore, the life of bearing elements with potential WEC risk increases and reduces the probability of failure of the bearing elements. The setting of a comparatively low hardness in the region below the bearing surface advantageously leads to a more favorable local plasticizing capability of an atomic lattice of the bearing material.

Es hat sich gezeigt, dass die Aufstickung einerseits und das Einstellen einer geringen Oberflächenhärte andererseits auch unabhängig voneinander einen Beitrag gegen das Auftreten von WECs bewirken können. Allerdings erfolgt überraschenderweise bei einer Kombination der Aufstickung mit dem Einstellen der geringeren Härte eine größere Wirkung gegen das Auftreten von WECs als eine jeweils einzelne Maßnahme. On the other hand, it has been found that, on the one hand, nitriding on the one hand and the setting of a low surface hardness, on the other hand, can independently of one another bring about a contribution against the occurrence of WECs. However, surprisingly, in a combination of the nitriding with the setting of the lower hardness occurs a greater effect against the occurrence of WECs as a single measure.

Als Lagerwerkstoff werden insbesondere Eisenwerkstoffe, wie beispielsweise Vergütungsstähle, Einsatzstähle, Nitrierstähle, Automatenstähle, nicht rostende Stähle, mikrolegierte Stähle, Stahl- und Eisenguss usw. in verschiedensten Gefügezuständen angesehen. As bearing material in particular iron materials, such as, for example, tempered steels, case hardened steels, nitriding steels, free cutting steels, stainless steels, microalloyed steels, steel and cast iron, etc., are considered in a wide variety of structural states.

Bei dem Lagerelement kann es sich um ein typisches Lagerbauteil, wie einen Wälzkörper oder einen Ring handeln oder um ein Bauelement, bei dem die Funktion einen Wälzkontakt, gegebenenfalls mit zusätzlichen Schlupfanteil, vorsieht wie beispielsweise Triebwellen, Nockenwellen oder Zahnräder. Als Lagerelement können auch endformnahe Vorfertigungsteile von Lagerelementen angesehen werden. The bearing element can be a typical bearing component, such as a rolling element or a ring, or a component in which the function provides rolling contact, optionally with additional slip component, such as drive shafts, camshafts or gears. As a bearing element also near-net prefabrication parts of bearing elements can be considered.

Bei der Aufstickung handelt es sich um eine thermochemische Behandlung zum Anreichern von Stickstoff.Nitrous oxide is a thermochemical treatment for nitrogen enrichment.

Erfindungsgemäß ist ein Lagerelement aus einem Lagerwerkstoff vorgesehen, das über seine Lagerfläche mit einem anderen Element zum Übertragen von Lagerkräften in Kontrakt bringbar ist. Der Lagerwerkstoff ist hierbei in einem zur Lagerfläche beabstandeten Bereich des Lagerelements wärmebehandelt. Bei der Wärmebehandlung ist in dem Lagerwerkstoff ein definierter Stickstoffgehalt durch Aufstickung eingestellt. Zusätzlich oder alternativ wird durch die Wärmebehandlung eine vergleichsweise geringe Härte in dem zur Lagerfläche beabstandeten Bereich des Lagerelements eingestellt.According to the invention, a bearing element is provided of a bearing material which can be brought into contract via its bearing surface with another element for transmitting bearing forces. The bearing material is in this case heat treated in a space spaced from the bearing surface area of the bearing element. In the heat treatment, a defined nitrogen content is set by nitriding in the bearing material. Additionally or alternatively, the heat treatment sets a comparatively low hardness in the area of the bearing element which is spaced from the bearing surface.

Bei dem zur Lagerfläche beabstandeten Bereich des Lagerelements handelt es sich vorzugsweise um den WEC-kritischen Lastbereich. Die Aufstickung erfolgt somit zumindest in diesem WEC-kritischen Lastbereich. Es ist denkbar, dass die Aufstickung auch in Bereichen des Lagerelements, die für die WEC-Bildung nicht kritisch sind, erfolgen kann. Des Weiteren ist denkbar, dass bei kleineren Lagerelementen die Aufstickung das gesamte Lagerelement betreffen kann.The area of the bearing element which is at a distance from the bearing surface is preferably the WEC-critical load range. The nitriding thus takes place at least in this WEC-critical load range. It is conceivable that the nitriding can also take place in areas of the bearing element which are not critical for the formation of WEC. Furthermore, it is conceivable that for smaller bearing elements, the nitriding may affect the entire bearing element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung des Stickstoffgehaltes hinsichtlich Menge und Position derart, dass sich in dem Bereich des Lagerelements, der aufgestickt werden soll, gezielt Chromnitride und/oder andere Nitride als submikroskopische Teilchen innerhalb des Atomgitters des Lagerwerkstoffs beziehungsweise der Metallmatrix ausscheiden. In a further embodiment of the invention, the nitrogen content is adjusted in terms of quantity and position such that in the region of the bearing element which is to be embroidered, chromium nitrides and / or other nitrides selectively precipitate as submicroscopic particles within the atomic lattice of the bearing material or the metal matrix.

Vorzugsweise erfolgt die Anreicherung des Lagerelements mit Stickstoff durch Carbonitrieren innerhalb oder nachfolgend zu einem Aufkohlen des Lagerwerkstoffs oder durch bloße Aufstickung bei Verwendung eines Werkstoffes mit entsprechendem Kohlenstoffgehalt. Beim Aufkohlen wird das Lagerelement mit einem höheren Kohlenstoffgehalt versehen, wobei es sich bei dem Aufkohlen um ein thermochemisches Verfahren handelt. Wird der Kohlenstoff zusammen mit Stickstoff angereichert, so wird bei dem Aufkohlen von Carbonitrieren gesprochen. Preferably, the enrichment of the bearing element with nitrogen by carbonitriding occurs within or subsequent to a carburizing of the bearing material or by mere nitridation when using a material having a corresponding carbon content. When carburizing, the bearing element is provided with a higher carbon content, wherein the carburizing is a thermochemical process. If the carbon is enriched with nitrogen, carbonitriding is used in the carburizing process.

Bevorzugterweise erfolgt die Aufstickung des Lagerelements oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Lagerwerkstoffs in einer Stickstoff spendenden Atmosphäre, die entkohlend, aufkohlend oder kohlungsneutral ist. Dies wird auch als Gasaufstickung bezeichnet. Preferably, the nitriding of the bearing element takes place above the austenitizing temperature of the bearing material in a nitrogen-emitting atmosphere which is decarburizing, carburizing or carbon neutral. This is also called gas nitridation.

Alternativ ist denkbar, dass die Aufstickung des Lagerelements oberhalb der Austenitisierungstemperatur in Stickstoff spendenden Salzschmelzen erfolgt, die entkohlend, aufkohlend oder kohlungsneutral sind. Dies wird üblicherweise als Salzbadaufstickung bezeichnet. Alternatively, it is conceivable that the nitriding of the bearing element takes place above the austenitizing temperature in nitrogen-giving molten salts which are decarburizing, carburizing or carbon neutral. This is commonly referred to as Salzbadaufstickung.

Weiter alternativ ist denkbar, dass die Aufstickung des Lagerelements oberhalb der Austenitisierungstemperatur in einem Stickstoff spendenden Plasma erfolgt, das entkohlend, aufkohlend oder kohlungsneutral ist. Dies wird üblicherweise als Plasmaaufstickung bezeichnet. As a further alternative, it is conceivable that the nitriding of the bearing element takes place above the austenitizing temperature in a nitrogen-emitting plasma which is decarburizing, carburizing or carbon neutral. This is commonly referred to as plasma nitriding.

Mit Vorteil kann die Aufstickung des Lagerelements oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Lagerwerkstoffs vor einer Härtung oder Bainitisierung erfolgen. Advantageously, the nitriding of the bearing element can be carried out above the austenitizing temperature of the bearing material before hardening or bainitization.

Alternativ kann die Aufstickung des Lagerelements auch durch einen Nitrier- oder Nitrocarbrierprozess unterhalb der Austenitisierungstemperatur des Lagerwerkstoffs erfolgen. Nach einer derartigen Aufstickung kann eine Austenitisierung und daran anschließend eine Härtung oder eine Bainitisierung erfolgen. Alternatively, the nitriding of the bearing element can also take place by means of a nitriding or nitrocarburizing process below the austenitizing temperature of the bearing material. After such nitriding, austenitization may be carried out followed by hardening or bainitization.

Mit Vorteil liegt eine Härte beziehungsweise Oberflächenhärte der Lagerfläche des Lagerelements etwa im Bereich von 56 bis 62 HRC beziehungsweise dem gleichen Bereich einer vergleichbaren Härteskala. Vorzugsweise kann der Bereich auch kleiner gewählt sein und beispielsweise zwischen 56 bis 59,9 HRC eingestellt werden. Advantageously, a hardness or surface hardness of the bearing surface of the bearing element is approximately in the range of 56 to 62 HRC or the same range of a comparable hardness scale. Preferably, the range can also be selected to be smaller and set, for example, between 56 to 59.9 HRC.

Die Einstellung der Härte der Lagerfläche des Lagerelements erfolgt vorzugsweise ebenfalls durch eine Wärmebehandlung, wie beispielsweise Anlassen. The adjustment of the hardness of the bearing surface of the bearing element is preferably also carried out by a heat treatment, such as tempering.

Bei dem Lagerelement handelt es sich vorzugsweise um ein Wälzlagerelement eines Wälzlagers, wobei dann die Lagerfläche eine Wälzlagerfläche ist. Das Lagerelement kann ein Maschinenelement mit einer Wälzlagerfläche sein, an der unmittelbar Wälzkörper entlang rollen. Dabei können die Wälzkörper in einem weiteren Maschinenelement über ein Gleitlager gelagert sein. Ein Beispiel dafür ist ein hydrostatischer Radialkolbenmotor, bei dem rollen in Radialkolben gleitgelagert sind, die an einer äußeren Hubkurve entlang rollen. Die Wälzkörper können jedoch auch an dem weiteren Maschinenelement entlang rollen – dann wäre dieses Maschinenelement zugleich auch Lagerelement – oder in einem in dieses eingesetzten Lagerelement entlang rollen. Ein Beispiel für Letzteres wäre die Wälzlagerung der verstellbaren Schrägscheibe einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine. Dort können die Wälzkörper einerseits unmittelbar an der Schrägscheibe und andererseits an einer in das Gehäuse der Axialkolbenmaschine eingesetzten Lagerschale entlang rollen. Es können auch die Wälzkörper erfindungsgemäße Lagerelemente sein. Natürlich ist unter dem Begriff Lagerelement auch der Außenring oder der Innenring oder jeder einzelne Wälzkörper eines üblichen Wälzlagers zu verstehen. The bearing element is preferably a roller bearing element of a rolling bearing, in which case the bearing surface is a roller bearing surface. The bearing element may be a machine element with a rolling bearing surface, roll on the rolling elements directly along. In this case, the rolling elements in another machine element be stored over a plain bearing. An example of this is a hydrostatic radial piston engine in which rollers are slidably mounted in radial pistons that roll along an outer lift curve. However, the rolling elements can also roll along the further machine element - then this machine element would at the same time also be a bearing element - or roll along a bearing element inserted into it. An example of the latter would be the rolling bearing of the adjustable swash plate of a hydrostatic axial piston machine. There, the rolling elements can roll on the one hand directly on the swash plate and on the other hand on a bearing shell used in the housing of the axial piston. It can also be the rolling elements according to the invention bearing elements. Of course, the term bearing element and the outer ring or the inner ring or each individual rolling element of a conventional rolling bearing to understand.

Erfindungsgemäß ist eine Axialkolbenmaschine vorgesehen, die eine Schwenkwiege hat, die über Wälzkörper in einer Lagerschale gelagert ist. Die Schwenkwiege und/oder einer oder mehrere Wälzkörper und/oder die Lagerschale sind hierbei entsprechend dem erfindungsgemäßen Lagerelement ausgestaltet. Aufgrund der oder des behandelten Lagerelemente/Lagerelements ist eine derartige Axialkolbenmaschine äußerst wartungsarm und robust.According to the invention, an axial piston machine is provided, which has a pivoting cradle, which is mounted on rolling elements in a bearing shell. The pivoting cradle and / or one or more rolling elements and / or the bearing shell are in this case designed according to the bearing element according to the invention. Due to the or the treated bearing elements / bearing element such axial piston machine is extremely low maintenance and robust.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: In the following, a preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to drawings. Show it:

1 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit einem erfindungsgemäßen Lagerelement, 1 in a longitudinal section an axial piston machine according to the invention with a bearing element according to the invention,

2 in einem weiteren Längsschnitt die Axialkolbenmaschine aus 1 und 2 in a further longitudinal section of the axial piston machine 1 and

3 in einem Diagramm ein Konzentrationsverhältnis von Stick- und Kohlenstoff in einem erfindungsgemäß behandelten Lagerelement. 3 in a diagram, a concentration ratio of nitrogen and carbon in a bearing element treated according to the invention.

Gemäß 1 hat die Axialkolbenmaschine 1 eine Zylindertrommel 2, die auf einer Triebwelle 4 angeordnet. Über ein erstes Wälzlager 6 und ein zweites nicht dargestelltes Wälzlager ist die Triebwelle 4 in einem nicht dargestellten Maschinengehäuse gelagert. Die Axialkolbenmaschine ist hinsichtlich ihres Aufbaus hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt, siehe beispielsweise Druckschrift DE 34 42 391 C1 , weswegen für zusätzliche Informationen bezüglich des grundsätzlichen Aufbaus auf die genannte Druckschrift verwiesen wird.According to 1 has the axial piston machine 1 a cylinder drum 2 on a shoot shaft 4 arranged. About a first rolling bearing 6 and a second, not shown rolling bearing is the drive shaft 4 stored in a machine housing, not shown. The axial piston machine is well known in terms of their construction from the prior art, see, for example, document DE 34 42 391 C1 Therefore, reference is made to the cited document for additional information regarding the basic structure.

In der Zylindertrommel 2 sind eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 8 eingebracht, in denen axial verschiebbar Kolben 10 gelagert sind. Die Kolben 10 stützen sich über Gleitschuhe 12 an einer Schwenkwiege 14 ab. Die Schwenkwiege 14 wiederum ist über Wälzkörper 16 schwenkbar in zwei Lagerschalen 18 gelagert, wobei diese wiederum in dem nicht gezeigten Maschinengehäuse angeordnet sind. Zum Verschwenken der Schwenkwiege 14 ist ein Hebel 20 vorgesehen, der mit einer nicht dargestellten Verstellvorrichtung zusammenwirkt. In the cylinder drum 2 are a variety of cylinder bores 8th introduced, in which axially displaceable piston 10 are stored. The pistons 10 rely on sliding shoes 12 on a pivoting cradle 14 from. The pivoting cradle 14 in turn is about rolling elements 16 swiveling in two bearing shells 18 stored, which in turn are arranged in the machine housing, not shown. For pivoting the pivoting cradle 14 is a lever 20 provided, which cooperates with an adjusting device, not shown.

Die Schnittebene des Längsschnitts nach 2 verläuft in einem Parallelabstand zu einer durch eine von einer Längsachse der Triebwelle 4 in 1 und der Flächennormalen der Zeichenebene der 1 aufgespannten Ebene. Die Wälzkörper 16 gemäß 2 haben eine etwa kreiszylindrische Lagerfläche 22, wobei es sich um eine Wälzlagerfläche handelt. Die Wälzkörper 16 werden über einen Käfig 24 gehalten und geführt. Die Schwenkwiege 14 stützt sich dann an den Wälzkörpern 16 über zwei im Querschnitt etwa kreisbogenförmig ausgestaltete Lagerflächen 26 und 28 ab, siehe 1. Jede Lagerschale 18 weist ebenfalls zwei im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildete Lagerflächen 30 und 32 auf. Die Schwenkwiege 14, Wälzkörper 16 und jeweils eine Lagerschale 18 bilden dann ein Wälzlager 34. The sectional plane of the longitudinal section to 2 extends at a parallel distance to one of a longitudinal axis of the drive shaft 4 in 1 and the surface normal of the drawing plane of the 1 spanned level. The rolling elements 16 according to 2 have an approximately circular cylindrical bearing surface 22 , which is a rolling bearing surface. The rolling elements 16 be over a cage 24 held and guided. The pivoting cradle 14 then supports itself on the rolling elements 16 about two cross-sectionally approximately circular arc configured bearing surfaces 26 and 28 off, see 1 , Every bearing shell 18 also has two in cross section circular arc-shaped bearing surfaces 30 and 32 on. The pivoting cradle 14 , Rolling elements 16 and one bearing shell each 18 then form a rolling bearing 34 ,

Zwischen den Lagerelementen 14, 16 und 18 des Wälzlagers 34 erfolgt eine Wälzbeanspruchung, wobei Schlupfanteile im Wälzkontakt auftreten können. Um WEC-Bildung zu vermeiden, werden die Lagerelemente 14, 16 und 18 des Wälzlagers 34 einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlung unterzogen. Die Schwenkwiege 14 und/oder der Wälzkörper 16 und/oder die Lagerschale 18 werden hierbei in dem für die WEC-Bildung kritischen Lastbereich unterhalb ihrer Lagerfläche 26, 28 beziehungsweise 22 beziehungsweise 30, 32 derart wärmebehandelt, dass ein definierter Stickstoffgehalt durch Aufstickung eingestellt ist. Bei der Aufstickung wird somit dem Lagerwerkstoff der Schwenkwiege 14 und/oder des Wälzkörpers 16 und/oder der Lagerschale 18 Stickstoff zugeführt. Dies ist gemäß 3 ersichtlich.Between the bearing elements 14 . 16 and 18 of the rolling bearing 34 occurs a rolling stress, with slip components can occur in the rolling contact. To prevent WEC formation, the bearing elements 14 . 16 and 18 of the rolling bearing 34 subjected to a heat treatment according to the invention. The pivoting cradle 14 and / or the rolling elements 16 and / or the bearing shell 18 are here in the critical for the WEC formation load range below its storage area 26 . 28 respectively 22 respectively 30 . 32 heat treated so that a defined nitrogen content is set by nitriding. In the nitriding thus the bearing material of the pivoting cradle 14 and / or the rolling element 16 and / or the bearing shell 18 Nitrogen supplied. This is according to 3 seen.

Gemäß 3 ist ein Gewichtsprozent von Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C) der Schwenkwiege 14 aus den 1 und 2 dargestellt. Auf der Abszisse des Diagramms in der 3 ist hierbei ein Abstand zur Oberfläche beziehungsweise Lagerfläche 26, 28 abgebildet, wobei Null die Oberfläche der Lagerfläche 26, 28 sein soll. Der Abstand wird hierbei etwa in Normalenrichtung zur Lagerfläche 26, 28 gemessen und ist in mm angegeben. Auf der Ordinate sind Gewichtsprozente von Stickstoff und Kohlenstoff in dem Lagerwerkstoff aufgetragen. Die in der 3 untere Kurve 36 stellt hierbei den Gewichtsanteil von Stickstoff dar. Es ist erkennbar, dass der Gewichtsanteil von Stickstoff ausgehend von der Lagerfläche, wo er etwa zwischen 0,3 und 0,4 % beträgt, mit steigendem Abstand zur Lagerfläche zunächst bei annähernd 0,3 bis 0,4 % verbleibt und im Anschluss daran ab etwa 0,25 mm bis etwa zu einem Abstand von 1 mm zur Lagerfläche weit unter einen Gewichtsanteil von 0,1 % abfällt. Gemäß 3 ist ein Bereich 38 eingezeichnet, bei dem es sich um einen WECkritischen Lastbereich der Schwenkwiege 14 aus 1 handelt. Der Bereich erstreckt sich hierbei in einem Abstand zur Lagerfläche 26, 28 zwischen etwa 0,05 bis etwa 0,25 mm. In diesem WEC-kritischen Lastbereich ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das höchste Konzentrationsverhältnis von Stickstoff, das annähernd 0,4 % beträgt. According to 3 is one weight percent of nitrogen (N) and carbon (C) of the swing cradle 14 from the 1 and 2 shown. On the abscissa of the diagram in the 3 This is a distance to the surface or storage area 26 . 28 mapped, where zero is the surface of the bearing surface 26 . 28 should be. The distance is in this case approximately in the normal direction to the bearing surface 26 . 28 measured and is given in mm. The ordinate shows weight percentages of nitrogen and carbon in the bearing material. The in the 3 lower curve 36 It can be seen that the weight fraction of nitrogen, starting from the bearing surface, where it is approximately between 0.3 and 0.4%, increases with increasing distance to the bearing surface, initially at approximately 0.3 to 0, 4% remains and afterwards From about 0.25 mm to about a distance of 1 mm to the bearing surface falls far below a weight fraction of 0.1%. According to 3 is an area 38 drawn, which is a WEC critical load range of the pivoting cradle 14 out 1 is. The area extends at a distance from the storage area 26 . 28 between about 0.05 to about 0.25 mm. In this WEC critical load range, in the present embodiment, the highest concentration ratio of nitrogen is approximately 0.4%.

Der WEC-kritische Lastbereich kann bei anderen Lagerelementen geometriebedingt in anderen Abständen zur Oberfläche des Wälzkontaktes vorliegen.The WEC critical load range may be present at other bearing elements at different distances to the surface of the rolling contact.

Gemäß 3 ist auch der Gewichtsanteil von Kohlenstoff (C) anhand der Kurve 40 in der Schwenkwiege 14 aus 1 gezeigt. Der Gewichtsanteil des Kohlenstoffs liegt hierbei bis zu einem Abstand von etwa 0,6 mm im Bereich von 0,6 bis 0,7 %. Danach fällt er mit steigendem Abstand zur Lagerfläche bis auf etwa 0,22 % ab. According to 3 is also the weight fraction of carbon (C) from the curve 40 in the swivel cradle 14 out 1 shown. The proportion by weight of the carbon is in the range of 0.6 to 0.7% up to a distance of about 0.6 mm. Thereafter, it falls with increasing distance to the storage area to about 0.22%.

Zusätzlich oder alternativ zur Aufstickung kann in dem WEC-kritischen Lastbereich 38 aus 3 der Schwenkwiege 14 und auch in den WEC-kritischen Lastbereichen der Wälzkörper 16 und/oder der Lagerschale 18 durch Wärmebehandlung eine vergleichsweise geringe Härte eingestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass auch dies eine Bildung von WECs in den WEC-kritischen Lastbereichen verzögert oder verhindert. Additionally or alternatively to the nitriding can in the WEC critical load range 38 out 3 the pivoting cradle 14 and also in the WEC-critical load ranges of the rolling elements 16 and / or the bearing shell 18 be adjusted by heat treatment a comparatively low hardness. This has also been shown to retard or prevent the formation of WECs in the WEC critical load ranges.

Erfolgt eine Wärmebehandlung zumindest des WEC-kritischen Lastbereichs der Schwenkwiege 14, des Wälzkörpers 16 und/oder der Lagerschale 18 mit der Aufstickung in Kombination mit der Einstellung einer geringeren Härte, so hat sich gezeigt, dass dies zu einer erhöhten Verbesserung des Widerstands gegen WECs führt als die Aufstickung oder die Einstellung der vergleichsweise geringen Härte alleine. Es wird darauf hingewiesen, dass die Aufstickung und die Einstellung der vergleichsweise geringen Härte bei einer Kombination der beiden Wärmebehandlungen nicht gleichzeitig erfolgen müssen.If a heat treatment at least of the WEC critical load range of the pivoting cradle 14 , the rolling element 16 and / or the bearing shell 18 With the nitriding in combination with the setting of a lower hardness, it has been shown that this leads to an increased improvement of the resistance to WECs as the nitriding or the setting of the relatively low hardness alone. It should be noted that the nitriding and the setting of the relatively low hardness in a combination of the two heat treatments need not be done simultaneously.

Offenbart ist ein Verfahren zur Verminderung einer White-Etching-Cracks-Anfälligkeit eines Lagerelements, bei dem es sich insbesondere um eine Schwenkwiege, um eine Lagerschale oder um einen Wälzkörper zwischen der Schwenkwiege und der Lagerschale handeln kann. Das Lagerelement hat hierbei einen Lagerwerkstoff, der über seine Lagerfläche mit einem anderen Lagerelement zum Übertragen von Lagerkräften in Kontakt bringbar ist. Hierbei ist insbesondere ein Wälzkontakt mit gegebenenfalls zusätzlichen Schlupfanteilen vorgesehen. Bei dem Verfahren wird der Lagerwerkstoff in einem zur Lagerfläche beabstandeten Bereich des Lagerelements wärmebehandelt. Durch die Wärmebehandlung wird in dem Lagerwerkstoff in diesem Bereich ein definierter Stickstoffgehalt durch Aufstickung eingestellt. Zusätzlich oder alternativ kann durch die Wärmebehandlung in dem Bereich eine vergleichsweise geringe Härte eingestellt werden. Disclosed is a method for reducing a white-etching cracks vulnerability of a bearing element, which may be in particular a pivoting cradle, a bearing shell or a rolling element between the pivoting cradle and the bearing shell. The bearing element in this case has a bearing material which can be brought over its bearing surface with another bearing element for transmitting bearing forces in contact. In this case, a rolling contact with optionally additional slip portions is provided in particular. In the method, the bearing material is heat-treated in a region of the bearing element which is at a distance from the bearing surface. Due to the heat treatment, a defined nitrogen content in the bearing material in this area is set by nitriding. Additionally or alternatively, a comparatively low hardness can be set by the heat treatment in the area.

Des Weiteren ist ein Lagerelement offenbart, das mit dem aufgezeigten Verfahren hergestellt ist. Ferner ist eine Axialkolbenmaschine mit einem derartigen Lagerelement vorgesehen.Furthermore, a bearing element is disclosed, which is produced by the indicated method. Furthermore, an axial piston machine is provided with such a bearing element.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2573195 A1 [0002, 0003] EP 2573195 A1 [0002, 0003]
  • DE 3442391 C1 [0030] DE 3442391 C1 [0030]

Claims (14)

Verfahren zur Verminderung einer White-Etching-Cracks (WEC)-Anfälligkeit eines Lagerelements (14, 16, 18), das einen Lagerwerkstoff aufweist und das über seine Lagerfläche (22, 26 bis 32) mit einem anderen Lagerelement (14, 16, 18) zum Übertragen von Lagerkräften in Kontakt bringbar ist, mit dem Schritt: – Wärmebehandlung des Lagerwerkstoffs in einem zur Lagerfläche (22, 26 bis 32) beabstandeten Bereich (38) des Lagerelements (14, 16, 18), wobei bei der Wärmebehandlung in dem Lagerwerkstoff in dem Bereich (38) ein definierter Stickstoffgehalt durch Aufstickung eingestellt wird, und/oder wobei durch die Wärmebehandlung eine vergleichsweise geringe Härte in dem Bereich (38) eingestellt wird.Method of reducing a white etching crack (WEC) susceptibility of a bearing element ( 14 . 16 . 18 ), which has a bearing material and that via its bearing surface ( 22 . 26 to 32 ) with another bearing element ( 14 . 16 . 18 ) is brought into contact for the transmission of bearing forces, with the step: - heat treatment of the bearing material in one to the bearing surface ( 22 . 26 to 32 ) spaced area ( 38 ) of the bearing element ( 14 . 16 . 18 ), wherein in the heat treatment in the bearing material in the area ( 38 ) a defined nitrogen content is set by nitriding, and / or wherein by the heat treatment a comparatively low hardness in the range ( 38 ) is set. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich (38) ein WEC-kritischer Lastbereich ist. Method according to claim 1, wherein the area ( 38 ) is a WEC critical load range. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zusätzlich ein WEC-unkritischer Lastbereich oder das gesamte Lagerelement (14, 16, 18) der Wärmebehandlung unterzogen ist.Method according to claim 2, wherein additionally a WEC-uncritical load range or the entire bearing element ( 14 . 16 . 18 ) is subjected to the heat treatment. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Einstellung des Stickstoffgehalts hinsichtlich einer Menge und Position derart erfolgt, dass Chromnitride und/oder andere Nitride als Teilchen innerhalb eines Gitters des Lagerwerkstoffs ausgeschieden sind. Method according to one of claims 1 to 3, wherein an adjustment of the nitrogen content in terms of quantity and position takes place such that chromium nitrides and / or other nitrides are precipitated as particles within a lattice of the bearing material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aufstickung zusammen mit einem Aufkohlen durch Carbonitrieren des Lagerwerkstoffs oder nachfolgend an das Aufkohlen durch Carbonitrieren des Lagerwerkstoffs erfolgt. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the nitriding takes place together with a carburizing by carbonitriding the bearing material or subsequently to the carburizing by carbonitriding the bearing material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aufstickung oberhalb einer Austenitisierungstemperatur des Lagerwerkstoffs in Stickstoff spendenden und in entkohlenden, aufkohlenden oder kohlungsneutralen Atmosphären oder Salzschmelzen erfolgt. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the nitriding above an austenitizing temperature of the bearing material takes place in nitrogen-providing and in decarburizing, carburizing or carbon neutral atmospheres or molten salts. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aufstickung oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Lagerwerkstoffs vor einer Härtung oder Bainitisierung erfolgt. Method according to one of claims 1 to 6, wherein the nitriding above the Austenitisierungstemperatur of the bearing material takes place before curing or bainitization. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aufstickung unterhalb der Austenitisierungstemperatur des Lagerwerkstoffs durch einen Nitrieroder Nitrocarbonierprozess erfolgt. A process according to any one of claims 1 to 4 wherein the nitriding is carried out below the austenitizing temperature of the bearing material by a nitriding or nitrocarbonating process. Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach der Aufstickung eine Austenitisierung und daran nachfolgend entweder eine Härtung oder Bainitisierung erfolgt.A method according to claim 8, wherein after the nitriding an austenitization followed by either a hardening or bainitization. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Härte der Lagerfläche (22, 26 bis 32) auf 56 bis 61 HRC oder den gleichen Bereich einer vergleichbaren Härteskala, oder auf einen kleineren Bereich zwischen 56 und 61 HRC eingestellt ist. Method according to one of the preceding claims, wherein a hardness of the bearing surface ( 22 . 26 to 32 ) is set to 56 to 61 HRC or the same range of a comparable hardness scale, or to a smaller range between 56 and 61 HRC. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Einstellung der Härte der Lagerfläche (22, 26 bis 32) durch eine Wärmebehandlung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein an adjustment of the hardness of the bearing surface ( 22 . 26 to 32 ) by a heat treatment. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lagerelement (14, 16, 18) ein Wälzlagerelement eines Wälzlagers (34) ist. Method according to one of the preceding claims, wherein the bearing element ( 14 . 16 . 18 ) a roller bearing element of a rolling bearing ( 34 ). Lagerelement, das über eine Lagerfläche (22, 26 bis 32) mit einem anderen Lagerelement (14, 16, 18) zum Übertragen von Lagerkräften in eine Wälzkontakt bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (14, 16, 18) nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche behandelt ist. Bearing element that has a bearing surface ( 22 . 26 to 32 ) with another bearing element ( 14 . 16 . 18 ) can be brought into a rolling contact for transmitting bearing forces, characterized in that the bearing element ( 14 . 16 . 18 ) is treated according to the method according to one of the preceding claims. Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege (14), die über Wälzkörper (16) in einer Lagerschale (18) gelagert ist, wobei ein Wälzkörper (16) und/oder die Schwenkwiege (14) und/oder die Lagerschale (18) ein Lagerelement/Lagerelemente entsprechend dem Anspruch 14 ist/sind. Axial piston machine with a pivoting cradle ( 14 ), which via rolling elements ( 16 ) in a bearing shell ( 18 ) is mounted, wherein a rolling element ( 16 ) and / or the pivoting cradle ( 14 ) and / or the bearing shell ( 18 ) is a bearing element / bearing elements according to claim 14 is / are.
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