DE102013218344A1 - Bearing component of a rolling or sliding bearing and method for their preparation - Google Patents
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Abstract
Lagerkomponente eines Wälz- oder Gleitlagers mit einer eine Lauffläche bildenden Laufflächenschicht, wobei die Laufflächenschicht aus wenigstens einem Matrixwerkstoff und wenigstens einem in den wenigstens einen Matrixwerkstoff zumindest teilweise dispergierten Dispersionswerkstoff besteht.Bearing component of a rolling or sliding bearing with a tread forming a tread layer, wherein the tread layer consists of at least one matrix material and at least one in the at least one matrix material at least partially dispersed dispersion material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Lagerkomponente eines Wälz- oder Gleitlagers mit einer eine Lauffläche bildenden Laufflächenschicht sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. The invention relates to a bearing component of a rolling or sliding bearing with a running surface forming tread layer and a method for their preparation.
Bestimmte Lageranwendungen erfordern unterschiedliche Eigenschaften für den jeweiligen Grundkörper und die Lauffläche des Lagers, wobei beispielsweise der Grundkörper besonders leicht, weich oder kostengünstig, die Lauffläche dagegen besonders hart, abriebfest und hochwertig sein muss. Es ist möglich, einen Grundkörper geringer Festigkeit beziehungsweise geringer Härte mit einem harten und/oder abriebfesten Werkstoff zu beschichten. Eine Lagerkomponente mit beschichtetem Grundkörper kann die vorteilhaften Eigenschaften verschiedener Werkstoffe gezielt miteinander vereinen, wobei der Werkstoff des Grundkörpers, der im folgenden Ausgangswerkstoff genannt wird, anforderungsgemäß deutlich andere Eigenschaften aufweisen kann und soll als der Werkstoff der Beschichtung, der im folgenden Auftragswerkstoff genannt wird. Certain bearing applications require different properties for the respective body and the bearing surface of the bearing, for example, the body particularly light, soft or inexpensive, the tread, however, must be particularly hard, abrasion resistant and high quality. It is possible to coat a base body of low strength or low hardness with a hard and / or abrasion-resistant material. A bearing component with a coated base body can unite the advantageous properties of different materials specifically with each other, the material of the body, which is referred to in the following starting material, according to requirements may have significantly different properties and should be called the material of the coating, which is in the following order material.
Aufgrund der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften kann sich das dauerhafte Aufbringen der Beschichtung auf den Grundkörper als schwierig erweisen. Dies gilt besonders für Hochpräzisionslager, wobei die Beschichtung nicht nur mit einer besonders geringen Toleranz (bspw. maximal 10 µm) auf den Grundkörper aufgebracht, sondern auch nach längeren Betriebszeiten erhalten bleiben muss, ohne dass es zu Ablöseeffekten, zu Eigenschaftsänderungen oder gar Materialversagen kommen darf. Den im Wege der Beschichtung von Lagerkomponenten erzielbaren Oberflächenhärten und Abriebfestigkeiten sind daher technologisch Grenzen gesetzt. Due to the different material properties, the permanent application of the coating to the base body can prove difficult. This is especially true for high-precision bearings, where the coating not only with a very low tolerance (eg., Maximum 10 microns) applied to the body, but must remain even after longer periods of operation, without it may come to peel effects, property changes or even material failure , The achievable in the way of the coating of bearing components surface hardness and abrasion resistance are therefore technologically set limits.
Neben der Beschichtung eines weichen und/oder kostengünstigen Grundkörpers mit einer harten, abriebfesten und/oder hochwertigen Beschichtung besteht ein weiterer Ansatz darin, den gesamten Grundkörper aus sehr hochwertigem Material, beispielsweise aus vergütetem Wälzlagerstahl herzustellen, nur damit die Lauffläche die gewünschten Eigenschaften wie Härte und Abriebfestigkeit aufweist. Dies ist jedoch mit hohen Materialkosten verbunden. In addition to the coating of a soft and / or inexpensive base body with a hard, abrasion-resistant and / or high-quality coating, another approach is to make the entire body of very high quality material, such as tempered bearing steel, just so that the tread the desired properties such as hardness and Has abrasion resistance. However, this is associated with high material costs.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Lagerkomponente eines Wälz- oder Gleitlagers anzugeben, die eine eine Lauffläche bildende Laufflächenschicht mit weiter verbesserten Härte- und Verschleißeigenschaften aufweist und die kostengünstig herstellbar ist. Ebenso besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lagerkomponente sowie ein Wälz- oder Gleitlager mit einer solchen Lagerkomponente anzugeben. Against this background, the invention is based on the object to provide a bearing component of a rolling or sliding bearing having a tread forming a tread layer with further improved hardness and wear properties and which is inexpensive to produce. Likewise, the object is to provide a method for producing such a bearing component and a rolling or sliding bearing with such a bearing component.
In Bezug auf die Lagerkomponente wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Lagerkomponente mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In Bezug auf das Verfahren zur Herstellung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 13 gelöst. Ein Erfindungsgemäßes Wälz- oder Gleitlager ist Gegenstand von Anspruch 14. With regard to the bearing component, this object is achieved according to the invention by a bearing component having the features of
Eine erfindungsgemäße Lagerkomponente eines Wälz- oder Gleitlagers weist eine eine Lauffläche bildende Laufflächenschicht auf, wobei die Laufflächenschicht aus wenigstens einem Matrixwerkstoff und wenigstens einem in den wenigstens einen Matrixwerkstoff zumindest teilweise dispergierten Dispersionswerkstoff besteht. A bearing component according to the invention of a roller bearing or slide bearing has a tread layer forming a tread, wherein the tread layer consists of at least one matrix material and at least one dispersion material at least partially dispersed in the at least one matrix material.
Unter dem Begriff „dispergiert“ soll erfindungsgemäß verstanden werden, dass Partikel des Dispersionswerkstoffs diskret innerhalb des Matrixwerkstoffs angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Laufflächenschicht besteht demzufolge aus einem heterogenen Gemenge, welches durch den wenigstens einen Matrixwerkstoff sowie den wenigstens einen Dispersionswerkstoff gebildet ist. Dabei wird der wenigstens eine Dispersionswerkstoff vorzugsweise in festem oder in flüssigem Zustand in einer Matrix aus wenigstens einem Matrixwerkstoff in flüssigem Zustand eingemischt, wobei die hierdurch erzeugte Dispersion durch Aushärten des Matrixwerkstoffs fixiert wird. The term "dispersed" is to be understood according to the invention that particles of the dispersion material are arranged discretely within the matrix material. The tread layer according to the invention therefore consists of a heterogeneous mixture, which is formed by the at least one matrix material and the at least one dispersion material. In this case, the at least one dispersion material is preferably mixed in the solid state or in the liquid state in a matrix of at least one matrix material in the liquid state, the dispersion produced thereby being fixed by hardening of the matrix material.
Durch Dispergieren eines Dispersionswerkstoffs in einen Matrixwerkstoff werden die Möglichkeiten der Kombination unterschiedlicher Werkstoffe erhöht, so dass im Ergebnis Laufflächenschichten mit verbesserten Härte- und Verschleißeigenschaften hergestellt werden können. Durch das Dispergieren können Werkstoffpaarungen realisiert werden, die im Wege der konventionellen Beschichtung einer Lagerkomponente zu keiner oder nur zu einer unzureichenden Haftung der Beschichtung führen würde. Dies gilt insbesondere für Dispersionswerkstoffe mit sehr hohen Härten, wie zum Beispiel Titankarbiden. By dispersing a dispersion material in a matrix material, the possibilities of combining different materials are increased, so that, as a result, tread layers with improved hardness and wear properties can be produced. By dispersing material pairings can be realized, which would lead to no or only insufficient adhesion of the coating by means of the conventional coating of a bearing component. This is especially true for dispersion materials with very high hardness, such as titanium carbides.
Werkstoffe mit Härte- und Verschleißeigenschaften wie Titankarbide lassen sich zum Teil nur unter erheblichem Aufwand durch Beschichtung auf einen verhältnismäßig weichen Grundwerkstoff aufbringen. Sofern das Aufbringen einer solchen Beschichtung realisierbar sein sollte, besteht jedoch weiterhin die Gefahr des Ablösens im Betrieb. Denn es kann aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Werkstoffe zu unterschiedlichen Ausdehnungen zwischen Grundkörper und Beschichtung kommen. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund zulässiger Betriebstemperaturen von Lagerkomponenten, die mitunter zwischen –50 und +100 °C schwanken können. Materials with hardness and wear properties such as titanium carbides can be applied in part only with considerable effort by coating on a relatively soft base material. If the application of such a coating should be feasible, however, there is still the risk of detachment during operation. Because of the different properties of the materials, different expansions between the base body and the coating can occur. This applies in particular against the background of permissible operating temperatures of bearing components, which can sometimes fluctuate between -50 and +100 ° C.
Demgegenüber können sich Dispersionswerkstoffe sehr hoher Härten, wie beispielsweise Titancarbide im Wege des Eindispergierens in einen Matrixwerkstoff mit diesem verbinden und können zusammen mit dem jeweiligen Matrixwerkstoff einen festen, harten und verschleißfesten Werkstoffverbund bilden. In contrast, disperse materials of very high hardness, such as titanium carbides can connect by means of Eindispergierens in a matrix material with this and can form a solid, hard and wear-resistant composite material together with the respective matrix material.
Vorzugsweise ist der Dispersionswerkstoff vollständig in dem Matrixwerkstoff dispergiert. Es ist aber auch möglich, dass der Dispersionswerkstoff nur zum Teil in dem Matrixwerkstoff dispergiert und zum Teil in dem Matrixwerkstoff ausgeschieden ist. Der Anteil des in dem Matrixwerkstoff ausgeschiedenen Dispersionswerkstoffs ist in diesem Fall so gering wie möglich zu halten, um Beeinträchtigungen der Härte der jeweiligen Laufflächenschicht zu vermeiden. Preferably, the dispersion material is completely dispersed in the matrix material. But it is also possible that the dispersion material is only partially dispersed in the matrix material and partly eliminated in the matrix material. In this case, the proportion of the dispersion material precipitated in the matrix material should be kept as low as possible in order to avoid impairing the hardness of the respective tread layer.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Lagerkomponente ist die Laufflächenschicht an einem Grundkörper aus wenigstens einem Ausgangswerkstoff angeordnet. Der Grundkörper der Lagerkomponente kann somit gegenüber der Laufflächenschicht andere mechanische Eigenschaften aufweisen, die je nach Anwendungsfall durch Auswahl des Ausgangswerkstoffs gezielt eingestellt werden können. Die Unterschiedlichkeit der mechanischen Eigenschaften von Grundkörper und Laufflächenschicht können insbesondere dadurch erzielt werden, dass der Ausgangswerkstoff von dem Matrixwerkstoff verschieden ist oder dass der Ausgangswerkstoff, falls dieser einstückig mit dem Matrixwerkstoff ausgebildet ist, frei von eindispergierten Partikeln des Dispersionswerkstoffs ist. According to a possible embodiment of the bearing component, the tread layer is arranged on a base body of at least one starting material. The main body of the bearing component can thus have other mechanical properties relative to the tread layer, which can be selectively adjusted depending on the application by selecting the starting material. The differences in the mechanical properties of the base body and the tread layer can be achieved, in particular, by virtue of the starting material being different from the matrix material or if the starting material, if it is formed integrally with the matrix material, is free of dispersed-in particles of the dispersion material.
Die Laufflächenschicht kann Teil des Grundkörpers sein. Insbesondere kann die Laufflächenschicht einstückig und/oder integral mit dem Grundkörper ausgebildet oder an diesem ausgeformt sein. Hierdurch kann eine mögliche Ablösung der Laufflächenschicht von dem Grundkörper vermieden werden. The tread layer may be part of the body. In particular, the tread layer can be formed integrally and / or integrally with the main body or formed on this. In this way, a possible detachment of the tread layer from the main body can be avoided.
Ebenso ist es möglich, dass die Laufflächenschicht thermisch und/oder mechanisch mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Laufflächenschicht kann dementsprechend als eine auf den Grundkörper aufgebrachte Beschichtung verstanden werden. It is also possible that the tread layer is thermally and / or mechanically connected to the base body. The tread layer can accordingly be understood as a coating applied to the base body.
Als thermische Verbindung wird im Sinne dieser Erfindung verstanden, dass der wenigstens eine Ausgangswerkstoff und/oder der wenigstens eine Matrixwerkstoff aufgeschmolzen wird und in einem Zustand, in welchem sich der wenigstens eine Ausgangswerkstoff und der wenigstens eine Matrixwerkstoff in Kontakt befinden, erstarrt. Dies geschieht üblicherweise durch Abkühlen des Werkstoffs auf unter dessen Schmelztemperatur. Beispielsweise können sich die beiden Verbindungspartner, d.h. der Grundkörper und der Matrixwerkstoff der Laufflächenschicht, bereits in Kontakt befinden, wenn einer oder beide Verbindungspartner aufgeschmolzen werden. For the purposes of this invention, a thermal connection means that the at least one starting material and / or the at least one matrix material is melted and solidifies in a state in which the at least one starting material and the at least one matrix material are in contact. This is usually done by cooling the material to below its melting temperature. For example, the two connection partners, i. the base body and the matrix material of the tread layer are already in contact when one or both of the connection partners are melted.
Alternativ wäre ein thermisches Beschichtungsverfahren, wobei der wenigstens eine Matrixwerkstoff im aufgeschmolzenen und plastischen Zustand auf den wenigstens einen Ausgangswerkstoff aufgetragen wird. Dieser wenigstens eine Ausgangswerkstoff wird vorzugsweise gesondert oder durch die thermische Energie des aufgetragenen Matrixwerkstoffs ebenfalls aufgeschmolzen, so dass sich beide Verbindungspartner zeitgleich in plastischem Zustand befinden und eine besonders feste Verbindung eingehen können. Der wenigstens eine Ausgangswerkstoff und/oder der wenigstens eine Matrixwerkstoff muss nicht notwendigerweise vollständig aufgeschmolzen werden. Es reicht in der Regel aus, wenn lediglich ein dünner Kontaktbereich zum jeweiligen Verbindungspartner aufgeschmolzen wird. Im thermischen Beschichtungsverfahren wird der wenigstens eine Matrixwerkstoff vorzugsweise vollständig aufgeschmolzen und durch den Auftragsvorgang im plastischen Zustand geformt beziehungsweise an die Kontur des Ausgangswerkstoffs angepasst. Alternatively, it would be a thermal coating method, wherein the at least one matrix material is applied in the molten and plastic state to the at least one starting material. This at least one starting material is preferably also separately or by the thermal energy of the applied matrix material also melted, so that both connection partners are at the same time in a plastic state and can enter a particularly firm connection. The at least one starting material and / or the at least one matrix material does not necessarily have to be completely melted. It is usually sufficient if only a thin contact area is melted to the respective connection partner. In the thermal coating process, the at least one matrix material is preferably completely melted and shaped by the application process in the plastic state or adapted to the contour of the starting material.
Eine weitere Möglichkeit der thermischen Verbindung besteht darin, dass der wenigstens eine Ausgangswerkstoff und der wenigstens eine Matrixwerkstoff verschweißt werden. Unter Schweißen versteht man im Sinne dieser Erfindung das unlösbare Verbinden des wenigstens einen Ausgangswerkstoffs mit dem wenigstens einen Matrixwerkstoff unter Anwendung von Wärme und/oder Druck, mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffe, wobei die zu verbindenden Werkstoffe bis zu deren Verflüssigung erhitzt werden und sich vermischen, so dass sie nach dem Erstarren fest miteinander verbunden sind. Another possibility of the thermal connection is that the at least one starting material and the at least one matrix material are welded. For the purposes of this invention, welding means the non-detachable bonding of the at least one starting material to the at least one matrix material using heat and / or pressure, with or without welding consumables, the materials to be joined being heated until they liquefy and mix that they are firmly connected after solidification.
Unter mechanischer Verbindung kann jede geeignete kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und der Laufflächenschicht verstanden werden. Mechanical connection can be understood as any suitable non-positive and / or positive connection between the base body and the tread layer.
In vorteilhafter Weise kann die Laufflächenschicht durch Aufschmelzen des Matrixwerkstoffs und Zuführen des Dispersionswerkstoffs in die Matrixwerkstoffschmelze gebildet sein. Advantageously, the tread layer may be formed by melting the matrix material and feeding the dispersion material into the matrix material melt.
Ist die Laufflächenschicht thermisch und/oder mechanisch mit dem Grundkörper verbunden, kann der Dispersionswerkstoff vor, während oder auch nach der Verbindung der Laufflächenschicht mit dem Grundkörper in dem Matrixwerkstoff eindispergiert werden. Beispielsweise kann beim vollständigen Aufschmelzen des Matrixwerkstoffs zur Verbindung mit dem Ausgangswerkstoff des Grundkörpers zeitgleich der Dispersionswerkstoff in die Matrixwerkstoffschmelze gegeben werden. Ebenso ist es möglich, den Matrixwerkstoff der Laufflächenschicht, nach erfolgter Verbindung mit dem Grundkörper, erneut aufzuschmelzen und den Dispersionswerkstoff in die Schmelze zuzuführen. If the tread layer is thermally and / or mechanically bonded to the base body, the dispersion material can be dispersed in the matrix material before, during or even after the tread layer has been bonded to the base body. For example, when the matrix material is completely melted for connection to the starting material of the base body, the dispersion material can be simultaneously introduced into the matrix material melt. It is the same possible to remelt the matrix material of the tread layer after connection to the base body, and to feed the dispersion material into the melt.
Insgesamt kann hierdurch eine harte, verschleißfeste, korrosionsbeständige, nicht versprödende und als Lagerlaufbahn geeignete und an einem Grundkörper angeordnete Laufflächenschicht zur Anwendung in Wälz- und Gleitlagern bewerkstelligt werden. Vorteilhafterweise erstreckt sich die Lauffläche entlang einer Linie, vorzugsweise einer geraden oder gekrümmten Linie, bevorzugt entlang einer in sich geschlossenen Linie, besonders bevorzugt entlang einer Linie mit konstantem Krümmungsradius wie beispielsweise einer Kreislinie. Overall, this makes a hard, wear-resistant, corrosion-resistant, non-embrittling and suitable as a bearing raceway and arranged on a body tread layer for use in rolling and sliding bearings are accomplished. Advantageously, the tread extends along a line, preferably a straight or curved line, preferably along a closed line, more preferably along a line of constant radius of curvature such as a circular line.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der wenigstens eine Dispersionswerkstoff Partikelgrößen zwischen 10 und 60 µm, vorzugsweise zwischen 22 und 45 µm aufweist. Dies kann eine günstige Dispergierung der Dispersionswerkstoffpartikel in den Matrixwerkstoff gewährleisten. Zudem kann durch derartige Partikelgrößen die Ausscheidung des Dispersionswerkstoffs in den Matrixwerkstoff auf ein geringes Maß reduziert werden. It may prove advantageous if the at least one dispersion material has particle sizes between 10 and 60 μm, preferably between 22 and 45 μm. This can ensure a favorable dispersion of the dispersion material particles in the matrix material. In addition, by such particle sizes, the excretion of the dispersion material in the matrix material can be reduced to a small degree.
Weiterhin kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Lagerkomponente die Laufflächenschicht eine Dicke von zumindest 0.5 mm, vorzugsweise 0.8 mm bis 1.2 mm, vorzugsweise 1 mm aufweisen. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass für den jeweiligen Anwendungsfall eine ausreichend dicke Laufflächenschicht zu Verfügung steht, die den jeweils im Betrieb aufgebrachten mechanischen Belastungen ausreichend stand hält. Furthermore, according to an advantageous embodiment of the bearing component, the tread layer has a thickness of at least 0.5 mm, preferably 0.8 mm to 1.2 mm, preferably 1 mm. In this way it can be ensured that a sufficiently thick tread layer is available for the respective application, which sufficiently withstands the mechanical loads applied during operation.
Gute Härte- und Verschleißeigenschaften können in vorteilhafter Weise dadurch erzielt werden, dass die Laufflächenschicht einen Volumenanteil von 20 bis 60 %, vorzugsweise, 30 bis 60 %, vorzugsweise 40 bis 60 %, vorzugsweise 50 bis 60 %, vorzugsweise 52 bis 56 %, bevorzugt 54 % Dispersionswerkstoff aufweist und/oder dass die Laufflächenschicht einen Volumenanteil von 40 bis 80 %, vorzugsweise, 40 bis 70 %, vorzugsweise 40 bis 60 %, vorzugsweise 40 bis 50 %, vorzugsweise 44 bis 48 %, bevorzugt 46 % Matrixwerkstoff aufweist. Zudem können durch die bevorzugten Volumenanteile des Dispersionswerkstoffs und/oder des Matrixwerkstoffs die Gefahr der Ausbildung von Defekten in der Laufflächenschicht verringert werden. Good hardness and wear properties can advantageously be achieved in that the tread layer has a volume fraction of 20 to 60%, preferably, 30 to 60%, preferably 40 to 60%, preferably 50 to 60%, preferably 52 to 56% Has 54% of dispersion material and / or that the tread layer has a volume fraction of 40 to 80%, preferably, 40 to 70%, preferably 40 to 60%, preferably 40 to 50%, preferably 44 to 48%, preferably 46% matrix material. In addition, the preferred volume fractions of the dispersion material and / or of the matrix material can reduce the risk of the formation of defects in the tread layer.
Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Querschnitt der Laufflächenschicht zu einem Flächenanteil von 20 bis 60 %, vorzugsweise, 30 bis 60 %, vorzugsweise 40 bis 60 %, vorzugsweise 50 bis 60 %, vorzugsweise 52 bis 56 %, bevorzugt 54 % durch den Dispersionswerkstoff gebildet ist und/oder wenn der Querschnitt der Laufflächenschicht zu einem Flächenanteil von 40 bis 80 %, vorzugsweise, 40 bis 70 %, vorzugsweise 40 bis 60 %, vorzugsweise 40 bis 50 %, vorzugsweise 44 bis 48 %, bevorzugt 46 % durch den Matrixwerkstoff gebildet ist. Der Einfluss der Heterogenität der Lauffläche auf dessen mechanische Eigenschaften kann hierdurch auf ein geringes Maß reduziert werden. Furthermore, it may prove advantageous if the cross section of the tread layer to an area ratio of 20 to 60%, preferably, 30 to 60%, preferably 40 to 60%, preferably 50 to 60%, preferably 52 to 56%, preferably 54% is formed by the dispersion material and / or if the cross section of the tread layer to an area fraction of 40 to 80%, preferably, 40 to 70%, preferably 40 to 60%, preferably 40 to 50%, preferably 44 to 48%, preferably 46% is formed by the matrix material. The influence of the tread heterogeneity on its mechanical properties can thereby be reduced to a low level.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der wenigstens eine Matrixwerkstoff zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
- – Der wenigstens eine Matrixwerkstoff ist mit dem wenigstens einen Ausgangswerkstoff chemisch identisch.
- – Der wenigstens eine Matrixwerkstoff ist von dem wenigstens einen Ausgangswerkstoff chemisch verschieden.
- – Der wenigstens eine Matrixwerkstoff ist chemisch verschieden von dem wenigstens einen Dispersionswerkstoff, vorzugsweise chemisch verschieden von allen Dispersionswerkstoffen.
- – Wenigstens ein Matrixwerkstoff wirkt gegenüber Strom isolierend.
- – Wenigstens ein Matrixwerkstoff ist aus einer der folgenden Werkstoffgruppen ausgewählt: • Kunststoffe, vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe. • Metalle, vorzugsweise Aluminium, Titan, Bronze, Messing oder Stahl. • Legierungen mit Aluminium, Titan, Bronze, Messing oder Stahl als Basismetall.
- The at least one matrix material is chemically identical to the at least one starting material.
- The at least one matrix material is chemically different from the at least one starting material.
- The at least one matrix material is chemically different from the at least one dispersion material, preferably chemically different from all the dispersion materials.
- - At least one matrix material is insulating against electricity.
- At least one matrix material is selected from one of the following material groups: Plastics, preferably thermoplastics. • metals, preferably aluminum, titanium, bronze, brass or steel. • Alloys with aluminum, titanium, bronze, brass or steel as base metal.
Mit Aluminiumlegierungen oder Titanlegierungen lassen sich geringe Bauteilgewichte realisieren, wobei die Titanlegierungen zusätzlich verschleißfest sowie hitze- und korrosionsbeständig sind. Bronzelegierungen bieten andere Vorteile wie beispielsweise eine hohe Zähigkeit und Notlaufeigenschaften. With aluminum alloys or titanium alloys low component weights can be realized, the titanium alloys are additionally wear-resistant and heat and corrosion resistant. Bronze alloys offer other benefits such as high toughness and runflat properties.
Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn der wenigstens eine Dispersionswerkstoff zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
- – Wenigstens ein Dispersionswerkstoff wirkt gegenüber Strom isolierend.
- – Wenigstens ein Dispersionswerkstoff ist aus einer der folgenden Werkstoffgruppen ausgewählt: • Kunststoffe, vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe. • Metalle, vorzugsweise Titan, Kobalt, Nickel, Aluminium oder Stahl, bevorzugt zäh- harter Chrom und/oder Nickelstahl. • Legierungen, vorzugsweise mit Kobalt, Nickel, Aluminium als Basismetall, bevorzugt mit Titancarbid und/oder Vanadiumcarbid als Legierungsanteil. • Titancarbide. • Diamantwerkstoffe. • Verbundwerkstoffe, bevorzugt Aluminium- / Silizium Verbundwerkstoffe mit Carbiden.
- - At least one dispersion material is insulating against electricity.
- - At least one dispersion material is selected from one of the following material groups: • Plastics, preferably thermoplastics. Metals, preferably titanium, cobalt, nickel, aluminum or steel, preferably toughened chromium and / or nickel steel. Alloys, preferably with cobalt, nickel, aluminum as base metal, preferably with titanium carbide and / or vanadium carbide as alloying fraction. • titanium carbide. • Diamond materials. • Composite materials, preferably aluminum / silicon composites with carbides.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Lagerkomponente als Innenring, Außenring, Käfig oder Wälzkörper eines Wälzlagers ausgebildet, wobei der Wälzkörper vorzugsweise kugelförmig, konisch oder zylindrisch ist. According to a preferred embodiment of the invention, the bearing component is formed as an inner ring, outer ring, cage or rolling elements of a rolling bearing, wherein the rolling body is preferably spherical, conical or cylindrical.
Die Aufgabe der Erfindung wird ebenso gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung der Lagerkomponente vorzugsweise nach wenigstens einer der vorangehenden Ausführungen, umfassend wenigstens einen der folgenden Schritte:
- – Beaufschlagung des wenigstens einen Matrixwerkstoffs mit Energie, vorzugsweise mit Licht, bevorzugt mit Laserlicht, wobei die Intensität der Energie bevorzugt in Abhängigkeit von dem Matrixwerkstoff
im Bereich von 1 bis 500 kW/cm2, vorzugsweiseim Bereich von 5 bis 100 kW/cm2, bevorzugt im Bereich on 20 bis 50 kW /cm2 gewählt wird, so dass die Eindringtiefe eines Energiestrahls in den wenigstens einen Matrixwerkstoffim Bereich von 20µm bis 2 mm, vorzugsweise von 100 1,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8µm bis 1,2 mm liegt.mm bis - – Erhitzen des wenigstens einen Matrixwerkstoffs auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur, wobei vorzugsweise im Falle verschiedener Matrixwerkstoffe mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen die höchste Schmelztemperatur maßgeblich ist.
- – Partielles oder vollflächiges Aufschmelzen des wenigstens einen Matrixwerkstoffs, wobei der wenigstens eine Matrixwerkstoff besonders bevorzugt bis in eine Tiefe
im Bereich von 20µm bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 100 1,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8µm bis 1,2 mm von der Lauffläche aufgeschmolzen wird.mm bis - – Zuführen des wenigstens einen Dispersionswerkstoffs in diskontinuierlicher und/oder in kontinuierlicher Form, vorzugsweise in Pulverform, wobei die Parikelgrößen eines in Pulverform aufgetragenen Dispersionswerkstoffs
im Bereich von 20 bis 100 µm, vorzugsweise von 40 bis 80 µm, bevorzugtim Bereich von 22 bis 45 µm liegen. - – Abkühlen des wenigstens einen Matrixwerkstoffs bis unterhalb der Schmelztemperatur.
- – Mechanisches Bearbeiten der Laufflächenschicht vor und/oder nach dem Eindispergieren des wenigstens einen Dispersionswerkstoffs, vorzugsweise durch Drehen, Schleifen oder mit anderen spanabhebenden Verfahren.
- - Applying to the at least one matrix material with energy, preferably with light, preferably with laser light, wherein the intensity of energy preferably in dependence of the matrix material in the range of 1 to 500 kW / cm 2 , preferably in the range of 5 to 100 kW / cm 2 is preferably selected in the range from 20 to 50 kW / cm 2 , so that the penetration depth of an energy beam into the at least one matrix material is in the range from 20 μm to 2 mm, preferably from 100 μm to 1.5 mm, preferably in the range from 0 , 8 mm to 1.2 mm.
- - Heating the at least one matrix material to a temperature above the melting temperature, wherein preferably in the case of different matrix materials with different melting temperatures, the highest melting temperature is decisive.
- Partial or full surface melting of the at least one matrix material, wherein the at least one matrix material particularly preferably to a depth in the range of 20 microns to 2 mm, preferably in the range of 100 microns to 1.5 mm, preferably in the range of 0.8 mm is melted to 1.2 mm from the tread.
- - Supplying the at least one dispersion material in discontinuous and / or continuous form, preferably in powder form, wherein the particle sizes of a powdered dispersion material in the range of 20 to 100 .mu.m, preferably from 40 to 80 .mu.m, preferably in the range of 22 to 45 microns lie.
- Cooling the at least one matrix material below the melting temperature.
- - Machining the tread layer before and / or after the dispersion of the at least one dispersion material, preferably by turning, grinding or other machining methods.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Wälz- oder Gleitlager mit wenigstens einer Lagerkomponente nach wenigstens einer der vorangehenden Ausführungen. Another aspect of the invention relates to a rolling or sliding bearing with at least one bearing component according to at least one of the preceding embodiments.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele Detailed Description of the Preferred Embodiments
Die Erfindung befasst sich insbesondere mit der Bereitstellung einer harten, verschleißfesten, korrosionsbeständigen, nicht versprödenden und als Lagerlaufbahn geeigneten Laufflächenschicht zur Anwendung in Wälz- und Gleitlagern. Die Laufflächenschicht kann an einem Grundkörper angeordnet beziehungsweise Teil eines Grundkörpers sein. Die Ausführung des jeweiligen Grundkörpers ist möglich als Lagerring, als Käfig, als Wälzkörper oder als Linearsystem. Die Lagerlaufbahn oder -fläche kann für Wälzkörper oder als Gleitlager ausgeführt werden. The invention is particularly concerned with the provision of a hard, wear-resistant, corrosion-resistant, non-embrittling and suitable as a bearing raceway tread layer for use in rolling and plain bearings. The tread layer can be arranged on a base body or be part of a base body. The execution of the respective body is possible as a bearing ring, as a cage, as rolling elements or as a linear system. The bearing raceway or surface can be designed for rolling elements or plain bearings.
Werkstoffe materials
Vorteilhafte Ausgangswerkstoffe für einen Grundkörper der jeweiligen Lagerkomponente sind insbesondere Legierungen auf Basis von Aluminium, Titan oder Bronze, sowie Messing oder Stähle. Advantageous starting materials for a basic body of the respective bearing component are in particular alloys based on aluminum, titanium or bronze, as well as brass or steel.
Vorteilhafte Matrixwerkstoffe für eine erfindungsgemäße Laufflächenschicht der jeweiligen Lagerkomponente sind insbesondere Aluminium, Legierungen auf Basis von Aluminium, Titan oder Bronze, sowie Messing oder Stähle. In weiter vorteilhafter Weise ist der Matrixwerkstoff mit dem Ausgangswerkstoff identisch. Vorzugsweise ist der Matrixwerkstoff mit dem Ausgangswerkstoff einstückig ausgebildet oder stoffschlüssig verbunden. Advantageous matrix materials for a tread layer according to the invention of the respective bearing component are in particular aluminum, alloys based on aluminum, titanium or bronze, and brass or steel. In a further advantageous manner, the matrix material is identical to the starting material. Preferably, the matrix material is integrally formed with the starting material or materially connected.
Vorteilhafte Dispersionswerkstoffe für eine erfindungsgemäße Laufflächenschicht der jeweiligen Lagerkomponente sind insbesondere Titancarbide, Diamantwerkstoffe, Legierungen auf Basis von Aluminium, Kobalt oder Nickel, insbesondere Legierungen auf Aluminiumbasis mit Titan- und Vanadiumcarbid, zäh-harte Chrom Nickelstähle oder Aluminium-/Silizium-Verbundwerkstoffe mit Carbiden. Advantageous dispersion materials for a tread layer of the respective bearing component according to the invention are in particular titanium carbides, diamond materials, alloys based on aluminum, cobalt or nickel, in particular aluminum-based alloys with titanium and vanadium carbide, tough-hard chromium nickel steels or aluminum / silicon composite materials with carbides.
Verfahren method
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Laufflächenschicht kann der Matrixwerkstoff in eine Schmelze überführt werden, in welche dann der Dispersionswerkstoff zugeführt wird. Nach Erstarren der Schmelze sind die Partikel des Dispersionswerkstoffs fest innerhalb des Matrixwerkstoffs gehalten. Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Laufflächenschicht kann die folgenden Schritte umfassen:
Zunächst kann der Matrixwerkstoff mit Energie beaufschlagt werden, vorzugsweise mit Licht, bevorzugt mit Laserlicht, wobei die Intensität der Energie bevorzugt in Abhängigkeit von dem Matrixwerkstoff im Bereich von 1 bis 500 kW/cm2, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100 kW/cm2, bevorzugt im Bereich on 20 bis 50 kW /cm2 gewählt werden kann, so dass die Eindringtiefe eines Energiestrahls in den wenigstens einen Matrixwerkstoff im Bereich von 20 µm bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 100 µm bis 1,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 mm bis 1,2 mm liegt. To produce the tread layer according to the invention, the matrix material can be converted into a melt into which the dispersion material is then fed. After solidification of the melt, the particles of the dispersion material are held firmly within the matrix material. The process for producing a tread layer according to the invention may comprise the following steps:
First, the matrix material can be energized, preferably with light, preferably with laser light, wherein the intensity of the energy preferably in the range of 1 to 500 kW / cm 2 , preferably in the range of 5 to 100 kW / cm 2, depending on the matrix material , preferably in the range from 20 to 50 kW / cm 2 can be selected, so that the penetration depth of an energy beam in the at least one matrix material in the range of 20 microns to 2 mm, preferably in the range of 100 .mu.m to 1.5 mm, preferably in Range from 0.8 mm to 1.2 mm.
Durch Energiebeaufschlagung des Matrixwerkstoffs kann dieser solange erhitzt werden, bis sich in dem Matrixwerkstoff eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur einstellt, wobei vorzugsweise im Falle verschiedener Matrixwerkstoffe mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen die höchste Schmelztemperatur maßgeblich ist. By applying energy to the matrix material, it can be heated until a temperature above the melting temperature is established in the matrix material, with the highest melting temperature preferably being decisive in the case of different matrix materials having different melting temperatures.
Der wenigstens eine Matrixwerkstoff kann hierdurch partiell oder vollflächig aufgeschmolzen werden, wobei der wenigstens eine Matrixwerkstoff bevorzugt bis in eine Tiefe im Bereich von 20 µm bis 2 mm, vorzugsweise von 100 µm bis 1,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 mm bis 1,2 mm von der Lauffläche aufgeschmolzen werden kann. The at least one matrix material can thereby be partially or completely melted, wherein the at least one matrix material preferably to a depth in the range of 20 microns to 2 mm, preferably from 100 microns to 1.5 mm, preferably in the range of 0.8 mm 1.2 mm from the tread can be melted.
Nach partiellem oder vollflächigem Aufschmelzen des Matrixwerkstoffs kann der wenigstens eine Dispersionswerkstoff in diskontinuierlicher und/oder in kontinuierlicher Form in die Matrixwerkstoffschmelze zugeführt werden. Vorzugsweise kann der Dispersionswerkstoff in Pulverform zugeführt werden, wobei die Partikelgrößen eines in Pulverform zugeführten Dispersionswerkstoffs im Bereich von 20 bis 100 µm, vorzugsweise von 40 bis 80 µm, bevorzugt im Bereich von 22 bis 45 µm liegen können. After partial or full-surface melting of the matrix material, the at least one dispersion material can be fed into the matrix material melt in discontinuous and / or continuous form. Preferably, the dispersion material may be supplied in powder form, wherein the particle sizes of a powdered dispersion material in the range of 20 to 100 .mu.m, preferably from 40 to 80 .mu.m, preferably in the range of 22 to 45 microns can be.
Anschließend kann der wenigstens eine Matrixwerkstoff bis unterhalb der Schmelztemperatur abgekühlt werden. Die zugeführten Partikel des Dispersionswerkstoffs sind damit in dem erstarrten Matrixwerkstoff sicher gehalten. Subsequently, the at least one matrix material can be cooled below the melting temperature. The supplied particles of the dispersion material are thus securely held in the solidified matrix material.
Mechanische Bearbeitung Mechanical machining
Abhängig vom gewählten Matrixwerkstoff und dem gewählten Dispersionswerkstoff kann die jeweilige Laufflächenschicht anschließend durch Drehen, Schleifen oder mit anderen spanabhebenden Verfahren bearbeitet werden. Depending on the selected matrix material and the selected dispersion material, the respective tread layer can subsequently be processed by turning, grinding or by other machining methods.
Nutzen / Vorteile Benefits / Benefits
Im Bereich der Wälz- oder Gleitlager gibt es Anwendungen, die zum Beispiel ein geringes Bauteilgewicht bei hohen Anforderungen an die Eigenschaften der Laufbahnen erfordern. Die Nachteile des Ausgangswerkstoffs eines Grundkörpers – beispielsweise eine zu geringe Härte – werden so durch die erfindungsgemäße Laufflächenschicht effektiv kompensiert. There are applications in the field of rolling or plain bearings which, for example, require a low component weight with high demands on the properties of the raceways. The disadvantages of the starting material of a base body - for example, too low a hardness - are thus effectively compensated by the tread layer according to the invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend im Detail mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Preferred embodiments of the invention will be described below in detail with reference to the figures.
Erstes Ausführungsbeispiel First embodiment
Das erste in
Die Laufflächenschichten
Die Grundkörper
Zweites Ausführungsbeispiel Second embodiment
Das zweite in
Die Laufflächenschichten
Schliffbilder micrographs
In der Darstellungen in
Weitere Schliffbilder einer erfindungsgemäßen Laufflächenschicht mit eindispergierten Hartstoffpartikeln aus Titancarbid sind den Darstellungen in
Der
Claims (14)
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DE102013218344.5A DE102013218344A1 (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Bearing component of a rolling or sliding bearing and method for their preparation |
PCT/EP2014/053291 WO2014128196A2 (en) | 2013-02-21 | 2014-02-20 | Bearing component of a rolling or sliding bearing, and method for producing same |
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DE102013218344.5A DE102013218344A1 (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Bearing component of a rolling or sliding bearing and method for their preparation |
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Publication Number | Publication Date |
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DE (1) | DE102013218344A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016211202A1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | Zf Friedrichshafen Ag | Method and device for improving the voltage rating of a pressurizable component |
DE102018119504A1 (en) * | 2018-08-10 | 2020-02-13 | Schuler Pressen Gmbh | Process for manufacturing a plain bearing and plain bearing |
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2013
- 2013-09-12 DE DE102013218344.5A patent/DE102013218344A1/en active Pending
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DE102018119504A1 (en) * | 2018-08-10 | 2020-02-13 | Schuler Pressen Gmbh | Process for manufacturing a plain bearing and plain bearing |
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