DE102014206701A1

DE102014206701A1 - Beschichteter Lagerring, Lager und Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Lagerrings

Info

Publication number: DE102014206701A1
Application number: DE102014206701.4A
Authority: DE
Inventors: Thilo von Schleinitz
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2015-10-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagerring (2, 5), der in einem ersten Teilbereich seiner Oberfläche eine Zink-Nickel-Schicht, eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht und in einem zweiten Teilbereich seiner Oberfläche eine Brünierschicht aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen beschichteten Lagerring und ein Lager mit einem derartigen Lagerring. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Lagerrings.
Insbesondere wenn ein Lager in einer korrosiven Umgebung eingesetzt wird, kann vorgesehen sein, für die Herstellung des Lagers Lagerringe zu verwenden, die vor Korrosion geschützt sind. Ein derartiger Korrosionsschutz kann beispielsweise mittels einer geeigneten Beschichtung realisiert werden.
So ist es aus der DE 43 40 865 A1 bereits bekannt, ein Wälzlager beispielsweise durch eine vollflächig aufgebrachte Zink-Nickel-Schicht oder durch eine vollflächige Brünierung vor Korrosion zu schützen. Mit einer Zink-Nickel-Schicht kann ein sehr hochwertiger Korrosionsschutz erzielt werden. Außerdem kann durch diese Schicht schädlichen im Betrieb auftretenden Effekten zwischen Lager und Gehäuse oder Welle, wie Passungsrost und Reibkorrosion, wirksam vorgebeugt werden. Die Beschichtung eines Wälzlagers mit einer Zink-Nickel-Schicht bringt allerdings nicht nur Vorteile mit sich. Auf den Laufbahnen der Lagerringe des Wälzlagers wirkt sich eine derartige Schicht negativ aus und hat beispielsweise eine Verkürzung der Lebensdauer zur Folge. Probleme können beispielsweise durch mit der Ausbildung der Schicht einhergehende Änderungen der Abmessungen und die daraus resultierende Beeinträchtigung der Toleranzlage im Inneren des Wälzlagers entstehen. So kommt es durch Beschichtung zu einer Änderung des Laufbahnprofils und der Rundheit der Laufbahn, da die Schicht nicht überall gleichmäßig aufwächst. Außerdem kann die Schicht im Inneren des Wälzlagers im Betrieb abgetragen werden, gewalkt werden, abblättern, delaminieren oder entschichten, was sich je nach Lagerbetriebsbedingungen sehr nachteilig auswirken kann. Weiterhin kann es zu einer Wasserstoffversprödung kommen, da im Rahmen der vorbereitenden Prozessschritte der Beschichtung Wasserstoff in der Stahloberfläche des Lagerrings angereichert wird. Zudem kann es durch die saure Verfahrensschritte bei der Vorbehandlung oder während der Beschichtung zu Beizangriffen und Pitting kommen. Schließlich kann das Schichtmaterial einen negativen Einfluss auf ein im Wälzlager eingesetztes Schmiermittel haben.
Die aus der DE 43 40 865 A1 ebenfalls bekannte Brünierschicht bewirkt einen deutlich geringeren Korrosionsschutz als die Zink-Nickel-Schicht.
Aus der DE 10 2012 215 590 A1 ist ein Lagerring bekannt, der bereichsweise eine Phosphatschicht und bereichsweise eine Brünierschicht aufweist. Damit lassen sich sehr gute Ergebnisse erzielen. Mitunter ist es allerdings ein noch stärkerer Korrosionsschutz wünschenswert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Lager so auszubilden, dass es in einer stark korrosiven Umgebung eine möglichst lange Lebensdauer erreicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
Der erfindungsgemäße Lagerring weist in einem ersten Teilbereich seiner Oberfläche eine Zink-Nickel-Schicht, eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht und in einem zweiten Teilbereich seiner Oberfläche eine Brünierschicht auf.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Lagerring die mit einer Zink-Nickel-Beschichtung oder einer ähnlichen Beschichtung einhergehenden positiven Eigenschaften aufweist, wobei die negativen Eigenschaften einer derartigen Beschichtung weitgehend vermieden werden. Demgemäß weisen der erfindungsgemäße Lagerring und ein damit hergestellte Lager eine lange Lebensdauer auf.
Die Zink-Nickel-Schicht, die Zink-Eisen-Schicht, die Zink-Schicht, die Nickel-Schicht oder die Nickel-Phosphor-Schicht kann eine Dicke von wenigstens 5 Mikrometer aufweisen. Weiterhin kann die Zink-Nickel-Schicht, die Zink-Eisen-Schicht, die Zink-Schicht, die Nickel-Schicht oder die Nickel-Phosphor-Schicht eine Dicke von maximal 15 Mikrometer aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Zink-Nickel-Schicht, der Zink-Eisen-Schicht, der Zink-Schicht, der Nickel-Schicht oder der Nickel-Phosphor-Schicht 8–9 Mikrometer.
Der erste Teilbereich der Oberfläche des Lagerrings kann eine Außenfläche enthalten oder durch eine Außenfläche gebildet sein. Die Außenfläche kann wenigstens eine Stirnfläche des Lagerrings aufweisen. Bei einem Innenring kann die Außenfläche eine Bohrungsfläche aufweisen oder durch eine Bohrungsfläche gebildet sein. Bei einem Außenring kann die Außenfläche eine äußere Mantelfläche aufweisen oder durch eine äußere Mantelfläche gebildet sein.
Die positiven Eigenschaften der Zink-Nickel-Schicht, der Zink-Eisen-Schicht, der Zink-Schicht, der Nickel-Schicht oder der Nickel-Phosphor-Schicht kommen im Außenbereich des Lagers zum Tragen und können abhängig von der Ausführung des Lagers und vom vorgesehenen Anwendungsfall von unterschiedlicher Bedeutung sein, wobei jede dieser Eigenschaften für sich genommen bereits diese Schicht rechtfertigen kann. Eine positive Eigenschaft dieser Schicht besteht darin, dass sie den Außenbereich des Lagerrings und somit des Lagers vor Korrosion schützt. Außerdem wird durch diese Schicht ein unerwünschtes Wandern des Lagers erschwert. Weiterhin wird durch diese Schicht schädlichen im Betrieb auftretenden Effekten zwischen Lager und Gehäuse oder Welle, wie Passungsrost und Reibkorrosion, wirksam vorgebeugt.
Die Brünierschicht kann je nach Einsatzfall, Umweltbedingungen und Belastung zu einer teils erheblichen Lebensdauerverlängerung im Betrieb des Lagers führen. Hierfür verantwortlich ist eine Mehrzahl an Wirkungen der Brünierschicht, beispielsweise ein mikrobeschädigungsärmeres Einlaufen und Glätten der sich kontaktierenden Stahloberflächen, eine bessere Schmierstoffadhäsion, eine bessere Lauffähigkeit unter Mangelschmierbedingungen, eine reduzierte Fress- und Kaltverschweißneigung, eine reduzierte Gefahr der Grübchenbildung und der Rissbildung, reduzierte Wasserstoffaufnahme im Betrieb, ein besserer Korrosionsschutz, und ein besserer Schutz gegen unerwünschte chemische Angriffe von Schmierstoffzusätzen auf den Stahl.
Ein Großteil der Wirkungen ist speziell für den Wälzkontakt bedeutsam, ein kleinerer Teil ist auch für den bordseitigen Gleitkontakt von Bedeutung.
Die Bedeutung der Brünierschicht für den Außenbereich des Lagers ist hingegen sehr gering, weil der Korrosionsschutz von Brünierungen bei freier Bewitterung generell niedrig ist und die Effekte auf den Außenbereich eines Lagers bei Einbau und Betrieb, wie sie bei der Zink-Nickel-Beschichtung, der Zink-Eisen-Beschichtung, der Zink-Beschichtung, der Nickel-Beschichtung oder der Nickel-Phosphor-Beschichtung erreicht werden, von einer Brünierung nicht zur Verfügung gestellt werden können.
Somit lässt sich zusammenfassen, dass für den Innenbereich des Lagers zur Erhöhung seiner Lebensdauer eine Brünierung wünschenswert ist, diese jedoch im Außenbereich nur geringen Nutzen besitzt. Für den Außenbereich ist eine Zink-Nickel-Beschichtung, eine Zink-Eisen-Beschichtung, eine Zink-Beschichtung, eine Nickel-Beschichtung oder eine Nickel-Phosphor-Beschichtung sehr nützlich, diese ist im Lagerinnenbereich jedoch von geringem Nutzen oder sogar schädlich.
Der Lagerring kann als ein Wälzlagerring ausgebildet sein. In diesem Fall kann der zweite Teilbereich des Lagerrings eine Laufbahnfläche enthalten oder durch eine Laufbahnfläche gebildet sein. Für eine Laufbahnfläche ist eine Brünierschicht besonders nützlich und eine Zink-Nickel-Schicht, eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht besonders schädlich. Ebenso ist es auch möglich, dass der Lagerring als ein Gleitlagerring ausgebildet ist. In diesem Fall kann der zweite Teilbereich des Lagerrings eine Gleitfläche enthalten.
Insgesamt werden durch die Erfindung somit die Vorteile einer Zink-Nickel-Schicht, einer Zink-Eisen-Schicht, einer Zink-Schicht, einer Nickel-Schicht oder einer Nickel-Phosphor-Schicht im Außenbereich eines Lagers und die Vorteile einer Brünierschicht im Innenbereich eines Lagers miteinander verknüpft.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Lager zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils, wobei das Lager einen erfindungsgemäßen Lagerring aufweist. Das Lager kann einen erfindungsgemäß ausgebildeten Innenring und/oder einen erfindungsgemäß ausgebildeten Außenring aufweisen.
Das Lager kann als ein Wälzlager ausgebildet sein und Wälzkörper aufweisen, die im Bereich ihrer Oberfläche eine Brünierschicht aufweisen. Dabei können die Wälzkörper im Bereich ihrer gesamten Oberfläche die Brünierschicht aufweisen.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings, wobei in einem ersten Teilbereich der Oberfläche das Lagerrings eine Zink-Nickel-Schicht, eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht ausgebildet wird und in einem zweiten Teilbereich der Oberfläche das Lagerrings eine Brünierschicht ausgebildet wird.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erst die Brünierschicht ausgebildet werden und danach die Zink-Nickel-Schicht, die Zink-Eisen-Schicht, die Zink-Schicht, die Nickel-Schicht oder die Nickel-Phosphor-Schicht ausgebildet werden.
Die Brünierschicht kann zunächst auch im ersten Teilbereich der Oberfläche des Lagerrings ausgebildet werden.
Die Brünierschicht kann bereichsweise entfernt werden.
Die Oberfläche des Lagerrings kann im Bereich der Brünierschicht vor der Ausbildung der Zink-Nickel-Schicht, der Zink-Eisen-Schicht, der Zink-Schicht, der Nickel-Schicht oder der Nickel-Phosphor-Schicht bereichsweise abgedeckt werden.
Eine bereichsweise Abdeckung ist vorteilhaft, da andernfalls die Brünierschicht beim Eintauchen in das weitere Beschichtungsbad abgebeizt und allseitig eine Zink-Nickel-Schicht, eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht ausgebildet würde.
Um ein möglichst wirtschaftliches Ergebnis zu erreichen, und weil das partielle Abdecken von Werkstückflächen ein relativ aufwendiger Prozess ist, sowie bei Brünierungen wegen der heißen und aggressiven Badbedingungen nicht möglich wäre, ist vorzugsweise kein zweimaliges partielles Beschichten, sondern eine vollflächige Brünierung vorgesehen. Die Brünierschicht kann in einem Beiz- oder Dekapierbad, welches dem Zink-Nickel-Beschichtungsbad, dem Zink-Eisen-Beschichtungsbad, dem Zink-Beschichtungsbad, dem Nickel-Beschichtungsbad oder dem Nickel-Phosphor-Beschichtungsbad stets vorgeschaltet ist, in den nicht abgedeckten Bereichen des Lagerrings entfernt werden.
Die Zink-Nickel-Schicht, die Zink-Eisen-Schicht, die Zink-Schicht oder die Nickel-Schicht kann durch eine galvanische Abscheidung ausgebildet werden. Die Nickel-Phosphor-Schicht kann durch eine chemische Abscheidung ausgebildet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzlager in Seitenansicht,
2 den Innenring des in 1 dargestellten Wälzlagers in Schnittdarstellung und
3 den Außenring des in 1 dargestellten Wälzlagers in Schnittdarstellung.
1 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzlager 1 in Seitenansicht.
Bei dem dargestellten Wälzlager 1 handelt es sich um ein Zylinderrollenlager. Die Erfindung bezieht sich in gleicher Weise auch auf Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, CARB-Lager, Kugellager usw. Das Wälzlager 1 kann beispielsweise in ein Schienenfahrzeug eingebaut werden.
Das Wälzlager 1 weist einen Innenring 2 mit einer zylinderförmig ausgebildeten inneren Laufbahn 3 und einer zylinderförmig ausgebildeten Bohrungsfläche 4 auf. Weiterhin weist das Wälzlager 1 einen Außenring 5 mit einer zylinderförmig ausgebildeten äußeren Laufbahn 6 und einer zylinderförmig ausgebildeten äußeren Mantelfläche 7 auf. Zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 5 rollen Wälzkörper 8 mit zylinderförmig ausgebildeten Mantelflächen 9 auf der inneren Laufbahn 3 des Innenrings 2 und auf der äußeren Laufbahn 6 des Außenrings 5 ab. Die Wälzkörper 8 werden in einem Käfig 10 geführt.
Der Innenring 2, der Außenring 5 und die Wälzkörper 8 sind aus Stahl gefertigt. Der Käfig 10 kann beispielsweise aus Kunststoff, Blech oder Messing gefertigt sein und optional eine Beschichtung aufweisen.
Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, sind einige Flächen des Innenrings 2 und des Außenrings 5 des Wälzlagers 1 mit einer in 1 nicht dargestellten Brünierschicht versehen. Andere Flächen des Innenrings 2 und des Außenrings 5 des Wälzlagers 1 sind mit einer in 1 nicht dargestellten Zink-Nickel-Schicht versehen. Die Oberfläche der Wälzkörper 8 ist mit einer Brünierschicht versehen.
Die Beschreibung der Erfindung erfolgt beispielhaft für eine Zink-Nickel-Schicht. Sämtliche Ausführungen zur Zink-Nickel-Schicht und deren Herstellung gelten jeweils gleichermaßen für eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht und mit Einschränkungen für eine Nickel-Phosphor-Schicht. Die Einschränkungen hinsichtlich der Nickel-Phosphor-Schicht betreffen insbesondere ein etwas anderes Herstellungsverfahren.
2 zeigt den Innenring 2 des in 1 dargestellten Wälzlagers 1 in Schnittdarstellung.
Wie aus 2 hervorgeht, weist der Innenring 2 beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Anlaufbord 11 auf, an den die Wälzkörper 8 axial anlaufen, d. h. es kommt beim Betrieb des Wälzlagers 1 zu einem Gleitkontakt zwischen den Wälzkörpern 8 und dem Anlaufbord 11.
Der in 2 dargestellte Innenring 2 weist an seiner Oberfläche eine Schicht auf, die in verschiedenen Teilbereichen der Oberfläche unterschiedlich ausgebildet sein kann. Bei der Schicht handelt es sich teils um eine Brünierschicht und teils um eine Zink-Nickel-Schicht. Mit anderen Worten, ein Teilbereich der Oberfläche des Innenrings 2 weist eine Brünierschicht, ein anderer Teilbereich eine Zink-Nickel-Schicht auf. Zur Veranschaulichung der Schichtverteilung wurde in 2 die Oberfläche des Innenrings 2 in mehrere Flächen unterteilt, deren Erstreckung jeweils durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Dabei ist der Bereich der Bohrungsfläche 4 des Innenrings 2 als Außenfläche F1 bezeichnet. Die äußeren axialen Endflächen des Innenrings 2, ggf. inklusive des Anlaufbords 11, sind als Stirnflächen F2 bezeichnet. Der Bereich, in dem die Oberfläche des Anlaufbords 11 als eine Radialfläche ausgebildet ist, ist als radiale Bordfläche F3 bezeichnet. Der den Wälzkörpern 8 zugewandte Bereich des Anlaufbords 11, an den die Wälzkörper 8 anlaufen, ist als Anlauffläche F4 bezeichnet. Die Fläche der inneren Laufbahn 3 ist als Laufbahnfläche F5 bezeichnet.
Die Auswahl der Beschichtung für die einzelnen Flächen hängt von den Anforderungen ab, die an die jeweilige Fläche gestellt werden. Demgemäß werden Flächen, die keinen starken Korrosionseinflüssen ausgesetzt sind, bei denen es jedoch auf die Maßhaltigkeit und eine hohe Lebensdauer ankommt und die einer Wälzbelastung ausgesetzt sind mit einer Brünierschicht versehen. Dies trifft beim Innenring 2 für die Laufbahnfläche F5 und die Anlauffläche F4 zu.
Bei der Brünierschicht handelt es sich um eine Eisenoxidschicht, die eine Dicke von ca. 0,7–2 Mikrometer aufweist. Die Brünierschicht kann je nach Einsatzfall, Umweltbedingungen und Belastung zu einer teils erheblichen Lebensdauerverlängerung im Betrieb des Wälzlagers 1 führen. Hierfür verantwortlich ist eine Mehrzahl an Wirkungen der Brünierschicht, beispielsweise ein mikrobeschädigungsärmeres Einlaufen und Glätten der sich kontaktierenden Stahloberflächen, eine bessere Schmierstoffadhäsion, eine bessere Lauffähigkeit unter Mangelschmierbedingungen, eine reduzierte Fress- und Kaltverschweißneigung, eine reduzierte Gefahr der Grübchenbildung und der Rissbildung, reduzierte Wasserstoffaufnahme im Betrieb, ein besserer Korrosionsschutz, und ein besserer Schutz gegen unerwünschte chemische Angriffe von Schmierstoffzusätzen auf den Stahl.
Ein Großteil der Wirkungen der Brünierschicht ist speziell für den Wälzkontakt bedeutsam, ein kleinerer Teil ist auch für den bordseitigen Gleitkontakt von Bedeutung. Demgemäß ist für die Laufbahnfläche F5 eine Brünierschicht am stärksten angeraten. Für die Anlauffläche F4 ist eine Brünierschicht ebenfalls vorteilhaft aber nicht so wichtig wie für die Laufbahnfläche F5.
Die Bedeutung der Brünierschicht für den Außenbereich des Wälzlagers 1 ist hingegen sehr gering, weil der Korrosionsschutz von Brünierungen bei freier Bewitterung generell niedrig ist und die Effekte auf den Außenbereich eines Lagers bei Einbau und Betrieb, wie sie durch eine Zink-Nickel-Schicht erreicht werden, von einer Brünierung nicht zur Verfügung gestellt werden können. Demgegenüber ist die Bedeutung der Zink-Nickel-Schicht infolge ihres starken Korrosionsschutzes und der weiteren positiven Eigenschaften sehr hoch.
Die Zink-Nickel-Schicht kann durch eine galvanische Abscheidung ausgebildet werden und eine Dicke von vorzugsweise ca. 8 bis 9 Mikrometer aufweisen. Eine Mindestdicke von ca. 5 Mikrometer sollte möglichst nicht unterschritten werden. Außerdem sollte eine maximale Dicke von ca. 15 Mikrometer möglichst nicht überschritten werden. In analoger Weise können die Zink-Eisen-Schicht, die Zink-Schicht und die Nickel-Schicht durch eine galvanische Abscheidung ausgebildet werden. Die Nickel-Phosphor-Schicht kann dagegen durch eine chemische Abscheidung ausgebildet werden.
Die Zink-Nickel-Schicht schützt den Außenbereich des Innenrings 2, d. h. die Flächen F1, F2, F3, vor Korrosion. Außerdem wird durch diese Schicht ein unerwünschtes Wandern des Innenrings 2 erschwert. Weiterhin wird durch die Zink-Nickel-Schicht schädlichen im Betrieb auftretenden Effekten zwischen dem Innenring 2 und Welle, wie Passungsrost und Reibkorrosion, wirksam vorgebeugt.
Auf der inneren Laufbahn 3 des Innenrings 2, d. h. auf der Laufbahnfläche F5, ist eine mehrere Mikrometer dicke Zink-Nickel-Schicht nicht erwünscht, weil diese dem hohen Druck der Wälzkörper nicht standhält. Die Zink-Nickel-Schicht auf der Laufbahnfläche F5 würde im Betrieb des Wälzlagers 1 abgetragen werden, gewalkt werden, abblättern, delaminieren oder entschichten, was sich je nach Lagerbetriebsbedingungen sehr nachteilig auswirken kann. Außerdem kommt es bei der Ausbildung einer derartigen Schicht mit zunehmender Dicke zu einer immer stärkeren Veränderung des Laufbahnprofils und der Rundheit der Laufbahn 3. Weitere negative Auswirkungen der Zink-Nickel-Schicht selbst bzw. des Herstellungsprozesses dieser Schicht sind eine Wasserstoffversprödung, Beizangriffe, Pitting und ein negativer Einfluss auf ein im Wälzlager eingesetztes Schmiermittel.
Somit lässt sich zusammenfassen, dass für den Innenbereich des Wälzlagers 1 zur Erhöhung seiner Lebensdauer eine Brünierschicht wünschenswert ist, diese jedoch im Außenbereich nur geringen Nutzen besitzt. Für den Außenbereich ist eine Zink-Nickel-Schicht sehr nützlich, diese ist im Innenbereich jedoch von geringem Nutzen oder sogar schädlich.
Demgemäß hat die Zink-Nickel-Schicht für die Außenfläche F1 und die Stirnflächen F2 den größten positiven Effekt und ist dort somit am stärksten angeraten. Ebenso eignet sich die Zink-Nickel-Schicht für die radiale Bordfläche F3. Mit Einschränkungen eignet sich die Zink-Nickel-Schicht auch für die Anlauffläche F4. Für die Laufbahnfläche F5 ist die Zink-Nickel-Schicht hingegen nicht geeignet.
Somit ergibt sich als bevorzugte Schichtverteilung eine Zink-Nickel-Schicht auf der Außenfläche F1, den Stirnflächen F2 und der radialen Bordfläche F3 in Kombination mit einer Brünierschicht auf der Anlauffläche F4 und der Laufbahnfläche F5.
Ebenso ist es aber auch möglich auf der Außenfläche F1 oder auf der Außenfläche F1 und den Stirnflächen F2 oder auf der Außenfläche F1, der Stirnfläche F2, der radialen Bordfläche F3 und der Anlauffläche F4 eine Zink-Nickel-Schicht und auf den jeweils anderen Flächen eine Brünierschicht vorzusehen.
3 zeigt den Außenring 5 des in 1 dargestellten Wälzlagers 1 in Schnittdarstellung.
Wie aus 3 hervorgeht, weist der Außenring 5 zwei Anlaufborde 12 auf, an denen die Wälzkörper 8 axial anlaufen.
Soweit im Folgenden nichts anderes ausgeführt ist gilt das zum Innenring 2 Gesagte für den Außenring 5 analog. Insbesondere wurde die Oberfläche des Außenrings 5 analog zum Innenring 2 in mehrere Flächen unterteilt. Dabei sind der Bereich der äußeren Mantelfläche 7 des Außenrings 5 als Außenfläche F1, die äußeren axialen Endflächen des Außenrings 5, ggf. inklusive der Anlaufborde 12, als Stirnflächen F2, die Bereiche, in denen die Oberfläche der Anlaufborde 12 als eine Radialfläche ausgebildet sind, als radiale Bordflächen F3, die den Wälzkörpern 8 zugewandten Bereiche der Anlaufborde 12, an denen die Wälzkörper 8 anlaufen, als Anlaufflächen F4 und die Fläche der inneren Laufbahn 6 als Laufbahnfläche F5 bezeichnet.
Beim Außenring 5 ist eine Zink-Nickel-Schicht auf der Außenfläche F1, den äußeren Stirnflächen F2 und den radialen Bordflächen F3 in Kombination mit einer Brünierschicht auf den Anlaufflächen F4 und der Laufbahnfläche F5 bevorzugt. Alternativ dazu sind beliebige andere Schichtverteilungen mit der Maßgabe möglich, dass die Laufbahnfläche F5 zwingend eine Brünierschicht aufweist und die Außenfläche F1 zwingend eine Zink-Nickel-Schicht aufweist.
Die Herstellung der vorstehend beschriebenen Schichtverteilungen beim Innenring 2 und beim Außenring 5 wird im Folgenden beispielhaft für den Innenring 2 beschrieben. Beim Außenring 5 kann in analoger Weise vorgegangen werden.
Insgesamt wird sowohl eine Brünierung als auch eine Zink-Nickel-Beschichtung des Innenrings 2 durchgeführt. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass die Zink-Nickel-Beschichtung oder die zugehörige Vorbehandlung auf sauren Bädern und die Brünierung auf alkalischen Bädern basiert und in beiden Fällen die Beschichtung des Innenrings 2 in der Regel das vollständige Untertauchen des Innenrings 2 in das jeweilige Beschichtungsbad erfordert. Demgemäß ergäbe sich eine allseitige Beschichtung entweder mit einer Zink-Nickel-Schicht in einer Zink-Nickel-Beschichtungsanlage oder mit einer Brünierschicht in einer Brünieranlage.
Zudem lösen die Beschichtungsbäder die jeweils andere Beschichtung ab. Ein mit einer Zink-Nickel-Schicht beschichteter Innenring 2, welcher in ein Brünierbad getaucht wird, entschichtet sich im hochalkalischen Natriumhydroxid vollkommen.
Brünierschichten hingegen sind säureempfindlich. Einen brünierten Innenring 2 in ein Zink-Nickel-Beschichtungsbad einzutauchen, bewirkt ein Abbeizen der Brünierschicht und eine allseitige Ausbildung einer Zink-Nickel-Schicht.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher in einem ersten Schritt die gesamte Oberfläche des Innenrings 2, d. h. die Außenfläche F1, die Stirnflächen F2, die radiale Bordfläche F3, die Anlauffläche F4 und die Laufbahnfläche F5 mit einer Brünierschicht belegt. Hierzu wird der Innenring 2 nach einer Entfettung in Heißbrünierbäder getaucht, wobei sich auf der Stahloberfläche eine etwa 1–2 Mikrometer dicke schwarze Eisenoxidschicht Fe3O4 ausbildet. Im Einzelnen kann die Brünierung wie in der DE102007061193A1 beschrieben durchgeführt werden. Die Wälzkörper 8 können in analoger Weise brüniert werden.
Anschließend werden die Oberflächenbereiche, in denen die Brünierschicht erhalten bleiben soll, also wenigstens die Laufbahnfläche F5, maskiert, d. h. mit einem Material abgedeckt, das gegen eine Zink-Nickel-Beschichtung beständig ist. Zum Abdecken kann entweder ein chemikalienbeständiger und leicht wiederabziehbarer Lack, insbesondere ein Lötstopplack oder Galvanoabdecklack aufgetragen werden, oder bei größeren Serien derselben Innenringe 2 können eigens angefertigte und wiederverwendbare elastische Formüberzüge, beispielsweise Silikonformteile, übergezogen werden. Auch die Montage metallischer Abdeckblenden mit Dichtung ist möglich, wenn das eingeschlossene Luftvolumen bei den Temperaturunterschieden der Bearbeitung die Dichtwirkung nicht aufhebt.
Danach wird der Innenring 2 einer Zink-Nickel-Beschichtung unterzogen. Hierzu wird der allseitig brünierte und partiell maskierte Innenring 2 in eine Zink-Nickel-Beschichtungsanlage eingebracht. Die Vorbehandlung der Zink-Nickel-Beschichtung löst auf den nichtmaskierten Oberflächenbereichen die Brünierschicht völlig ab. Danach wird dort eine Zink-Nickel-Schicht erzeugt. Die maskierten Bereiche bleiben davon unberührt und behalten die Brünierschicht. Die maximale Temperatur eines Zink-Nickel-Beschichtungsbads ist 50°C und damit unterhalb der Entstehungstemperatur der Brünierschicht von bis zu 148 °C und unterhalb ihrer Beständigkeitsgrenze von ca. 300 °C.
Das Abbeizen der Brünierschicht kann unterstützt und beschleunigt werden, indem der Innenring 2 nach einer eventuellen Entfettung und Spülung nicht direkt in ein Zink-Nickel-Beschichtungsbad verbracht wird, sondern erst für kurze Zeit eine in allen Zink-Nickel-Beschichtungsanlagen vorhandene Säurestation (Beize oder Dekapierung) angefahren wird, bevor der Innenring 2 mit der Zink-Nickel-Schicht beschichtet wird.
Nach der Zink-Nickel-Beschichtung wird die Maskierung entfernt und der Innenring 2 ist teilweise brüniert und teilweise mit einer Zink-Nickel-Schicht versehen.
Es erfolgt dann noch eine Konservierung des Innenrings 2. Bei der Konservierung lagert sich das Konservieröl auf der Brünierschicht und auf der Zink-Nickel-Schicht adhäsiv an. Nach dem Brünieren und vor der Zink-Nickel-Beschichtung darf kein dickflüssiges oder filmbildnerhaltiges Konservieröl aufgetragen werden, welches zu Störungen der Maskierung und deren Abdichtung führt, welches aus der Maskierung im Zink-Nickel-Beschichtungsprozess austritt, oder welches schwer entfernbar ist. Daher wird der Innenring 2 am Ende der Brünieranlage vorzugsweise nur in ein Dewatering Fluid getaucht, welches die wässrigen Phasen über Dichteunterschied von den Oberflächen abzieht und einen leichten Korrosionsschutz bewirkt. Die Endkonservierung erfolgt erst nach erfolgter Zink-Nickel-Beschichtung, wobei für die Konservierung des gesamten Innenringes 2 ein Öl verwendet wird, welches brünierverträglich ist. Es kann sich dabei um eine Emulsion handeln, aber auch um ein Mineralölprodukt.
Der auf die vorstehend beschriebene Weise behandelte Innenring 2, ein in analoger Weise behandelter Außenring 5 und ein Satz brünierter Wälzkörper 8 werden zum erfindungsgemäßen Wälzlager 1 zusammengebaut.
Durch die vorstehend beschriebene Kombination einer vollflächigen Brünierbehandlung mit einer anschließenden Zink-Nickel-Beschichtung nach bereichsweiser Maskierung kann verglichen mit einer Maskierung sowohl bei der Brünierbehandlung als auch bei der Zink-Nickel-Beschichtung der Maskierungsaufwand deutlich reduziert werden. Außerdem wird durch die Wahl der Reihenfolge der Beschichtungsvorgänge erreicht, dass die Laufbahnflächen F5 und die Anlaufflächen F4 keine Zink-Nickel-Schicht erhalten. Weiterhin wird durch die verwendete Beschichtungsreihenfolge vermieden, dass das ständige Ablösen einer mehrere Mikrometer dicken Zink-Nickel-Schicht zu einer unerwünschten Fremdbelastung des Brünierbads führt. Die bei der gewählten Vorgehensweise erforderliche Ablösung der lediglich ca. 1 Mikrometer dicken Brünierschicht aus reinem Eisenoxid hat keine nachteiligen Auswirkungen auf das Beizbad.
Durch den Verzicht auf eine partielle Maskierung während der Brünierbehandlung können zudem technische Probleme vermieden werden, die eine solche Maskierung wegen der für Nichteisenwerkstoffe sehr aggressiven thermischen und chemischen Bedingungen der Brünierbehandlung mit sich brächte.
Hinsichtlich der Schichtqualität ist es so, dass eine Brünierung in ihrer Herstellung empfindlich auf Unregelmäßigkeiten in der Struktur und Zusammensetzung der Oberfläche reagiert, während eine Zink-Nickel-Schicht unempfindlicher aufwächst, was mit der gewählten Reihenfolge der Beschichtungsvorgänge gut vereinbar ist.
Die Erfindung bezieht sich in gleicher Weise auch auf Gleitlager. Gleitlagerringe können zwar prinzipiell vollflächig mit einer Zink-Nickel-Schicht versehen werden, da keine Wälzbeanspruchung auftritt. Abhängig vom Gleitpartner eignet sich eine Zink-Nickel-Schicht jedoch weniger gut als Gleitpartner. In diesem Fall kann einer der Gleitlagerringe des Gleitlagers bereichsweise eine Brünierschicht und bereichsweise eine Zink-Nickel-Schicht aufweisen. Dabei ist die Gleitfläche dieses Gleitlagerrings mit einer Brünierschicht versehen. Alle sonstigen Flächen aus Stahl sind mit einer Zink-Nickel-Schicht versehen.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Innenring
3: Innere Laufbahn
4: Bohrungsfläche
5: Außenring
6: Äußere Laufbahn
7: Äußere Mantelfläche
8: Wälzkörper
9: Mantelfläche
10: Käfig
11: Anlaufbord
12: Anlaufbord
F1: Außenfläche
F2: Stirnfläche
F3: radiale Bordfläche
F4: Anlauffläche
F5: Laufbahnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4340865 A1 [0003, 0004]
DE 102012215590 A1 [0005]
DE 102007061193 A1 [0062]

Claims

Lagerring, der in einem ersten Teilbereich seiner Oberfläche eine Zink-Nickel-Schicht, eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht und in einem zweiten Teilbereich seiner Oberfläche eine Brünierschicht aufweist.
Lagerring nach Anspruch 1, wobei der erste Teilbereich der Oberfläche des Lagerrings (2, 5) eine Außenfläche (F1) enthält.
Lagerring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagerring (2, 5) als ein Wälzlagerring ausgebildet ist.
Lagerring nach Anspruch 3, wobei der zweite Teilbereich des Lagerrings (2, 5) eine Laufbahnfläche (F5) enthält.
Lager zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils, wobei das Lager (1) einen Lagerring (2, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Lager nach Anspruch 5, wobei das Lager (1) als ein Wälzlager ausgebildet ist und Wälzkörper (8) aufweist, die im Bereich ihrer Oberfläche eine Brünierschicht aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings (2, 5), wobei in einem ersten Teilbereich der Oberfläche das Lagerrings (2, 5) eine Zink-Nickel-Schicht, eine Zink-Eisen-Schicht, eine Zink-Schicht, eine Nickel-Schicht oder eine Nickel-Phosphor-Schicht ausgebildet wird und in einem zweiten Teilbereich der Oberfläche das Lagerrings (2, 5) eine Brünierschicht ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei erst die Brünierschicht ausgebildet wird und danach die Zink-Nickel-Schicht, die Zink-Eisen-Schicht, die Zink-Schicht, die Nickel-Schicht oder die Nickel-Phosphor-Schicht ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Brünierschicht zunächst auch im ersten Teilbereich der Oberfläche des Lagerrings (2, 5) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Brünierschicht bereichsweise entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Oberfläche des Lagerrings (2, 5) im Bereich der Brünierschicht vor der Ausbildung der Zink-Nickel-Schicht, der Zink-Eisen-Schicht, der Zink-Schicht, der Nickel-Schicht oder der Nickel-Phosphor-Schicht bereichsweise abgedeckt wird.