DE102017113704A1 - Wälzlager mit Schmiermittel - Google Patents

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Michael Pausch
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Walter Holweger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1), umfassend einen Innenring (2) und einen Außenring (3), die aus einem Ringwerkstoff ausgebildet sind, wobei der Innenring (2) an einer Außenumfangsfläche und der Außenring (3) an einer Innenumfangsfläche jeweils eine Laufbahn (4, 5) zur Führung von Wälzkörpern (6) aufweisen, wobei die Wälzkörper (6) auf der jeweiligen Laufbahn (4, 5) abwälzen, und wobei räumlich zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) ein Schmiermittel (7) angeordnet ist, das zumindest den Innenring (2) und/oder den Außenring (3) kontaktiert, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium umfasst.Erfindungsgemäß beträgt ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1,3.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenring und einen Außenring sowie mit räumlich dazwischen angeordneten Wälzkörpern und Schmiermittel zur Schmierung und Kühlung eines Wälzkontaktes zwischen den Wälzkörpern und dem jeweiligen Lagerring.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Einer der maßgeblichen Ausfallmechanismen von Wälzlagern, die insbesondere schnelldrehende Wellen lagern, ist die geringe Gebrauchsdauer des Schmiermittels. Eine Mangelschmierung im Wälzkontakt zwischen den Wälzkörper und dem jeweiligen Lagerring erwächst insbesondere durch eine tribologische Überlastung in Kombination mit hohen Betriebstemperaturen. Mechanismen, welche die Mangelschmierung begünstigen, sind beispielsweise hohe Bohr-Roll-Verhältnisse, die insbesondere zu erhöhtem Differenzialschlupf zwischen den Wälzkörpern und dem jeweiligen Lagerring führen. Insbesondere wird dadurch die Viskosität des Schmiermittels negativ verändert. Ferner führt die Alterung des Schmiermittels zu einer zunehmenden Verhärtung des Schmiermittels. Da das Schmiermittel im Wälzlager in der Regel in vom Wälzkörpersatz möglichst ungestörte Bereiche gedrängt wird, sinkt bei der Verhärtung des Schmiermittels die Abgabeneigung von Grundöl aus dem Schmiermittel an die Wälzkontakte. Dies hat eine ölabgabebedingte Mangelschmierung zur Folge. Oftmals treffen beide Mangelschmierungsursachen zusammen und führen in der Regel zu einem rapiden, sich selbst verstärkenden Zerstörungsprozess des Schmiermittels oder zur Blockade des Wälzlagers.
  • Schnelldrehend sind Drehzahlen über eine Million Umdrehungen pro Minute, wobei n*dm gilt, wobei n die Drehzahl und dm der mittlerer Lagerdurchmesser ist. Beispielsweise ist unter schnelldrehend 10.000 Umdrehungen pro Minute bei einem mittlerem Lagerdurchmesser von 100 mm zu verstehen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wälzlager weiterzuentwickeln und insbesondere die Gebrauchsdauer des darin enthaltenen Schmiermittels zu erhöhen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Das erfindungsgemäße Wälzlager umfasst einen Innenring und einen Außenring, die aus einem Ringwerkstoff ausgebildet sind, wobei der Innenring an einer Außenumfangsfläche und der Außenring an einer Innenumfangsfläche jeweils eine Laufbahn zur Führung von Wälzkörpern aufweisen, wobei die Wälzkörper auf der jeweiligen Laufbahn abwälzen, und wobei räumlich zwischen dem Innenring und dem Außenring ein Schmiermittel angeordnet ist, das zumindest den Innenring und/oder den Außenring kontaktiert, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium umfasst, und wobei ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1,3 beträgt. Insbesondere beträgt ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium mindestens 1 zu höchstens 3.
  • Mit anderen Worten sind die Gewichtsanteile von Cr : Mo : V = 1 : 0,8-1,5 : 0,5-1,3. Ferner sind die Gewichtsanteile von Mo : V = 1 : 3. Mithin kann die Gebrauchsdauer des Schmiermittels im Wälzlager, insbesondere in einem schnelldrehenden Spindellager verlängert werden, indem die Oxidation des Schmiermittels durch die Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium, derart eingestellt wird, dass eine Steuerung des Ölflusses aus dem Schmiermittels zur Laufbahn am Innenring oder Außenring stattfindet, um den Wälzkontakt zu schmieren.
  • Unter Oxidation ist eine Erhöhung der Fließfähigkeit des Schmiermittels beziehungsweise des darin enthaltenen Grundöls zu verstehen. Üblicherweise ist die Oxidation des Schmiermittels ein unerwünschter Prozess, da die Oxidation des Schmiermittels zu einem schnelleren Ausbluten des Schmiermittels führen würde. Unter Ausbluten ist das Austreten des Grundöls aus dem Schmiermittel zu verstehen. Durch die gezielte Formulierung von Chrom, Vanadium und Molybdän innerhalb des Ringwerkstoffs, wird die Oxidation des Schmiermittels gesteuert, wobei eine Verhärtung vermieden und gleichzeitig ein langsames und gezieltes Ausbluten des Schmiermittels realisiert wird. Dazu kontaktiert das Schmiermittel den Ringwerkstoff.
  • Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 1,1 bis höchstens 1,3 zu mindestens 0,65 bis höchstens 0,85. Mit anderen Worten sind die Gewichtsanteile von Cr: Mo : V = 1 : 1,1-1,3 : 0,65-0,85. Dieses bevorzugte Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium steigert weiter die Gebrauchsdauer des Schmiermittels.
  • Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium mindestens 1,25 zu höchstens 1,8. Mithin sind die Gewichtsanteile von Mo : V = 1,25 : 1,8. Dieses bevorzugte Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium steigert weiter die Gebrauchsdauer des Schmiermittels.
  • Ferner bevorzugt sind die Wälzkörper aus einem keramischen Werkstoff oder dem Ringwerkstoff ausgebildet. Durch die Kombination des Innenrings und Außenrings, die aus dem erfindungsgemäßen Ringwerkstoff gebildet sind, mit Wälzkörper aus einem keramischen Werkstoff wird der Bedarf an Schmiermittel herabgesetzt, da die Paarung Metall-Keramik im Vergleich zu Metall-Metall bei gleicher Geometrie und Belastung kleinere Kontaktflächen ausbildet. Zudem sind adhäsive und abrasive Verschleißprozesse durch die Materialpaarung Metall-Keramik gehemmt.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Schmiermittel als Grundöl ein Poly-a-Olefin oder ein Esteröl umfasst. Bevorzugt umfasst das Schmiermittel als Verdicker ein Polyarylharnstoff, eine Lithiumkomplexseife oder eine Bariumkomplexseife.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Schmiermittel ein Spindellagerfett mit der Spezifikation KEHC3K-50 nach DIN 51825. Ein Gebrauchstemperaturbereich beträgt -50 bis 120°C nach DIN 51825. Eine Grundölviskosität bei 40°C beträgt 22 mm2/s nach DIN 51562-1. Ferner liegt die Walkpenetration (1/10 mm) gemäß DIN ISO 2137 bei 220 - 250. Die NLGI Klasse gemäß DIN 51818 ist 3. Ein Tropfpunkt nach DIN ISO 2176 ist bei über 250°C.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Schmiermittel ein Spindellagerfett mit der Spezifikation KPHC2/3K-40 nach DIN 51825. Ein Gebrauchstemperaturbereich beträgt -40 bis 120°C nach DIN 51825. Eine Grundölviskosität bei 40°C beträgt 25 mm2/s nach DIN 51562-1. Ferner liegt die Walkpenetration (1/10 mm) gemäß DIN ISO 2137 bei 250 - 265. Die NLGI Klasse gemäß DIN 51818 ist 2 oder 3. Ein Tropfpunkt nach DIN ISO 2176 ist bei über 220°C.
  • Figurenliste
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers, und
    • 2 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Lageranordnung mit dem Wälzlager gemäß 1 und mit einer Welle.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Gemäß 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1 für eine - hier nicht dargestellte - Werkzeugmaschine einen Innenring 2 und einen Außenring 3 sowie radial zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordnete Kugeln als Wälzkörper 6. Die Wälzkörper 6 werden durch einen Käfig 8 geführt. Das Wälzlager 1 ist als Rillenkugellager ausgebildet.
  • In 2 lagert das Wälzlager 1 aus 1 eine Welle 9. Die Welle 9 ist vorliegend als Spindelwelle der Werkzeugmaschine ausgebildet. Der Innenring 2 weist an einer Außenumfangsfläche eine Laufbahn 4 zur Führung der Wälzkörper 6 auf. Ferner weist auch der Außenring 3 an einer Innenumfangsfläche eine Laufbahn 5 zur Führung der Wälzkörper 6 auf. Die Wälzkörper 6 wälzen auf der jeweiligen Laufbahn 4, 5 zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 ab, wobei die Wälzkörper 6 aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet sind. Ferner ist räumlich zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 ein Schmiermittel 7 zur Schmierung und Kühlung des Wälzkontaktes zwischen dem Innenring 2 und den Wälzkörpern 6 ebenso wie zwischen dem Außenring 3 und den Wälzkörpern 6 angeordnet. Das Schmiermittel 7 kontaktiert sowohl den Innenring 2 als auch den Außenring 3 und die Wälzkörper 6.
  • Der Innenring 2 und der Außenring 3 sind aus einem Ringwerkstoff ausgebildet, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium umfasst. Ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium beträgt 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1,3. Ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium beträgt mindestens 1 zu höchstens 3. Das Schmiermittel 7 umfasst als Grundöl ein Poly-a-Olefin und als Verdicker ein Polyarylharnstoff. Durch die gezielte Formulierung der Gewichtsanteile von Chrom, Vanadium und Molybdän innerhalb des Ringwerkstoffs, wird die Oxidation des Schmiermittels 7 gesteuert, wobei eine Verhärtung vermieden und gleichzeitig eine gezielter Fluss des Grundöl aus dem Schmiermittel 7 realisiert wird. Dadurch verlängert sich die Gebrauchsdauer des Schmiermittels 7 im Wälzlager 1.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wälzlager
    2
    Innenring
    3
    Außenring
    4
    Laufbahn
    5
    Laufbahn
    6
    Kugel
    7
    Schmiermittel
    8
    Käfig
    9
    Welle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 51825 [0013, 0014]
    • DIN 51562-1 [0013, 0014]
    • DIN ISO 2137 [0013, 0014]
    • DIN ISO 2176 [0013, 0014]
    • DIN 51818 [0014]

Claims (8)

  1. Wälzlager (1), umfassend einen Innenring (2) und einen Außenring (3), die aus einem Ringwerkstoff ausgebildet sind, wobei der Innenring (2) an einer Außenumfangsfläche und der Außenring (3) an einer Innenumfangsfläche jeweils eine Laufbahn (4, 5) zur Führung von Wälzkörpern (6) aufweisen, wobei die Wälzkörper (6) auf der jeweiligen Laufbahn (4, 5) abwälzen, und wobei räumlich zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) ein Schmiermittel (7) angeordnet ist, das zumindest den Innenring (2) und/oder den Außenring (3) kontaktiert, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1,3 beträgt.
  2. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium mindestens 1 zu höchstens 3 beträgt.
  3. Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 1,1 bis höchstens 1,3 zu mindestens 0,65 bis höchstens 0,85 beträgt.
  4. Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium mindestens 1,25 zu höchstens 1,8 beträgt.
  5. Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6) aus einem keramischen Werkstoff oder dem Ringwerkstoff ausgebildet sind.
  6. Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (7) als Grundöl ein Poly-a-Olefin oder ein Esteröl umfasst.
  7. Wälzlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (7) als Verdicker ein Polyarylharnstoff, eine Lithiumkomplexseife oder eine Bariumkomplexseife umfasst.
  8. Verwendung eines Wälzlagers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Lagerung einer Spindelwelle oder zur Lagerung einer Verdichterwelle oder zur Lagerung einer Rotorwelle.
DE102017113704.1A 2017-06-21 2017-06-21 Wälzlager mit Schmiermittel Withdrawn DE102017113704A1 (de)

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