DE102017223421A1 - Hybridkugellager insbesondere für einen Kühlkompressor - Google Patents

Abstract

Offenbart ist ein Hybridkugellager (20) mit einer inneren Laufbahn (23) und einer äußeren Laufbahn (25) und mehreren Kugel (26), die dazwischen angeordnet sind, wobei die innere Laufbahn (23) und die äußere Laufbahn (25) aus einem Lagerstahl hergestellt sind und eine erste Oberflächen-Effektivwert-Rauheit Raufweisen, und wobei zumindest eine Kugel (26) aus einem keramischen Material hergestellt ist und eine zweite Oberflächen-Effektivwert-Rauheit Raufweist, wobei im ungebrauchten Zustand die Rauheit der Laufbahnen (23; 25) R2 bis 5 mal höher ist als die Rauheit Rder zumindest einen Kugel (26).

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridkugellager gemäß dem Oberbegriff von Patent Anspruch 1, genauso wie einen Kühlkompressor mit einem derartigen Hybridkugellager.
• Hybridwälzlager werden oft in sehr anfordernden Umgebungen, beispielsweise in Anwendungen mit reduzierten Schmierbedingungen und/oder in Hochgeschwindigkeits- und/oder Hochtemperaturanwendungen eingesetzt. Bei einer vergrößerten Schwierigkeit der Arbeitsbedingungen, beispielsweise stärkere Belastung in Kombination mit höheren Temperaturen, können Dünn-Schmierfilm- und/oder ungenügende Schmierbedingungen der Lagerkomponenten eine oberflächeninitiierte Ermüdung, sogenanntes Mikropitting, erleiden. Auch wenn Mikropitting nicht notwendigerweise eine Hauptschadensart ist, kann es das Auftreten von anderen Defekten, wie beispielsweise Eindellungen, oberflächeninitiiertes Abplatzen und Fressen erleichtern/beschleunigen.
• Demnach ist Mikropitting einer der Mechanismen, die für einen Lebensdauer begrenzenden Lagerverschleiß verantwortlich sind. Ein Ansatz, um die Auswirkungen des Mikropitting abzumildern, ist es sicherzustellen, dass die Wälzkontaktflächen in einem Lager immer durch einen Schmierfilm ausreichender Dicke voneinander getrennt sind.
• Dies ist nicht möglich bei Anwendungen mit ultradünnen Schmierfilmdicken (UTFT). UTFT Anwendungen beziehen sich in Wälzlagern auf Bedingungen, wenn die Trennung der Flächen mittels eines Schmierfilms beeinträchtigt ist durch:
1. (i) eine niedrige Viskosität des Schmiermittels, das heißt von Fluiden mit einer dynamischen Viskosität geringer als lcSt, und/oder
2. (ii) eine Minimalmengenschmierung, das heißt einer Bedingung, bei der die verfügbare Schmiermittelschicht in dem Wälzkontakteinlass, keine vollständig gefluteten Bedingungen in dem Lager garantieren können.
• In beiden Zuständen ist die Gesamtschmierschichtdicke an den Kontaktflächen auf 300 nm oder weniger begrenzt. Dies kann auftreten, da das Lager mit Fett (begrenzte Schmiermittelfreisetzung) geschmiert wird, oder das Schmiermittel verdunstet, bevor es den Kontakt erreicht (flüchtige Fluide), oder es eine begrenzte Schmiermittelzufuhr durch das Schmiermittelsystem gibt.
• Zusätzlich verwenden viele dieser UTFT Anwendungen Medienschmierung, wie beispielsweise eine reine Kühlmittelschmierung, eine Öl-Kühlmittel-Mischungschmierung, eine Kraftstoff- (Kerosin, Diesel, Benzin, Gas, Alkohol) Schmierung, und/oder ein Fett kombiniert mit Medienschmierung. Wasserschmierung ist ausgeschlossen. Für reine Kühlmittelschmierungen ist die resultierende Schmierfilmdicke sogar signifikant geringer als 300 nm, üblicherweise im Bereich von 30 nm.
• Die Hauptschadensart dieser Wälzlager ist Verschleiß unterstützt durch Korrosion. Verschleiß auf Grund von Festkörper-auf-Festkörper-Kontakt verstärkt durch Korrosion kann das Laufbahnprofil modifizieren, das Spiel vergrößern und lokale Belastungen konzentrieren, die Abplatzungen entwickeln können. Eine andere wichtige Schadensart dieser Lager ist Feststoff-Kontamination. Da diese Anwendungen mit sehr dünnen Filmdicken arbeiten (beispielsweise weniger als 300-200 nm), können alle, auch die sehr kleinen, Feststoffpartikel (Rückstände, Sand, Ölruß, etc.) einen Schaden an den Kontaktflächen produzieren und können die Topografie modifizieren, wodurch die Filmaufbaufähigkeit der ursprünglichen Fläche gestört wird. Übermäßige Kontamination kann auch hohe Reibkräfte erzeugen, die die Rotation des Lagers behindern/blockieren, und kann Brüche in dem Käfig, oder ein Fressen an den Laufbahnen und den Wälzkörpern produzieren.
• Es wurde deshalb im Stand der Technik vorgeschlagen, Oberflächenbearbeitungstechniken einzusetzen, und eine Rauheit für die Laufbahnen der Lagerringe und eine Rauheit der Wälzkörper bereitzustellen, die so gleich sind wie möglich, um Mikropitting zu reduzieren und den Verschleiß und die Lebensdauer der Lager zu verbessern. Dies basiert auf dem Verständnis, dass in Anwesenheit von Gleiten und Abwesenheit einer vollständigen Filmschmierung eine rauere Wälzkontaktfläche Last-Mikrozyklen auf einer glatten gegenüberliegenden Wälzkontaktfläche implementiert. Ungünstigerweise sind in der Praxis auch bei normalen Stahl-Stahl-Lagern die Laufbahnen eines Lagers im Allgemeinen etwas rauer als die Wälzkörper. Bei Hybridwälzlagern ist der Unterschied in der Rauheit noch größer.
• Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Hybridwälzlager bereitzustellen, das in einer Anwendung mit einer ultradünnen Schmierfilmdicke, insbesondere in einer Kühlkompressorvorrichtung, eingesetzt werden kann, und das eine verbesserte Korrosion- und Mikropitting-Widerstandsfähigkeit hat.
• Diese Aufgabe wird durch ein Hybridkugellager gemäß Patentanspruch 1 und einen Kühlkompressor mit einem solchen Lager gelöst.
• Im Kontrast zu den neusten Anstrengungen, Hybridkugellager bereitzustellen, die im Wesentlichen die gleichen Rauheitswerte für Laufbahnen und Kugeln haben, haben die Erfinder überraschenderweise herausgefunden, dass Mikropitting- und korrosionsinduzierter Verschleiß eines Hybridkugellagers signifikant reduziert werden kann, wenn die Rauheit der Kontaktflächen des Hybridkugellagers im ungebrauchten Zustand dazu konstruiert ist, innerhalb vordefinierter Grenzen zu sein.
• Folglich wird im Folgenden ein Hybridkugellager vorgeschlagen mit einer inneren Laufbahn und einer äußeren Laufbahn und mehreren Kugeln, die dazwischen angeordnet sind, wobei die äußere Laufbahn und die innere Laufbahn aus einem Lagerstahl hergestellt sind und eine erste Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q1 haben, und wobei zumindest eine Kugel aus einem keramischen Material hergestellt ist, und eine zweite Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q2 hat. Für den Fall, dass die Rauheit der Laufbahnen R_q1 im ungebrauchten Zustand 2 bis 5, vorzugsweise 2,5 bis 4 mal höher ist als die Rauheit R_q2 der zumindest einen Kugel im ungebrauchten Zustand, haben die Erfinder herausgefunden, dass Mikropitting- und/oder korrosionsinduzierter Verschleiß signifikant werden können.
• Das Hybridkugellager ist vorzugsweise ein Schrägkugellager mit einem Kontaktwinkel im Bereich zwischen 0° und 45°, vorzugsweise zwischen 20° und 30°.
• Die vorgegebenen Rauheiten ermöglichen es, jeglichen Festkörper-zu-Festkörper-Kontakt auch bei ungebrauchten Bedingungen und bei Ultradünn-Schmiermittelfilm-Arbeitsbedingungen des Hybridkugellagers zu verhindern.
• Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Hybridkugellagers ist die kombinierte Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q der Laufbahnen und Kugeln R_q ≤ 4 × 10^-9 (000dm)^0,55 [meter], wobei R_q definiert ist als $R_q=\sqrt{R_{q1}{}^2+R_{q2}{}^2}.$

  
• Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Hybridkugellager mit einer kombinierten Rauheits-Asymmetrie R_sk der Laufbahnen und Kugeln von R_sk ≤ 0 ausgestattet ist, wobei R_sk definiert ist als $R_{sk}=\frac{R_{sk1}{R}_{q1}^3+R_{sk2}{R}_{q2}^3}{R_q^3}.$

  
• Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Hybridkugellager einen kombinierten Rauheitsgefälleparameter R_Δqx der Laufbahnen und Kugeln von R_Δqx ≤ 8 [mrad], wobei R_Δqx definiert ist als $R_{\Delta qx}=\frac{R_{\Delta qx1}+R_{\Delta qx2}}{2}.$

  
• Durch das Bereitstellen eines Hybridkugellagers, das dazu konstruiert ist, die oben definierten Parameter zu haben, reduzieren die Keramikkugeln die Grenzbereichreibung und optimieren das Einlaufen. Weiterhin verzögern die vorgeschlagenen Keramikkugeln bei schlechten Schmier- und Kontaminationsbedingungen den Beschädigungsfortschritt. Zusätzlich hilft die enge Kontrolle der zusammengesetzten Rauheit bei dem Ausbilden von Schmierfilmen und bei einer Verbesserung des Einlaufens.
• Gemäß einem weiteres bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Hybridkugellager eine Schmiegung Φ, die zwischen 1,02 und 1,1 liegt, wobei Φ definiert ist als $\Phi =\frac{2r_{i,e}}{D_w},$

  

  wobei R_l,e der Laufbahnradius der inneren oder der äußeren Laufbahn ist, und D_w der Durchmesser der Kugeln ist. Die vorgeschlagene Schmiegung gibt eine Balance zwischen niedrigen Reibkräften an der Oberfläche und hohen Kontaktdrücken, sodass die Lebensdauer des Lages optimiert ist.
• Es ist weiterhin bevorzugt, wenn zumindest eine Laufbahn des vorgeschlagenen Hybridkugellagers aus einem gehärteten korrosionsresistenten Stahl hergestellt ist, der einen Korrosionswiderstand mit einem Pitting Potenzial von zumindest 25 mV höher als der Referenzedelstahl (AISI 440C) gemäß ASTM G61-86 hat. Zusätzlich oder alternativ hat der verwendete Stahl eine Wärmenachbehandlungshärte von ≥ 58 HRC und/oder einer Bruchzähigkeit von zumindest 14MPa m^1/2 (siehe ASTM E399-12).
• Es ist weiter bevorzugt, dass zumindest eine Kugel des Hybridkugellagers aus Siliziumnitrid (Si₃N₄) hergestellt ist. Dies in Kombination mit den gewählten Korrosionswiderstandseigenschaften des Stahls ermöglicht eine geringe Verschleißentwicklung in dem Hybridkugellager, da in diesem Fall der Verschleiß abhängig ist von der Stahlhärte und der chemischen Aggressivität der Umgebung (korrosionsunterstützter Verschleiß).
• Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Kugeln des vorgeschlagenen Hybridkugellagers von einem Käfig umgeben, der vorzugsweise aus einem faserverstärkten Material, vorzugsweise aus einem Glasfaserverstärkten PEEK oder einem Karbonfasermaterial, hergestellt ist. Das faserverstärkte Material des Käfigs verhindert Käfigbrüche bei starken Kontaminationsumgebungen.
• All diese Eigenschaften alleine oder in Kombination stellen eine lange Lebensdauer des Hybridkugellagers auch unter den speziellen Bedingungen einer ultradünnen Schmierfilmdickenbedingung sicher. Dies könnte nicht erreicht werden ohne die oben beschriebenen Eigenschaften.
• Somit ist gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel das vorgeschlagene Hybridkugellager mittels eines ultradünnen Schmierfilms geschmiert, der zwischen den Kugeln und den Laufbahnen angeordnet ist, wobei die Schmierfilmdicke geringer ist als 300 nm. Dabei ist es noch bevorzugter, wenn das Hybridkugellager mit reinem Kühlmittel oder einer Kühlmittel/Öl-Mischung geschmiert wird, die einen elasto-hydrodynamischen Schmierfilm zwischen den Kugeln und den Laufbahnen ausbildet.
• Somit bezieht sich ein weiterer Aspekt der Erfindung auf einen Kühlkompressor mit zumindest einem Hybridkugellager, wie oben beschrieben.
• Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Es sollte weiterhin bemerkt werden, dass ein Fachmann die vorgestellten Eigenschaften anders als angegeben kombinieren kann, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu erweitern.
• Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mittels Ausführungsbeispiele, die in den Figuren gezeigt sind, beschrieben. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft und sind nicht dazu gedacht den Schutzbereich zu begrenzen. Der Schutzbereich ist allein durch die angehängten Ansprüche definiert.
• Die Figuren zeigen:
• 1 eine schematische Zeichnung eines Kühlkompressors mit einem Hybridkugellager gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
• Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• 1 zeigt eine Schnittansicht eines Kühlkompressors 1 mit einem elektrischen Motor 2, der eine Welle 4 antreibt. Die Welle 4 wird radial von einem Satz von Hybridrollenlagern 10-1, 10-2 gelagert, die an beiden Seiten des Motors 2 angeordnet sind. Weiterhin wird die Welle 4 axial und radial durch mehrere Hybridkugellager 20-1, 20-2, 20-3 gelagert. Die Hybridkugellager 20 sind vorzugsweise Schrägkugellager, die dazu ausgebildet sind, axiale und/oder radiale Kräfte aufzunehmen, können aber auch jede andere Art von Kugellager sein. Die Hybridrollenlager 10 können jeder Art von Rollenlager sein, beispielsweise ein Zylinderrollenlager, ein Pendelrollenlager, ein Kegelrollenlager oder ein Toroidalrollenlager oder Kombinationen davon.
• Jedes Hybridrollenlager 10 weist einen Innenring 12 mit einer Laufbahn 13, einen Außenring 14 mit einer Laufbahn 15, und Rollen 16 mit Laufbahnen 17 auf, die dazwischen angeordnet sind. Die Rollen 16 sind weiterhin durch einen Käfig 18 geführt, der vorzugsweise aus einem Glasfaserverstärkten PEEK Material hergestellt ist. Dennoch können alle anderen faserverstärkten Materialen, beispielsweise ein Karbonfasermaterial, für den Käfig verwendet werden.
• Analog weist jedes Hybridkugellager 20 einen Innenring 22 mit einer Laufbahn 23, einen Außenring 24 mit einer Laufbahn 25, und Kugeln 26 mit Flächen 27 auf, die dazwischen angeordnet sind. Auch die Kugeln 26 sind mittels eines Käfigs 28 geführt, der vorzugsweise aus einem Glasfaserverstärkten PEEK Material hergestellt ist. Dennoch kann jedes andere faserverstärkte Material, beispielsweise ein Karbonfasermaterial, für den Käfig verwendet werden.
• Weiterhin sollte bemerkt werden, dass das Kugellager, das in 1 gezeigt ist, einen Kontaktwinkel von 25° bis 30° hat, aber es auch möglich ist, Hybridkugellager zu verwenden, die Kontaktwinkel im Bereich von 0° bis 45° haben. Optional hat das Hybridkugellager und/oder das Hybridrollenlager eine Schmiegung Φ, die zwischen 1,02 und 1,1 liegt, wobei Φ definiert ist als $\Phi =\frac{2r_{i,e}}{D_w},$

  

  wobei r_i,e der Laufbahnradius der inneren oder äußeren Laufbahn und D_w der Durchmesser der Kugel ist. Die vorgeschlagene Schmiegung ergibt eine Balance zwischen geringen Reibkräften an der Oberfläche und hohen Kontaktdrücken, sodass die Lebensdauer optimiert ist.
• Wie weiterhin in 1 gezeigt, werden die Hybridwälzlager 10, 20 mittels Schmiervorrichtung 30, 32 geschmiert, die dazu ausgelegt sind, ein Schmiermittel an den Hybridwälzlagern 10, 20 bereitzustellen. Da das in 1 gezeigte Gerät ein Kühlkompressor ist, wird vorzugsweise Kühlmittel selbst oder eine Kühlmittel/Öl-Mischung als Schmiermittel verwendet. Dies verbessert erwiesenermaßen den Wärmetransfer in den Kondensatoren und den Verdampfungswärmetauschern. Das Eliminieren eines Ölschmiermittels eliminiert auch die Notwendigkeit für eine Ölwartung und Ölkosten.
• Auf der anderen Seite führt die Verwendung von reinen Schmiermittel und/oder einer reinen Schmiermittel/Ölmischung als Schmiermittel zu ultradünnen Schmierfilmdickenbedingungen (UTFT) auf Grund dessen, dass das Kühlmittel einen elasto-hydrodynamischen Schmierfilm mit einer Dicke von weniger als 200 nm bereitstellt. Da diese Anwendungen mit sehr geringen Filmdicken arbeiten (beispielsweise weniger als 200 nm) können alle Feststoffpartikel (Verschmutzung, Sand, Ölruß, etc.), auch die sehr kleinen, eine Beschädigung an den Kontaktflächen produzieren, und die Topografie modifizieren, die die Filmaufbaufähigkeit der Originalfläche zerstört. Übermäßige Kontamination, die auch ein Problem bei Kühlmittel geschmierten Wälzlagern ist, kann auch hohe Reibkräfte erzeugen, die die Rotation des Lagers behindern/blockieren und Brüche in den Käfig oder ein Fressen an den Laufbahnen und den Wälzkörpern produzieren kann.
• Um die Verschleiß- und Ermüdungslebensdauer der Hybridwälzlager, die in Kühlkompressoren verwendet werden, zu verbessern, war es bereits allgemeine Lehre, gehärtete Stickstoffedelstähle, beispielsweise VC444 Stähle, und Siliziumnitrid Wälzkörper für das Hybridwälzlager zu verwenden.
• Zusätzlich haben die Erfinder herausgefunden, dass Mikropitting und korrosionsinduzierter Verschleiß des Hybridkugellager signifikant reduziert werden kann, wenn die Rauheit der Kontaktflächen des Hybridkugellagers im ungebrauchten Zustand derart eingestellt wird, dass sie innerhalb vordefinierter Grenzen sind. Es wurde deshalb von den Erfindern vorgeschlagen, ein Hybridkugellager 20 bereitzustellen, bei dem die äußere Laufbahn 25 und die innere Laufbahn 23 aus einem Lagerstahl hergestellt sind, und eine erste Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q1 haben, und wobei die zumindest eine Kugel 26 aus einem keramischen Material hergestellt ist, und eine zweite Oberfläche-Effektivwert-Rauheit R_q2 hat. Weiterhin wurde vorgeschlagen, dass im ungebrauchten Zustand die Rauheit der Laufbahnen R_q1 2 bis 5 mal größer ist als die Rauheit R_q2 der mindestens einen Kugel 26.
• Das Hybridkugellager 10 kann ein beliebiges Hybridkugellager sein, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, es ist aber zudem bevorzugt, wenn die Rauheit des Hybridrollenlagers zusätzlich eingestellt ist. Folglich sind auch die äußere Laufbahn 15 und die innere Laufbahn 13 des Hybridrollenlagers 10 aus einem Lagerstahl hergestellt und haben eine erste Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q1, und wobei zumindest eine Rolle 16 aus einem keramischen Material hergestellt ist und eine zweite Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q2 hat. Weiterhin wurde vorgeschlagen, das im ungebrauchten Zustand die Rauheit der Laufbahnen R_q1 1,2 bis 4 mal größer ist als die Rauheit R_q2 der zumindest einen Rolle 16.
• Diese vorbestimmten Rauheiten ermöglichen es auch im ungebrauchten Zustand und bei ultradünnen Schmierfilmbedingungen des Hybridkugellagers alle Festkörper-auf-Festkörperkontakte zu verhindern.
• Der Stahl, der für die Ringe und die Laufbahn verwendet wird, ist vorzugsweise ein gehärteter korrosionsrestistenter Stahl, beispielsweise VC444 Stahl. Ein anderes Beispiel ist DIN X30CrMoN15-1 (AMS 5898). Im Allgemeinen bezieht sich der gehärtete korrosionsresistente Lagerstahl für UTFT Bedingungen auf einen Lagerstahl mit einer Wärmenachbehandlungshärte ≥ HRC 58 und/oder einer Bruchzähigkeit von zumindest 14 MPa m^1/2 (ASTM-E399-12). Es ist weiter bevorzugt, wenn die Korrosionsresistenz ein Ablasspotenzial hat, das größer oder gleich +25 mV höher als das des Referenzedelstahls (AISI 440C) gemäß ASTM G61-86 ist. Nach der Wärmebehandlung werden die Ringlaufbahnen 13, 15, 23, 25 maschinell auf ihre Abmessungen bearbeitet, und die erwünschte Rauheit wird angepasst. Die Hitzebehandlung weist üblicherweise einen oder mehrere der folgenden Schritte auf:
• - Austenisieren bei 1000°C bis 1150°C;
• - Gasabschrecken
• - Tieftemperaturbehandlung bei -40°C bis -150°C;
• - Anlassen auf bestimmte Temperaturen für unterschiedliche Abmessungsstabilitätseigenschaften.
• Tabelle 1 zeigt ein Beispiel der umfassten Stähle: DIN X30CrMoN15-1 (AMS 5898), verglichen mit dem Referenzstahl AISI 440C. Es ist weiter gezeigt, dass unterschiedliche Anlasstemperaturen unterschiedliche dimensionale Stabilitätseigenschaften für den gleichen Korrosionswiderstandsstahl aufweisen. Tabelle 1. Beispiel der Parameter von Korrosionsresistenzstahl

  Stahl	Abplatzpotenzial relativ zur Referenz [mV]	Anlassen	Härte
  DIN X30CrMoN15-1	+25	bei 400°C bis 550°C	≥58 HRC
  DIN X30CrMoN15-1	+375	bei 150°C bis 240°C	≥58 HRC
  AISI 440C	0	min. ~204°C	≥58 HRC

• Die Wälzkörper, nämlich die Rollen 16 und Kugeln 26, der Hybridwälzlager 10, 20 sind Siliziumnitrid Kugeln (Si₃N₄): Die Wälzkörper 16, 26 sind durch die strengste keramische Qualitätskontrolle und Grade hergestellt und müssen ASTM F2094 oder ISO 26602 Klasse I und II bei einem Wälzelementgrad gleich oder besser als G10 durchlaufen.
• Neben dem Rauheitsunterschied, wie oben erwähnt, haben die Erfinder weiterhin herausgefunden, dass es bevorzugt ist, die kombinierte Rauheit der Laufbahnen und Wälzkörper der Hybridwälzlager 10, 20, die für Anwendungen, die unter UTFT Bedingungen arbeiten, auf vorgegebene Bereiche anzupassen. Es hat sich erwiesen, dass Hybridwälzlager 10, 20 mit den Rauheitswerten wie sie unten aufgelistet werden, besonders widerstandsfähig gegenüber korrosionsinduzierten Verschleiß auch unter UTFT Bedingungen sind:
• Für Hybridkugellager 20 gelten die folgenden Werte:
• Die kombinierte Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q der Laufbahnen und Kugeln ist $$R_q\le 4\times {10}^{-9}{\left(1000d_m\right)}^{0.55}\left[\text{meter}\right],\text{ mit }{R}_q=\sqrt{R_{q1}{}^2+R_{q2}{}^2}$$

  
• Die kombinierte Rauheitsassymetrie R_sk der Laufbahnen und Kugeln ist $$R_{sk}\le \mathrm{0,}mit{R}_{sk}=\frac{R_{sk1}{R}_{q1}^3+R_{sk2}{R}_{q2}^3}{R_q^3}.$$

  
• Der kombinierte Rauheitsgefälleparameter R_Δqx der Laufbahnen und Kugeln ist $$R_{\Delta qx}\le 8\left[\text{mrad}\right],\text{ wobei }{R}_{\Delta qx}=\frac{R_{\Delta qx1}+R_{\Delta qx2}}{2}.$$

  
• Für Hybridrollenlager 10 gelten die folgenden Werte:
• Die kombinierte Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q der Laufbahnen und Rollen ist $$R_q\le 5\times {10}^{-8}{\left(1000d_m\right)}^{0.2}\left[\text{meter}\right],\text{ mit }{R}_q=\sqrt{R_{q1}{}^2+R_{q2}{}^2}.$$

  
• Die kombinierte Rauheitsassymetrie R_sk der Laufbahnen und Rollen ist $$R_{sk}\le \mathrm{0,}mit{R}_{sk}=\frac{R_{sk1}{R}_{q1}^3+R_{sk2}{R}_{q2}^3}{R_q^3}.$$

  
• Der kombinierte Rauheitsgefälleparameter R_Δqx der Laufbahnen und Rollen ist $$R_{\Delta qx}\le 50\left[\text{mrad}\right],\text{ wobei }{R}_{\Delta qx}=\frac{R_{\Delta qx1}+R_{\Delta qx2}}{2}.$$

  
• Durch das Bereitstellen von zumindest einem Hybridkugellager 20, das konstruiert ist die oben definierten Parameter zu haben, reduzieren die Keramikkugeln Grenzreibungen und optimieren ein Einlaufen. Bei schlechten Schmier- und Kontaminationsbedingungen verzögern die vorgeschlagenen Keramikkugeln weiterhin die Beschädigungsprogression. Zusätzlich hilft die enge Kontrolle der vorgeschlagenen Rauheiten beim Aufbauen des Schmierfilms und der Verbesserung das Einlaufen. Die Rauheit der Laufbahnen kann angepasst werden durch die Verwendung von entsprechenden Hon- und Schleifverfahren. Die Rauheit der Keramikwälzkörper kann angepasst werden, indem geeignete Schleif- und Läppprozesse verwendet werden, bei denen Diamantreibpartikel verwendet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Kühlkompressor

2

elektrischer Motor

4

Kompressorwelle

10

Hybridrollenlager

12

Innenring des Hybridrollenlagers

13

Laufbahn des Innenrings des Hybridrollenlagers

14

Außenring des Hybridrollenlagers

15

Laufbahn des Außenrings des Hybridrollenlagers

16

Rolle des Hybridrollenlagers

17

Laufbahn der Rolle des Hybridrollenlagers

18

Käfig des Hybridrollenlagers

20

Hybridkugellager

22

Innenring des Hybridkugellagers

23

Laufbahn des Innenrings des Hybridkugellagers

24

Außenring des Hybridkugellagers

25

Laufbahn des Außenrings des Hybridkugellagers

26

Kugeln des Hybridkugellagers

27

Oberfläche der Kugeln des Hybridkugellagers

28

Käfig des Hybridkugellagers

30, 32

Schmiermittel

• 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
• ISO 26602 [0042]

Claims (11)

1. Hybridkugellager (20) mit einer inneren Laufbahn (23) und einer äußeren Laufbahn (25) und mehreren Kugeln (26), die dazwischen angeordnet sind, wobei die innere Laufbahn (23) und die äußere Laufbahn (25) aus einem Lagerstahl hergestellt sind und eine erste Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q1 aufweisen, und wobei zumindest eine Kugel (26) aus einem keramischen Material hergestellt ist, und eine zweite Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im ungebrauchten Zustand die Rauheit der Laufbahnen (23; 25) R_q1 2 bis 5 mal höher ist als die Rauheit R_q2 der zumindest einen Kugel (26).
2. Hybridkugellager (20) nach Anspruch 1, wobei die kombinierte Oberflächen-Effektivwert-Rauheit R_q der Laufbahnen und Kugeln R_q ≤ 4 × 10^-9(1000d_m)^0.55 [meter] ist, wobei R_q definiert ist als ${\text{R}}_{\text{q}}=\sqrt{{\text{R}}_{\text{q1}}{}^{\text{2}}+{\text{R}}_{\text{q2}}{}^{\text{2}}}.$

   

   R_q
3. Hybridkugellager (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die kombinierte Rauheitsasymmetrie R_sk der Laufbahnen und Kugeln R_sk ≤ 0 ist, wobei R_sk definiert ist als $R_{sk}=\frac{R_{sk1}{R}_{q1}^3+R_{sk2}{R}_{q2}^3}{R_q^3}.$

   
4. Hybridkugellager (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der kombinierte Rauheitsgefälleparameter R_Δqx der Laufbahnen und KugelnR_Δqx ≤ 8 [mrad] ist, wobei R_Δqx definiert ist als ${\text{R}}_{\mathrm{\Delta }\text{qx}}=\frac{{\text{R}}_{\mathrm{\Delta }\text{qx1}}+{\text{R}}_{\mathrm{\Delta }\text{qx2}}}{2}.$

   
5. Hybridkugellager (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schmiegung Φ zwischen 1,02 und 1,1 liegt, wobei Φ definiert ist als $\mathrm{\Phi }=\frac{2r_{i,e}}{D_w}$

   

   wobei r_i,e der Laufbahnradius der inneren Laufbahn (23) oder der äußeren Laufbahn (25), und D_w Durchmesser der Kugel (26) ist.
6. Hybridkugellager (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine Laufbahn (23, 25) aus einem gehärtetem korrosionsresistenten Stahl hergestellt ist, der eine Korrosionsresistenz mit einem Abplatzpotenzial von zumindest 25mV höher als der Referenzedelstahl (AISI 440C) gemäß ASTM G61-86 hat.
7. Hybridkugellager (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine Kugel (26) aus Siliziumnitrid (Si₃N₄) hergestellt ist.
8. Hybridkugellager (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kugeln (26) mittels eines Käfigs (28) geführt sind, der vorzugsweise aus einem faserverstärktem Material, vorzugsweise aus einem Glasfaserverstärktem PEEK Material, oder einem Karbonfasermaterial, hergestellt ist.
9. Hybridkugellager (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Hybridkugellager (20) mittels eines ultradünnen Schmierfilms geschmiert ist, der zwischen den Kugeln (26) und den Laufbahnen (23; 25) angeordnet ist, wobei die Schmierfilmdicke geringer ist als 300 nm.
10. Hybridkugellager (20) nach Anspruch 9, wobei das Hybridkugellager (20) mit reinem Kühlmittel oder einer Kühlmittel/Öl-Mischung geschmiert ist, das einen elasto-hydrodynamischen Schmierfilm zwischen den Kugeln (26) und den Laufbahnen (23; 25) bildet.
11. Kühlkompressor (1) mit zumindest einem Hybridkugellager (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

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