DE102018123505A1 - Slewing ring and method for manufacturing a slewing ring - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Großwälzlagerring (1), nämlich ein Innenring (1a) oder ein Außenring (1b) eines Großwälzlagers, mit einem Außendurchmesser (2) von mindestens 0,5 m hergestellt aus einer Stahllegierung, umfassend 0,45 bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,40 Gew.-% Silizium, 1,30 bis 1,60 Gew.-% Mangan, 1,80 bis 2,10 Gew.-% Chrom, 0,50 bis 1,20 Gew.-% Nickel, sowie 0,10 bis 0,40 Gew.-% Molybdän. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Großwälzlagerrings (1) sowie die Verwendung einer Stahllegierung zur Herstellung eines Großwälzlagerrings 1.The invention relates to a large roller bearing ring (1), namely an inner ring (1a) or an outer ring (1b) of a large roller bearing, with an outer diameter (2) of at least 0.5 m made of a steel alloy, comprising 0.45 to 0.55 wt % Carbon, 0.20 to 0.40% by weight silicon, 1.30 to 1.60% by weight manganese, 1.80 to 2.10% by weight chromium, 0.50 to 1, 20% by weight of nickel and 0.10 to 0.40% by weight of molybdenum. The invention further relates to a method for producing a large roller bearing ring (1) and the use of a steel alloy for producing a large roller bearing ring 1.
Description
Die Erfindung betrifft einen Großwälzlagerring, nämlich einen Innenring oder einen Außenring eines Großwälzlagers. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Großwälzlagerrings sowie die Verwendung einer Stahllegierung zur Herstellung eines Großwälzlagerrings.The invention relates to a large roller bearing ring, namely an inner ring or an outer ring of a large roller bearing. Furthermore, the invention also relates to a method for producing a large roller bearing ring and the use of a steel alloy for producing a large roller bearing ring.
Großwälzlager weisen zumindest einen Außenring, einen Innenring sowie räumlich dazwischen angeordnete Wälzkörper auf und sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Großwälzlager sind in der Regel hochbelastet und weisen einen vergleichsweisen großen Durchmesser von mindestens 0,5 m bis zu 20 m auf. Einsatzgebiete von Großwälzlager sind beispielsweise Kräne, Bagger, Schachtbohranlagen und Tunnelbohrmaschinen.Large roller bearings have at least one outer ring, one inner ring and rolling elements arranged spatially between them and are well known from the prior art. Large roller bearings are usually heavily loaded and have a comparatively large diameter of at least 0.5 m up to 20 m. Areas of application for large roller bearings are, for example, cranes, excavators, shaft drilling systems and tunnel boring machines.
Beispielsweise offenbart die
In der Regel werden Großwälzlagerringe aus den Stahllegierungen 42CrMo4 und 50CrMo4 hergestellt und anschließend induktiv randschichtgehärtet.As a rule, large roller bearing rings are made from the steel alloys 42CrMo4 and 50CrMo4 and then induction hardened at the surface.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Großwälzlagerring sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Großwälzlagerrings weiterzuentwickeln, und insbesondere die Herstellungskosten zu senken sowie die Materialeigenschaften des Großwälzlagerrings zu verbessern. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 8. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The object of the present invention is to further develop a large roller bearing ring and a method for producing a large roller bearing ring, and in particular to reduce the production costs and to improve the material properties of the large roller bearing ring. The object is achieved by the subject matter of
Ein erfindungsgemäßer Großwälzlagerring, nämlich ein Innenring oder ein Außenring eines Großwälzlagers, mit einem Außendurchmesser von mindestens 0,5 m ist aus einer Stahllegierung, umfassend 0,45 bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,40 Gew.-% Silizium, 1,30 bis 1,60 Gew.-% Mangan, 1,80 bis 2,10 Gew.-% Chrom, 0,50 bis 1,20 Gew.-% Nickel, sowie 0,10 bis 0,40 Gew.-% Molybdän hergestellt.A large roller bearing ring according to the invention, namely an inner ring or an outer ring of a large roller bearing, with an outer diameter of at least 0.5 m is made of a steel alloy comprising 0.45 to 0.55% by weight of carbon, 0.20 to 0.40% by weight. -% silicon, 1.30 to 1.60% by weight manganese, 1.80 to 2.10% by weight chromium, 0.50 to 1.20% by weight nickel, and 0.10 to 0, 40 wt .-% molybdenum produced.
Die Angabe „Gew.-%“ steht für Gewichtsprozent und dient als Gehaltsgröße, also als physikalisch-chemische Größe zur quantitativen Beschreibung der Zusammensetzung der Stahllegierung.The indication “% by weight” stands for percent by weight and serves as a content variable, ie as a physico-chemical variable for the quantitative description of the composition of the steel alloy.
Der Kohlenstoffgehalt der Stahllegierung von 0,45 bis 0,55 Gew.-% dient im Wesentlichen zum Erreichen einer notwendigen Härte für die Wälzfestigkeit des Großwälzlagerrings. Insbesondere weist die Stahllegierung mehr als 0,46 Gew.-% Kohlenstoff auf. Der Siliziumgehalt der Stahllegierung von 0,20 bis 0,40 Gew.-% dient zur Erhöhung der thermischen Stabilität des Großwälzlagerrings. Ferner dient der Mangangehalt der Stahllegierung von 1,30 bis 1,60 Gew.-% zur Erhöhung der Härtbarkeit und Zähigkeit des Großwälzlagerrings. Der Chromgehalt der Stahllegierung von 1,80 bis 2,10 Gew.-% dient zur Erhöhung der Härtbarkeit des Großwälzlagerrings. Der Nickelgehalt der Stahllegierung von 0,50 bis 1,20 Gew.-% dient zur Erhöhung der Zähigkeit des Großwälzlagerrings. Ferner dient der Molybdängehalt der Stahllegierung von 0,10 bis 0,40 Gew.-%, zur Erhöhung der Härtbarkeit und der Zähigkeit.The carbon content of the steel alloy of 0.45 to 0.55% by weight essentially serves to achieve the necessary hardness for the rolling resistance of the large roller bearing ring. In particular, the steel alloy has more than 0.46% by weight of carbon. The silicon content of the steel alloy from 0.20 to 0.40% by weight serves to increase the thermal stability of the slewing ring. The manganese content of the steel alloy of 1.30 to 1.60% by weight also serves to increase the hardenability and toughness of the large roller bearing ring. The chromium content of the steel alloy of 1.80 to 2.10% by weight serves to increase the hardenability of the slewing ring. The nickel content of the steel alloy from 0.50 to 1.20% by weight serves to increase the toughness of the slewing ring. The molybdenum content of the steel alloy of 0.10 to 0.40% by weight also serves to increase the hardenability and toughness.
Die erfindungsgemäße Legierungszusammensetzung der Stahllegierung stellt die in Verbindung mit einer darauf abgestimmten Wärmebehandlung notwendigen Eigenschaften des Großwälzlagerrings ein und ermöglicht eine Absenkung der Herstellungskosten im gesamten Herstellungsverfahren. Mangan, Chrom und Molybdän erhöhen die Härtbarkeit der Stahllegierung. Ferner senkt der Molybdängehalt der Stahllegierung von 0,10 bis 0,40 Gew.-% Seigerungen in der Stahllegierung und erhöht somit die Homogenität der Stahllegierung. Silizium erhöht neben der Härtbarkeit auch die Temperbeständigkeit der Stahllegierung. Nickel erhöht die Härtbarkeit und Grundfestigkeit der Stahllegierung durch Mischkristallhärtung.The alloy composition of the steel alloy according to the invention adjusts the properties of the large roller bearing ring that are necessary in connection with a coordinated heat treatment and enables a reduction in the manufacturing costs in the entire manufacturing process. Manganese, chrome and molybdenum increase the hardenability of the steel alloy. Furthermore, the molybdenum content of the steel alloy lowers segregations in the steel alloy from 0.10 to 0.40% by weight and thus increases the homogeneity of the steel alloy. In addition to hardenability, silicon also increases the temper resistance of the steel alloy. Nickel increases the hardenability and basic strength of the steel alloy through mixed crystal hardening.
Vorzugsweise weist der Großwälzlagerring einen Außendurchmesser von mindestens 0,7 m bis höchstens 5 m auf. Insbesondere beträgt der Außendurchmesser des Großwälzlagerrings 1 m bis 3,5 m.The large roller bearing ring preferably has an outer diameter of at least 0.7 m to at most 5 m. In particular, the outer diameter of the large roller bearing ring is 1 m to 3.5 m.
Bevorzugt weist der Großwälzlagerring eine radiale Wandstärke von mindestens 0,1 m bis höchstens 0,3 m auf. Insbesondere beträgt die radiale Wandstärke des Großwälzlagerrings 0,15 m bis 0,25 m.The large roller bearing ring preferably has a radial wall thickness of at least 0.1 m to at most 0.3 m. In particular, the radial wall thickness of the large roller bearing ring is 0.15 m to 0.25 m.
Ferner bevorzugt weist der Großwälzlagerring eine induktiv gehärtete Randschicht auf. Mit anderen Worten wird der Großwälzlagerring zumindest teilweise oder vollständig induktiv randschichtgehärtet. Das Induktionshärten ermöglicht die Aufhärtung gezielter Oberflächenbereiche des Großwälzlagerrings. Nach der induktiven Aufheizung der Oberflächenbereiche kann eine gezielte Abschreckung durch Öl bzw. Ölnebel oder Wasser bzw. Wassernebel erfolgen. Alternativ erfolgt die Abschreckung selbsttätig durch ein Abfließen der Wärme in den Rest des nicht aufgeheizten inneren Bereichs des Großwälzlagerrings.The large roller bearing ring also preferably has an inductively hardened edge layer. In other words, the slewing ring is at least partially or completely inductively hardened at the surface. Induction hardening enables the hardening of specific surface areas of the slewing ring. After the surface areas have been inductively heated, they can be quenched by oil or oil mist or water or water mist. Alternatively, the quenching takes place automatically by the heat flowing away into the rest of the unheated inner region of the large roller bearing ring.
Insbesondere beträgt die induktiv gehärtete Randschicht mindestens 2 mm bis höchstens 12 mm. Die Randschicht kann mittels Lichtmikroskopie oder durch Elektronenmikroskopie gemessen werden.In particular, the inductively hardened surface layer is at least 2 mm to at most 12 mm. The boundary layer can be measured by means of light microscopy or by electron microscopy.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die induktiv gehärtete Randschicht eine Härte von mindestens 650 HV aufweist. Mithin erfolgt eine Härtemessung der Randschicht nach dem Vickers-Verfahren. Insbesondere beträgt der Härtewert der Vickershärte mindestens 650 HV bei einer Prüfkraft von 10 Kilopond und einer Belastungszeit
Vorzugsweise weist die Stahllegierung bei -40°C eine Kerbschlagbiegearbeit von mindestens 27 J auf. Die Kerbschlagbiegearbeit von mindestens 27 Joule bei -40°C wird wesentlich durch den Legierungsgehalt des Nickels in der Stahllegierung eingestellt. Die Kerbschlagbiegearbeit wird im Kerbschlagbiegeversuch bestimmt und dient als Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs gegen eine schlagartige dynamische Beanspruchung.The steel alloy preferably has a notched bar impact bending work of at least 27 J at -40 ° C. The notched bar impact bending work of at least 27 joules at -40 ° C is essentially set by the alloy content of the nickel in the steel alloy. The notched bar impact bending work is determined in the notched bar impact test and serves as a measure of the resistance of a material to sudden dynamic stress.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Großwälzlagerrings, nämlich eines Innenrings oder eines Außenrings eines Großwälzlagers, mit einem Außendurchmesser von mindestens 0,5 m, wird zunächst der Großwälzlagerring aus einer Stahllegierung, umfassend 0,45 bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,40 Gew.-% Silizium, 1,30 bis 1,60 Gew.-% Mangan, 1,80 bis 2,10 Gew.-% Chrom, 0,50 bis 1,20 Gew.-% Nickel, sowie 0,10 bis 0,40 Gew.-% Molybdän, ausgebildet und danach zumindest gehärtet und angelassen.According to a method according to the invention for producing a large roller bearing ring, namely an inner ring or an outer ring of a large roller bearing, with an outer diameter of at least 0.5 m, the large roller bearing ring is first made of a steel alloy comprising 0.45 to 0.55% by weight of carbon, 0.20 to 0.40% by weight silicon, 1.30 to 1.60% by weight manganese, 1.80 to 2.10% by weight chromium, 0.50 to 1.20% by weight Nickel, as well as 0.10 to 0.40 wt .-% molybdenum, formed and then at least hardened and tempered.
Das Härten und Anlassen des gehärteten Stahlwerkstoffs ist eine Wärmebehandlung die zur Einstellung der Eigenschaften des Großwälzlagerrings, insbesondere zur Einstellung des Großwälzlagerring für nachgelagerte Bearbeitungsprozesse. Durch die Wärmebehandlung wird der Großwälzlagerring homogenisiert.The hardening and tempering of the hardened steel material is a heat treatment that is used to adjust the properties of the slewing ring, in particular to adjust the slewing ring for downstream machining processes. The slewing ring is homogenized by the heat treatment.
Bevorzugt wird der Großwälzlagerring nach dem Anlassen induktiv randschichtgehärtet. Das induktive Randschichthärten des Großwälzlagerrings senkt die Fertigungskosten gegenüber einsatzgehärteter Großwälzlagerringe. Jedoch müssen Werkstücke, die zum Induktionshärten vorgesehen sind gegenüber Werkstücken die Einsatzgehärtet werden sollten ein homogeneres Gefüge aufweisen, um einen homogenen makroskopischen Spannungszustand in der Randschichtzone auszubilden und dadurch eine Rissgefahr aufgrund von Inhomogenitäten zu senken. Ferner bevorzugt wird der Großwälzlagerring nach dem induktiven Randschichthärten mechanisch nachbearbeitet, insbesondere hartgedreht und/oder hartgeschliffen und/oder poliert. Zumindest wird eine Laufbahn, die zur Aufnahme von Wälzkörper am Großwälzlagerring vorgesehen ist, poliert, um die Tragfähigkeit des Großwälzlagers zu erhöhen.The large roller bearing ring is preferably inductively hardened at the surface after tempering. The inductive surface hardening of the slewing ring lowers the manufacturing costs compared to case hardened slewing rings. However, workpieces that are intended for induction hardening must have a more homogeneous structure compared to workpieces that should be case hardened in order to form a homogeneous macroscopic stress state in the boundary layer zone and thereby reduce the risk of cracks due to inhomogeneities. The large roller bearing ring is further preferably mechanically reworked after the inductive surface hardening, in particular hard turned and / or hard ground and / or polished. At least one raceway, which is provided for receiving rolling elements on the slewing ring, is polished in order to increase the load-bearing capacity of the slewing bearing.
Erfindungsgemäß wird die Verwendung einer Stahllegierung, umfassend 0,45 bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,40 Gew.-% Silizium, 1,30 bis 1,60 Gew.-% Mangan, 1,80 bis 2,10 Gew.-% Chrom, 0,50 bis 1,20 Gew.-% Nickel, sowie 0,10 bis 0,40 Gew.-% Molybdän zur Herstellung eines Großwälzlagerrings mit einem Außendurchmesser von mindestens 0,5 m vorgeschlagen. Bevorzugt ist die Stahllegierung dazu vorgesehen, induktiv randschichtgehärtet zu werden.According to the invention, the use of a steel alloy comprising 0.45 to 0.55% by weight of carbon, 0.20 to 0.40% by weight of silicon, 1.30 to 1.60% by weight of manganese, 1.80 up to 2.10% by weight of chromium, 0.50 to 1.20% by weight of nickel and 0.10 to 0.40% by weight of molybdenum for the production of a large roller bearing ring with an outside diameter of at least 0.5 m . The steel alloy is preferably intended to be inductively hardened at the surface.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung drei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
-
1 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Großwälzlagerrings gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Großwälzlagerrings gemäß einer zweiten Ausführungsform, und -
3 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Großwälzlagerrings gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
1 1 shows a greatly simplified schematic sectional illustration of a large roller bearing ring according to a first embodiment, -
2nd a greatly simplified schematic sectional view of a slewing ring according to a second embodiment, and -
3rd a greatly simplified schematic sectional view of a slewing ring according to a third embodiment.
Die
Der Vorteil dieser Legierungszusammensetzung ist, dass die kritische Abschreckgeschwindigkeit zum Erreichen der notwendigen Härte im Rahmen der Wärmebehandlung verringert wird, was zu einem besseren Vergütungsergebnis führt. Daraus ergeben sich eine bessere Gefügehomogenität sowie ein geringer Verzug, da milder abgeschreckt werden kann. Hierdurch werden auch weitere Richtprozesse sowie Bearbeitungsaufmaße reduziert.The advantage of this alloy composition is that the critical quenching rate to achieve the necessary hardness in the heat treatment is reduced, which leads to a better tempering result. This results in better structural homogeneity and less warpage, since quenching can be carried out more mildly. This also reduces other straightening processes and machining allowances.
Eine radiale Wandstärke
Gemäß
Nach
In
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- GroßwälzlagerringSlewing ring
- 1a1a
- InnenringInner ring
- 1b1b
- AußenringOuter ring
- 22nd
- Außendurchmesserouter diameter
- 33rd
- WandstärkeWall thickness
- 44th
- RandschichtBoundary layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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