DE102021128558A1 - Wälzlageranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung (1) für schnelldrehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen (11) von Turboladern, umfassend ein Wälzlager (2) mit einem Innenring (3), einem Außenring (4) und Wälzkörpern (5), wobei der Innenring (3) eine Innenringlaufbahn (6) sowie der Außenring (4) eine Außenringlaufbahn (7) aufweist, und die Wälzkörper (5) zwischen Innenring (3) und Außenring (4) wälzend gelagert sind, wobei wenigstens die Innenringlaufbahn (6) und/oder die Außenringlaufbahn (7) nitriergehärtet und nachfolgend induktionsbehandelt worden sind/ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung für schnelldrehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen von Turboladern, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn sowie der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert sind.
  • Eine Wälzlageranordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der WO 2010/133542 A1 bekannt. Das für einen Turbolader geeignete Wälzlager ist als ein Schrägkugellager ausgeführt. Die Kugeln sind in einem Käfig geführt. Der Käfig selbst ist mit einer Führungsfläche am Innenumfang des Außenrings geführt. An der, der Führungsfläche abgewandten Seite weist der Käfig eine radiale Erweiterung auf, um im Betrieb eine Durchflutung des Wälzlagers mit Schmiermittel zu verhindern. Weitere gattungsgemäße Wälzlager zeigen die DE 11 2010 001 913 T5 und die DE 10 2007 013 727 A1 .
  • Es stehen zur Herstellung derartiger Wälzlager eine Reihe von Stählen zur Verfügung. Beispielsweise sind durchgehärtete (martensitisch oder bainitisch) oder randschichtgehärtete (einsatzgehärtet, karbonitriert oder induktiv gehärtet) Werkstoffe für Wälzlager im Einsatz.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlageranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich insbesondere zur Lagerung der Welle eines Turboladers eignet und insofern bei hohen Drehzahlen einen möglichst niedrigen Verschleiß zeigt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung für schnelldrehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen von Turboladern, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn sowie der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert sind, wobei wenigstens die Innenringlaufbahn und/oder die Außenringlaufbahn nitriergehärtet und nachfolgend induktionsbehandelt worden sind/ist.
  • Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die bislang üblichen Behandlungsdauern für eine Nitrierbehandlung zumindest der Laufflächen der Lagerringe zur Erlangung einer Nitrierhärtetiefe (NHD) von bis 0,35mm von bislang 1-2 Tagen, deutlich reduziert werden können. Durch eine ergänzende Induktionsbehandlung kann die notwendige Nitrierhärtetiefe (NHD) deutlich reduziert werden. Eine potentielle Halbierung der Nitrierhärtetiefe (NHD) hat rechnerisch eine Viertelung der Nitrierdauer und somit auch der Nitrierkosten zu Folge. Durch die sich an die Nitrierung anschließende Induktionsbehandlung kann die verkürzte Nitrierung technisch kompensiert werden. Diese beschrieben Verfahrenskombination kann wirtschaftlich sinnvoll sein, wenn die zusätzlichen Kosten für die Induktionsbehandlung unterhalb der Ersparnis durch das Verkürzen der Nitrierbehandlung liegen.
  • Es kann sowohl die komplette Oberfläche eines Lagerrings als auch nur ein Teilbereich der Oberfläche des Lagerrings durch Nitrieren gehärtet sein. Entscheidend ist hierbei lediglich, dass die Wälzkörper in einem wälzbeanspruchten Oberflächenbereich in Kontakt zu einer nitrierten und damit gehärteten Stahloberfläche gelangen.
  • Die Lagerringe sind daher bevorzugt aus Nitrierstahl gebildet. Nitrierstähle weisen als Legierungsbestandteile unter anderem Nitridbildner auf. Als Nitridbildner sind die Elemente aus der Gruppe umfassend Aluminium, Bor, Chrom, Niob, Titan, Vanadium, Zirkon, bekannt. Besonders bewährt hat sich hier ein Stahl, der aus 31 CrMoV9 oder 32CrMoV13 gebildet ist.
  • Obwohl die Erfindung anhand einer Wälzlageranordnung insbesondere zur Lagerung einer Rotorwelle eines Turboladers erläutert wird, versteht sich, dass auch andere Maschinenteile, wie beispielsweise Zahnräder, mit den nachfolgend noch näher skizzierten Verfahren von Nitrier- und Induktionshärten behandelt werden können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Wälzlager als doppelreihiges Schrägkugellager ausgeführt ist.
  • Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Wälzkörper aus Keramik gefertigt sind.
  • Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Nitrierhärtetiefe NHD ≥ 0,30 mm, bevorzugt ≥ 0,35 mm beträgt. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Lagerringe aus Stahl gefertigt sind, welche an ihrer Oberfläche mittels Nitrierens zumindest bereichsweise gehärtet sind und besonders bevorzugt eine Oberflächenhärte von ≥ 650 HV 1 sowie eine Nitrierhärtetiefe (NHD) von ≥ 0,30 mm aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Behandlungsdauer für das Nitrierhärten < 24 Stunden beträgt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • 1 ein Wälzlager in einer schematischen Axialschnittansicht.
  • Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1 für schnelldrehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen 11 von Turboladern, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4 und Wälzkörpern 5, wobei der Innenring 3 eine Innenringlaufbahn 6 sowie der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 7 aufweist, und die Wälzkörper 5 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert sind. Die Rotorwelle 11 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Innenring 3 drehfest verbunden. Die als Lagerkugeln ausgeführten Wälzkörper 5 sind in dem Käfig 8 geführt.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind wenigstens die Innenringlaufbahn 6 und die Außenringlaufbahn 7 nitriergehärtet und nachfolgend induktionsbehandelt worden.
  • Das Wälzlager 2 kann, anders als die in 1 gezeigte einreihige Ausführung eines Kugellagers, besonders bevorzugt auch als ein doppelreihiges Schrägkugellager ausgeführt sein, was sich zur Lagerung von schnelldrehenden Rotorwellen 11, wie sie bei Turboladern vorkommen, bewährt hat. Die Wälzkörper 5 aus Keramik gefertigt sind.
  • Die Nitrierhärtetiefe NHD beträgt insbesondere im Bereich der Laufflächen 7,8 hier ≥ 0,3 mm, bevorzugt ≥ 0,35 mm. Die Behandlungsdauer für das Nitrierhärten beträgt < 24 Stunden.
  • Das Verfahren zur Behandlung der Laufflächen 7,8 der Lagerringe 3,4 umfasst somit in einem ersten Schritt ein Nitrierhärten mit einer Behandlungsdauer von bevorzugt unter 24 Stunden, gefolgt von einer Induktionsbehandlung. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass eine Lufthärtbarkeit realisierbar ist.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wälzlageranordnung
    2
    Wälzlager
    3
    Innenring
    4
    Außenring
    5
    Wälzkörpern
    6
    Innenringlaufbahn
    7
    Außenringlaufbahn
    8
    Käfig
    11
    Rotorwelle
  • 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 Patentliteratur
    • WO 2010/133542 A1 [0002]
    • DE 112010001913 T5 [0002]
    • DE 102007013727 A1 [0002]

Claims (5)

  1. Wälzlageranordnung (1) für schnelldrehende Wellen von Maschinen, wie Rotorwellen (11) von Turboladern, umfassend ein Wälzlager (2) mit einem Innenring (3), einem Außenring (4) und Wälzkörpern (5), wobei der Innenring (3) eine Innenringlaufbahn (6) sowie der Außenring (4) eine Außenringlaufbahn (7) aufweist, und die Wälzkörper (5) zwischen Innenring (3) und Außenring (4) wälzend gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Innenringlaufbahn (6) und/oder die Außenringlaufbahn (7) nitriergehärtet und nachfolgend induktionsbehandelt worden sind/ist.
  2. Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (2) als doppelreihiges Schrägkugellager ausgeführt ist.
  3. Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5) aus Keramik gefertigt sind.
  4. Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierhärtetiefe (NHD) ≥ 0,3 mm, bevorzugt ≥ 0,35 mm, beträgt.
  5. Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsdauer für das Nitrierhärten < 24 Stunden beträgt.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007013727A1 (de) 2007-03-22 2008-11-13 Schaeffler Kg Lagerung einer Welle eines Turboladers
WO2010133542A1 (de) 2009-05-16 2010-11-25 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Wälzlager mit käfig zur verhinderung einer überflutung mit schmiermittel
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