DE112008001331T5 - Wälzelement, Wälzlager und Verfahren zur Herstellung eines Wälzelements - Google Patents

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Abstract

Wälzelement (11, 12, 13) bestehend aus Stahl, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium aufweist, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in denen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist, wobei
eine gehärtete Schicht (11B, 12B, 13B), die einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweist als ein innerer Abschnitt (11C, 12C, 13C) in einem...

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzelement, ein Wälzlager und ein Verfahren zur Herstellung des Wälzelements und spezieller betrifft sie ein Wälzelement und ein Wälzlager, das auch in einer widrigen Umgebung wie eine Hochtemperaturumgebung oder eine Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, verwendbar ist sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wälzelements.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren wurden Wälzelemente wie Lagerkomponenten, die ein Wälzlager bilden, vermehrt auch in widrigen Umgebungen verwendet. Beispielsweise wer den Kalanderwalzentragelager einer Papierherstellungsmaschine oder Walzentragelager von Eisen- und Stahlwalzwerken in Hochtemperaturumgebungen verwendet, die Temperaturumgebungen mit höheren als gewöhnliche Temperaturen (Raumtemperatur) sind und wo folglich Schmieröl für das Wälzlager schlechter werden kann oder die Viskosität des Schmieröls verringert werden kann, was zu ungenügender Schmierung führt. Weiterhin können aufgrund von Wasserdampf in der Atmosphäre oder Kühlwassers Verschleiß oder Rostnarben auf Wälzflächen erzeugt werden, die Flächen sind, welche mit anderen Wälzflächen auf der Oberfläche eines Wälzelements in Kontakt treten, und das Wälzelement kann frühzeitig aufgrund des Verschleißes oder der Rostnarbe, die als Startpunkt dienen, abgeschält werden, bzw. abgebröckelt oder abgeblättert werden. Mit anderen Worten wird aufgrund ungenügender Schmierung ein Ölfilm unterbrochen und die Wälzelemente geraten auf den Wälzflächen miteinander in metallischen Kontakt, was Oberflächenschäden (Abschälung oder Verschleiß beispielsweise) erzeugt, oder die Wälzfläche verrostet aufgrund von Wasser stammend von dem Wasserdampf oder dem Kühlwasser, was ausgehend von dem Rost, der als Startpunkt dient, zu Oberflächenschäden führt, wodurch das Wälzelement frühzeitig abgeschält wird. Weiterhin gibt es auch das ebenfalls problematische Phänomen, dass Wasserstoff, welcher durch die Spaltung von Wasser entsteht, das in das Lager eindringt oder von Wasserstoff erzeugt wird, der durch die Zersetzung des Schmieröls mit Katalysatoren von frei werdenden Metalloberflächen, die aufgrund des metallischen Kontakts zwischen den Wälzelementen auftaucht, in die Wälzelemente eindringt (Abschälung bzw. Zerbröselung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff), um eine Abschälung bzw. Zerbröselung der Wälzflächen kurzfristig zu erzeugen. Wenn das Wälzlager in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird, besteht auch ein Problem des Brechens, was daher stammt, dass Wälzlager verwendet werden, die zur Vermeidung von Formänderungen (Sekularformänderungen) im Gebrauch und Dehnungen, die von der Formänderung stammen, besonders gut passen.
  • In Bezug auf die in einer Hochtemperaturumgebung verwendeten Lager wurde eine große Anzahl von Versuchen zum Erhalt von langen Lebensdauern usw. unternommen und eine Vielzahl von Gegenmaßnahmen wurden vorgeschlagen (Bezug auf japanische Offenlegungsschrift Nr. 7-19252 (Patentschrift 1), japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-144331 (Patentschrift 2), japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-183771 (Patentschrift 3), japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-291342 (Patentschrift 4), japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-344783 (Patentschrift 5), japanische Offenlegungsschrift Nr. 5-179404 (Patentschrift 6), japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-212721 (Patentschrift 7), japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-323939 (Patentschrift 8) und japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-60847 (Patentschrift 9)).
    Patentschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 7-19252
    Patentschrift 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-144331
    Patentschrift 3: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-183771
    Patentschrift 4: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-291342
    Patentschrift 5: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-344783
    Patentschrift 6: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 5-179404
    Patentschrift 7: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-212721
    Patentschrift 8: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-323939
    Patentschrift 9: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-60847
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • AUFGABEN DER ERFINDUNG
  • In dem Stand der Technik, der die Techniken umfasst, die in den zuvor genannten Patentdruckschriften 1 bis 9 offenbart sind, bestehen jedoch weiterhin solche Probleme bei Wälzelementen, die in einer Hochtemperaturumgebung zu verwenden be stimmt sind, dass diese aufgrund der hohen Gehalte der Legierungselemente, die zu dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, hinzugefügt sind, hart zu bearbeiten sind, dass die Herstellungskosten hoch sind, dass eine Vergröberung oder eine Abscheidung eines Karbids verursacht wird, wenn eine Karburierung oder ein Karbonitrieren ausgeführt wird, dass die Bruchresistenz schlechter ist und ähnliches. In einer Umgebung, in die Wasser in das Lager eindringt, gab es darüber hinaus auch das Problem, dass die Lebensdauer außergewöhnlich reduziert ist.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wälzelement und ein Wälzlager zu schaffen, die auch in einer Hochtemperaturumgebung oder in einer Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit oder einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, erzeugen, unterdrückt sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wälzelements.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
  • Das Wälzelement gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus Stahl, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium besteht, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in denen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist. Eine gehärtete Schicht, die einen höheren Kohlenstoffgehalt als ein innerer Abschnitt aufweist, ist in einem Bereich, der die Oberfläche umfasst, ausgebildet. Die Härte eines Oberflächenschichtabschnitts der gehärteten Schicht ist zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV, die maximale Korngröße eines Karbids, welches in dem Oberflächenschichtabschnitt verteilt ist, ist nicht mehr als 10 μm und das Flächenverhältnis des Karbids auf dem Oberflächenschichtabschnitt ist zumindest 7% und nicht mehr als 25%. Die Härte des zuvor beschriebenen inneren Abschnitts ist zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV.
  • Die gehärtete Schicht ist eine karburierte Schicht oder eine karbonitrierte Schicht, die beispielsweise durch Karburierung oder Karbonitrieren gebildet ist. Der Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht ist ein Bereich mit einem Abstand von innerhalb 0,1 mm von der Oberfläche der gehärteten Schicht.
  • In dem Wälzelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Siliziumgehalt, der dazu führen kann, eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff zu fördern, reduziert, während die Gehalte der Legierungselemente wie Chrom, Vanadium und Molybdän unterdrückt sind, wobei die Balance zwischen den Gehalten in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, genau eingestellt ist. In dem Wälzelement gemäß der vorliegenden Erfindung sind weiterhin die Größe und das Flächenverhältnis der Karbide auf dem Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht und die Härteverteilung in dem Wälzelement in genauen Bereichen eingestellt. Folglich kann mit dem erfindungsgemäßen Wälzelement ein Wälzelement bereitgestellt werden, welches eine lange Lebensdauer auch in einer Hochtemperaturumgebung oder in einer Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, aufweist, wobei die Gehalte der Legierungselemente, die in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, eine Verringerung der Bearbeitbarkeit, einen Anstieg der Herstellungskosten usw. erzeugen, unterdrückt sind.
  • Die Gründe, warum die Bereiche der Komponenten des Stahls, der die Wälzelemente gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, auf die zuvor genannten Bereiche eingeschränkt wurden, werden nun beschrieben.
  • Kohlenstoff: zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-%
  • Ausführen von Karburierung oder Karbonitrieren auf dem Wälzelement kann Bruchresistenz sichern und eine Druckbelastung kann dem Oberflächenschichtabschnitt gegeben werden. Wenn ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, so wie konventioneller karburierter Stahl (aufgekohlter Stahl), wie Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von beispielsweise weniger als 0,3 Massen-%, als Material für das Wälzelement verwendet wird, ist die innere Härte jedoch so niedrig, dass keine ausreichende Stärke erhalten werden kann, für den Fall, dass eine große Last oder Druck darauf wirkt. Daher wurde der Kohlenstoffgehalt auf mindestens 0,3 Massen-% festgesetzt, um eine ausreichende innere Harte zu gewährleisten. Wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Material 0,4 Massen-% übersteigt, ist andererseits die Bearbeitbarkeit verringert und die Druckbelastung, die auf dem Oberflächenschichtabschnitt des Wälzelements erzeugt wird, verringert, wenn eine Karburierung oder ein Karbonitrieren ausgeführt wird, während die Belastbarkeit des Wälzelements ebenfalls verringert ist. Daher wurde der Kohlenstoffgehalt auf nicht mehr als 0,4 Massen-% festgesetzt.
  • Silizium: zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-%
  • Im Allgemeinen wurde Silizium positiv verwendet, da dies ein Element ist, was zu niedrigen Kosten einen Wärmewiderstand bereitstellt. In dem Wälzelement, welches in einer Hochtemperaturumgebung oder in einer Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, verwendet wird, ist es jedoch verständlich, dass ein hoher Siliziumgehalt eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff fördert. Darüber hinaus kann der Wärmewiderstand durch weitere Legierungselemente ergänzt wer den. In Anbetracht dessen und in Anbetracht der Reduzierung der Bearbeitbarkeit und der Drehbarkeit/Schleifbarkeit, die durch das Hinzufügen weiterer Legierungselemente besteht, wurde der Siliziumgehalt auf nicht mehr als 0,7 Massen-% festgesetzt. Andererseits hat Silizium eine Funktion zur Verstärkung der Matrix des Stahls und zur Verbesserung der Stärke und der Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts des Wälzelements. Wenn der Siliziumgehalt niedriger als 0,3 Massen-% ist, wird diese Funktion nicht ausreichend erfüllt. Daher wurde der Siliziumgehalt auf mindestens 0,3 Massen-% festgesetzt.
  • Mangan: zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-%
  • Mangan ist ein Legierungselement, welches wichtig zur Verbesserung der Härtbarkeit des Wälzelements ist und welches die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts verbessert, während es die Bearbeitbarkeit gleich wie Silizium verhindert. Daher wurde der Mangangehalt auf nicht mehr als 0,8 Massen-% in Abhängigkeit der Balance bezüglich der Verbesserung der Härtbarkeit und der Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts, die durch Erhöhung der Gehalte weiterer Legierungselemente erzeugt wird, festgesetzt. Andererseits wurde die untere Grenze des Mangangehalts auf 0,3 Massen-% festgesetzt, welche ein Niveau ist, das in gewöhnlichem hoch legiertem Stahl enthalten ist, in Anbetracht der Tatsache, dass Mangan beim Stahlherstellungsprozess ein wichtiges Element für die Desoxidation ist.
  • Nickel: zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-%
  • Nickel ist wichtig, um die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts des Wälzelements bei einer hohen Temperatur zu sichern und verbessert die Korrosionsresistenz und die Oxidationsresistenz bei hoher Temperatur. Um diese Effekte zu gewährleisten, wurde der Nickelgehalt auf zumindest 0,5 Massen-% festgesetzt. Wenn der Ni ckelgehalt groß ist, ist die Menge der zurückgehaltenen Austenite in dem Wälzelement andererseits erhöht und es ist schwierig, die notwendige Härte für das Wälzelement zu gewährleisten. Weiterhin ist Nickel ein relativ teures Legierungselement und die Kosten für einen Stahlbestand werden erhöht, wenn dieser Gehalt erhöht wird. Daher wurde der Nickelgehalt auf nicht mehr als 1,2 Massen-% festgelegt.
  • Chrom: zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-%
  • Chrom ist ein wichtiges Element, um die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts, des Wälzelements und die Härte bei einer hohen Temperatur zu gewährleisten. Weiterhin verbessert Chrom die Oxidationsresistenz und die Korrosionsresistenz gleich wie Nickel, durch Auflösen in die Matrix des Stahls, der das Wälzelement bildet. Gewöhnlicher Stahl für Lager (JIS) umfasst ebenfalls ungefähr 1,5 Massen-% Chrom und ein höherer Gehalt ist notwendig, um ausreichende Eigenschaften in der Hochtemperaturumgebung zu gewährleisten. Daher wurde der Chromgehalt auf zumindest 1,6 Massen-% festgesetzt. Andererseits bildet Chrom in dem Stahl ein Karbid. Der Chromgehalt wurde auf nicht mehr als 2,5 Massen-% festgesetzt in Anbetracht der Tatsache, dass klar ist, dass die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts verringert ist, wenn der Chromgehalt erhöht ist und ein großflächiges Karbid gebildet ist und in Abhängigkeit der Balance zwischen dem Chromgehalt und den Gehalten der weiteren Legierungselemente wie Molybdän und Vanadium, die Karbide bilden.
  • Molybdän: zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-%
  • Molybdän ist wichtig zur Gewährleistung der Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts des Wälzelements in der Hochtemperaturumgebung, da es die Härtbarkeit des Stahls verbessert und den Tempererweichungswiderstand durch die Bildung eines Karbids verbessert. Es ist ebenfalls denkbar, dass ein Karbid oder ein Karbo nitrid aus Molybdän Wasserstoff einfängt und Molybdän ebenfalls zur Unterdrückung der Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff nützlich ist. Um solche Effekte zu gewährleisten, muss der Molybdängehalt auf zumindest 0,1 Massen-% festgelegt sein. Andererseits ist das Molybdän ein teures Element und der Gehalt muss in Anbetracht der Kosten auf ein Minimum gedrückt werden und daher wurde der Molybdängehalt in Abhängigkeit der Verhältnisse zwischen diesem und den Chrom- und Vanadium-Gehalten auf nicht mehr als 0,7 Massen-% festgesetzt.
  • Vanadium: 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-%
  • Vanadium bildet ein feines Karbid, lagert sich in einem Kornrandbereich ab (Austenitkornrand), raffiniert Kristallkörner und verbessert die Stärke und die Belastbarkeit des Wälzelements. Weiterhin fungiert das Karbid aus Vanadium als Einfangplatz für Wasserstoff und unterdrückt die Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff. Dieser Effekt ist bemerkbar, besonders, wenn das Wälzelement bei einer hohen Temperatur karburiert oder karbonitriert wird und einer Temperung bei einer hohen Temperatur unterworfen wird. Um einen solchen Effekt zu gewährleisten, muss zumindest 0,2 Massen-% Vanadium hinzugeführt werden. Andererseits ist Vanadium ein teures Element und zusätzlich dazu muss es in Anbetracht der Kosten auf ein Minimum gedrückt werden und daher wurde der Vanadiumgehalt auf nicht mehr als 0,4 Massen-% unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen diesem und den Chrom- und Molybdängehalten festgelegt.
  • Die Gehalte der Fremdstoffe wie Phosphor, Schwefel, Aluminium und Titan werden im Wälzlagerstahl allgemein auf niedrige Niveaus gedrückt. Auch in dem Stahl, der die Wälzelemente gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, sind die Gehalte der Fremdstoffe vorzugsweise auf ähnlich niedrige Niveaus gedrückt. Spezieller liegen die Gehalte der unterdrückten Fremdstoffe in den folgenden Bereichen:
  • Phosphor: nicht mehr als 0,03 Massen-%
  • Der Phosphorgehalt ist vorzugsweise auf nicht mehr als 0,03 Massen-% festgesetzt, um die Verringerung der Belastbarkeit und die Verringerung der Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts aufgrund von Abscheidung zu unterdrücken.
  • Schwefel: nicht mehr als 0,03 Massen-%
  • Schwefel wird an Mangan gebunden, um die vorgenannten Wirkungen des Mangans zu verringern und bildet einen nicht metallischen Einschluss, der die Möglichkeit bietet, die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts zu verringern, und daher wird der Schwefelgehalt vorzugsweise auf nicht mehr als 0,03 Massen-% festgelegt.
  • Aluminium: nicht mehr als 0,05 Massen-%
  • Aluminium verursacht leicht die Bildung eines nicht metallischen Einschlusses, obwohl es eine Wirkung der Verbesserung der Wärmeresistenz hat, und daher wird der Aluminiumgehalt vorzugsweise auf nicht mehr als 0,05 Massen-% festgelegt.
  • Titan: nicht mehr als 0,003 Massen-%
  • Titan bildet TiN (Titannitrid), was ein nicht metallischer Einschluss ist und die Verringerung der Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts des Wälzelements verursacht, wobei es verständlich ist, dass es einen Startpunkt für eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff ausbildet, und daher wird der Titangehalt vorzugsweise auf nicht mehr als 0,003 Massen-% festgelegt.
  • Der Erfinder hat die Balance zwischen den Gehalten der Legierungselemente in dem Stahl, der das Wälzelement bildet, im Detail untersucht. Folglich hat der Erfinder gefunden, dass ein Wälzelement, das auch in einer Hochtemperaturumgebung oder in einer Umgebung in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, geschaffen werden kann, wobei eine Verbesserung der Tempererweichungsresistenz und eine Unterdrückung von Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff zusätzlich zu einer Verbesserung der Härte und der Verschleißresistenz des Wälzelements bei einer hohen Temperatur erreicht wird und die Gehalte der Legierungselemente unterdrückt werden, indem die folgenden Relationen eingehalten werden:

    Sowohl Silizium als auch Mangan verringern die Bearbeitbarkeit des Wälzelements. Wenn die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts 1,0 Massen-% übertrifft, ist es verständlich, dass die Bearbeitbarkeit verringert ist und dass die Herstellungskosten für das Wälzelement erhöht sind. Daher darf die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts auf nicht mehr als 1,0 Massen-% festgesetzt sein.
  • Weiterhin verbessern sowohl Nickel als auch Chrom die Korrosionsresistenz und die Oxidationsresistenz des Wälzelements wie oben beschrieben. In dem Wälzelement, das in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird, muss die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% sein.
  • Sowohl Chrom, als auch Molybdän und Vanadium neigen dazu, Karbide in dem Stahl zu bilden. Wenn die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts 3,0 Massen-% übertrifft, ist es verständlich, dass große Karbide in dem Stahl ausgebildet werden und die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts und die Bruchresistenz des Wälzelements verringert sind. Daher muss die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts auf nicht mehr als 3,0 Massen-% festgelegt sein.
  • Weiterhin sind die Gründe, warum die Harte des Wälzelements gemäß der vorliegenden Erfindung und die Struktur, die sich auf die in dem Wälzelement enthaltenen Karbide bezieht, auf die zuvor beschriebenen Bereiche eingeschränkt wurden, wie folgt:

    Der Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht, der auf dem Wälzelement ausgebildet ist, insbesondere der Oberflächenschichtabschnitt unter der Wälzfläche des Wälzelements unterliegt einer Ermüdung des Wälzkontakts. Wenn die Härte des Oberflächenschichtabschnitts geringer ist als 725 HV (61 HRC), ist es verständlich, dass die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts des Wälzelements nicht ausreichend ist. Daher muss die Harte des Oberflächenschichtabschnitts der gehärteten Schicht auf zumindest 725 HV festgelegt sein. Um die Härte des Oberflächenschichtabschnitts der gehärteten Schicht in dem Bereich, der 800 HV übertrifft, einzustellen, muss andererseits ein Chromkarbid oder ähnliches auf dem Oberflächenschichtabschnitt zumindest zu einer vorgeschriebenen Quantität ausgebildet sein. In diesem Fall ist es verständlich, dass die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts und die Bearbeitbarkeit des Wälzelements verringert sind, wie später beschrieben. Daher muss die Harte des Oberflächenschichtabschnitts der gehärteten Schicht auf nicht mehr als 800 HV festgelegt sein.
  • Ein groß ausgedehntes Karbid, was in dem Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht, die auf dem Wälzelement ausgebildet ist, vorhanden ist, insbesondere in dem Oberflächenschichtabschnitt unter der Wälzfläche des Wälzelements, bildet eine Druckkonzentrationsquelle und kann einen Ansatzpunkt für einen Bruch bilden, wenn der Wälzkontakt sich ermüdet. Wenn in dem Oberflächenschichtabschnitt ein Karbid von mehr als 10 μm vorhanden ist, ist es verständlich, dass die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts des Wälzelements verringert ist. Daher muss die maximale Korndichte des Karbids, welches in dem Oberflächenschichtabschnitt verteilt ist, auf nicht mehr als 10 μm festgelegt sein. Wenn das Wälzelement in einer widrigen Umgebung verwendet wird, gibt es die Möglichkeit, dass ein kleineres Karbid die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts verringert. Daher ist die ma ximale Korngröße des zuvor beschriebenen Karbids vorzugsweise nicht mehr als 5 μm.
  • Wenn die Menge des Karbids in dem Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht, die auf dem Wälzelement ausgebildet ist, erhöht ist, dann ist die Bearbeitbarkeit des Oberflächenschichtabschnitts reduziert, insbesondere die Bearbeitbarkeit beim Schleifen. Wenn das Flächenverhältnis des Karbids auf dem Oberflächenschichtabschnitt 25% übertrifft, ist verständlich, dass die Bearbeitbarkeit des Oberflächenschichtabschnitts verringert ist, so dass Probleme, wie ein Anstieg der Arbeitskosten und eine Verringerung der Arbeitsgenauigkeit, entstehen. Daher muss das Flächenverhältnis des Karbids auf dem Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht auf nicht mehr als 25% festgelegt sein. Wenn das Flächenverhältnis des Karbids geringer als 7% ist, gibt es andererseits die Möglichkeit, dass die Verschleißresistenz des Wälzelements nicht ausreicht und die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts verringert ist. Daher muss das Flächenverhältnis des Karbids auf dem Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht auf zumindest 7% festgelegt sein. Um die Bearbeitbarkeit weiter zu verbessern, ist das Flächenverhältnis des Karbids vorzugsweise nicht größer als 20%.
  • Das Karbid ist Fe3C (Eisenkarbid) oder ein Karbid (gezeigt als M3C), in dem Fe durch ein Legierungselement wie Chrom oder Molybdän ersetzt ist, oder M23C6 oder M7C3.
  • Wenn die Härte des inneren Abschnitts des Wälzelements, der ein Bereich innerhalb der gehärteten Schicht ist, genauer der innere Abschnitt, der ein Bereich von zumindest 1,0 mm Tiefe von der Oberfläche des Wälzelements aus ist, geringer als 450 HV ist, besteht die Möglichkeit, dass ein Brechen verursacht wird, wenn eine relativ große Last auf das Wälzelement wirkt (inneres Brechen). Daher muss die Härte des inneren Abschnitts auf zumindest 450 HV festgelegt sein. Wenn die Härte des inne ren Abschnitts 650 HV übertrifft, ist es andererseits verständlich, dass die Belastbarkeit verringert ist und das Wälzelement leicht zerbricht, wenn schlagartig Kraft (impactive force) auf das Wälzelement wirkt. Daher muss die Harte des inneren Abschnitts auf nicht mehr als 650 HV festgesetzt sein.
  • Die maximale Korngröße (maximum grain size) und das Flächenverhältnis (area ratio) des Karbids auf dem Oberflächenschichtabschnitt der gehärteten Schicht können beispielsweise wie folgt untersucht werden: Das Wälzelement wird geschnitten und die Schnittfläche poliert und danach mit Picral (alkoholische Picrinsäurelösung) geätzt. Dann werden zufällig 20 Felder eines Bereichs beobachtet, die dem Oberflächenschichtabschnitt entsprechen (400-fache Vergrößerung, Feldgröße: 0,6 mm2) und die maximale Korngröße und das Flächenverhältnis des Karbids werden mit einem Bild verarbeitenden Gerät oder ähnliches untersucht. Die Harte des Oberflächenschichtabschnitts der zuvor beschriebenen gehärteten Schicht und die Harte des inneren Abschnitts können beispielsweise untersucht werden, indem das Wälzelement geschnitten wird und die Harte des Oberflächenschichtabschnitts der gehärteten Schicht und jene des inneren Abschnitts mit einem Vickerschen Härteprüfer gemessen werden.
  • Vorzugsweise ist in dem zuvor beschriebenen Wälzelement in dem Stahl, der das Wälzelement bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts zumindest 0,6 Massen-%.
  • Sowohl Molybdän als auch Vanadium bilden feine Karbide oder Karbonitride. Die Karbide oder Karbonitride fungieren als Einfangplätze für Wasserstoff, um die Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff zu unterdrücken. Dieser Effekt wird ausreichend dadurch erreicht, dass die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts auf zumindest 0,6 Massen-% festgesetzt ist.
  • Vorzugsweise ist in dem zuvor beschriebenen Wälzelement in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht größer als die Hälfte des Chromgehalts.
  • Molybdän und Vanadium sind relativ teure Legierungselemente, wie oben beschrieben. Die Herstellungskosten können verringert werden, indem die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts auf nicht mehr als die Hälfte des Chromgehalts festgesetzt ist.
  • Vorzugsweise ist in dem zuvor beschriebenen Wälzelement in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, der Siliziumgehalt nicht größer als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts.
  • Wie oben beschrieben, ist es verständlich, dass Silizium eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff fördert, wohingegen Molybdän und Vanadium die Funktion erfüllen, die Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff zu unterdrücken. Die Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff kann in dem Wälzelement dadurch effizient unterdrückt werden, dass der Siliziumgehalt auf nicht mehr als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts festgesetzt wird.
  • Vorzugsweise ist bei dem zuvor beschriebenen Wälzelement die Harte des Oberflächenschichtabschnitts der gehärteten Schicht zumindest 550 HV in einem Fall, wenn eine Behandlung durchgeführt wird, bei der dieses 60 Minuten lang auf eine Temperatur von 500°C gehalten wird.
  • Wenn das Wälzelement in der Hochtemperaturumgebung verwendet wird, ist es verständlich, dass die Harte des Wälzelements verringert ist und die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts verringert ist. Durch Festlegen der Harte des Oberflächen schichtabschnitts der gehärteten Schicht, vorzugsweise des Oberflächenschichtabschnitts unter der Wälzfläche, auf zumindest 550 HV, wenn die Behandlung durchgeführt wird, dass jene 60 Minuten lang auf eine Temperatur von 500°C gehalten wird, ist die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts in der Hochtemperaturumgebung ausreichend gewährleistet.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement kann in einem Maschinenwerkzeug verwendet werden, das ein Werkstück durch Drehung einer Hauptspindel bearbeitet, und zwar als ein Maschinenwerkzeugwälzelement, das ein Maschinenwerkzeugwälzlager bildet, welches die drehbar angetriebene Hauptspindel derart lagert, dass diese in Bezug auf ein Element, das in der Nähe der Hauptspindel angeordnet ist, drehbar ist.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement, welches auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der das Wälzelement bildet, unterdrückt sind, eignet sich als das Maschinenwerkzeugwälzelement.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement kann als Wälzelement für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung eines Automobils, welches ein Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils bildet, verwendet werden, das ein drehbar angetriebenes Drehglied derart lagert, dass dieses in Bezug auf ein Element drehbar ist, das in der Nähe des Drehglieds in der elektrischen Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils angeordnet ist.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement, das auch in der Hochtemperaturumgebung langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der das Wälzelement bildet, unterdrückt sind, eignet sich als Wälzelement für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement kann als Übersetzungswälzelement verwendet werden, das ein Übersetzungswälzlager bildet, welches einen Rotor derart lagert, dass dieser bezüglich eines Elements in der Nähe des Rotors in einer Übersetzung drehbar ist, die einen Zahnradmechanismus bestehend aus einer Vielzahl von Zahnrädern umfasst und die eine Übersetzung des Zahnradverhältnisses schrittweise durch in Eingriff bringen der Zahnräder verändert.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement kann als Übersetzungswälzelement verwendet werden, das ein Übersetzungswälzlager bildet, welches in einer stetig variablen Übersetzung verwendet wird, in der eine Drehung einer Eingangswelle in einer nicht schrittweisen Art auf eine Ausgangswelle übersetzt wird, um eine der Eingangswellen und Ausgangswellen drehbar zu lagern.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement, welches auch in der Hochtemperaturumgebung langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind, ist als das Übersetzungswälzelement geeignet.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement kann als Nadelwälzlagerwälzelement verwendet werden, das ein Nadelwälzlager bildet, welches eine Nadelwalze umfasst, in der der Durchmesser der Walze als Wälzelement nicht mehr als 5 mm groß ist und die Länge der Walze zumindest drei mal und nicht mehr als 10 mal so groß wie der Durchmesser der Walze ausgebildet ist.
  • Das zuvor beschriebene Wälzelement, das auch in der Hochtemperaturumgebung langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind, eignet sich als das Nadelwälzlagerwälzelement.
  • Das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Laufbahnelement und eine Vielzahl von Wälzelementen, die auf einer ringförmigen Laufbahn im Kontakt mit dem Laufbahnelement angeordnet sind. Zumindest eins der Laufbahnelemente und der Wälzelemente ist das zuvor beschriebene Wälzelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Was das erfindungsgemäße Wälzlager betrifft, wird ein Wälzlager, das auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der das Wälzelement bildet, unterdrückt sind, unter Verwendung des zuvor beschriebenen Wälzelements gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Wälzelements gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte eines Anfertigens eines Stahlelements, eines Abschreckhärtens des Stahlelements und einer Temperung des Stahlelements. In dem Schritt des Anfertigens des Stahlelements wird ein Stahlelement, das aus Stahl besteht, welcher zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff umfasst, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium, mit dem Rest bestehend aus Eisen und Fremdstoffen, in welchen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist, angefertigt und in eine Rohform eines Wälzelements geformt.
  • In dem Schritt des Abschreckhärtens des Stahlelements wird das Stahlelement derartig abschreckgehärtet, dass eine Karburierung oder ein Karbonitrieren des vorbereiteten Stahlelements ausgeführt wird und danach ein Kühlen des Stahlelements von einer Temperatur von zumindest einem Punkt A1 auf eine Temperatur von nicht mehr als einen Punkt MS ausgeführt wird. Beim Schritt der Temperung des Stahlelements wird das Stahlelement auf einen Temperaturbereich von zumindest 150°C und nicht mehr als 300°C zur Temperung erhitzt.
  • In dem Verfahren zur Herstellung eines Wälzelements gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Stahlelement, welches aus dem Stahl mit den zuvor beschriebenen Zusammensetzungskomponenten besteht, in denen die Gehalte der Legierungselemente, die zu einer Verringerung der Bearbeitbarkeit und zu einem Anstieg der Herstellungskosten führen, unterdrückt sind, und die geeignet sind, die Härte und die Verschleißresistenz bei hoher Temperatur zu verbessern, die Tempererweichungsresistenz zu verbessern und welche die Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff unterdrücken, in dem Anfertigungsschritt des Stahlelements angefertigt. Nachdem die gehärtete Schicht in dem Schritt des Abschreckhärtens des Stahlelements ausgebildet ist, wird das Stahlelement auf den genauen Temperaturbereich aufgeheizt, um in dem Schritt der Temperung des Stahlelements getempert zu werden. Folglich kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Wälzelements ein Wälzelement hergestellt werden, das auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente, die zu einer Verringerung der Bear beitbarkeit oder zu einem Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, führen, unterdrückt sind.
  • Um die Formänderung zu unterdrücken und die Beständigkeit in dem Fall zu verbessern, wenn das Wälzelement in der Hochtemperaturumgebung verwendet wird, wird das Stahlelement vorzugsweise auf einen Temperaturbereich von zumindest 200°C zum Tempern aufgeheizt, besonders bevorzugt auf einen Temperaturbereich von zumindest 240°C, um in dem Temperschritt des Stahlelements getempert zu werden.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich, können mit dem erfindungsgemäßen Wälzelement, dem erfindungsgemäßen Wälzlager und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wälzelements ein Wälzelement und ein Wälzlager bereitgestellt werden, die auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die zu einer Verringerung der Bearbeitbarkeit oder zu einem Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, führen, unterdrückt sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines Rillenkugellagers umfassend ein Wälzelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine schematische Teilschnittansicht, die einen Hauptteil von 1 in vergrößerter Ansicht zeigt.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Entwurf eines Herstellungsverfahrens eines Wälzelements und eines Wälzlagers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 4 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Wärmebehandlungsschritts, der in dem Herstellungsverfahren eines Wälzelements gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ist.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Veränderung des Wärmebehandlungsschritts darstellt, der in dem Herstellungsverfahren eines Wälzelements gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ist.
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines selbst ausrichtenden Wälzlagers, umfassend ein Wälzelement gemäß einer zweiten Ausführungsform, zeigt.
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines vierfach konischen Wälzlagers, umfassend ein Wälzelement gemäß einer dritten Ausführungsform, zeigt.
  • 8 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Struktur um eine Hauptspindel eines Maschinenwerkzeugs zeigt, das ein abgewinkeltes Kugellager (Vorderlager) und ein zylindrisches Kugellager (Rücklager) gemäß einer vierten Ausführungsform umfasst.
  • 9 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur des Winkelkugellagers zeigt.
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Hauptteil von 9 in einer vergrößerten Weise zeigt.
  • 11 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur des zylindrischen Kugellagers zeigt.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines Wechselstromgenerators zeigt, der ein Schmiermittel gedichtetes Rillenkugellager (Wechselstromgeneratorwälzlager) gemäß einer fünften Ausführungsform umfasst.
  • 13 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur des Schmiermittel gedichteten Rillenkugellagers gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.
  • 14 ist eine schematische Teilschnittansicht, die einen Hauptteil von 13 in einer vergrößerten Weise zeigt.
  • 15 ist ein schematisches Diagramm, das eine Riemenscheibe umfassend ein Schmiermittel gedichtetes Rillenkugellager (Riemenscheibenwälzlager) gemäß einer sechsten Ausführungsform umfasst.
  • 16 ist ein schematisches Diagramm, das eine Lüfterkupplung umfassend ein Schmiermittel gedichtetes Rillenkugellager (Lüfterkupplungswälzlager) gemäß einer siebenten Ausführungsform umfasst.
  • 17 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Arbeitsweise der Lüfterkupplung, die das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager gemäß der siebten Ausführungsform umfasst.
  • 18 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur einer manuellen Übersetzung gemäß einer achten Ausführungsform zeigt.
  • 19 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines Rillenkugellagers gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
  • 20 ist eine schematische Teilschnittansicht, die einen Hauptteil von 19 in vergrößerter Weise zeigt.
  • 21 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines Drucknadellagers gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
  • 22 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur einer Veränderung des Drucknadellagers gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
  • 23 ist ein Schnitt durch ein Modelldiagramm, das die Struktur eines Abschnittes eines Drehmomentkonvertierers einer automatischen Übersetzung gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt.
  • 24 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines Teils eines Zahnradmechanismus einer automatischen Übersetzung gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt.
  • 25 ist ein Schnitt eines Modelldiagramms, das eine Region XXV in 24 in vergrößerter Weise zeigt.
  • 26 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines Übersetzungsmechanismus zeigt, der eine kontinuierlich variable Übersetzung gemäß einer elften Ausführungsform darstellt.
  • 27 ist ein Schnitt durch ein Modelldiagramm, das einen Bereich XXVII in 26 in vergrößerter Weise zeigt.
  • 28 ist eine schematische Schnittansicht, die die Struktur eines Drucknadelwälzlagers zeigt, das ein Wälzelement eines Nadelwälzlagers gemäß einer zwölften Ausführungsform umfasst.
  • 29 ist eine schematische Teilschnittansicht einer Lagerscheibe des Drucknadelwälzlagers aus 28.
  • 30 ist eine schematische Schnittansicht einer Nadelwalze in dem Drucknadelwälzlager aus 28.
  • 31 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines radialen Nadelwälzlagers umfassend ein Wälzelement eines Nadelwälzlagers gemäß einer dreizehnten Ausführungsform zeigt.
  • 32 ist eine schematische Frontansicht, die die Struktur eines Hauptabschnitts eines ϕ12-Punktkontaktprüfers zeigt.
  • 33 ist eine schematische Seitenansicht, die die Struktur des Hauptabschnitts des ϕ12-Punktkontaktprüfers zeigt.
  • 34 ist eine schematische Vorderansicht, die die Struktur eines Hauptabschnitts eines Savantschen Verschleißprüfers zeigt.
  • 35 ist eine schematische Seitenschnittansicht, die die Struktur des Hauptabschnitts des Savantschen Verschleißprüfers zeigt.
  • 36 ist ein Modelldiagramm, das die Struktur eines Hauptabschnitts eines Ultraschallermüdungsprüfers zeigt.
  • 37 ist ein Modelldiagramm, das die Struktur eines Hauptabschnitts eines Zweizylinderwälzprüfers zeigt.
  • 38 ist eine schematische Schnittansicht, die die Form eines Teststücks einer Ringbruchprüfung zeigt.
  • 39 ist ein Modelldiagramm, das die Struktur eines Hauptabschnitts eines Ermüdungsprüfers für Rissbildung durch Drehung des Rings zeigt.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1 Rillenkugellager, 2 selbstausrichtendes Kugellager, 3 vierfach konisches Wälzlager (vierfach konisches Rollenlager), 11, 21, 31 äußerer Laufring, 11A, 21A, 31A äußere Laufringwälzfläche, 11B, 12B, 13B gehärtete Schicht, 11C, 12C, 13C innerer Abschnitt, 12, 22, 32 innerer Laufring, 12A, 22A, 32A innere Laufringwälzfläche, 13 Kugel, 23, 33 Walze bzw. Rolle, 14, 24, 34 Käfig, 40 Savantscher Verschleißprüfer bzw. Abriebprüfer, 41 Verschleißprüfstück bzw. Abriebprüfstück, 42 Gewicht, 43 Lastzelle, 44 Luftgleiter, 45 Gegenmaterial, 46 Schmieröl, 50 Ultraschallermüdungsprüfer, 51 Ultraschallermüdungsprüfstück, 52 Trichterabschnitt, 53 Vibrator, 54 Verstärker, 55 Steuereinheit, 56 Spielmesser, 57 Oszilloskop, 60 zweizylindriger Wälzprüfer, 61 erstes Teststück (Gegenteststück), 62 zweites Teststück (Teststück), 63 erste Welle, 64 zweite Welle, 65 Tachometer, 66 Gleitring, 61 Bruchprüfstück, 72 Lastrichtung, 80 Ermüdungsprüfer für Rissbildung durch Ringdrehung, 81 Ermüdungsprüfstück für Rissbildung durch Ringdrehung, 82 Antriebswalze bzw. Antriebsrolle, 83 Lastwalze bzw. Lastrolle, 84 Führungswalze bzw. Führungsrolle, 85 Unterlage, 86 Ölzuführdüse, 90 ϕ12-Punktkontaktprüfer, 91 Lebensdauerteststück für Wälzkontakt, 92 Antriebswalze bzw. Antriebsrolle, 93 Führungswalze bzw. Führungsrolle, 94 Stahlkugel, 100 manuelle Übersetzung, 111 Eingangswelle, 112 Ausgangswelle, 113 Gegenwelle, 114a bis 114k Zahnrad, 115 Ge häuse, 120A, 120B Wälzlager, 200 Drehmomentkonvertierer, 201 Laufrad, 201a Radflügel, 201b Radnabe, 202 Stator, 203 Turbine, 203a Turbinenblatt, 203b Turbinennabe, 204 Einwegkupplung, 205a, 205b, 206a, 206b Dichtring bzw. Dichtscheibe, 210 Drucknadelwälzlager bzw. Drucknadelrollenlager, 300 Abschnitt des Zahnradmechanismus, 301, 311 Welle, 302 Gehäuse, 304 Synchronabe, 305, 307 Leerlaufrad bzw. Leerlaufgang, 305a Kupplungszahnrad, 306 Radialkugellager, 308, 313 Radialwälzlager, 309 Wellenabschnitt mit großem Durchmesser, 309a, 309b Abschnitt, 315, 317 Zahnrad, 318 scherenförmiges Zahnrad, 400 stetig variable Übersetzung, 401 Hauptwelle, 401a Welle, 401b Sonnenrad des Umlaufzahnrads, 402 Hauptriemenscheibe, 402a feste Hauptriemenscheibe, 402b bewegliche Hauptriemenscheibe, 403 Sekundärwelle, 404 Sekundärriemenscheibe, 404a feste Hauptriemenscheibe, 404b bewegliche Hauptriemenscheibe, 405 Riemen, 406 Gehäuse, 407 Radialkugellager, 410 Vor-/Rückbewegungsschaltmechanismus, 412 Trageglied, 412 Planetenrad, 413 Trageglied, 413a Ringzahnrad, 415, 416 Mehrscheibenkupplung, 501 abgewinkeltes Kugellager, 502 zylindrisches Wälzlager bzw. Rollenlager, 511, 521 äußerer Laufring, 511A, 521A äußere Laufringwälzfläche, 511B, 512B, 513B gehärtete Schicht, 511C, 512C, 513C innerer Abschnitt, 512, 522 innerer Laufring, 512A, 522A innere Laufringwälzfläche, 513 Kugel, 513A Kugelwälzfläche, 514, 524 Käfig, 523A Walzenwälzfläche, 590 Maschinenwerkzeug, 591 Hauptspindel, 591A äußere Umfangsfläche, 591B Vorderende, 592 Gehäuse, 592A innere Wand, 593 Motor, 593A Motorstator, 593B Motorrotor, 601 Schmiermittel gedichtetes Rillenkugellager, 611 äußerer Laufring, 611A äußere Laufringwälzfläche, 611B, 612B, 613B gehärtete Schicht, 611C, 612C, 613C innerer Abschnitt, 612 innerer Laufring, 612A innere Laufringwälzfläche, 613 Kugel, 613A Kugelwälzfläche, 614 Käfig, 615 Dichtelement, 616 Schmiermittelzusammensetzung, 690 Wechselstromgenerator, 691 Rotor, 691A Rotorspule, 692 Rotorwelle, 692A äußere Umfangsfläche, 693 Stator, 693A Statorspule, 694 Gehäuse, 699 Wechselstromgeneratorriemenscheibe, 699A Rillenabschnitt bzw. Nutabschnitt, 710 Riemenscheibe, 711 Riemenscheibenkörper, 711A äußere Umfangsfläche, 711B innere Umfangsfläche, 711C innerer umfänglicher zylindrischer Abschnitt, 711D Flanschabschnitt, 711E äußerer umfänglicher zylindrischer Abschnitt, 711F Halsabschnitt, 719 Welle, 720 Lüfterkupplung, 721 Gehäuse, 721A Durchgangsöffnung, 722 Ölkammer, 723 Vormischkammer, 724 Trennplatte, 725 Öffnung, 726 Feder, 727 Bimetall, 728 Kolben, 729 Antriebsscheibe, 729A Rippe bzw. Finne bzw. Flosse, 730 Kreislaufloch, 731 Rotor, 732 Lüfter, 801 Rillenkugellager, 802, 803 Drucknadelwälzlager, 811 äußerer Laufring, 811A äußere Laufringwälzfläche, 811B, 812B, 813B gehärtete Schicht, 811C, 812C, 813C innerer Abschnitt, 812 innerer Laufring, 812A innere Laufringwälzfläche, 813 Kugel, 813A Kugelwälzfläche, 814, 824, 824a, 824b Käfig, 821 Lagerscheibe, 821A Lagerscheibenwälzfläche, 823 Nadelwalze, 823A Walzenwälzfläche, 901 Drucknadelwälzlager, 902 Radialnadelwälzlager, 911 Lagerscheibe, 911A Lagerscheibenwälzfläche, 911B, 913B gehärtete Schicht, 911C, 913C innerer Abschnitt, 913, 923 Nadelwalze, 913A Walzenwälzfläche, 914, 924 Käfig, 921 äußerer Laufring, 921A äußere Laufringwälzfläche, 922 innerer Laufring, 922A innere Laufringwälzfläche.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind identische oder einander entsprechende Abschnitte mit denselben Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Zunächst werden die Strukturen eines Rillenkugellagers als ein Wälzlager und Lagerringe und Kugeln als Wälzelemente gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 1 umfasst ein Rillenkugellager 1 gemäß der ersten Ausführungsform einen ringförmigen äußeren Laufring 11, einen ringförmigen inneren Laufring 12, der innerhalb des äußeren Laufrings 11 angeordnet ist, und eine Vielzahl von Kugeln 13 als Wälzelemente, die zwischen dem äußeren Laufring 11 und dem inneren Laufring 12 angeordnet sind und in einem ringförmigen Käfig gehalten sind. Eine äußere Laufringwälzfläche 11A ist an der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 11 ausgebildet, während eine innere Laufringwälzfläche 12A an der äußeren Umfangsfläche des inneren Laufrings 12 ausgebildet ist. Der äußere Laufring 11 und der innere Laufring 12 sind derart angeordnet, dass die innere Laufringwälzfläche 12A und die äußere Laufringwälzfläche 11A einander gegenüberliegen. Eine Vielzahl von Kugeln stehen mit der inneren Laufringwälzfläche 12A und der äußeren Laufringwälzfläche 11A im Kontakt und sind durch den Käfig 14 in einem vorgeschriebenen Abstand in der Umfangsrichtung angeordnet, so dass sie auf einem ringförmigen Laufgang wälzend bzw. rollend gehalten sind. Bei den Kugeln 13 sind die Wälzflächen die Gesamtoberflächen. Gemäß der zuvor beschriebenen Struktur sind der äußere Laufring 11 und der innere Laufring 12 des Rillenkugellagers 1 relativ zueinander drehbar.
  • Der äußere Laufring 11, der innere Laufring 12 und die Kugeln 13 setzen als Wälzelemente das Rillenkugellager 1 zusammen, welches ein beschriebenes Wälzlager ist. Bezüglich 1 und 2 bestehen der äußere Laufring 11, der innere Laufring 12 und die Kugeln 13 aus Stahl, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff aufweist, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium, wobei der Rest aus Eisen und Fremdbestandteilen besteht, in denen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% sind.
  • Darüber hinaus sind gehärtete Schichten 11B, 12B und 13B, die einen größeren Kohlenstoffgehalt als entsprechende innere Abschnitte 11C, 12C und 13C aufweisen, in Bereichen ausgebildet, die die Oberflächen des äußeren Laufrings 11, des inneren Laufrings 12 und der Kugeln 13 umfassen. Die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B ist zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV. Weiterhin sind die maximalen Korngrößen der Karbide, die in den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B verteilt sind, nicht mehr als 10 μm und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten sind zumindest 7% und nicht mehr als 25%. Zusätzlich ist die Härte der inneren Abschnitte 11C, 12C, 13C der jeweiligen äußeren Laufringe 11, inneren Laufringe 12 und Kugeln 13 zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV.
  • In dem äußeren Laufring 11, dem inneren Laufring 12 und den Kugeln 13 als Wälzelemente gemäß der ersten Ausführungsform ist der Siliziumgehalt mit der Möglichkeit, aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff eine Abschälung zu fördern, reduziert und die Gehalte der Legierungselemente wie Chrom, Vanadium und Molybdän unterdrückt, während die Balance zwischen den Gehalten in dem Stahl, der den äußeren Laufring 11, den inneren Laufring 12 und die Kugeln 13 bildet, genau eingestellt sind. In dem äußeren Laufring 11, dem inneren Laufring 12 und den Kugeln 13 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Größen- und Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B und die Härteverteilungen in dem äußeren Laufring 11, dem inneren Laufring 12 und den Kugeln 13 in genauen Bereichen eingestellt. Daraus folgt, dass der äußere Laufring 11, der innere Laufring 12 und die Kugeln 13 gemäß der ersten Ausführungsform Wälzelemente bilden, die selbst in einer Hochtemperaturumgebung oder in einer Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig sind, da die Gehalte der Legierungselemente, die eine Reduzierung der Bearbeitbarkeit und eine Vergrößerung der Herstellungskosten in dem Stahl, der den äußeren Laufring 11, den inneren Laufring 12 und die Kugeln 13 bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiterhin bildet das Rillenkugellager 1 als Wälzlager gemäß der ersten Ausführungsform ein Wälzlager, das ebenfalls in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in der Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • In dem äußeren Laufring 11, dem inneren Laufring 12 und den Kugeln 13 gemäß der ersten Ausführungsform ist die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts vorzugsweise in dem Stahl, der diese bildet, zumindest 0,6 Massen-%. Daher sind feine Karbide oder Karbonitride von Molybdän und Vanadium, die als Fangplätze für Wasserstoff fungieren, ausgebildet und das Auftreten von Abschälung, die aus Verspröden durch Wasserstoff stammt, ist unterdrückt.
  • In dem äußeren Laufring 11, dem inneren Laufring 12 und den Kugeln 13 gemäß der ersten Ausführungsform ist die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts in dem Stahl, der diese bildet, vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte des Chromgehalts. Daher können hierfür die Herstellungskosten gedrückt werden.
  • In dem äußeren Laufring 11, dem inneren Laufring 12 und den Kugeln 13 gemäß der ersten Ausführungsform ist der Siliziumgehalt in dem Stahl, der diese bildet, vorzugsweise nicht mehr als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts. Daher wird die Abschälung, die aus der Versprödung durch Wasserstoff stammt, weiter von dem Molybdän und Vanadium unterdrückt, wobei die Förderung der Abschälung, die durch Versprödung durch Wasserstoff von dem Silizium stammt, unterdrückt wird.
  • In dem äußeren Laufring 11, dem inneren Laufring 12 und den Kugeln 13 gemäß der ersten Ausführungsform ist die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B vorzugsweise zumindest 550 HV in einem Fall, wenn eine Behandlung durchgeführt wird, bei der diese 60 Minuten lang auf eine Temperatur von 500°C gehalten werden. Daher ist eine ausreichende Lebensdauer des Wälzkontakts in der Hochtemperaturumgebung gewährleistet.
  • Im Folgenden wird ein Herstellungsprozess der Wälzelemente und des Wälzlagers gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Mit Bezug auf 3 wird in einem Schritt (S100) ein Stahlvorratsanfertigungsschritt des Anfertigens eines Stahlvorrats ausgeführt, der aus Stahl besteht, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff umfasst, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Masse-% Vanadium, mit dem Rest bestehend aus Eisen und Fremdstoffen, in denen die Summe des Siliziumgehalts und Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% sind. Genauer werden beispielsweise Stahlbarren oder Stahldrähte, die die oben genannten Komponenten umfassen, angefertigt.
  • Dann wird in einem Schritt (S200) ein Formungsschritt des Anfertigens von Stahlelementen durch Formen der oben genannten Stahlelemente ausgeführt, die in Rohformen des Wälzelements geformt sind. Genauer werden Stahlelemente in die Rohformen des äußeren Laufrings 11, des inneren Laufrings 12 und der Kugeln 13, die in den 1 und 2 dargestellt sind, gebracht, durch Ausführen von Arbeiten wie Schmieden und Drehen auf den vorgenannten Stahlbarren oder Stahldrähten. Die oben genannten Schritte (S100) und (S200) bilden einen Stahlelementvorbereitungsschritt, in dem Stahlelemente in Rohformen von Wälzelementen angefertigt werden.
  • Dann wird in einem Schritt (S300) ein Abschreckhärtungsschritt zur Ausführung von Karburierung oder Nitrierung auf den Stahlelementen und danach eine Abschreckhärtung der Stahlelemente durch Kühlung derselben von einer Temperatur von zumindest einem Punkt A1 zu einer Temperatur von nicht mehr als einem Punkt MS ausgeführt. Danach wird in einem Schritt (S400) ein Temperschritt zur Temperung der abschreckgehärteten Stahlelemente durch Aufheizen derselben auf einen Temperaturbereich von zumindest 150°C und nicht mehr als 300°C ausgeführt. Die oben genannten Schritte (S300) und (S400) bilden einen Wärmebehandlungsschritt zur Wärmebehandlung der Stahlelemente. Die Details dieses Wärmebehandlungsschritts werden später beschrieben.
  • Dann wird in einem Schritt (S500) ein Abschlussschritt ausgeführt. Genauer wird ein Abschließen wie Schleifen bzw. Polieren auf den Stahlelementen, die dem Wärmebehandlungsschritt unterworfen wurden, ausgeführt, wobei der äußere Laufring 11, der innere Laufring 12 und die Kugeln 13 abgeschlossen werden. Auf diese Weise ist der Herstellungsprozess der Wälzelemente in der ersten Ausführungsform abgeschlossen und der äußere Laufring 11, der innere Laufring 12 und die Kugeln 13 sind als Wälzelemente vervollständigt.
  • Weiterhin wird in einem Schritt (S600) ein Montageschritt ausgeführt. Genauer werden der äußere Laufring 11, der innere Laufring 12 und die Kugeln 13, die in den Schritten (S100) bis (S500) angefertigt wurden und der einzeln gefertigte Käfig 14 usw. miteinander kombiniert und zu dem Rillenkugellager 1 als Wälzlager gemäß der ersten Ausführungsform zusammengesetzt. Auf diese Weise ist der Herstellungsprozess des Wälzlagers gemäß der ersten Ausführungsform abgeschlossen und das Rillenkugellager 1 als Wälzlager vervollständigt.
  • Im Folgenden werden die Details des Wärmebehandlungsschritts beschrieben. Mit Bezug auf 4 zeigt die quer verlaufende Richtung die Zeit, wobei die Zeit nach rechts verstreicht. Weiterhin mit Bezug auf 4 zeigt die senkrechte Richtung die Temperatur, wobei die Temperatur nach oben ansteigt.
  • Mit Bezug auf 4 werden die Stahlelemente, die in dem Schritt (S200) vorbereitet wurden, zunächst auf eine Temperatur T1 aufgeheizt, die eine Temperatur zumindest des Punktes A1 ist, und für eine Zeit t1 gehalten. Zu diesem Zeitpunkt werden die Stahlelemente in einer Atmosphäre aufgeheizt, die beispielsweise RX-Gas und Ammoniakgas aufweist. Somit werden die Kohlenstoffkonzentrationen und Stickstoffkonzentrationen um die Oberflächen der Stahlelemente herum auf die gewünschten Konzentrationen eingestellt. Das Karbonitrieren wird durch den oben genannten Ablauf abgeschlossen. Dann wird eine Diffusionsbehandlung zur Abkühlung der Stahlelemente auf eine Temperatur T2, die eine Temperatur von zumindest dem Punkt A1 und nicht höher als T1 und ein Halten derselben bei der Temperatur T2 über eine Zeit t2 ausgeführt. Somit diffundieren der Kohlenstoff und der Stickstoff, die in die Stahlelemente eindringen, und die Mengen der Karbide, die nach der Wärmebehandlung verbleiben und die Menge der zurückgehaltenen Austenite können kontrolliert werden. Danach werden die Stahlelemente beispielsweise in Öl eingetaucht (Ölkühlung), um von der Temperatur von zumindest dem Punkt A1 zu der Temperatur von nicht mehr als dem Punkt MS abgekühlt zu werden. Auf diese Weise ist die primäre Abschreckung abgeschlossen. Der Abschreckhärteschritt wird durch die oben genannten Schritte abgeschlossen.
  • Dann wird der Temperschritt ausgeführt, in dem die abschreckgehärteten Stahlelemente auf eine Temperatur T4, die eine Temperatur von nicht mehr als der Punkt A1 ist, aufgeheizt werden, selbige über eine Zeit t4 gehalten werden und danach auf Raumtemperatur beispielsweise über Luftkühlung (zur Kühlung abgestellt) abgekühlt. Der Wärmebehandlungsschritt gemäß dieser Ausführungsform wird durch die vorgenannten Schritte abgeschlossen.
  • Die Temperatur T1 ist eine Temperatur von beispielsweise zumindest 900°C und nicht mehr als 980°C und vorzugsweise insbesondere eine Temperatur von zumindest 930°C und nicht mehr als 960°C, in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, die die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bilden. Die Temperatur T2 ist eine Temperatur von beispielsweise zumindest 850°C und nicht mehr als 960°C und vorzugsweise insbesondere eine Temperatur von zumindest 900°C und nicht mehr als 960°C, in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Auf der anderen Seite ist die Zeit t1 beispielsweise zumindest 360 Minuten und nicht größer als 720 Minuten und die Zeit t2 ist beispielsweise zumindest 90 Minuten und nicht mehr als 300 Minuten. Weiterhin ist die Temperatur T3 beispielsweise eine Temperatur von zumindest 800°C und nicht mehr als 900°C und vorzugsweise insbesondere eine Temperatur von zumindest 840°C und nicht mehr als 880°C, in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Auf der anderen Seite ist die Zeit t3 beispielsweise zumindest 20 Minuten und nicht mehr als 60 Minuten.
  • Zu dem Zeitpunkt des Karbonitrierens wird ein Kohlenstoffpotential (CP)-Wert von beispielsweise zumindest 0,9 und nicht mehr als 1,4 und vorzugsweise insbesondere zumindest 1,1 und nicht mehr als 1,3 in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, aus dem die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bestehen, eingestellt. Andererseits können die CP-Werte in der Zeit, wenn die Diffusionsbehandlung ausgeführt wird und in der Zeit, wenn ein Sekundärabschrecken ausgeführt wird beispielsweise auf zumindest 0,6 und nicht mehr als 1,2 und entsprechend auf zumindest 0,6 und nicht mehr als 1,0 eingestellt werden. Weiterhin ist die Ammoniakkonzentration in der Atmosphäre zum Zeitpunkt des Karbonitrierens beispielsweise auf zumindest 5 Vol.-% und nicht mehr als 20 Vol.-% und vorzugsweise insbesondere auf 8 Vol.-% und nicht mehr als 15 Vol.-% eingestellt, in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet.
  • Die Temperatur T4 ist beispielsweise eine Temperatur von zumindest 150°C und nicht mehr als 300°C und vorzugsweise insbesondere eine Temperatur von 200°C und nicht mehr als 260°C in Abhängigkeit der Komponentenzusammensetzung des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Andererseits ist die Zeit t4 beispielsweise zumindest 60 Minuten und nicht mehr als 180 Minuten.
  • Der Punkt A1 beschreibt einen Punkt, der einer Temperatur entspricht, bei welcher die Struktur des Stahls beginnt, sich von Ferrit zu Austenit zu verändern. Der Punkt MS beschreibt einen Punkt, der einer Temperatur entspricht, bei welcher die Struktur des Stahls beginnt, zu martensitieren, wenn austenierter Stahl abgekühlt wird. Das Kohlenstoffpotential ist ein Wert, der die Konzentration von Kohlenstoff angibt, der in einem Oberflächenschichtabschnitt des Stahls enthalten ist, wenn die Karburierungs-/Dekarburierungsreaktion ein Gleichgewicht erreicht und die Kohlenstoffkonzentration, die in dem Stahl enthalten ist, einen konstanten Wert erreicht und der die Karburierbarkeit in der Atmosphäre zur Aufheizung des Stahls anzeigt. In anderen Worten wird die Karburierbarkeit erhöht, wenn das Kohlenstoffpotential erhöht wird. Das Kohlenstoffpotential des Atmosphärengases kann berechnet wer den, indem beispielsweise die Temperatur des Atmosphärengases und die Zusammensetzung des Atmosphärengases, d. h. die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid und Sauerstoff oder die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid gemessen werden.
  • Die Details einer Abänderung des Wärmebehandlungsschritts in dieser Ausführungsform werden nun mit Bezug auf die 5 beschrieben. In 5 zeigt die quer verlaufende Richtung die Zeit, wobei die Zeit nach rechts verstreicht. Weiterhin mit Bezug auf 5 zeigt die senkrechte Richtung die Temperatur, wobei die Temperatur nach oben hin ansteigt.
  • Mit Bezug auf 5 wird der Wärmebehandlungsschritt in der Abänderung gemäß dieser Ausführungsform im Wesentlichen gleich wie der Wärmebehandlungsschritt in der zuvor beschriebenen Ausführungsform ausgeführt. Anstelle des Karbonitrierens in dem Wärmebehandlungsschritt in der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird in der Abänderung jedoch eine Karburierung ausgeführt. Mit anderen Worten werden die Stahlelemente, die in dem Schritt (S200) vorbereitet wurden zunächst auf eine Temperatur T5 aufgeheizt, die eine Temperatur von zumindest des Punkts A1 ist und auf dieser für eine Zeit t5 gehalten. Zu diesem Zeitpunkt werden die Stahlelemente in einer Atmosphäre geheizt, die beispielsweise RX-Gas aufweist. Auf diese Weise werden die Kohlenstoffkonzentrationen um die Oberflächen der Stahlelemente herum auf die gewünschten Konzentrationen eingestellt. Die Karburierung wird durch das zuvor beschriebene Verfahren abgeschlossen. Danach wird eine Diffusionsbehandlung durch Kühlen des Stahlelements auf eine Temperatur T6 ausgeführt, die eine Temperatur von zumindest dem Punkt A1 und nicht mehr als T5 ist, und selbige werden für eine Zeit t6 auf einer Temperatur T6 gehalten. Auf diese Weise diffundiert Kohlenstoff, der in die Stahlelemente eindringt, und die Mengen der Karbide, die nach der Wärmebehandlung verbleiben und die Menge der zurückgehaltenen Austenite können kontrolliert werden. Danach werden die Stahlelemente beispielsweise in Öl eingetaucht (Ölkühlung), um von der Temperatur von zumindest dem Punkt A1 zu einer Temperatur von nicht mehr als dem Punkt MS abgekühlt zu werden. Auf diese Weise wird die primäre Abschreckung abgeschlossen. Die Stahlelemente werden weiter wieder auf eine Temperatur T7 aufgeheizt, die eine Temperatur von zumindest dem Punkt A1 und nicht mehr als T5 ist, dort für eine Zeit t7 gehalten und danach beispielsweise in Öl eingetaucht (Ölkühlung), um von der Temperatur von zumindest dem Punkt A1 auf die Temperatur von nicht mehr als dem Punkt MS abgekühlt zu werden. Auf diese Weise wird die sekundäre Abschreckung abgeschlossen. Der Abschreckhärteschritt wird durch die zuvor beschriebenen Schritte abgeschlossen.
  • Weiter wird ein Temperschritt ausgeführt, in dem die abschreckgehärteten Stahlelemente auf eine Temperatur T8, die eine Temperatur von nicht mehr als der Punkt A1 ist, aufgeheizt, für eine Zeit t8 gehalten und danach beispielsweise über Luftkühlung (zur Kühlung abgestellt) gekühlt werden. Der Wärmebehandlungsschritt gemäß der Abänderung dieser Ausführungsform wird durch die zuvor beschriebenen Schritte abgeschlossen.
  • Die Temperatur T5 ist eine Temperatur von beispielsweise zumindest 900°C und nicht mehr als 980°C und vorzugsweise insbesondere von zumindest 930°C und nicht mehr als 960°C in Abhängigkeit von den Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Die Temperatur T6 ist eine Temperatur von beispielsweise mindestens 850°C und nicht mehr als 960°C und vorzugsweise insbesondere eine Temperatur von zumindest 900°C und nicht mehr als 960°C in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Demgegenüber ist die Zeit t5 beispielsweise mindestens 360 Minuten und nicht mehr als 720 Minuten und die Zeit t6 beispielsweise zumindest 90 Minuten und nicht mehr als 300 Minuten. Weiterhin ist die Temperatur T7 eine Temperatur von beispielsweise zumindest 800°C und nicht mehr als 900°C und vorzugsweise insbesondere eine Temperatur von zumindest 850°C und nicht mehr als 880°C in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Andererseits ist die Zeit t7 beispielsweise zumindest 20 Minuten und nicht mehr als 60 Minuten.
  • Zu dem Zeitpunkt, wenn die Karburierung ausgeführt wird liegt der Kohlenstoffpotential (CP)-Wert beispielsweise bei zumindest 0,9 und nicht mehr als 1,4 und vorzugsweise insbesondere bei zumindest 1,1 und nicht mehr als 1,3 in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Zu dem Zeitpunkt, wenn die Diffusionsbehandlung ausgeführt wird und wenn die sekundäre Abschreckung ausgeführt wird können die CP-Werte demgegenüber beispielsweise auf zumindest 0,6 und nicht mehr als 1,2 und entsprechend auf zumindest 0,6 und nicht mehr als 1,0 gesetzt sein.
  • Die Temperatur T8 ist eine Temperatur von beispielsweise zumindest 150°C und nicht mehr als 300°C und vorzugsweise insbesondere eine Temperatur von zumindest 180°C und nicht mehr als 240°C in Abhängigkeit der Zusammensetzungskomponenten des Stahls, der die Stahlelemente in dieser Ausführungsform bildet. Demgegenüber ist die Zeit t8 beispielsweise zumindest 60 Minuten und nicht mehr als 180 Minuten.
  • In jedem der Wärmebehandlungsschritte in der zuvor beschriebenen Ausführungsform und in der Abänderung wird ein sekundäres Abschrecken nach der Karburierung oder dem Karbonitrieren ausgeführt. Daher kann die Korngrößenzahl der austenitischen Kristallkörner (vorrangig austenitischer Kristallkörner) in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, erhöht werden (die Größen der Kristallkörner können reduziert werden) und die Struktur des Stahls kann raffiniert werden. Folglich kann die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts, die Belastbarkeit usw. der Wälzele mente verbessert werden. In jedem der Wärmebehandlungsschritte in der zuvor beschriebenen Ausführungsform und in der Abänderung davon kann andererseits auch in Abhängigkeit der Einsatzbedingungen der Wälzelemente auf die zuvor beschriebene sekundäre Abschreckung verzichtet werden. Daher können die Herstellungskosten der Wälzelemente verringert werden.
  • Die gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B, die karburierte Schichten oder karbonitrierte Schichten sind, sind auf den Oberflächen des äußeren Laufrings 11, des inneren Laufrings 12 und der Kugeln 13 als den Wälzelementen, insbesondere auf den Bereichen, die die Wälzflächen umfassen, mittels des zuvor beschriebenen Wärmebehandlungsschritts ausgebildet. Die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B kann auf zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV, auf nicht mehr als 10 μm und auf zumindest 7% und nicht mehr als 25% entsprechend festgelegt werden, während die Härte der inneren Abschnitte 11C, 12C und 13C, die die Bereiche innerhalb der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B sind, auf zumindest 450 und nicht mehr als 650 HV festgelegt werden können.
  • In dem Herstellungsprozess des Wälzelements gemäß jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen und der Abänderung werden in dem Stahlelementanfertigungsschritt Stahlelemente hergestellt, die aus Stahl bestehen, der die zuvor beschriebenen Zusammensetzungskomponenten unter Unterdrückung der Gehalte von Legierungselementen aufweist, die zur Verringerung der Bearbeitbarkeit und zur Erhöhung der Herstellungskosten führen, was zur Verbesserung der Härte und des Verschleißwiderstands bei hoher Temperatur unter Verbesserung der Tempererweichungsresistenz und zur Unterdrückung von Abschälungen, die von Versprödung durch Wasserstoff erzeugt werden, führt. Nachdem in dem Abschreckhärteschritt die gehärteten Schichten 11B, 12B und 13B auf den Stahlelementen ausgebildet sind, werden die Stahlelemente auf den genauen Temperaturbereich aufgeheizt und in dem Temperschritt getempert. Folglich können mit dem Herstellungsprozess des Wälzelements in jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsform und der Abänderungen Wälzelemente hergestellt werden, die auch in den Hochtemperaturumgebungen oder in den Umgebungen, in die Wasser eindringt, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Vergrößerung der Herstellungskosten des Stahls, aus dem die Wälzelemente bestehen, erzeugen, unterdrückt werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Wälzelemente und ein Wälzlager gemäß einer zweiten Ausführungsform werden nun beschrieben.
  • Mit Bezug auf 6 hat ein selbstausrichtendes Wälzlager 2 im Wesentlichen eine gleiche Struktur wie das Rillenkugellager 1, das mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wurde. Das selbstausrichtende Wälzlager 2 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Rillenkugellager 1 gemäß der ersten Ausführungsform jedoch in den Formen der Lagerringe und Wälzelemente.
  • In dem selbstausrichtenden Wälzlager 2 weist eine innere Umfangsfläche eines äußeren Laufrings 21 die Form einer sphärischen Oberfläche auf, dessen Zentrum mit dem Lagerzentrum zusammenfällt, sind zwei Reihen von Laufbahnnuten auf der äußeren Oberfläche eines inneren Laufrings 22 ausgebildet und zwei Reihen von tonnenförmigen Walzen 23, die durch einen Käfig 24 gehalten werden, sind zwischen dem äußeren Laufring 21 und dem inneren Ring 22 vorgesehen. Die Ausrichtefähigkeit gegenüber einer Neigung einer Welle oder ähnliches wird aufgrund der zwei Reihen tonnenförmiger Walzen 23 erhalten. Bei den Walzen 23 sind deren Wälzflächen die gesamten äußeren Umfangsflächen.
  • Die Lagerringe (äußerer Laufring 21 und innerer Laufring 22) und die Walzen 23 des selbstausrichtenden Wälzlagers 2 als Wälzelemente entsprechen den Lagerringen (äußerer Laufring 11 und innerer Laufring 12) und Kugeln 13 des in 1 dargestellten Rillenkugellagers 1 und weisen gleiche Strukturen auf. Anders gesagt sind gehärtete Schichten, die denen des äußeren Laufrings 11, inneren Laufrings 12 und der Kugeln 13, die in Bezug auf 2 beschrieben wurden, gleichen, in Bereichen ausgebildet, die die Oberflächen des äußeren Laufrings 21, des inneren Laufrings 22 und der Walzen 23 umfassen, während die Härte der inneren Abschnitte ebenfalls zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV ist.
  • Folglich sind der äußere Laufring 21, der innere Laufring 22 und die Walzen 23 gemäß der zweiten Ausführungsform Wälzelemente, die sowohl in der Hochtemperaturumgebung als auch in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig sind, während in dem Stahl, der den äußeren Laufring 21, den inneren Laufring 22 und die Walzen 23 bildet, die Gehalte der Legierungselemente unterdrückt sind, die zu einer Verringerung der Bearbeitbarkeit und zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führen. Weiterhin ist das selbstausrichtende Wälzlager 2 als Wälzlager gemäß der zweiten Ausführungsform ein Wälzlager, das ebenfalls in der Hochtemperaturumgebung oder der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind. Daher eignet sich das selbstausrichtende Wälzlager 2 beispielsweise als Kalanderwalzenträgerlager einer Papierherstellungsmaschine.
  • Das selbstausrichtende Wälzlager 2 gemäß dieser Ausführungsform kann durch ein Herstellungsverfahren hergestellt werden, das dem für das in der ersten Ausführungsform beschriebenen Rillenkugellager 1 gleicht.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Im Folgenden werden Wälzelemente und ein Wälzlager gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben.
  • Mit Bezug auf 7 weist ein vierfach konisches Wälzlager 3 im Grunde eine gleiche Struktur auf wie das Rillenkugellager 1, welches mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wurde. In den Formen der Lagerringe und Wälzelemente ist das vierfach konische Wälzlager 3 gemäß der dritten Ausführungsform jedoch unterschiedlich zu dem Rillenkugellager 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Mit anderen Worten umfasst das vierfach konische Wälzlager 3 vier ringförmige äußere Laufringe 31, zwei ringförmige innere Laufringe 32, die innerhalb der äußeren Laufringe 31 angeordnet sind und eine Vielzahl von konischen Walzen 33, die zwischen den äußeren Laufringen 31 und den inneren Laufringen 32 angeordnet sind. Vier äußere Laufringe 31 und zwei innere Laufringe 32 sind derart angeordnet, dass die äußeren Umfangsflächen der inneren Laufringe 32 entsprechend gegenüber den inneren Umfangsflächen der zwei äußeren Laufringe 31 angeordnet sind. Weiterhin steht eine Vielzahl von Walzen 33 im Kontakt mit den äußeren Laufringwälzflächen 31A, die an den inneren Umfangsflächen der äußeren Laufringe 31 ausgebildet sind, und den inneren Laufringwälzflächen 32A, die an den äußeren Umfangsflächen der inneren Laufringe 32 entlang den inneren Umfangsflächen der äußeren Laufringe 31 angeordnet sind, und werden durch einen Käfig 34 gehalten, so dass sie bei einem vorgeschriebenen Abstand in der Umfangsrichtung angeordnet sind und in vier Reihen von ringförmigen Laufbahnen rollbar gehalten sind. Entsprechend der zuvor beschriebenen Struktur sind die äußeren Laufringe 31 und inneren Laufringe 32 des vierfach konischen Wälzlagers 3 relativ zueinander drehbar ausgebildet. Bei den Walzen 33 sind die gesamten äußeren Umfangsflächen Wälzflächen.
  • Die Lagerringe (äußerer Laufring 31 und innerer Laufring 32) und die Walzen 33 des vierfach konischen Wälzlagers 3 entsprechen als Wälzelemente den Lagerringen (äußerer Laufring 11 und innerer Laufring 12) und Kugeln 13 des Rillenkugellagers 1, welches in 1 dargestellt ist und haben gleiche Strukturen. Mit anderen Worten sind gehärtete Schichten, die gleich jenen des äußeren Laufrings 11, inneren Laufrings 12 und der Kugeln 13, welche in Bezug auf 2 beschrieben wurden, in Bereichen ausgebildet, die die Oberflächen der äußeren Laufringe 31, inneren Laufringe 32 und Walzen 33 umfassen, wobei die Härte der inneren Abschnitte ebenfalls zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV ist.
  • Folglich sind die äußeren Laufringe 31, inneren Laufringe 32 und Walzen 33 gemäß der dritten Ausführungsform als Wälzelemente auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig, wobei die Gehalte der Legierungselemente, welche eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Vergrößerung der Herstellungskosten erzeugen, in dem Stahl, der die äußeren Laufringe 31, inneren Laufringe 32 und Walzen 33 bildet, unterdrückt sind. Weiterhin ist das vierfach konische Wälzlager 3 als Wälzlager gemäß der dritten Ausführungsform ein Wälzlager, das auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind. Daher eignet sich das vierfach konische Wälzlager 3 beispielsweise als Walzentragelager von Eisen- und Stahlwälzausstattung.
  • Das vierfach konische Wälzlager 3 gemäß dieser Ausführungsform kann durch ein gleiches Herstellungsverfahren wie das für das Rillenkugellager 1, das in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, hergestellt werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Im Folgenden wir mit Bezug auf 8 die Struktur eines Maschinenwerkzeugs beschrieben, das ringförmige Kugellager und ein zylinderförmiges Kugellager gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • Mit Bezug auf 8 umfasst ein Maschinenwerkzeug 590 gemäß dieser Ausführungsform eine Hauptspindel 591, die eine zylindrische Form aufweist, ein Gehäuse 592, das die äußere Umfangsfläche der Hauptspindel 591 umschließt und abgewinkelte Kugellager 501 (Vorderlager) und zylindrisches Wälzlager 502 (Rücklager) als Maschinenwerkzeugwälzlager, die zwischen der Hauptspindel 591 und dem Gehäuse 592 derart eingepasst und angeordnet sind, so dass die äußeren Umfangsflächen der äußeren Laufringe im Kontakt mit einer inneren Wand 592A des Gehäuses stehen und innere Umfangsflächen der inneren Laufringe im Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche 591A der Hauptspindel 591 stehen. Auf diese Weise ist die Hauptspindel 591 derart gehalten, dass sie axial bezüglich des Gehäuses 592 drehbar ist.
  • Ein Motorrotor 593B ist auf die Hauptspindel 591 gesetzt, um einen Teil der äußeren Umfangsfläche 591A zu umschließen, während ein Motorstator 593A in gegenüberliegender Lage zu dem Motorrotor 593B in eine innere Wand 592A des Gehäuses 592 eingesetzt ist. Der Motorstator 593A und der Motorrotor 593B bilden einen Motor 593 (Einbaumotor). Auf diese Weise ist die Hauptspindel 591 aufgrund der Kraft des Motors 593 relativ zu dem Gehäuse 592 drehbar angeordnet.
  • Mit anderen Worten sind die abgewinkelten Kugellager 501 und zylindrischen Wälzlager 502 Maschinenwerkzeugwälzlager, die eine drehbar angetriebene Hauptspindel 591 derart lagern, dass sie bezüglich des Gehäuses 592 drehbar ist, das ein Element ist, das in der Nähe der Hauptspindel 591 im Maschinenwerkzeug 599 angeordnet ist und ein Werkstück durch die Drehung der Hauptspindel 591 bearbeitet.
  • Im Folgenden wird eine Arbeitsweise des Maschinenwerkzeugs 590 beschrieben. Mit Bezug auf 8 wird dem Motorstator 593A des Motors 593 von einer nicht dargestellten Kraftquelle eine Kraft zugeführt, woraus die Antriebskraft für die axiale Drehung des Motorrotors 593B erzeugt wird. Daher dreht sich die durch die abgewinkelte Kugellager 501 und zylindrische Wälzlager 502 bezüglich des Gehäuses 592 drehbar gelagerte Hauptspindel 591 relativ zu dem Gehäuse 592 zusammen mit dem Motorrotor 593B. Also dreht sich die Hauptspindel 591 derart, dass ein nicht dargestelltes Werkzeug, das am Vorderende 591B der Hauptspindel 591 angebracht ist, das Werkstück durch Schneiden und Schleifen des Werkstücks bearbeiten kann.
  • Die abgewinkelten Kugellager 501 werden nun beschrieben. Mit Bezug auf die 9 und 10 umfasst jedes abgewinkelte Lager 501 einen äußeren Laufring 511 als ein erstes Laufbahnelement, das als Maschinenwerkzeugswälzelement ausgebildet ist, einen zweiten Laufring 512 als ein zweites Laufbahnelement, das als Maschinenwerkzeugwälzelement ausgebildet ist, Kugeln 513 als eine Vielzahl von Wälzelementen, die Maschinenwerkzeugwälzelemente sind und einen Käfig 514.
  • Eine äußere Laufringwälzfläche 511A ist als eine ringförmige erste Wälzfläche auf dem äußeren Laufring 511 ausgebildet. Eine innere Laufringwälzfläche 512A ist gegenüber der äußeren Laufringwälzfläche 511A auf dem inneren Laufring 512 als eine ringförmige zweite Wälzfläche ausgebildet. Die Kugelwälzflächen 513A (Oberflächen der Kugeln 513) als Wälzelementwälzflächen sind auf der Vielzahl von Kugeln 513 ausgebildet. Die Kugeln 513 stehen im Kontakt mit den entsprechenden äußeren Laufringwälzflächen 511A und inneren Laufringwälzflächen 512A auf den Kugelwälzflächen 513A und sind durch einen ringförmigen Käfig 514 in einem vorgeschriebenen Abstand in die Umfangsrichtung angeordnet, so dass sie auf einer ringförmigen Laufbahn rollbar gehalten sind. Daher sind die äußeren Laufringe 511 und die inneren Laufringe 512 relativ zueinander drehbar ausgebildet.
  • In dem ringförmigen Kugellager 501 bilden gerade Linien, die Kontaktpunkte zwischen den Kugeln 513 und dem äußeren Laufring 511 und Kontaktpunkte zwischen den Kugeln 513 und dem inneren Laufring 512 Winkel bezüglich der radialen Richtung verbinden, Winkel in Bezug auf die radiale Richtung (die Richtung senkrecht zu einer Rotationsachse des abgewinkelten Kugellagers 501). Wenn in die radiale Richtung eine Last angesetzt wird, bildet sich daher eine Kraftkomponente in eine axiale Richtung (die Richtung der Drehachse des abgewinkelten Kugellagers 501) aus. Mit Bezug auf 8 sind zwei abgewinkelte Kugellager 501 derselben Richtung an einer Vorderseite (die Seite des vorderen Endes 591B der Hauptspindel 591) ausgebildet, wohingegen zwei abgewinkelte Kugellager 501 einer gegenüber der Vorderseite liegenden Richtung auf der Hinterseite (die Seite des Motorrotors 593B) in dem Maschinenwerkzeug 590 gemäß diese Ausführungsform ausgebildet sind, wodurch sich die Kraftkomponenten gegeneinander aufheben.
  • Mit Bezug auf die 9 und 10 bestehen der äußere Laufring 511, der innere Laufring 512 und die Kugeln 513 als Maschinenwerkzeugwälzelemente aus Stahl, welcher aus zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium besteht, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in denen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, Molybdängehalts und Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist.
  • Weiterhin sind gehärtete Schichten 511B, 512B und 513B, die höhere Kohlenstoffgehalte als entsprechende innere Abschnitte 511C, 512C und 513C aufweisen, in Bereichen ausgebildet, die die Oberflächen des äußeren Laufrings 511, inneren Laufrings 512 und der Kugeln 513 umfassen. Die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 511B, 512B und 513B ist zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV. Die maximalen Korngrößen der Karbide, die in den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 511B, 512B und 513B verteilt sind, sind nicht größer als 10 μm und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten sind zumindest 7% und nicht mehr als 25%. Weiterhin ist die Härte der inneren Abschnitte 511C, 512C und 513C der entsprechenden äußeren Laufringe 511, inneren Laufringe 512 und Kugeln 513 zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV.
  • Im äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und in den Kugeln 513 als Maschinenwerkzeugwälzelemente gemäß dieser Ausführungsform ist der Siliziumgehalt, der eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff fördert, reduziert und die Gehalte der Legierungselemente wie Chrom, Vanadium und Molybdän sind unterdrückt, während die Balance zwischen den Gehalten in dem Stahl, der den äußeren Laufring 511, den inneren Laufring 512 und die Kugeln 513 bildet, genau eingestellt ist. Im äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und in den Kugeln 513 gemäß dieser Ausführungsform sind die Größen- und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 511B, 512B und 513B und die Härteverteilung im äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und in den Kugeln 513 in genauen Bereichen eingestellt. Daraus folgt, dass der äußere Laufring 511, der innere Laufring 512 und die Kugeln 513 gemäß dieser Ausführungsform Maschinenwerkzeugwälzelemente sind, die auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Erhöhung der Herstellungskosten erzeugen, in dem Stahl, der den äußeren Laufring 511, den inneren Laufring 512 und die Kugeln 513 bildet, unterdrückt sind. Weiterhin ist jedes abgewinkelte Kugellager 501 als Maschinenwerkzeugwälzlager gemäß dieser Ausführungsform ein Maschinenwerkzeugkugellager, das auch in der Hochtemperaturumgebung oder in der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • Im äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und in den Kugeln 513 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts vorzugsweise zumindest 0,6 Massen-%. Daher sind feine Karbide oder Karbonitride von Molybdän und Vanadium, die als Einfangplätze für Wasserstoff fungieren, ausgebildet und das Auftauchen der Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff ist unterdrückt.
  • Im äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und den Kugeln 513 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte des Chromgehalts. Daher können die Herstellungskosten für diese verringert werden.
  • Im äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und in den Kugeln 513 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, der Siliziumgehalt vorzugsweise nicht höher als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts. Daher kann die Abschälung, die aus Versprödung durch Wasserstoff stammt, durch das Molybdän und das Vanadium weiter unterdrückt werden, wobei die Förderung der Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff durch Silizium unterdrückt wird.
  • Im äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und in den Kugeln 513 gemäß der Ausführungsform ist die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 511B, 512B und 513B vorzugsweise zumindest 550 HV in dem Fall, wenn eine Behandlung durchgeführt wird, bei der diese 60 Minuten lang auf eine Temperatur von 500°C gehalten werden. Daher sind die Ermüdungsbeständigkeiten des Wälzkontakts in der Hochtemperaturumgebung genügend gewährleistet.
  • Nun wird das zuvor beschriebene zylindrische Wälzlager 502 beschrieben. Mit Bezug auf 11 weist das zylindrische Wälzlager 502 im Grunde eine gleiche Struktur auf, wie das zuvor erwähnte abgewinkelte Kugellager 501 und hat eine gleiche Funktion. In den Strukturen der Lagerringe und Wälzelemente ist das zylindrische Wälzlager 502 jedoch verschieden von dem abgewinkelten Kugellager 501.
  • Mit anderen Worten umfasst das zylindrische Wälzlager 502 einen äußeren Laufring 521 als ein erstes Laufbahnelement, das ein Maschinenwerkzeugwälzelement ist, einen inneren Laufring 522 als ein zweites Laufbahnelement, das ein Maschinenwerkzeugwälzelement ist, zylindrische Walzen 523 als eine Vielzahl von Wälzelementen, die Maschinenwerkzeugwälzelemente sind und einen Käfig 524. Eine äußere Laufringwälzfläche 521A ist als eine ringförmige erste Wälzfläche an dem äußeren Laufring 521 ausgebildet. Eine innere Laufringwälzfläche 522A ist als eine zweite ringförmige Wälzfläche gegenüber der äußeren Laufringwälzfläche 521A an dem inneren Laufring 522 ausgebildet. Walzenwälzflächen 523A (äußere Umfangsflächen der zylindrischen Walzen 523) sind als Wälzelementwälzflächen auf einer Vielzahl von zylindrischen Walzen 523 ausgebildet. Die zylindrischen Walzen 523 kommen mit den entsprechenden äußeren Laufringwälzflächen 521A und inneren Laufringwälzflächen 522A an den Walzenwälzflächen 523A in Kontakt und sind mittels des ringförmigen Käfigs 524 in die Umfangsrichtung in einem bestimmten Abstand angeordnet, so dass sie rollbar auf einer ringförmigen Laufbahn gehalten sind. Daher sind der äußere Laufring 521 und der innere Laufring 522 relativ zueinander drehbar.
  • Mit Bezug auf die 9 bis 11 entsprechen die äußeren Laufringe 521, inneren Laufringe 522 und zylindrischen Walzen 523 als Maschinenwerkzeugwälzelemente gemäß dieser Ausführungsform dem zuvor beschriebenen äußeren Laufring 511, inneren Laufring 512 und den Kugeln 513, sind aus gleichem Stahl gemacht und haben gehärtete Schichten und innere Abschnitte, die in der Struktur gleich den gehärteten Schichten 511B, 512B und 513B und den inneren Abschnitten 511C, 512C und 513C sind. Folglich sind der äußere Laufring 521, innere Laufring 522 und die zylindrischen Walzen 523 gemäß dieser Ausführungsform Maschinenwerkzeugwälzelemente, die auch in widrigen Umgebungen wie in der Hochtemperaturumgebung oder der Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Erhöhung der Herstellungskosten erzeugen, in dem Stahl, der den äußeren Laufring 521, den inneren Laufring 522 und die zylindrischen Walzen 523 bildet, unterdrückt sind. Weiterhin ist das zylindrische Wälzlager 502 als Maschinenwerkzeugwälzlager gemäß dieser Ausführungsform ein Maschinenwerkzeugwälzlager, das auch in der widrigen Umgebung wie die Hochtemperaturumgebung oder die Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • Das abgewinkelte Kugellager 501 und das zylindrische Kugellager 502 gemäß dieser Ausführungsform können durch ein Herstellungsverfahren hergestellt werden, das gleich dem für das Rillenkugellager 1 ist, welches in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Die Struktur eines Wechselstromgenerators, der Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager gemäß einer fünften Ausführungsform umfasst, wird nun mit Bezug auf 12 beschrieben.
  • Mit Bezug auf 12 umfasst ein Wechselstromgenerator 690 einen Rotor 691, der eine scheibenförmige Form aufweist und um welchen eine Rotorspule 691A gewunden ist, ein Gehäuse 694, das derartig angeordnet ist, dass es den Rotor 691 umschließt, eine Rotorwelle 692, die durch einen Zentralabschnitt des Rotors 691 verläuft und durch eine Wandfläche des Gehäuses 694 verläuft und einen Stator 693, der derart angeordnet ist, dass er an dem Gehäuse 694 befestigt wird und der äußeren Umfangsfläche des Rotors 691 im Gehäuse 694 gegenüber liegt. Die Statorspulen 693A sind in drei Abschnitten um den Stator 693 gewunden, wobei sie voneinander beispielsweise um 120° entsprechend auf einer Umfangsfläche entlang einer äußeren Umfangsfläche des Rotors 691 beabstandet sind. Ein Paar von Schmiermittel gedichteten Rillenkugellagern 601 als Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung eines Automobils gemäß der vorliegenden Erfindung ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche 692A der Rotorwelle 692 und dem Gehäuse 694 angeordnet, was ein Element ist, das derart angeordnet ist, dass es gegenüber eines Teils der äußeren Umfangsfläche 692A liegt. Mit anderen Worten sind Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils, die die Rotorwelle 692 als drehbar angetriebenes Drehelement derart halten, dass es bezüglich des Gehäuses 694 drehbar ist, welches ein Element ist, das in der Nähe der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 692 im Wechselstromgenerator 690 angeordnet ist, der eine Maschine für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung eines Automobils ist.
  • Daher ist die Rotorwelle 692 axial drehbar bezüglich des Gehäuses 694 gehalten und der Rotor 691 ist derart ausgebildet, dass er mit der Rotorwelle 692 insgesamt drehbar ist. Weiterhin umfasst der Wechselstromgenerator 690 eine Wechselstromgeneratorriemenscheibe 699, die eine ringförmige Form aufweist, die mit der Rotorwelle 692 verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass sie insgesamt mit der Rotorwelle 692 in einem äußeren Abschnitt des Gehäuses 694 drehbar ist. An der äußeren Umfangsfläche der Wechselstromgeneratorriemenscheibe 699 ist ein Rillenabschnitt 699A zur Aufnahme eines nicht dargestellten Riemens zur Kraftübersetzung ausgebildet.
  • Eine Arbeitsweise des Wechselstromgenerators 690 wird nun beschrieben. Der Riemen (nicht dargestellt), welcher sich aufgrund von Kraft aus einer Energiequelle, wie ein Motor, dreht, erstreckt sich über die äußere Umfangsfläche der Wechselstromgeneratorriemenscheibe 699, die mit dem Nutabschnitt 699A ausgestattet ist. Dieser Riemen dreht sich derart, dass sich die Wechselstromgeneratorriemenscheibe 699 vollständig zusammen mit der Rotorwelle 692 um die Achse der Rotorwelle 692 dreht, die durch die Schmiermittel gedichteten Rillenkugellager 601 mit Bezug zum Gehäuse 694 drehbar gelagert ist. Der Rotor 691 dreht sich vollständig zusammen mit der Rotorwelle 692 um die Achse der Rotorwelle 692. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich der Rotor 691 relativ bezüglich des Stators 693, der gegenüber der äußeren Umfangsfläche des Rotors 691 ist und an dem Gehäuse 694 befestigt angeordnet ist. Folglich wird aufgrund der elektromagnetischen Induktion zwischen der Rotorspule 691A und den Statorspulen 693A eine elektromotorische Kraft in den Statorspulen 693A erzeugt.
  • Mit anderen Worten sind Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 als Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils gemäß der fünften Ausführungsform Wechselstromgeneratorwälzlager, die die Rotorwelle 692 schwenkbar lagert, die durch den Rotor 691 verläuft, und sich im Ganzen mit dem Rotor 691 dreht, so dass sie bezüglich des Gehäuses 694 drehbar ist, das ein Element ist, dass derart angeordnet ist, dass es der äußeren Umfangsfläche der Rotorwelle 692 in dem Wechselstromgenerator gegenüber liegt, der die elektromotorische Kraft in den Statorspulen 693A des Stators 693 durch die Drehung des Rotors 691 erzeugt, welcher derart angeordnet ist, dass er gegenüber der äußeren Umfangsseite des Rotors 691 liegt.
  • Also sind die Schmiermittel gedichteten Rillenkugellager 601 Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils, die die Rotorwelle 692 im Wechselstromgenerator 690 drehbar lagern, der, während er die Kraft verwendet, die im Motor des Automobils erzeugt wurde, diese drehbar über diese Kraft antreibt, so dass sie bezüglich des Gehäuses 694, das in der Nähe der Rotorwelle 692 angeordnet ist, drehbar ist.
  • Im Folgenden werden die zuvor erwähnten Schmiermittel gedichteten Rillenkugellager 601 beschrieben. Mit Bezug auf die 13 und 14 umfasst jedes Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 einen äußeren Laufring 611 als ein erstes Laufbahnelement, das ein Wälzelement für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils ist, einen inneren Laufring 612 als ein zweites Laufbahnelement, das ein Wälzelement für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils ist, Kugeln 613 als eine Vielzahl von Wälzelementen, die Wälzelemente für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils sind, einen Käfig 614 und Dichtelemente 615. Eine äußere Laufringwälzfläche 611A ist als eine ringförmige erste Wälzfläche an dem äußeren Laufring 611 ausgebildet. Eine innere Laufringwälzfläche 612A ist als eine zweite ringförmige Wälzfläche gegenüber der äußeren Laufringwälzfläche 611A an dem inneren Laufring 612 ausgebildet. Kugelwälzflächen 613A (Oberflächen der Kugeln 613) sind als Wälzelementwälzflächen auf einer Vielzahl von Kugeln 613 ausgebildet. Die Kugeln 613 kommen mit den entsprechenden äußeren Laufringwälzflächen 611A und inneren Laufringwälzflächen 612A an den Kugelwälzflächen 613A in Kontakt und sind so in einem vorgeschriebenen Abstand in der Umfangsrichtung durch den ringförmigen Käfig 640 gehalten, dass sie auf einer ringförmigen Laufbahn rollbar gehalten sind.
  • Ein Paar von Dichtelementen 615 sind an den entsprechenden beiden Endabschnitten in die breite Richtung des äußeren Laufrings 611 und inneren Laufring 612 zwischen dem äußeren Laufring 611 und dem inneren Laufring 612 angeordnet, um einen Raum, der zwischen dem äußeren Laufring 611 und dem inneren Laufring 612 gehalten ist, zu schließen, genauer einen Laufbahnraum, der ein Raum ist, der zwischen der äußeren Laufringoberfläche 611A und der inneren Laufringoberfläche 612A gehalten wird. Gemäß der zuvor genannten Struktur sind die äußeren Laufringe 611 und inneren Laufringe 612 des Schmiermittel gedichteten Rillenkugellagers 601 relativ zueinander drehbar ausgebildet. Eine Schmiermittelzusammensetzung 616 ist in dem zuvor beschriebenen Laufbahnraum versiegelt.
  • Weiter mit Bezug auf die 13 und 14 sind der äußere Laufring 611, der innere Laufring 612 und die Kugeln 613 als Wälzelemente für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils gebildet aus Stahl, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium besteht, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in welchen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht größer als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist.
  • Die gehärteten Schichten 611B, 612B und 613B weiterhin haben höhere Kohlenstoffgehalte als die entsprechenden inneren Abschnitte 611C, 612C und 613C und sind in Bereichen ausgebildet, die die Oberflächen des äußeren Laufrings 611, inneren Laufrings 612 und der Kugeln 613 umfassen. Die Härte der Oberflächenschicht abschnitte der gehärteten Schichten 611B, 612B und 613B ist zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV. Die maximalen Korngrößen der Karbide, die in den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 611B, 612B und 613B verteilt sind, sind nicht größer als 10 μm und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten sind zumindest 7% und nicht mehr als 25%. Weiterhin ist die Härte der inneren Abschnitte 611C, 612C und 613C des entsprechenden äußeren Laufrings 611, inneren Laufrings 612 und der Kugeln 613 zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV.
  • Im äußeren Laufring 611, inneren Laufring 612 und in den Kugeln 613 als Wälzelemente für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung eines Automobils gemäß dieser Ausführungsform ist der Siliziumgehalt, der die Abschälung aufgrund an Versprödung durch Wasserstoff fördern kann, verringert und die Gehalte der Legierungselemente wie Chrom, Vanadium und Molybdän sind unterdrückt, während die Balance zwischen den Gehalten in dem Stahl, der den äußeren Laufring 611, den inneren Laufring 612 und die Kugeln 613 bildet, genau eingestellt ist. Im äußeren Laufring 611, inneren Laufring 612 und in den Kugeln 613 gemäß dieser Ausführungsform sind weiterhin die Größen und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 611B, 612B und 613B und die Härteverteilungen im äußeren Laufring 611, inneren Laufring 612 und in den Kugeln 613 auf genaue Bereiche eingestellt. Folglich sind die äußeren Laufringe 611, inneren Laufringe 612 und Kugeln 613 gemäß dieser Ausführungsform Wälzelemente für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung eines Automobils, die auch in widriger Umgebung wie die Hochtemperaturumgebung oder eine Umgebung, auf die Vibrationen wirken, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten erzeugen, in dem Stahl, der den äußeren Laufring 611, den inneren Laufring 612 und die Kugeln 613 bildet, unterdrückt. Weiter ist das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 als Wälzlager für die elektrische Ausrüs tung/Zusatzvorrichtung des Automobils gemäß dieser Ausführungsform ein Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils, das auch in einer schwierigen Umgebung wie der Hochtemperaturumgebung oder die Umgebung, auf die Vibrationen wirken, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • Im äußeren Laufring 611, inneren Laufring 612 und in den Kugeln 613 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts vorzugsweise 0,6 Massen-%. Daher werden feine Karbide oder Karbonitride von Molybdän oder Vanadium, die als Einfangplätze für Wasserstoff fungieren, ausgebildet, und das Auftauchen von Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff ist unterdrückt.
  • Im äußeren Laufring 611, inneren Laufring 612 und in den Kugeln 613 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts vorzugsweise nicht höher als die Hälfte des Chromgehalts. Daher können die Herstellungskosten dafür verringert sein.
  • Im äußeren Laufring 611, im inneren Laufring 612 und in den Kugeln 613 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, der Siliziumgehalt vorzugsweise nicht größer als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts. Daher wird die Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff weiterhin durch Molybdän und Vanadium verringert werden, wobei die Förderung der Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff durch Silizium, unterdrückt wird.
  • Im äußeren Laufring 611, inneren Laufring 612 und den Kugeln 613 gemäß dieser Ausführungsform ist die Harte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 611B, 612B und 613B vorzugsweise zumindest 550 HV in dem Fall, wenn eine Behandlung ausgeführt wird, bei der sie für 60 Minuten auf eine Temperatur von 500° gehalten werden. Daher sind die Ermüdungsbeständigkeiten des Wälzkontakts in der Hochtemperaturumgebung ausreichend gewährleistet.
  • Das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 gemäß dieser Ausführungsform kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches dem für das Rillenkugellager 1, welches in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, gleich ist.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • Die Struktur einer Riemenscheibe, die ein Schmiermittel gedichtetes Rillenkugellager gemäß einer sechsten Ausführungsform umfasst, wird nun mit Bezug auf die 15 beschrieben.
  • Mit Bezug auf 15 umfasst eine Riemenscheibe 710, die als eine Spannscheibe und/oder eine Umlenkscheibe eines Hilfsantriebsriemens eines Automobils verwendet wird, einen Riemenscheibenkörper 711, der eine äußere Umfangsfläche 711A für die Herstellung eines Kontakts mit den Hilfsantriebsriemen (nicht dargestellt) aufweist, der ein Riemen zur Kraftübersetzung ist, eine ringförmige Gestalt hat und der mit einem Durchgangslauf zur Aufnahme einer Welle 719 in einem zentralen Abschnitt versehen ist und mit einem Schmiermittel gedichteten Rillenkugellager 601 (einreihiges Rillenkugellager als Riemenscheibenwälzlager) als Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils, welches in einen Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche 711B der Durchgangsöffnung angepasst ist.
  • Insbesondere umfasst der Riemenscheibenkörper 711 einen zylindrischen inneren Umfangsabschnitt 711C, der eine Durchgangsöffnung in der inneren Umfangsfläche aufweist, einen Flanschabschnitt 711D, der sich von einem Endabschnitt des zylind rischen inneren Umfangsabschnitts 711C in die breite Richtung (axiale Richtung) nach außen in die radiale Richtung erstreckt, einen äußeren umfänglichen zylindrischen Abschnitt 711E, der sich von dem Flanschabschnitt 711D in die breite Richtung (axiale Richtung) erstreckt und einen Halsabschnitt 711F, der sich von dem anderen Abschnitt des inneren umfänglichen zylindrischen Abschnitts 711C in die breite Richtung (axiale Richtung) nach innen in radialer Richtung erstreckt. Das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 weist die gleiche Struktur auf wie das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601, welches als Wechselstromgeneratorwälzlager ausgebildet ist, das mit Bezug auf die 13 und 14 beschrieben wurde. Ein äußerer Laufring 611 ist derart eingepasst, dass er mit dem inneren umfänglichen zylindrischen Abschnitt 711C und dem Halsabschnitt 711F des Riemenscheibenkörpers 711 im Kontakt steht.
  • Die Welle 719 ist derart eingepasst, dass sie im Kontakt mit der inneren umfänglichen Oberfläche eines inneren Laufrings 612 des Schmiermittel gedichteten Rillenkugellagers 611 steht, wobei die Welle 719 und der Riemenscheibenkörper 711 relativ zueinander axial drehbar sind und der nicht dargestellte Hilfsantriebsriemen im Kontakt mit der äußeren umfänglichen Oberfläche 711A des Riemenscheibenkörpers 711 drehbar ist. Daher kann die Riemenscheibe 710 eine oder beide Funktionen erfüllen, nämlich als Spanner, der in Kontakt mit den Hilfsantriebsriemen an der äußeren umfänglichen Oberfläche 711A tritt, um Spannung an den Hilfsantriebsriemen zu übertragen, wenn der Abstand zwischen der Welle, auf welche der Hilfsantriebsriemen aufgesetzt ist, fixiert ist und eine Funktion als ein Umlenker zur Änderung der Laufrichtung des Hilfsantriebsriemens zu dem Zwecke, dass ein Kontakt mit einer Vielzahl von Geräten im Motorraum, die als Hindernisse vorhanden sind, vermieden wird.
  • Mit anderen Worten ist das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 gemäß der sechsten Ausführungsform mit Bezug auf 15 ein Riemenscheibenwälzlager, das zwischen der Welle 719, die als Riemenscheibenwelle durch den inneren Abschnitt des Riemenscheibenkörpers 711 verläuft und den nicht dargestellten Riemen zur Übersetzung von Kraft und zur Rotation aufnimmt und dem Riemenscheibenkörper 711 angeordnet ist, um den Riemenscheibenkörper 711 drehbar zu lagern, so dass dieser bezüglich der Welle 719 drehbar ist.
  • Also ist das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 611 ein Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung eines Automobils, das in der Riemenscheibe 710 durch die Kraft arbeitet, die durch den Motor des Automobils erzeugt wurde und den Riemenscheibenkörper 711, der drehbar von dieser Kraft angetrieben wird, so lagert, dass dieser bezüglich der Welle 719, die in der Nähe des Riemenscheibenkörpers 711 angeordnet ist, drehbar ist (um durch den Riemenscheibenkörper 711 hindurchzugehen).
  • Der äußere Laufring 611, der innere Laufring 612 und die Kugeln 613 gemäß dieser Ausführungsform weisen Strukturen auf, die denen des äußeren Laufrings 611, inneren Laufrings 612 und den Kugeln 613 des Schmiermittel gedichteten Rillenkugellagers 601 gleich sind, welches das Wechselstromgeneratorwälzlager ist, welches mit Bezug auf die 13 und 14 beschrieben wurde und also sind diese Wälzelemente für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils auch in einer widrigen Umgebung wie der Hochtemperaturumgebung oder einer Umgebung, auf die Vibrationen wirken, langlebig, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Erhöhung der Herstellungskosten erzeugen in dem Stahl, der diese bildet, unterdrückt sind. Weiterhin ist das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 als Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils gemäß dieser Ausführungsform ein Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils, welches auch in widriger Umgebung wie eine Hochtemperaturumgebung oder eine Umgebung, auf die Vibrationen wirken, langlebig ist, während die Gehalte der Legie rungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind. Das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 611 gemäß dieser Ausführungsform kann durch ein Herstellungsverfahren, welches dem für das Rillenkugellager 1, was in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, gleich ist, hergestellt sein.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • Eine Gebläsekupplung, die ein Schmiermittel gedichtetes Wellenkugellager gemäß einer siebten Ausführungsform umfasst, wird nun mit Bezug auf die 16 und 17 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 16 ist eine Lüfterkupplung 720 eine Kupplung (eine Verbindung), die zwischen einem Lüfter 732 in einem Kühler zur Verringerung der Temperatur von Kühlwasser durch Zuführung eines Windes an den Kühler eines Automobils und einem Rotor 731 gesetzt ist, der ein Element zur Betreibung des Lüfters 732 ist und der durch die Kraft eines Motors gedreht wird, zur Steuerung der Drehfrequenz des Lüfters.
  • Die Lüfterkupplung 720 umfasst ein scheibenförmiges Gehäuse 721, das in einen ringförmigen Lüfter 732 eingesetzt ist, ausgestattet an der äußeren Umfangsfläche mit einem Flügelrad, um mit der inneren Umfangsfläche einer Durchgangsöffnung in Kontakt zu treten, die an einem Abschnitt des Lüfters 732 ausgebildet ist, umfassend eine Drehachse an der äußeren Umfangsfläche und ein Schmiermittel gedichtetes Rillenkugellager 601 (Lüfterkupplungswälzlager), das einen inneren Laufring 612 aufweist, der in die äußere Umfangsfläche eines Rotors 731 eingesetzt ist, welcher durch die Kraft eines nicht dargestellten Motors um eine gemeinsame Achse mit der Drehachse des Lüfters 732 drehbar betrieben ist, während sie durch eine Durchgangsöffnung 721A verläuft, die in einer Seitenwand des Gehäuses 721 angeordnet ist, und einen äußeren Laufring 611, der in die innere Umfangsfläche der Durchgangsöffnung 721A des Gehäuses 721 eingepasst ist. Daher sind der äußere Laufring und der innere Laufring des Schmiermittel gedichteten Rillenkugellagers 601 so ausgebildet, dass sie entsprechend insgesamt mit dem Gehäuse 721 und dem Rotor 731 drehbar sind. Das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 weist eine gleiche Struktur auf wie das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601, das als Wechselstromgeneratorwälzlager ausgebildet ist, welches mit Bezug auf die 13 und 14 beschrieben wurde.
  • Eine Ölkammer 722, die mit einer viskosen Flüssigkeit wie Silikonöl gefüllt ist, und eine Vormischkammer 723 neben der Ölkammer 722 sind in dem Gehäuse 721 angeordnet. Eine scheibenförmige Antriebsscheibe 729, die mit einem Flügel oder einer Leitschaufel 729A auf der äußeren Umfangsfläche ausgestattet ist, ist in der Vormischkammer 723 angeordnet. Die Antriebsscheibe 729 ist mit einer Durchgangsöffnung in einem Abschnitt ausgestattet, der das Zentrum umfasst und ist in den Rotor 731 eingepasst, um mit der äußeren Umfangsfläche des Rotors 731 an der inneren Umfangsfläche dieser Durchgangsöffnung in Kontakt zu treten. Daher ist die Antriebsscheibe 729 so ausgebildet, dass sie insgesamt mit dem Rotor 731 um eine Drehachse, die gemeinsam dem Lüfter 732 und dem Rotor 731 ist, axial drehbar ist.
  • Eine Trennplatte 724 ist zwischen der Ölkammer 722 und der Vormischkammer 723 angeordnet und eine Öffnung 725, die eine Durchgangsöffnung ist, die die Ölkammer 722 und die Vormischkammer 723 miteinander verbindet, ist in der Trennplatte 724 ausgebildet. Weiterhin ist eine plattenförmige Feder 726 in der Ölkammer 722 angeordnet, auf der Trennplatte 724 an einem Ende angebracht und so ausgebildet, dass sie mit der Öffnung 725 an einem anderen Ende überlappt. Zusätzlich ist an der Vorderseite des Gehäuses 721 ein plattenartiges Bimetall 727 angebracht (äußere Seite einer äußeren Wand von der Trennplatte 724 aus betrachtet näher an der Ölkammer 722). Weiterhin hat ein stabförmiger Kolben 728 ein Ende an einen zentra len Abschnitt des Bimetalls 727 gekoppelt und ein anderes Ende verläuft durch die äußere Wand des Gehäuses 721, und ist derart angeordnet, dass es mit der Feder 726 in der Ölkammer 722 in Kontakt tritt. Ein Kreislaufloch 730, das einen Bereich der Vormischkammer 723 gegenüber der äußeren Umfangsfläche der Antriebsscheibe 729 und die Ölkammer 722 miteinander verbindet, ist in dem Gehäuse 721 und der Trennplatte 724 ausgebildet.
  • Eine Arbeitsweise der Lüfterkupplung 720 wird nun mit Bezug auf die 16 und 17 beschrieben. Wenn der nicht dargestellte Motor startet, dreht sich der Rotor 731 aufgrund der Motorkraft axial. Zu diesem Zeitpunkt drehen sich der innere Laufring 612 des Schmiermittel gedichteten Rillenkugellagers 601, das in den Rotor 731 eingesetzt ist und die Antriebsscheibe 729 insgesamt mit dem Rotor 731.
  • Wenn die Temperatur der Luft, die durch den nicht dargestellten Kühler geht, nicht höher ist als eine bestimmte Temperatur von beispielsweise 60°C, behält das Bimetall 727, das der Luft, die durch den Kühler geht, ausgesetzt ist, in einem Fall, wenn die abgelaufene Zeit von dem Startmoment des Motors kurz ist, wie in 16 gezeigt, eine ebene Form. Daher wird die Feder 726 durch den Kolben 728 gegen die Trennplatte 724 gedrückt und die Öffnung 725 ist durch die Feder 726 geschlossen. Daher kann die Viskoseflüssigkeit wie Silikonöl, das in die Ölkammer 722 geladen ist, nicht durch die Öffnung 725 in die Vormischkammer 723 fließen. Wenn die Viskoseflüssigkeit in der Vormischkammer 723 vorhanden ist, fließt die Viskoseflüssigkeit durch das Kreislaufloch 730 aufgrund der Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Antriebsscheibe 729 entsteht, in die Ölkammer 722.
  • Folglich ist die Antriebsscheibe 729 durch das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 drehbar gelagert, um in Bezug das Gehäuse 721 drehbar zu sein und läuft leer in Bezug auf das Gehäuse 721, außer dass jenes einen leichten Scherdruck auf das Gehäuse 721 ausübt, wenn die Antriebsscheibe 729 die Viskoseflüssigkeit durch das Kreislaufloch 730 in die Ölkammer 722 einführt. Daher wird die Drehung des Rotors 731 nur leicht auf das Gehäuse 721 übertragen und der Lüfter 732 dreht sich mit einer niedrigen Drehgeschwindigkeit.
  • Wenn andererseits die Temperatur des Motors steigt und die Temperatur der Luft, die durch den nicht dargestellten Kühler hindurchgeht, die festgesetzte Temperatur von beispielsweise 60°C übertrifft, deformiert sich das Bimetall 727, das der durch den Kühler strömenden Luft ausgesetzt ist, so dass sich dieses in Richtung der Ölkammer 722 betrachtet von der Trennplatte 724 aus wie in 17 gezeigt, konvex biegt. Daher wird die Anpresskraft für die Feder 726 durch den Kolben 728 reduziert und die Öffnung 725 geöffnet. Die Viskoseflüssigkeit wie Silikonöl, das in die Ölkammer 722 geladen ist, fließt durch die Öffnung 725 in die Vormischkammer 723. Folglich wird die Drehung der Antriebsscheibe 729 durch die Viskoseflüssigkeit effizient auf das Gehäuse 721 übertragen und der Lüfter 732 dreht sich mit einer hohen Drehgeschwindigkeit.
  • Also erfüllt die Lüfterkupplung 720 eine Funktion der Temperaturerhöhung des Motors auf ein genaues Niveau, in dem die Drehgeschwindigkeit des Lüfters 732 kontrolliert niedrig wird, wenn die Temperatur des Motors niedrig ist. Wenn die Motortemperatur hoch ist, erfüllt die Lüfterkühlung 720 andererseits eine Funktion, das der Anstieg der Temperatur des Motors über einen genauen Bereich hinaus vermieden wird, in dem der Kühler durch die Steuerung der Lüfterdrehung gekühlt wird, so dass die Drehgeschwindigkeit des Lüfters 732 erhöht wird.
  • Das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 gemäß dieser Ausführungsform und der äußere Laufring 611, innere Laufring 612 und die Kugeln 613, die diesen bilden, weisen gleiche Strukturen auf wie der äußere Laufring 611, innere Laufring 612 und die Kugeln 613 des Schmiermittel gedichteten Kugellagers 611, das als Wechselstromgeneratorwälzlager mit Bezug auf die 13 und 14 beschrieben wurde und daher sind diese Wälzelemente für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils, die auch in widriger Umgebung wie Hochtemperaturumgebung oder einer Umgebung, auf die Vibrationen wirken, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Erhöhung der Herstellungskosten in dem Stahl, der diese bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiterhin ist das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 als Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils gemäß dieser Ausführungsform ein Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils, das auch in widriger Umgebung wie eine Hochtemperaturumgebung oder eine Umgebung, auf die Vibrationen wirken, langlebig ist, während die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der diese Wälzelemente bildet, unterdrückt sind. Das Schmiermittel gedichtete Rillenkugellager 601 gemäß dieser Ausführungsform kann durch ein Herstellungsverfahren, das gleich demjenigen für das Rillenkugellager 1 ist, was in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, hergestellt werden.
  • (Achte Ausführungsform)
  • Eine Übersetzung, die ein Übersetzungswälzlager gemäß einer achten Ausführungsform umfasst, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wird nun beschrieben.
  • Mit Bezug auf 18 ist eine manuelle Übersetzung 100 eine konstantmaschige manuelle Übersetzung und umfasst eine Eingangswelle 111, eine Ausgangswelle 112, eine Gegenwelle 113, Zahnräder 114a bis 114k und ein Gehäuse 115.
  • Die Eingangswelle 111 ist durch ein Rillenkugellager 801 gelagert, welches ein Übersetzungswälzlager ist, das bezüglich des Gehäuses 115 drehbar ist. Das Zahnrad 114a ist am äußeren Umfang der Eingangswelle 111 angeordnet, während das Zahnrad 114b am inneren Umfang angeordnet ist.
  • Andererseits ist die Ausgangswelle 112 durch ein Rillenkugellager 801 gelagert, so dass es bezüglich des Gehäuses 115 auf der einen Seite (rechte Seite in der Figur) drehbar ist und durch ein Wälzlager 120A gelagert, so dass es in Bezug auf die Eingangswelle 111 auf einer anderen Seite (linke Seite in der Figur) drehbar ist. Die Zahnräder 114c bis 114g sind an der Ausgangswelle 112 angebracht.
  • Die Zahnräder 114c und 114d sind entsprechend an dem äußeren Umfang und an dem inneren Umfang desselben Elements angebracht. Das Element, das mit den Zahnrädern 114c und 114d ausgestattet ist, wird durch ein Wälzlager 120B gelagert, so dass es bezüglich der Ausgangswelle 112 drehbar ist. Das Zahnrad 114e ist an der Ausgangswelle 112 angebracht, so dass es sich insgesamt mit der Ausgangswelle 112 dreht und in die axiale Richtung der Ausgangswelle 112 verschiebbar ist.
  • Die entsprechenden Zahnräder 114f und 114g sind an den äußeren Umfang desselben Elements angebracht. Das Element, das mit den Zahnrädern 114f und 114g ausgestattet ist, ist an der Ausgangswelle 112 angebracht, so dass es sich insgesamt mit der Ausgangswelle 112 dreht und in die axiale Richtung der Ausgangswelle 112 verschiebbar ist. Das Zahnrad 114f kann mit dem Zahnrad 114b im Eingriff stehen, wenn das Element, was mit den Zahnrädern 114f und 114g ausgestattet ist, in der Figur nach links verschoben ist, während die Zahnräder 114g und 114d miteinander im Eingriff stehen können, wenn das Element in der Figur nach rechts verschoben ist.
  • Die Zahnräder 114h bis 114k sind an der Gegenwelle 113 ausgebildet. Zwei Drucknadelwälzlager 802 sind zwischen der Gegenwelle 113 und dem Gehäuse 115 angeordnet, wobei die axiale Last (Drucklast) der Gegenwelle 113 getragen wird. Das Zahnrad 114h steht regulär mit dem Zahnrad 114a im Eingriff, während das Zahnrad 114i regulär mit dem Zahnrad 114c im Eingriff steht. Das Zahnrad 114j kann mit dem Zahnrad 114e im Eingriff stehen, wenn das Zahnrad 114e in der Figur nach links verschoben ist. Weiterhin kann das Zahnrad 114k mit dem Zahnrad 114e im Eingriff stehen, wenn das Zahnrad 114e in der Figur nach rechts verschoben ist.
  • Ein Zahnradwechsel einer manuellen Übersetzung 100 wird nun beschrieben. In der manuellen Übersetzung 100 wird die Drehung der Eingangswelle 111 auf die Gegenwelle 113 durch das in Eingriff stehen von dem Zahnrad 114a, welches an der Eingangswelle 111 ausgebildet ist, mit dem Zahnrad 114h, was an der Gegenwelle 113 ausgebildet ist, übersetzt. Weiterhin kann die Drehung der Gegenwelle 113 auf die Ausgangswelle 112 aufgrund des in Eingriffstehens usw. von den Gängen 114i bis 114k, die an der Gegenwelle 113 ausgebildet sind, mit den Zahnrädern 114c und 114e, die an der Ausgangswelle 112 angebracht sind, übertragen. Daher wird die Drehung der Eingangswelle 111 auf die Ausgangswelle 112 übersetzt.
  • Wenn die Drehung der Eingangswelle 111 auf die Ausgangswelle 112 übersetzt wird, kann die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 112 schrittweise bezüglich der Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 111 durch die Veränderung der Zahnräder, welche zwischen der Eingangswelle 111 und der Gegenwelle 113 miteinander in Eingriff stehen und der Zahnräder, welche miteinander zwischen der Gegenwelle 113 und der Ausgangswelle 112 miteinander in Eingriff stehen, verändert werden. Die Drehung der Eingangswelle 111 kann auch direkt durch das in Eingriffstehen des Zahnrads 114b der Eingangswelle 111 mit dem Zahnrad 114f der Ausgangswelle 112 ohne die Gegenwelle 113 auf die Ausgangswelle 112 übersetzt werden.
  • Die Zahnradwechseloperation der manuellen Übersetzung 100 wird nun genauer beschrieben. Wenn das Zahnrad 114f nicht mit dem Zahnrad 114b im Eingriff steht, das Zahnrad 114g nicht mit dem Zahnrad 114d im Eingriff steht und das Zahnrad 114e mit dem Zahnrad 114j im Eingriff steht, wird die treibende Kraft der Eingangswelle 111 über die Zahnräder 114a, 114h, 114j und 114e auf die Ausgangswelle 112 übersetzt. Dieses wird beispielsweise als eine erste Geschwindigkeit betrachtet.
  • Wenn das Zahnrad 114g mit dem Zahnrad 114d im Eingriff steht und das Zahnrad 114e nicht mit dem Zahnrad 114j im Eingriff steht, wird die treibende Kraft der Eingangswelle 111 durch die Zahnräder 114a, 114h, 114i, 114c, 114d und 114g auf die Ausgangswelle 112 übertragen. Dieses wird beispielsweise als zweite Geschwindigkeit betrachtet.
  • Wenn das Zahnrad 114f mit dem Zahnrad 114b im Eingriff steht und das Zahnrad 114e nicht mit dem Zahnrad 114j im Eingriff steht, ist die Eingangswelle 111 direkt an die Ausgangswelle 112 über das in Eingriffstehen von den Zahnrädern 114b und 114f gekoppelt und die treibende Kraft der Eingangswelle 111 wird direkt auf die Ausgangswelle 112 übersetzt. Dies wird beispielsweise als eine dritte Geschwindigkeit (höchste) betrachtet.
  • Wie oben beschrieben, umfasst die manuelle Übersetzung 100 gemäß der achten Ausführungsform ein Rillenkugellager 801, um die Eingangswelle 111 und die Ausgangswelle 112 drehbar bezüglich des Gehäuses 115 zu lagern. Weiter umfasst die manuelle Übersetzung 100 Drucknadelwälzlager 802, um die Gegenwelle 113 drehbar bezüglich des Gehäuses 115 zu lagern. Darüber hinaus umfasst die manuelle Übersetzung 100 das Wälzlager 120A (radiales Wälzlager) um die Ausgangswelle 112 drehbar bezüglich der Eingangswelle 111 zu lagern und umfasst das Wälzlager 120B (radiales Wälzlager), um das Element, was mit den Zahnrädern 114c und 114d ausgestattet ist, drehbar bezüglich der Ausgangswelle 112 zu lagern. Die zuvor beschriebenen Rillenkugellager 801, Drucknadelwälzlager 802 und Wälzlager 120A und 120B sind Übersetzungswälzlager, die Rotoren derart lagern, dass diese drehbar gelagert sind bezüglich Elementen um die Rotoren in der manuellen Übersetzung 100, die ein Zahnradmechanismus bestehend aus einer Vielzahl von Zahnrädern umfasst und eine Übersetzung der Zahnradverhältnisse schrittweise durch den Eingriff der Zahnräder verändert.
  • Die Übersetzungswälzlager gemäß der achten Ausführungsform sind nun beschrieben. Bezüglich der 19 und 20 umfasst ein Rillenkugellager 801 als Übersetzungswälzlager gemäß der achten Ausführungsform einen äußeren Laufring 811 als ein erstes Laufbahnelement, das ein Übersetzungswälzelement ist, einen inneren Laufring 812 als ein zweites Laufbahnelement, das ein Übersetzungswälzelement ist, Kugeln 813 als eine Vielzahl von Wälzelementen, die Übersetzungswälzelemente sind und einen Käfig 814. Eine äußere Laufringwälzfläche 811A als eine ringförmige erste Wälzfläche ist an dem äußeren Laufring 811 ausgebildet. Eine innere Laufringwälzfläche 812A ist als ringförmige zweite Wälzfläche gegenüber der äußeren Laufringwälzfläche 811A am inneren Laufring 812 ausgebildet. Kugelwälzflächen 813A (Oberflächen der Kugeln 813) sind als Wälzelementwälzflächen an einer Vielzahl von Kugeln 813 ausgebildet. Die Kugeln 813 treten mit den entsprechenden äußeren Laufringwälzflächen 811A und inneren Laufringwälzflächen 812A an den Kugelwälzflächen 813A in Kontakt und sind durch den ringförmigen Käfig 814 in einem vorgeschriebenen Abstand in die Umfangsrichtung angeordnet, so dass sie auf einer ringförmigen Laufbahn rollbar gehalten sind. Gemäß der zuvor genannten Struktur sind der äußere Laufring 811 und der innere Laufring 812 des Rillenkugellagers 801 relativ zueinander drehbar.
  • Bezüglich der 19 und 20 bestehen weiterhin der äußere Laufring 811, der innere Laufring 812 und die Kugeln 813 als Übersetzungswälzelemente aus Stahl, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff enthält, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in welchen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist.
  • Weiterhin sind gehärtete Schichten 811B, 812B und 813B, die höhere Kohlenstoffgehalte als die entsprechenden inneren Abschnitte 811C, 812C und 813C aufweisen, in Bereichen angeordnet, die die Oberflächen des äußeren Laufrings 811, des inneren Laufrings 812 und der Kugeln 813 umfassen. Die Harte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 811B, 812B und 813B ist zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV. Die maximalen Korngrößen der Karbide, die in den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 811B, 812B und 81B verteilt sind, sind nicht größer als 10 μm und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten sind zumindest 7% und nicht mehr als 25%. Weiterhin ist die Härte der entsprechenden inneren Abschnitte 811C, 812C und 813C des äußeren Laufrings 811, inneren Laufrings 812 und der Kugeln 813 zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV.
  • In dem äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und in den Kugeln 813 als Übersetzungswälzelemente gemäß dieser Ausführungsform ist der Siliziumanteil, der die Möglichkeit hat, eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff zu fördern, reduziert und die Gehalte der Legierungselemente wie Chrom, Vanadium und Molybdän unterdrückt, wobei die Balance zwischen den Gehalten in dem Stahl, der den äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und die Kugeln 813 bildet, genau eingestellt ist. In dem äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und den Kugeln 813 gemäß dieser Ausführungsform sind weiterhin die Größen- und Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten 811B, 812B und 813B und die Härteverteilungen in dem äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und Kugeln 813 auf genaue Bereiche eingestellt. Daraus folgt, dass der äußere Laufring 811, innere Laufring 812 und die Kugeln 813 gemäß dieser Ausführungsform Übersetzungswälzelemente sind, die auch in solch widriger Umgebung, wo fremde Materie in die Lager gemischt ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Erhöhung der Herstellungskosten erzeugen, in dem Stahl, der den äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und die Kugeln 813 bildet, unterdrückt sind. Weiter ist das Rillenkugellager 801 als Übersetzungswälzlager gemäß dieser Ausführungsform ein Übersetzungswälzlager, das auch in einer solch widrigen Umgebung, wo fremde Materie in das Lager gemischt ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig ist, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • In dem äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und den Kugeln 813 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts, vorzugsweise zumindest 0,6 Massen-%. Daher sind feine Karbide oder Karbonitride von Molybdän und Vanadium, die als Einfangplätze für Wasserstoff fungieren, ausgebildet und das Auftreten von Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff wird unterdrückt.
  • In dem äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und den Kugeln 813 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts, vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte des Chromgehalts. Daher können die Herstellungskosten dafür verringert werden.
  • In dem äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und den Kugeln 813 gemäß dieser Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, der Siliziumgehalt, vorzugsweise nicht mehr als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts. Daher kann eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff weiter durch Molybdän und Vanadium verringert werden, wobei die Förderung der Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff durch Silizium unterdrückt wird.
  • In dem äußeren Laufring 811, inneren Laufring 812 und den Kugeln 813 gemäß dieser Ausführungsform ist die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten 811B, 812B und 813B, vorzugsweise zumindest 550 HV in einem Fall, wenn die Behandlung ausgeführt wird, dass diese für 60 Minuten auf eine Temperatur von 500° gehalten werden. Daher können die Ermüdungsbeständigkeiten der Wälzkontakte in der Hochtemperaturumgebung ausreichend gewährleistet werden.
  • Die Strukturen der Drucknadelwälzlager als Übersetzungswälzlager, der Lagerscheiben als Übersetzungslaufbahnelemente und der Nadelwalzen (nadelförmige Walzen) gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 21 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 21 umfasst jedes Drucknadelwälzlager 802 gemäß der achten Ausführungsform eine Struktur, die im Wesentlichen gleich zu der des zuvor beschriebenen Rillenkugellagers 801 ist und erreicht einen gleichen Effekt. In den Strukturen der Laufbahnelemente und Wälzelemente ist das Drucknadelwälzlager 802 jedoch unterschiedlich zu dem Rillenkugellager 801. Mit anderen Worten umfasst das Drucknadelwälzlager 802 ein Paar von Lagerscheiben 821, die eine scheibenförmige Form aufweisen, Nadelwälzelemente (Laufbahnelemente) derart angeordnet, dass erste Hauptflächen einander gegenüberliegen, eine Vielzahl von Nadelwalzen 823 als Nadelwälzlagerwälzelemente (nadelförmige Walzen) und einen ringförmigen Käfig 824. Die Vielzahl der Nadelwalzen 823 steht im Kontakt mit Lagerscheibenwälzflächen 821A, die an den gegenüberliegenden ersten Hauptflächen des Paars von Lagerscheiben 821 ausgebildet sind, an Walzenwälzflächen 823A, die die äußeren Umfangsflächen der Nadelwalzen 823 sind, die in einem vorgeschriebenen Abstand in die umfängliche Richtung durch den Käfig 824 derart angeordnet sind, dass sie auf der ringförmigen Laufbahn rollbar gehalten sind. Gemäß der zuvor beschriebenen Struktur ist das Paar von Lagerscheiben 823 des Drucknadelwälzlagers 802 relativ zueinander drehbar.
  • Die Lagerscheiben 821 des Drucknadelwälzlagers 802 entsprechen dem äußeren Laufring 811 und dem inneren Laufring 812 des Rillenkugellagers und die Nadelwalzen 823 des Drucknadelwälzlagers 802 entsprechen den Kugeln 813 des Rillenkugellagers, bestehen aus gleichem Material und haben gehärtete Schichten und innere Abschnitte gleicher Struktur. Folglich sind die Lagerscheiben 821 und die Nadelwalzen 823 gemäß dieser Ausführungsform Übersetzungswälzelemente, die auch in einer solch widrigen Umgebung, wo fremde Materie in das Lager gemischt ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Lagerscheiben 821 und Nadelwalzen 823 bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiterhin ist das Drucknadelwälzlager 802 als Übersetzungswälzlager gemäß dieser Ausführungsform ein Übersetzungswälzlager, das auch in solch einer widrigen Umgebung, wo fremde Materie in das Lager gemischt ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig ist, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • Eine Abänderung des Drucknadelwälzlagers als Übersetzungswälzlager gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 22 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 22 weist ein Drucknadelwälzlager 803 im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die des Drucknadelwälzlagers 802 auf, welches mit Bezug auf die 21 beschrieben wurde. In den Strukturen der Wälzelemente unterscheidet sich das Drucknadelwälzlager 803 jedoch von dem Drucknadelwälzlager 802.
  • Mit anderen Worten umfasst das Drucknadelwälzlager 803 eine Vielzahl von Reihen (zwei Reihen) von Nadelwalzen 823, welche Nadelwalzen 823 auf einer inneren Umfangsseite und Nadelwalzen 823 auf einer äußeren Umfangsseite umfassen. In diesem Fall ist der Käfig 824 vorzugsweise durch ein Überlappen zweier Ringelemente 824a und 824b gebildet, welche miteinander im Kontakt stehen sollen. Vorzugsweise ist ein innerer Umfangsendabschnitt des Ringelements 824a in Richtung der Seite des Ringelements 824b gefaltet und abgedichtet bzw. fixiert. Auf diese Weise können zwei Ringelemente 824a und 824b abgedichtet sein, und stark ineinander integriert sein.
  • Während die Längen L1 und L2 der Nadelwalzen 823 an der inneren Umfangsseite und an der äußeren Umfangsseite in mehreren Reihen von Nadelwalzen 823 einander identisch gemacht sind, kann abhängig von den Bedingungen L1 ≤ L2 oder L2 ≤ L1 gewählt sein. Eine Lastkapazität auf einer äußeren diametralen Seite ist vorzugsweise vergrößert, indem die Länge L2 der Nadelwalzen 823 auf der äußeren Umfangsseite länger als die Länge L1 der Nadelwalzen 823 auf der inneren Umfangsseite, beispielsweise 1,2 mal die Länge L1, festgelegt ist.
  • Die Struktur des Drucknadelwälzlagers 803 außerhalb des oben gesagten ist im Wesentlichen identisch zu der Struktur der zuvor beschriebenen Drucknadelwälzlager 802 und folglich sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung ihrer ist unterlassen. Das Rillenkugellager 801, das Drucknadelwälzlager 802 und das Drucknadelwälzlager 803 gemäß dieser Ausfüh rungsform können durch ein gleiches Herstellungsverfahren wie das für das Rillenkugellager 1, welches in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, gefertigt werden.
  • (Neunte Ausführungsform)
  • Eine Übersetzung umfassend ein Übersetzungswälzlager gemäß einer neunten Ausführungsform, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wird nun beschrieben.
  • Mit Bezug auf 23 umfasst eine automatische Übersetzung gemäß der neunten Ausführungsform einen Drehmomentkonvertierer 200 und einen Planetenzahnradmechanismus (nicht dargestellt). Der Drehmomentkonvertierer 200 umfasst ein Laufrad 201, einen Stator 202 und eine Turbine 203.
  • Drucknadelwälzlager 210 sind zwischen dem Laufrad 201 und dem Stator 202 und zwischen dem Stator 202 und der Turbine 203 angeordnet. Mit anderen Worten sind Drucknadelwälzlager 210 automatische Übersetzungswälzlager als Übersetzungswälzlager, die zwischen dem Stator 202 und dem Laufrad 201 und zwischen dem Stator 202 und der Turbine 203 zur Aufnahme einer Drucklast in der automatischen Übersetzung, die einen Drehmomentkonvertierer 200 mit einem Laufrad 201 und einer Turbine 203, welche einander über den Stator 202 gegenüberliegen, umfasst, angeordnet sind.
  • Im Drehmomentkonvertierer 200 sind das Laufrad 201, das an eine Ausgangswelle eines Motors gekoppelt ist und die Turbine 203, die an eine Eingangswelle der automatischen Übersetzung gekoppelt ist, so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Der Stator 202 ist auf einen Statorsockel aufgebaut, welcher über eine Einwegkupplung 204 an einem Gehäuse befestigt ist. Wenn zurückkehrende Flüssigkeit zwischen einem Radflügel 201a und einem Turbinenflügel 203a in der Form von Schalen entsprechend von der Seite der Turbine 203 zu der Seite des Laufrads 201 auf den inneren ihrer diametralen Seiten zurückfließt, führt der Stator 202 ein nach vorn gerichtetes Drehmoment auf das Laufrad 201 aus, indem die Fließrichtung der Flüssigkeit geändert wird und verstärkt das Übersetzungsmoment.
  • Das Drucknadelwälzlager 210 zwischen dem Laufrad 201 und dem Stator 202 umfasst Nadelwalzen 823, einen Käfig 824 und Dichtringe 205a und 205b. Der Dichtring 205a ist in eine Laufradnabe 201b eingebaut, wohingegen der Dichtring 205b in die Seite des Stators 202 eingebaut ist.
  • Auf der anderen Seite umfasst das Drucknadelwälzlager 210 zwischen dem Stator 202 und der Turbine 203 Nadelwalzen 823, einen Käfig 824 und Dichtungsringe 206a und 206b. Der Dichtungsring 206a ist in eine Turbinennabe 203b eingebaut, wohingegen der Dichtungsring 206b in die Seite des Stators 202 eingebaut ist.
  • Die Drucknadelwälzlager 210 gemäß der neunten Ausführungsform und die Dichtungsringe 205a, 205b, 206a und 206b und die Nadelwalzen 24, die dieses bilden, haben gleiche Strukturen wie jene Drucknadelwälzlager 802 und 803, die mit Bezug auf die 21 und 22 beschrieben wurden. Die jeweiligen Dichtringe 205a und 205b und Dichtringe 206a und 206b der Drucknadelwälzlager 210 entsprechen den Lagerscheiben 821 der Drucknadelwälzlager 802 und 803. Daher sind die Dichtringe 205a und 205b, 206a und 206b und die Nadelwalzen 823 gemäß dieser Ausführungsform Übersetzungswälzelemente, die auch in einer solch widrigen Umgebung, dass fremde Materie in das Lager gemischt ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und eine Erhöhung der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Dichtringe 205a, 205b, 206a und 206b und die Nadelwalzen 822 bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiterhin ist jedes Drucknadelwälzlager 210 als Übersetzungswälzlager gemäß dieser Ausführungsform ein Übersetzungswälzlager, welches auch in einer solch widrigen Umgebung, dass fremde Materie in das Lager gemischt ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig ist, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind. Das Drucknadelwälzlager 210 gemäß der neunten Ausführungsform kann durch ein Herstellungsverfahren erzeugt werden, das dem für das Rillenkugellager 1, was in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, entspricht.
  • (Zehnte Ausführungsform)
  • Mit Bezug auf die 24 und 25 ist eine Welle 301 eine Hauptwelle in einem Abschnitt eines Zahnradmechanismus 300 und drehbar in einem Gehäuse 302 durch radiale Vorder- und Rückkugellager 306. Eine Synchronabe 304 ist an dem äußeren Umfang der Welle 301 vorgesehen, wobei ein Leerlaufrad 305 in der Nähe einer ihrer Seiten so vorgesehen ist, dass sie durch ein Radialkugellager 308 drehbar ist. Das Leerlaufzahnrad 305 ist ein dreigängiges Hauptzahnrad und weist auf der Seite der Synchronabe 304 ein Kopplungsrad 305a auf. Ein Wellenabschnitt 309 mit großem Durchmesser ist an dem äußeren Umfang der Welle 303 an einer Seite (rechte Seite des Leerlaufzahnrads 305 in den 24 und 25) ausgehend von dem Leerlaufzahnrad 305 betrachtet gegenüber der Synchronabe 304 angeordnet, die ein dreigängiges Hauptzahnrad ist. Auf der rechten Seite des Wellenabschnitts 309 mit großem Durchmesser steht ein weiteres Leerlaufzahnrad 307, das durch ein Wälzlager drehbar an der Welle 301 vorgesehen ist, im Kontakt mit einer Treppenoberfläche 309. Das andere Leerlaufzahnrad 307 ist ein zweigängiges Hauptzahnrad, das mit einer weiteren Synchronabe in Eingriff gehen kann und sich von dieser lösen kann.
  • Eine Welle 311 ist eine Gegenwelle und über ein Lager drehbar in dem Gehäuse 302 gehalten, so wie ein Radialwälzlager 313 parallel zu der zuvor beschriebenen Welle 301. Die Zahnräder 315 und 317, die mit den Leerlaufgängen 305 und 307 auf der Seite der Welle 301 in Eingriff gehen, sind auf der Welle 311 im festen Zustand angeordnet.
  • Ein Scherenzahnrad (d. h. Zahnrad zur Vermittlung) 318, das im Durchmesser identisch zu und in der Anzahl der Zähne verschieden von dem Leerlaufzahnrad 305 ist, ist zwischen einer Endplatte des Leerlaufzahnrads 305, das das Dreigeschwindigkeitshauptzahnrad ist und der Treppenfläche 309b des großdurchmessrigen Wellenabschnitts 309 der Welle 301, die die Hauptwelle ist, angeordnet, so dass es mit Bezug auf die Welle 301 im Kontakt mit der Endfläche des Leerlaufzahnrads 305 drehbar ist. Das Leerlaufzahnrad 305 und das Scherenzahnrad 308 gehen mit demselben Zahnrad 315 der Welle 311, die die Gegenwelle ist, in Eingriff. Während das Scherenzahnrad 318 einfach mit demselben Zahnrad 315 als Leerlaufzahnrad 305 in Eingriff gebracht werden kann, sind alle Durchmesser eines Wälzkreises, eines Kopfkreises und eines Fußkreises identisch zu jenen des Leerlaufzahnrads 305 in dieser Ausführungsform. Ein Drucknadelwälzlager 803, das als Trägerstruktur eingefügt ist, ist zwischen dem zuvor beschriebenen Scherenzahnrad 318 und der Stufenfläche 309b des zuvor beschriebenen Wellenabschnitts 309 mit großem Durchmesser vorgesehen.
  • Mit Bezug auf 25 umfasst das Drucknadelwälzlager 803 Nadelwalzen 823, einen Käfig 824 und Lagerscheiben 821, gleich wie in der achten Ausführungsform. Die Lagerscheibe 821 des Drucknadelwälzlagers 803 steht an einer Seite im Kontakt mit dem zuvor beschriebenen Scherenzahnrad 318 und ist bezüglich der Welle 301 drehbar, wobei die Lagerscheibe 821 an einer Seite mit der Treppenfläche 309b des Wellenabschnitts 309 mit großem Durchmesser im Kontakt steht und an der Welle 301 befestigt ist.
  • Gemäß der zuvor beschriebenen Struktur drehen sich die Welle 301 und das Leerlaufzahnrad 305 synchron in einem Zustand beabstandet voneinander (shift state), wo die Synchronabe 304 mit dem Kopplungszahnrad 305a des Leerlaufzahnrads 305 im Eingriff steht, während die Anzahl der Zähne des Scherenzahnrads 318 verschieden von jener des Leerlaufzahnrads 305 vorliegen und daraus folgt, dass die Welle 305 und das Scherenzahnrad 318 sich relativ zueinander drehen. Folglich wird eine relative Drehung der Lagerscheibe 821 des Drucknadelwälzlagers 803, die seitlich im Kontakt mit dem Scherenzahnrad 318 steht, und der Lagerscheibe 821, die seitlich im Kontakt mit der Stufenfläche 309b steht, verursacht, woraus folgt, dass sich die Nadelwalzen 823 ebenfalls drehen und umlaufen.
  • Jedes radiale Kugellager 306 gemäß der zehnten Ausführungsform weist eine Struktur auf, die gleich der des Rillenkugellagers 801, das mit Bezug auf die 19 und 20 beschrieben wurde. Weiterhin hat das Drucknadelkugellager 803 eine gleiche Struktur wie jene Drucknadelwälzlager 803, das mit Bezug auf die 22 beschrieben wurde. Darüber hinaus haben die radialen Wälzlager 308 und 313 gleiche Strukturen wie jene des Rillenkugellagers 801 und des Drucknadelwälzlagers 803 in ihren Laufbahnelementen und in ihren Wälzelementen.
  • Daher sind die Laufbahnelemente und die Wälzelemente, die das radiale Kugellager 306, das Drucknadelwälzlager 803 und die radialen Wälzlager 308 und 313 bilden, die Übersetzungswälzelemente gemäß dieser Ausführungsform sind, Übersetzungswälzelemente, die auch in einer solch widrigen Umgebung, dass Fremdstoffe in das Lager gemischt sind, und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Laufbahnelemente und die Wälzelemente bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiterhin sind das Radialkugellager 306, das Drucknadelwälzlager 803 und die Radialwälzlager 308 und 313 als Übersetzungswälzlager gemäß dieser Ausführungsform Über setzungswälzlager, die auch in einer solch widrigen Umgebung, dass Fremdstoffe in die Lager gemischt sind und die Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind. Das Radialkugellager 306, das Drucknadelwälzlager 803 und die Radialwälzlager 308 und 313 gemäß der zehnten Ausführungsform können durch ein Herstellungsverfahren, das dem für das Rillenkugellager 1, was in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, gleicht, hergestellt werden.
  • (Elfte Ausführungsform)
  • Die Struktur eines Übersetzungsmechanismus gemäß einer elften Ausführungsform, der eine stetig variable Übersetzung umfasst, wird nun mit Bezug auf die 26 und 27 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 26 wird die Antriebskraft, die in einem Motor (nicht dargestellt) erzeugt wurde, auf eine stetig variable Übersetzung 400 von einem Hebelarm (nicht dargestellt) über einen Drehmomentkonvertierer (nicht dargestellt) und einen Vor-/Rückbewegungsschaltmechanismus 410 übersetzt.
  • Der Vor-/Rückbewegungsschaltmechanismus 410 umfasst einen Planetenzahnradmechanismus und Mehrscheibenkupplungen 415 und 416. Der Planetenzahnradmechanismus weist ein Ringzahnrad 413 auf, das an eine Welle 401a über ein Tragelement 413 befestigt ist, ein Sonnenzahnrad 410b, das an einer Hauptwelle 401 befestigt ist und ein Antriebsrad bzw. ein Planetenausgleichsrad oder ein Planetenkegelrad 412a, das von einem Tragelement 412 drehbar gehalten ist. Das Planetenrad 412a geht mit dem entsprechenden Ringzahnrad 412a und dem Sonnenzahnrad 401b in Eingriff.
  • Die Mehrscheibenkupplung 415 ist zwischen dem äußeren Umfang des Tragelements 412 und dem inneren Umfang des Gehäuses 406 als Rückwärtsbremse angebracht. Die Mehrscheibenkupplung 416 ist zwischen dem äußeren Umfang der Hauptwelle 401 und dem inneren Umfang des Stützelements 413 als Vorwärtskupplung angebracht. Ein Mechanismus (nicht dargestellt), der fähig ist, Öldruck in die entsprechenden Mehrscheibenkupplungen 415 und 416 zuzuführen, ist vorgesehen.
  • Wenn die Mehrscheibenkupplung (Vorwärtskupplung) 416 durch Zufuhr von Öldruck in einen verbundenen Zustand gebracht wird, wird die Drehung der Welle 401a vorwärts auf die Hauptwelle 401 übertragen. Wenn die Mehrscheibenkupplung (Rückwärtsbremse) 415 durch Zufuhr von Öldruck in einen verbunden Zustand gebracht wird, wird die Drehung der Welle 401a rückwärts auf die Hauptwelle 401 übersetzt. Auf diese Weise können die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen kontrolliert werden.
  • Die stetig variable Übersetzung 400 umfasst die eingangsseitige Hauptwelle 401, die an den Vorwärts-/Rückwärtsbewegungsschaltmechanismus 410 gekoppelt ist, eine Hauptriemenscheibe 402, die auf der Hauptwelle 401 vorgesehen ist, eine ausgangsseitige Sekundärwelle 403, die derart angeordnet ist, dass die Drehachse parallel zur Hauptwelle 401 verläuft, eine Sekundärriemenscheibe 404, die an der Sekundärwelle 403 vorgesehen ist und einen Riemen, der sich über sowohl die Hauptriemenscheibe 402 als auch die Sekundärriemenscheibe 404 erstreckt.
  • Die Hauptriemenscheibe 402 weist eine befestigte Riemenscheibe 402a auf, die an der Hauptwelle 401 befestigt ist und eine bewegliche Riemenscheibe 402b, die dieser gegenüberliegt und über einen Kugelschiebekeil (ball spline) oder ähnliches axial verschiebbar auf der Hauptwelle 401 befestigt ist. Die bewegliche Riemenscheibe 404b bewegt sich axial derart, dass ein konischer Oberflächenraum der Riemenscheibe, das heißt die Breite der Riemenscheibennut variabel ist.
  • Die zweite Riemenscheibe 404 weist eine feste Riemenscheibe 404a auf, die an die Sekundärwelle 403 befestigt ist und eine bewegliche Riemenscheibe 404b, die dieser gegenüberliegt und über einen Kugelschiebekeil oder ähnliches axial beweglich an der Sekundärwelle 403 befestigt ist. Die bewegliche Riemenscheibe 404b bewegt sich axial derart, dass ein konischer Oberflächenraum der Riemenscheibe, das heißt die Tiefe der Riemenscheibennut, veränderlich ist.
  • Die Tiefe der Nuten beider Riemenscheiben wird derart geändert, dass die Kontaktdurchmesser des Riemens 405 mit der Hauptriemenscheibe und der Sekundärriemenscheibe 404 sich ändern. Daher sind die Verhältnisse der Innendurchmesser des Riemens 405 in Bezug auf diejenigen der Hauptriemenscheibe 402 und der Sekundärriemenscheibe 404 veränderlich. Daher wird die Drehung der Hauptwelle 401 auf die Sekundärwelle 403 übersetzt, während ihre Geschwindigkeit sich nicht stufenförmig ändert. Mit anderen Worten ist die stetig variable Übersetzung 400 eine derartig stetig variable Übersetzung, dass die Drehung der Hauptwelle 401, die eine Eingangswelle ist, auf die Sekundärwelle 403, die eine Ausgangswelle ist, übersetzt wird, während ihre Geschwindigkeit nicht stufenförmig verändert wird.
  • Gemäß der elften Ausführungsform ist ein Radialkugellager 407 vorgesehen, um die Hauptwelle 401 und die Sekundärwelle 403 drehbar zu lagern. Weiterhin sind Drucknadelwälzlager 803 vorgesehen, um die Drucklasten der Welle 401a und der Hauptwelle 401 auf der Eingangsseite und der Sekundärwelle 403 auf der Ausgangsseite aufzunehmen.
  • Mit Bezug auf 27 sind Drucknadelwälzlager 803 beispielsweise zwischen einem inneren Laufring des Radialkugellagers 407, der die Hauptwelle 401 drehbar lagert, und dem Trageglied 412, zwischen dem Trageglied 412 und dem Sonnenzahnrad 401b, zwischen dem Sonnenzahnrad 401b und dem Trageglied 413 und zwischen dem Trageglied 413 und dem Gehäuse 406 angeordnet. Jedes Drucknadelwälzlager 803 weist Nadelwalzen 823 und zwei Käfige 824a und 824b zum Halten der Nadelwalzen 823 auf. Die Nadelwalzen 823 sind in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet.
  • Das Radialwälzlager 407 gemäß der elften Ausführungsform weist eine gleiche Struktur wie das Rillenkugellager 801 auf, was mit Bezug auf die 19 und 20 beschrieben wurde. Jedes Drucknadelwälzlager 803 weist eine gleiche Struktur wie das Drucknadelwälzlager 803 auf, was mit Bezug auf die 22 beschrieben wurde.
  • Daher sind die Laufbahnelemente und Wälzelemente, die das Radialkugellager 407 und das Drucknadelwälzlager 803 bilden, welche Übersetzungswälzelemente gemäß dieser Ausführungsform sind, Übersetzungswälzelemente, die auch in widriger Umgebung, in der Fremdstoffe in die Lager gemischt sind und die Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Laufbahnelemente und die Wälzelemente bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiterhin sind das Radialkugellager 407 und das Drucknadelwälzlager 803 als Übersetzungswälzlager gemäß dieser Ausführungsform Übersetzungswälzlager, die auch in widriger Umgebung, wo Fremdstoffe in die Lager gemischt sind und die Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind. Das Radialkugellager 407 und das Drucknadelwälzlager 803 gemäß der elften Ausführungsform können durch Herstellungsverfahren gleich demjenigen für das Rillenkugellager 1, was in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, hergestellt sein.
  • (Zwölfte Ausführungsform)
  • Die Struktur eines Drucknadelwälzlagers als ein Nadelwälzlager von Lagerscheiben, als Nadelwälzlagerlaufbahnelemente und Nadelwalzen (nadelförmige Walzen) gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 28 bis 30 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 28 umfasst ein Drucknadelwälzlager 901 gemäß der zwölften Ausführungsform ein Paar von Lagerscheiben 911, die eine scheibenförmige Form aufweisen, und als Nadelwälzlagerwälzelemente (Laufbahnelemente) derart angeordnet sind, dass erste Hauptflächen einander gegenüberliegen, eine Vielzahl von Nadelwalzen 913 als Nadelwälzlagerwälzelemente (nadelförmige Walzen) und einen ringförmigen Käfig 914. Eine Vielzahl von Nadelwalzen 913 treten mit Lagerscheibenwälzflächen 911A, die auf den gegenüberliegenden ersten Hauptflächen des Paars von Lagerscheiben 911 angeordnet sind, in Kontakt und sind in einem vorgeschriebenen Abstand in die Umfangsrichtung durch den Käfig 914 derart angeordnet, dass sie drehbar auf einer ringförmigen Laufbahn gehalten sind. Gemäß der zuvor beschriebenen Struktur ist das Paar von Lagerscheiben 911 des Drucknadelwälzlagers 901 relativ zueinander drehbar.
  • Jede Lagerscheibe 911 und jede Nadelwalze 913 als Nadelwälzlagerwälzelemente, die das Drucknadelwälzlager 901 bilden, das ein Drucknadellager ist, wird nun beschrieben. Mit Bezug auf die 28 bis 30 sind die Lagerscheiben 911 und die Nadelwalzen 913 Nadelwälzlagerwälzelemente, die das Drucknadelwälzlager 901 bilden und umfassen Nadelwalzen 913, in denen der Durchmesser der Walze als Wälzelement nicht größer als 5 mm ist und die Länge dieser Walze zumindest 3 mal und nicht mehr als 10 mal so groß wie der Durchmesser der Walze ist. Die Lagerscheibe 911 und die Nadelwalzen 913 bestehen aus Stahl, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff aufweist, zumindest 0,3 Mas sen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in denen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist.
  • Weiterhin sind gehärtete Schichten 911B und 913B, die höhere Kohlenstoffgehalte als die entsprechenden inneren Abschnitte 911C und 913C aufweisen, in Bereichen ausgebildet, die die Oberflächen der Lagerscheiben 911 und Nadelwalzen 913 umfassen. Die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schicht 911B und 913B ist zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV. Die maximalen Korngrößen der Karbide, die in den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schicht 911B und 913B verteilt sind, sind nicht größer als 10 μm und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten sind zumindest 7% und nicht mehr als 25%. Weiterhin ist die Härte der inneren Abschnitte 911C und 913C der entsprechenden Lagerscheiben 911 und Nadelwalzen 913 zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV.
  • In der Lagerscheibe 911 und der Nadelwalze 913 als Nadelwälzlagerwälzelemente gemäß der zwölften Ausführungsform ist der Gehalt von Silizium, der die Möglichkeit aufweist, dass er eine Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff fördert, reduziert und die Gehalte der Legierungselemente wie Chrom, Vanadium und Molybdän sind unterdrückt, während die Balance zwischen den Gehalten in dem Stahl, der die Lagerscheibe 911 und die Nadelwalzen 913 bildet, genau eingestellt ist. In der Lagerscheibe 911 und den Nadelwalzen 913 gemäß der zwölften Ausführungsform sind die Größen- und die Flächenverhältnisse der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schicht 911B und 913B und die Härteverteilungen in den Lagerscheiben 911 und Nadelwalzen 913 auf genaue Bereiche eingestellt. Folglich sind die Lagerscheiben 911 und die Nadelwalzen 913 gemäß der zwölften Ausführungsform Nadelwälzlagerwälzelemente, die auch in widriger Umgebung, dass ein Rutschen auf den Wälzflächen 11A und 13A bemerkbar ist und dass das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig sind, wobei die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der die Lagerscheibe 911 und die Lagerwalzen 913 bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiterhin ist das Drucknadelwälzlager 901 als Nadelwälzlager gemäß der zwölften Ausführungsform ein Nadelwälzlager, das auch in widriger Umgebung, wo Gleiten auf den Wälzflächen 11A und 13A bemerkbar ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig ist, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • In der Lagerscheibe 911 und den Nadelwalzen 913 gemäß der zwölften Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts vorzugsweise zumindest 0,6 Massen-%. Daher sind feine Karbide und Karbonitride von Molybdän und Vanadium, die als Einfangplätze für Wasserstoff fungieren, ausgebildet und das Auftreten von Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff wird unterdrückt.
  • In der Lagerscheibe 911 und den Lagerwalzen 913 gemäß der zwölften Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte des Chromgehalts. Daher können die Herstellungskosten dafür verringert werden.
  • In der Lagerscheibe 911 und den Nadelwalzen 913 gemäß der zwölften Ausführungsform ist in dem Stahl, der diese bildet, der Siliziumgehalt vorzugsweise nicht mehr als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts. Daher ist eine Abschälung, die aus Versprödung durch Wasserstoff entsteht, weiter durch das Molybdän und das Vanadium unterdrückt, während die Förderung der Abschälung, die aus der Versprödung durch Wasserstoff durch Silizium entsteht, unterdrückt ist.
  • In der Lagerscheibe 911 und den Nadelwalzen 913 gemäß der zwölften Ausführungsform ist die Harte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schicht 911B und 913B vorzugsweise zumindest 550 HV in einem Fall, wenn eine Behandlung ausgeführt wird, bei der diese für 60 Minuten auf eine Temperatur von 500°C gehalten werden. Daher sind die Ermüdungsbeständigkeiten der Wälzkontakte in der Hochtemperaturumgebung ausreichend gewährleistet.
  • Das Drucknadelwälzlager 901 gemäß dieser Ausführungsform kann durch ein gleiches Herstellungsverfahren wie das für das Rillenkugellager 1, das in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, hergestellt sein.
  • (Dreizehnte Ausführungsform)
  • Die Strukturen eines Radialnadelwälzlagers als Nadelwälzlager und Lagerringe und Nadelwalzen als Nadelwälzlagerwälzelemente gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 31 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 31 haben ein Radialnadelwälzlager 902 gemäß der dreizehnten Ausführungsform und das Drucknadelwälzlager 901 gemäß der zwölften Ausführungsform im Wesentlichen gleiche Strukturen und gleiche Funktionen, wobei sie in den Strukturen der Lagerringe voneinander verschieden sind. Mit anderen Worten umfasst das Radialnadelwälzlager 902 einen ringförmigen äußeren Laufring 921 als Nadelwälzlagerwälzelement (Lagerring). Einen ringförmigen inneren Laufring 922 als Nadelwälzlagerwälzelement (Lagerring), der innerhalb des äußeren Laufrings 921 angeordnet ist und eine Vielzahl von Nadelwalzen 923 als Nadelwälzlagerwälzelemente (Wälzelemente), die zwischen dem äußeren Laufring 921 und dem inneren Laufring 922 angeordnet sind und durch einen ringförmigen Käfig 924 gehalten werden. Eine äußere Laufringwälzfläche 921A ist an der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 921 angeordnet, während eine innere Laufringwälzfläche 922A an der äußeren Umfangsfläche des inneren Laufrings 922 angeordnet ist. Der äußere Laufring 921 und der innere Laufring 922 sind derart angeordnet, dass die innere Laufringwälzfläche 922A und die äußere Laufringwälzfläche 921A einander gegenüberliegen. Weiterhin stehen die Walzenwälzflächen, die die äußeren Umfangsflächen der Vielzahl von Nadelwalzen 923 sind, im Kontakt mit der inneren Laufringwälzfläche 922A und der äußeren Laufringwälzfläche 921A und die Nadelwalzen 923 sind in einem vorgeschriebenen Abstand in der Umfangsrichtung durch den Käfig 924 derart angeordnet, dass sie rollbar auf einer ringförmigen Laufbahn gehalten sind. Gemäß der zuvor beschriebenen Struktur sind der äußere Laufring 921 und der innere Laufring 922 des Radialnadelwälzlagers 902 relativ zueinander drehbar.
  • Mit Bezug auf die 28 bis 30 und 31 entsprechen der äußere Laufring 921 und der innere Laufring 922 gemäß der dreizehnten Ausführungsform den Lagerscheiben 911 gemäß der zwölften Ausführungsform, die Nadelwalzen 923 gemäß der dreizehnten Ausführungsform den Nadelwalzen 913 gemäß der zwölften Ausführungsform und haben gleiche Strukturen und Funktionen. Mit anderen Worten sind die gehärteten Schichten gleich denjenigen der Lagerscheiben 911 und Nadelwalzen 913, die mit Bezug auf die 29 und 30 beschrieben wurden und liegen in Bereichen, die die Oberflächen des äußeren Laufrings 921, inneren Laufrings 922 und Nadelwalzen 923 umfassen, während die Harte der inneren Abschnitte ebenfalls zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV ist.
  • Folglich sind der äußere Laufring 921, innere Laufring 922 und die Nadelwalzen 923 gemäß der dreizehnten Ausführungsform Nadelwälzlagerwälzelemente, die auch in solch widriger Umgebung, dass ein Rutschen oder Gleiten auf den Wälzflächen bemerkbar ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig sind, während die Gehalte der Legierungselemente, die eine Verringerung der Bearbeitbarkeit und einen Anstieg der Herstellungskosten in dem Stahl, der den äußeren Laufring 921, inneren Laufring 922 und die Nadelwalzen 923 bildet, erzeugen, unterdrückt sind. Weiter ist das Radialnadelwälzlager 902 als Nadelwälzlager gemäß der dreizehnten Ausführungsform ein Nadelwälzlager, das auch in widriger Umgebung, in der ein Rutschen oder Gleiten auf den Wälzflächen bemerkbar ist und das Lager einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, langlebig ist, wobei die Gehalte der Legierungselemente in dem Stahl, der die Wälzelemente bildet, unterdrückt sind.
  • Das Radialnadelwälzlager 902 gemäß dieser Ausführungsform kann durch ein Herstellungsverfahren, das dem für das Rillenkugellager 1, welches in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, gleich ist, hergestellt werden.
  • Das Wälzelement und das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Wälzlager beschränkt, die nach Art der mit Bezug auf die zuvor beschriebenen ersten bis dreizehnten Ausführungsform beschriebenen Lagerringe und Wälzelemente, die in den Wälzlagern vorgesehen sind, ausgestaltet sind, sondern die vorliegende Erfindung ist auch auf Wälzlager beliebigen Typs anwendbar und auf Lagerringe und auf Wälzelemente, die bei den Wälzlagern vorgesehen sind.
  • (Beispiel 1)
  • Beispiel 1 wird nun beschrieben. Teststücke (Teststücke Nr. 1 bis 4) wurden durch Ausführung des Wärmebehandlungsschritts im Prozess zur Herstellung eines Wälzelements gemäß der vorliegenden Erfindung auf Stahlbeständen vorbereitet, die aus Stahl bestehen, der das Wälzelement gemäß der vorliegenden Erfindung bildet und ein Test des Untersuchens der Materialeigenschaften wurde ausgeführt. Als Vergleichsbeispiele wurden Teststücke (Teststücke Nr. 5 bis 8) durch Ausführen des Wärmebehandlungsschritts in dem Prozess zur Herstellung eines Wälzelements gemäß der vorliegenden Erfindung auf Stahlbeständen vorbereitet, die aus Stahl bestehen, der außerhalb der Komponentenbereiche des Stahls liegt, der die Wälzelemente gemäß der vorliegenden Erfindung bildet und Teststücke (Teststücke Nr. 9 und 10) wurden durch einen allgemeinen Wärmebehandlungsschritt auf konventionalem Stahl (JIS SCM 420 und SUJ 2), welcher allgemein als Stahl für Lager verwendet wird, vorbereitet und ein Test zur Übersicht der Materialeigenschaft wurde in gleicher Weise ausgeführt. Die speziellen Abläufe der Tests sind wie folgt:

    Zunächst wird ein Verfahren zur Vorbereitung jedes Teststücks, das als Testobjekt verwendet wurde, beschrieben. Zunächst wurde ein Stahlbestand, der die in Tabelle 1 dargestellten chemischen Komponenten aufweist, vorbereitet. Mit Bezug auf die Tabelle 1 sind die entsprechenden Gehalte von Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Vanadium (V) in Massen-% als die chemischen Hauptkomponenten und der Rest der beschriebenen Komponenten besteht aus Eisen und unvermeidbaren Fremdstoffen dargestellt. Der zuvor beschriebene Stahlbestand wurde in eine grobe Form des Teststücks geformt, um eine geformte Komponente zu erhalten. Die Form des Teststücks ist 12 mm im Durchmesser ϕ mal 22 mm in der Länge L. Mit Bezug auf die Tabelle 1 sind die Punkte in den Spalten mit Bemerkungen gezeigt, in denen sich die Teststücke der Vergleichsbeispiele von dem Stahl, der die Wälzelemente gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, in den chemischen Komponenten unterscheiden.
    Figure 00900001
  • Dann wurde der Wärmebehandlungsschritt, der in der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die 4 beschrieben wurde, auf jeder gebildeten Komponente, die anders als die gebildeten Komponenten ist, die aus konventionellem Stahl bestehen, ausgeführt. T1 wurde auf 940°C gesetzt und t1 wurde auf 570 Minuten gesetzt, T2 wurde auf 940°C gesetzt und t2 wurde auf 210 Minuten gesetzt, T3 wurde auf 850°C gesetzt und t3 wurde auf 30 Minuten gesetzt, der CP-Wert wurde in einem Zeitabschnitt, in dem das Karbonitrieren bei der Temperatur T1 ausgeführt wurde, wurde auf 1,2 gesetzt, eine Ammoniakkonzentration in eine Atmosphäre beim Karbonitrieren wurde auf 10 Vol.-% gesetzt, und T4 wurde auf 280°C gesetzt und t4 wurde auf 120 Minuten gesetzt.
  • Auf den gebildeten Komponenten aus SCM 420 wurden auf der anderen Seite Karburierung und Diffusion ausgeführt, in dem selbige für 480 Minuten in einer Atmosphäre von 920°C bei einem CP-Wert von 1,0 gehalten wurden, und ein erstes Abschrecken wurde danach durch die Kühlung auf 850°C und danach durch schnelles Kühlen durchgeführt. Weiter wurde ein sekundäres Abschrecken durch ein Wiederaufheizen der Komponenten auf 850°C und danach durch ein schnelles Kühlen durchgeführt. Dann wurde die Temperung durch ein Erhitzen der Komponenten auf 180°C und ein Halten dieser für 120 Minuten durchgeführt. Auf den gebildeten Komponenten aus SUJ 2 wurde ein Abschrecken durch ein Aufheizen der Komponenten auf 850°C, ein Halten der Komponenten für 40 Minuten und danach durch ein schnelles Abkühlen durchgeführt. Danach wurde die Temperung durch ein Heizen der gebildeten Komponenten auf 180°C und ein Halten derselben auf 120 Minuten durchgeführt.
  • Weiterhin wurden die Teststücke in diesem Beispiel durch ein Ausführen des Abschließens (Finishing) auf den gebildeten Komponenten, die dem Abschrecken und der Temperung unterworfen wurden, abgeschlossen.
  • Die beurteilten Punkte und die Beurteilungsmethoden der Materialeigenschaften in diesem Beispiel werden nun beschrieben. Eine Beurteilung der Materialeigenschaften jedes einzelnen Teststücks, das durch die zuvor beschriebene Prozedur abgeschlossen wurde, wurde durch Messen der Harte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten (Oberflächenschichthärte), der größten Korngröße der Karbide, die in den Oberflächenschichtabschnitten verteilt sind (maximale Karbidgröße), des Flächenverhältnisses der Karbide auf den Oberflächenschichtabschnitten (Karbidflächenverhältnis) und der Härte der inneren Abschnitte (innere Härte) durchgeführt und durch Messen der Harte nach dem Ausführen einer Behandlung des Haltens auf einer Temperatur von 500°C für 60 Minuten (500°C Temperhärte).
  • Die maximale Karbidgröße und das Karbidflächenverhältnis wurden wie folgt gemessen:

    Zunächst wurde das Teststück geschnitten und eine Schnittfläche wurde poliert und danach mit Picral geätzt. Dann wurden 20 Felder von Regionen, die den Oberflächenschichtabschnitten entsprechen, zufällig observiert (400-fache Vergrößerung, Feldfläche: 0,6 mm2) und die maximale Korngröße und das Flächenverhältnis der Karbide wurden mit einem Bildverarbeiter untersucht. Die Oberflächenschichthärte und die innere Harte wurden derart untersucht, dass die Teststücke geschnitten wurden und die Härte der Oberflächenschichtabschnitte der gehärteten Schichten und der inneren Abschnitte mit einem Vickerschen Härteprüfer gemessen wurden. Was die 500°C Temperhärte betrifft, wurde die Harte gleich der Oberflächenschichthärte nach dem Ausführen einer Behandlung des Haltens des Teststücks bei einer Temperatur auf 500°C für 60 Minuten gemessen. Die Tabelle 2 zeigt die Testresultate. Mit Bezug auf die Tabelle 2 sind die gemessenen Werte, deren Bewertungsergebnisse außerhalb der bevorzugten Bereiche liegen, unterstrichen. Mit Bezug auf die Tabelle 2 sind die Punkte, in denen die Teststücke gemäß der Vergleichsbeispiele sich von den Wälzelementen gemäß der vorliegenden Erfindung in den Materialeigenschaften unterscheiden, in der Spalte mit Bemerkungen angezeigt.
    Figure 00940001
  • Mit Bezug auf die Tabelle 2 weisen sämtliche Teststücke eine Härte in dem bevorzugten Bereich von zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV auf. In den Teststücken Nr. 9 und 10, die aus konventionellem Stahl (Vergleichsbeispiele) hergestellt sind, sind jedoch zur Gewährleistung der Härte die Temperaturen zur Temperung auf 180°C gesetzt, während die Temperaturen zur Temperung der verbleibenden Teststücke 280°C sind. Folglich ist die Reduzierung der Härte in 500°C Temperhärte vergrößert und die bevorzugten Härtebereiche von zumindest 500 HV können nicht gewährleistet sein. Daher besteht die Möglichkeit, dass ein Wälzelement, das aus Stahl besteht, der eine Komponentenzusammensetzung gleich zu jener der Teststücke Nr. 9 und 10 aufweist und gleichermaßen wärmebehandelt wurde, keine ausreichende Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts gewährleisten kann, wenn jenes in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird.
  • Was die maximale Karbidgröße betrifft, können die Größen in dem bevorzugten Bereich von nicht mehr als 10 μm nicht von den Teststücken Nr. 5 bis 8 der Vergleichsbeispiele gewährleistet werden. In einem Wälzelement, der aus Stahl besteht, der eine Komponentenzusammensetzung gleich der der Teststücke Nr. 5 bis 8 aufweist und gleichermaßen wärmebehandelt wurde, sind daher groß ausgedehnte Karbide in den Oberflächenschichtabschnitten der gehärteten Schichten vorhanden und es ist verständlich, dass durch die Karbide, die als Startpunkte dienen, eine Abschälung erzeugt wird und die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts reduziert ist.
  • Was das Karbidflächenverhältnis angeht, können die Flächenverhältnisse in dem bevorzugten Bereich von zumindest 7% und nicht mehr als 25% nicht bei den Teststücken Nr. 6, 7 und 9 der Vergleichsbeispiele gewährleistet werden. In einem Wälzelement, das aus Stahl besteht, der eine Komponentenzusammensetzung gleich der der Teststücke 6 und 7 aufweist und der gleichermaßen wärmebehandelt wurde und große Karbidflächenverhältnisse aufweist, ist daher verständlich, dass die Bearbeitbarkeit der Oberflächenschichtabschnitte verringert ist, was Probleme wie eine Erhöhung der Herstellungskosten, eine Verringerung der Arbeitsgenauigkeit usw. mit sich bringt. Andererseits besteht bei einem Wälzelement, das aus Stahl besteht, der eine Komponentenzusammensetzung gleich der des Teststücks Nr. 9 aufweist und gleichermaßen wärmebehandelt wurde, und das ein niedriges Karbidflächenverhältnis aufweist, die Möglichkeit, dass die Verschleißresistenz ungenügend ist und die Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts verringert ist.
  • Was die innere Härte betrifft, so kann bei den Teststücken Nr. 9 und 10 gemäß der Vergleichsbeispiele der bevorzugte Bereich von zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV nicht gewährleistet werden. In einem Wälzelement, das aus Stahl besteht, der eine Komponentenzusammensetzung gleich zu jener des Teststücks Nr. 9 aufweist und gleichermaßen wärmebehandelt wurde und eine niedrige innere Härte aufweist, kann daher ein inneres Brechen erzeugt werden, wenn eine relativ große Last auf das Wälzelement wirkt. In einem Wälzelement, das aus Stahl besteht, der eine Komponentenzusammensetzung gleich zu jener des Teststücks Nr. 10 aufweist und gleichermaßen wärmebehandelt wurde und das eine große innere Härte aufweist, ist auf der anderen Seite verständlich, dass die Belastbarkeit verringert ist und dass das Wälzelement leicht bricht, wenn eine Druckkraft auf das Wälzelement wirkt.
  • Andererseits gewährleisten die Teststücke Nr. 1 bis 4 nach dem Beispiel der vorliegenden Erfindung die bevorzugten Bereiche in allen Punkten der Materialeigenschaften der Oberflächenschichthärte, der maximalen Karbidgröße, des Karbidflächenverhältnisses, der inneren Härte und der 500°C Temperhärte. Daher ist es verständlich, dass ein Wälzelement, das aus Stahl besteht, der eine Komponentenzusammensetzung gleich der der Teststücke Nr. 1 bis 4 aufweist und gleichermaßen wärmebehandelt wurde, auch in widrigen Einsatzbedingungen wie die Hochtemperaturumgebung oder die Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, langlebig ist.
  • (Beispiel 2)
  • Beispiel 2 wird nun beschrieben. Um die Merkmale der Wälzelemente gemäß der vorliegenden Erfindung zu bewerten, wurden Teststücke (Teststücke Nr. 1 bis 4), die Strukturen gleich denen der Wälzelemente gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen, Teststücke (Teststücke Nr. 5 bis 8), die Strukturen außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche aufweisen und Teststücke (Teststücke Nr. 9 und 10), die durch Ausführen eines allgemeinen Wärmebehandlungsschritts auf konventionellem Stahl (JIS SCM 420 und SUJ 2), der allgemein als Stahl für Lager verwendet wird, erhalten wurden, vorbereitet und ein Test zur Untersuchung ihrer Merkmale wurde ausgeführt. 13 Testpunkte, nämlich (1) ein Ermüdungsbeständigkeitstest des Wälzkontakts, (2) ein Feuchtigkeitskammertest, (3) ein Verschleißtest, (4) ein Ultraschallermüdungstest, (5) ein Abschältest (Pealing Test), (6) ein Verschmierungstest (Smearing Test), (7) ein Ringbruchtest, (8) ein Ermüdungstest für Rissbildung durch Ringdrehung, (9) ein Formstabilitätstest, (10) ein Lebensdauertest für ein Hochgeschwindigkeitslager, (11) ein Lebensdauertest für ein angeregtes Lager, (12) ein Lebensdauertest für ein Fremdstoff verunreinigtes Lager und (13) ein Lebensdauertest für ein Drucknadellager, wurden ausgeführt. Die Testverfahren und die Testbedingungen der jeweiligen Tests werden nun beschrieben.
  • (1) Ermüdungsbeständigkeitstest des Wälzkontakts
  • Zylindrische Teststücke von 12 mm Durchmesser ϕ und 22 mm Länge L, die chemische Komponenten gleich denen der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 10 aus dem Beispiel 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Der Ermüdungsbeständigkeitstest des Wälzkontakts wurde unter den in Tabelle 3 gezeigten Testbedingungen ausgeführt. Tabelle 3
    Prüfer NTN-Punktkontaktbeständigkeitsprüfer
    Teststück ϕ12 mm × L22 mm
    Gegenstahlkugel ϕ19.05 mm
    Kontaktdruck Pmax = 5.88 GPa
    Lastgeschwindigkeit 46240 mal/Min.
    Schmierung Turbinenöl VG68
  • Der Beständigkeitstest des Wälzkontakts wurde mit einem ϕ12-Punktkontaktprüfer ausgeführt. 33 zeigt einen Teil des ϕ12-Punktkontaktprüfers im Schnitt. Der Prüfer für den Ermüdungsbeständigkeitstest des Wälzkontakts wird mit Bezug auf die 32 und 33 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 32 und 33 umfasst ein ϕ12-Punktkontaktprüfer 90 eine Antriebswalze 92, Führungswalzen 93 und Stahlkugeln 94. Ein Teststück zur Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts 91 wird durch die Antriebswalze 92 angetrieben und dreht sich im Kontakt mit den Stahlkugeln 94. Die Stahlkugeln 94 werden von den Führungskugeln 93 so geführt, dass sie, während sie einen hohen Andruckkontakt ausüben, zwischen ihnen und dem Ermüdungsbeständigkeitsteststück 91 des Wälzkontakts rollen. Schmieröl wird durch angetriebene Zirkulation zugeführt. Auf jedem Teststück können an verschiedenen Stellen durch Antrieb des ϕ12-Punktkontaktprüfers 90 zwei Tests in der zuvor beschriebenen Weise und unter Verwendung von fünf Teststücken durchgeführt werden und daher wurde die Testzahl auf 10 mal eingestellt und die Frequenz des Einladens bis zur Abschälung (Leben) jedes Teststücks wurde untersucht. Die erhaltene Lebensdauer wurde statistisch analysiert, um diejenige Ermüdungsbeständigkeit des Wälzkontakts zu berechnen, die eine kumulative Brechwahrscheinlichkeit von 10% aufweist.
  • (2) Feuchtigkeitskammertest
  • Zylindrische Teststücke von 12 mm Durchmesser ϕ und 22 mm Länge L, die chemische Komponenten gleich denen der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 10 gemäß Beispiel 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Danach wurde auf einem Ende der Oberfläche jedes Teststücks ein Läppen ausgeführt und die Endfläche hochglanzpoliert. Die hochglanzpolierte Endfläche wurde als Testoberfläche verwendet und der Feuchtigkeitskammertest wurde unter den in Tabelle 4 dargestellten Testbedingungen (Testbedingungen gemäß JIS K2246) ausgeführt. Tabelle 4
    Atmosphärentemperatur (°C) 49 ± 1
    Feuchtigkeit (%) 95
  • Das Teststück wurde in einem Prüfer 20 Stunden lang in den in Tabelle 4 dargestellten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen gehalten und danach für weitere vier Stunden gehalten, während derer der Prüfer zur Atmosphäre geöffnet wurde. Danach wurde der Widerstand jedes Teststücks gegen Rost (Korrosionsresistenz) durch Messung eines Flächenverhältnisses, dass das Verhältnis einer Fläche eines verrosteten Bereichs zu der Fläche der Testoberfläche angibt und das Inverse des Flächenverhältnisses berechnet. Das Flächenverhältnis wurde durch Fotografieren des Teststücks nach dem Test und durch eine Bildbearbeitung der Fotografie mit einem Bildbearbeitungsprozessor gemessen. Zwei Teststücke wurden entsprechend verwendet.
  • (3) Verschleißtest
  • Dies ist ein Test, der es ermöglicht, einen verschlissenen Zustand eines Wälzelements in einem Fall abzuschätzen, wenn die Schmierbedingungen aufgrund einer hohen Temperatur schlecht sind. Flache Teststücke, die gleiche chemische Komponenten zu jenen der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 10 gemäß Beispiel 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Danach wurde eine Hauptfläche hochglanzpoliert und die hochglanzpolierte Oberfläche wurde als Testoberfläche verwendet. Der Verschleißtest wurde unter den in Tabelle 5 gezeigten Bedingungen durchgeführt. Tabelle 5
    Prüfer Savantscher Verschleißprüfer
    Teststück Hochglanzpolierte flache Oberfläche
    Zähler SUJ-Ring von ϕ44 mm × R50 mm, Rauhigkeit Ra = 0,01 μm
    Last 50 N
    Gleitgeschwindigkeit 0,05 m/s
    Testzeit 60 Minuten
    Schmieröl Mobile Velocity Nr. 3
  • Der Verschleißtest wurde mit einem Savantschen Verschleißprüfer durchgeführt. Der Savantsche Verschleißprüfer wird mit Bezug auf die 34 und 35 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 34 und 35 umfasst ein Savantscher Verschleißprüfer 40 eine Lastzelle 43 mit einem Luftgleiter 44. Ein flaches Verschleißprüfstück 41 wird von dem Luftgleiter 44 gehalten und eine Last mit einem Gewicht 42, die in dem Verschleißtest verwendet wird, wird von der Lastzelle 43 detektiert. Eine spiegelpo lierte Oberfläche des Verschleißteststücks 41 und die äußere umfängliche Oberfläche eines Gegenmaterials 45 werden miteinander in Kontakt gebracht, so dass sich das Gegenmaterial 45 dreht. Kein Schmieröl wird direkt auf die Kontaktoberfläche des Verschleißteststücks 41 und des Gegenmaterials 45 zugeführt, stattdessen wird das Gegenmaterial 45 teilweise in Schmieröl 46 eingetaucht.
  • Nachdem der Savantsche Verschleißprüfer 40 in der zuvor beschriebenen Art und Weise betrieben wurde und das Gegenmaterial 60 Minuten lang gedreht wurde, wurde ein abgeriebenes (verschlissenes) Volumen eines jeden Teststücks ausgemessen. Der Verschleißwiderstand eines jeden Teststücks wurde mit dem Inversen des verschlissenen Volumens bewertet.
  • (4) Ultraschallermüdungstest
  • Dies ist ein Hochgeschwindigkeitsermüdungstest in einem Spannungskompressionsmodus, der ermöglicht, die Stärke der Ermüdung gegenüber Oberflächenzugdruck, der aus einem Verrutschen der Oberfläche oder ähnliches stammt, zu bewerten. Die Bewertung kann sehr kurzfristig erfolgen und daher kann der Test in einem Zustand ausgeführt werden, indem über elektrolytisches Beladen oder ähnliches Wasserstoff in den Stahl eingeführt wird. Also kann der Widerstand gegenüber Abschälung aufgrund von Versprödung durch Wasserstoff abgeschätzt werden. Teststücke wurden vorbereitet mit gleichen chemischen Komponenten wie die der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 10 gemäß Beispiel 1, die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden. Jedes Teststück wurde in eine runde Stange geformt, die mit einer Kerbe versehen wurde, die also ein Abschnitt ist, der einen verringerten äußeren Durchmesser in einem zentralen Abschnitt aufweist. Zunächst wurde eine Wasserstoffladung auf jedem vorbereiteten Teststück unter den in Tabelle 6 dargestellten Bedingungen vorbereitet. Danach wurde ein Ultraschallermüdungstest unter den in Tabelle 7 dargestellten Bedingungen ausgeführt. Der Ultra schallermüdungstest wurde auch auf Teststücken vorbereitet, die in gleichen Verfahren ohne die Wasserstoffbeladung vorbereitet wurden (Ultraschallermüdungstest (ohne Wasserstoffbeladung)). Tabelle 6
    Elektrolyt 0,05 mol/L von verdünnter Schwefelsäure + 1,4 g/L von Thioharnsäure
    Gegenwärtige Dichte Bedingung zur Einlagerung von 3 ppm Wasserstoff
    Zeit 20 Stunden
    Tabelle 7
    Prüfer Ultraschallermüdungsprüfer
    Teststück kerbeartiger Typ
    Lastfrequenz 20 kHz
    Lastsystem pulsierendes Belasten (Beladen 0,11s, Pause 1,10 s)
    Druckverhältnis R = –1 (vollständig wechselnd)
    Testatmosphäre Atmosphäre gewöhnlicher Temperatur
  • Der Ultraschallermüdungstest wurde mit einem Ultraschallermüdungsprüfer ausgeführt. Der Ultraschallermüdungsprüfer wird mit Bezug auf die 36 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 36 umfasst ein Ultraschallermüdungsprüfer 50 einen trichterförmigen Abschnitt 52, der an eine Stelle gekoppelt ist, an der ein Ultraschallermüdungsteststück 51 befestigt ist, einen PZT(Blei-Zirkonat-Titanat)-Vibrator 53, der mit dem trichterförmigen Abschnitt 52 verbunden ist, einen Verstärker 54, der mit dem PZT-Vibrator 53 verbunden ist und eine Steuereinheit 55, wie ein PC, der mit dem Verstärker 54 verbunden ist. Im Ultraschallermüdungsprüfer 50 ist weiterhin ein Spielmesser 56 derart angeordnet, dass dieser einem Endabschnitt gegenüber einer Seite des Ultraschallermüdungsteststücks 51, welche an den trichterförmigen Abschnitt 52 gekoppelt ist, gegenüber liegt, und der Spielmesser 56 ist mit einem Oszilloskop 57 verbunden.
  • Das Ultraschallermüdungsteststück 51 ist bezüglich des Ultraschallermüdungsprüfers 50 justiert und durch Zufuhr von elektrischem Strom in dem PZT-Vibrator 53 über den Verstärker werden Ultraschallschwingungen erzeugt, während mit der Steuereinheit 55 ein Ausgang (Output) überwacht wird. Die Ultraschallschwingung wird über den trichterförmigen Abschnitt 52 auf das Ultraschallermüdungsteststück 51 übertragen wodurch das Ultraschallermüdungsteststück 51 in Resonanz kommt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckamplitude des axialen Zugs/der axialen Kompression in einem Abschnitt des Ultraschallermüdungsteststücks 51 maximiert, welcher den engsten Durchmesser aufweist. Andererseits wird der Zustand der Schwingung des Ultraschallermüdungsteststücks 51 durch den an das Oszilloskop 57 angeschlossenen Spielmesser 56 überwacht.
  • Die Anzahl der Druckzyklen bis zur Abschälung oder zum Zerbröseln oder Brechen des Ultraschallermüdungsteststücks 51 wurde durch Betreiben des Ultraschallermüdungsprüfers 50 in der zuvor beschriebenen Weise untersucht. Weiterhin wurde die Untersuchung auf einer Vielzahl von Druckarten ausgeführt und deren Resultate statistisch ausgewertet unter der Annahme, dass die Resultate einer Normalverteilung gehorchen, um den Druck zu berechnen, der ein Brechen von 10% der Teststücke über 107-Zyklen vorhersagt (107 Ermüdungsstärke), wodurch die Ermüdungsbeständigkeit in einem Zustand evaluiert werden kann, in dem Wasserstoff eingedrungen ist.
  • (5) Abschälungstest (Peeling Test)
  • Dieser Test, in dem jedes Teststück unter derartigen Bedingungen gewälzt wird, dass ein Schmierölfilm abgeschnitten wurde und dass Ermüdungsschäden aufgrund von metallischem Kontakt auf der Oberfläche (Peeling) entstehen, erzeugt wurden, kann den Widerstand gegen Oberflächenbeschädigungen in einem Fall untersuchen, wenn die Schmierung ungenügend ist. Scheibenförmige Teststücke, die chemische Komponenten gleich zu jenen der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 10 nach Beispiel 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Der Abblättertest wurde auf den Teststücken in den in Tabelle 8 dargestellten Bedingungen ausgeführt. Tabelle 8
    Prüfer NTN2 zylindrischer Prüfer
    Teststück ϕ40 mm, Rmax 0,2 μm
    Gegenteststück ϕ40 mm × R60 mm, Rmax 3 μm
    Kontaktlast 2156 N
    Kontaktdruck Pmax = 2,3 GPa
    Drehgeschwindigkeit 2000 rpm
    Schmierung Turbinenöl VG46
    Testzeit 4 Stunden (Lastfrequenz 4,8 × 105)
  • Der Abschältest wurde mit einem zweizylindrischen Wälzprüfer ausgeführt. Der zweizylindrische Wälzprüfer wird mit Bezug auf die 37 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 37 ist ein scheibenförmiges Gegenteststück 61 derart angeordnet, dass es um eine erste Welle 63 drehbar ist, während ein scheibenförmiges Teststück 62 derart eingestellt ist, dass es in einem zweizylindrischen Wälzprüfer 60 um eine zweite Welle 64 drehbar ist. Die erste Welle 63 und die zweite Welle 64 sind parallel zueinander angeordnet und das Gegenteststück 61 und das Teststück 62 sind an den ersten Endabschnitten der entsprechenden ersten Welle 63 und zweiten Welle 64 angeordnet, so dass ihre äußeren Umfangsflächen miteinander im Kontakt stehen. Tachometer 65 und Gleitringe 66 sind an beiden zweiten Endabschnitten der ersten Welle 63 und der zweiten Welle 64 angeordnet.
  • Die erste Welle 63 dreht sich als Antriebswelle, während Schmieröl auf das Gegenteststück 61 getropft wird. Daher dreht sich das Gegenteststück 61, während das Teststück 62 dem Teststück 61 folgt, wenn es mit dem Gegenteststück 61 in Kontakt tritt. Der zweizylindrische Wälzprüfer 60 wurde in der zuvor beschriebenen Weise betrieben und die Drehung der ersten Welle 63 wurde dann angehalten, wenn die Drehung einer vorgeschriebenen Drehfrequenz von 4,8 × 105 erreicht wurde. Dann wurde das Teststück 62 aus dem Zweizylinderwälzprüfer 60 entfernt, die auf der äußeren Umfangsfläche des Teststücks 62 verursachte Schälfläche untersucht und das Verhältnis der Schälfläche zu der äußeren Umfangsfläche des Teststücks 62 (Abschälflächenverhältnis) wurde berechnet. Der Schälwiderstand wurde mit dem inversen Flächenverhältnis der Schälfläche bewertet.
  • (6) Verschmierungstest (Smearing Test)
  • Scheibenförmige Teststücke, die gleiche chemische Komponenten wie jene der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 10 gemäß des Beispiels 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Der Verschmierungstest wurde auf den vorbereiteten Teststücken unter den in Tabelle 8 beschriebenen Bedingungen ausgeführt. Tabelle 9
    Prüfer NTN2 Zylinderprüfer
    Teststück ϕ40 mm × R60 mm, Rauhigkeit 3S
    Gegenteststück ϕ40 mm × R60 mm, Rauhigkeit 3S
    Kontaktdruck Pmax = 2,1 GPa
    Drehgeschwindigkeit konstant bei 2000 rpm auf einer Seite, erhöht auf der anderen Seite
    Schmierung additivefreies Turbinenöl VG46
  • Die Verschmierung wurde mit dem Zweizylinderwälzprüfer ausgeführt, der bei dem zuvor beschriebenen Abschältest verwendet wurde. Zunächst wurden gleich wie bei dem Abschältest Teststücke auf dem Prüfer angeordnet. Dann wurde das erste Teststück 61 mit einer Drehgeschwindigkeit von 200 rpm gedreht, während darauf Schmieröl getropft wurde, die Drehgeschwindigkeit des zweiten Teststücks 62 wurde stufenweise von 200 rpm erhöht, und der Test wurde angehalten, wenn eine Verschmierung auf der Oberfläche beider Teststücke erreicht wurde und die gegenwärtige relative Drehgeschwindigkeit wurde aufgezeichnet. Der Widerstand eines jeden Teststücks gegen die Verschmierung wurde durch diese relative Drehgeschwindigkeit bewertet. Es wird angezeigt, dass der Widerstand gegen die Verschmierung steigt, wenn die relative Drehgeschwindigkeit, die die Verschmierung erzeugt, ansteigt.
  • (7) Ringbruchtest
  • Ringförmige Teststücke, die chemische Komponenten gleich zu jenen der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 10 gemäß Beispiel 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Der Ringbruchtest wurde auf den vorbereiteten Teststücken ausgeführt.
  • Der Ringbruchtest wird mit Bezug auf die 38 beschrieben. Mit Bezug auf die 38 weist ein Ringbruchteststück 71 eine Ringform von 60 mm im äußeren Durchmesser, 45 mm im inneren Durchmesser und 15 mm Breite auf. Eine Last wird schrittweise in eine Lastrichtung 72 angewendet und die Last zu dem Zeitpunkt, wenn das Bruchteststück 71 bricht, gemessen. Danach wird die erhaltene Bruchlast über die folgenden Spannungsgleichungen eines gebogenen Balkens in einen Spannungswert konvertiert.
  • Unter der Annahme, dass σ1 eine Faserspannung auf einer konvexen Oberfläche (Oberfläche bei einem Abstand +e1 von einer Mittellinie des Bruchteststücks 71) eines Bruchteststücks 71 in 38 darstellt und σ2 eine Faserspannung auf einer konkaven Oberfläche (Oberfläche bei einem Abstand –e1 von der Mittellinie des Bruchteststücks 71) darstellt, werden σ1 und σ2 über die folgenden Gleichungen (Vergleich Material Dynamics A4-40, Mechanical Engineers' Handbook A4) erhalten. N stellt die Axialkraft eines Schnitts durch das Bruchteststück 71 dar, das eine Achse umfasst, A stellt eine Querschnittsfläche dar, e1 gibt einen äußeren Radius an und e2 gibt einen inneren Radius (siehe 38) an. κ gibt einen Schnittmodul des gebogenen Balkens an. σ1 = (N/A) + {M/(Aρ0)}[1 + e1/{κ(ρ0 + e1)}] (A) σ2 = (N/A) + {M/(Aρ0)}[1 – e2/{κ(ρ0 – e2)}] (B) κ = –(1/A)∫A{η/(ρ0 + η)dA (C)
  • Diese Spannungswerte wurden als Bruchwerte des Teststücks ausgewertet.
  • (8) Ermüdungstest für Rissbildung durch Ringdrehung
  • Ringförmige Teststücke, die chemische Komponenten gleich zu jenen der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 9 gemäß Beispiel 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Der Ermüdungstest für Rissbildung durch Ringdrehung wurde unter den in Tabelle 10 dargestellten Bedingungen ausgeführt. Tabelle 10
    Prüfer Ermüdungsprüfer für Rissbildung durch Ringdrehung
    Teststück ϕ45 mm × ϕ60 mm × t15 mm
    Last 9,8 kN
    Lastgeschwindigkeit 8000 cpm
    Schmierung Turbinenöl VG68
  • Der Ermüdungstest für Rissbildung durch Ringdrehung wurde mit einem Ermüdungsprüfer für Rissbildung durch Ringdrehung ausgeführt. Der Ermüdungsprüfer für Rissbildung durch Ringdrehung wird mit Bezug auf die 39 beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 39 umfasst ein Ermüdungsprüfer für Rissbildung durch Ringdrehung 80 eine zylinderförmige Antriebswalze 82, eine Lastwalze 83 und eine Führungswalze 84. Die Antriebswalze 82, Lastwalze 83 und die Führungswalze 84 sind derart angeordnet, dass die Drehachsen parallel zueinander sind und ihre äußeren Umfangsflächen mit einem Ermüdungsteststück zur Rissbildung durch Ringdrehung 81 in Kontakt treten können. Der Ermüdungsprüfer zur Rissbildung durch Ringdrehung 80 umfasst weiterhin eine Ölzuführdüse 86, die dazu geeignet ist, Schmieröl dem Teststück 81 zur Rissbildung durch Ringdrehung hinzuzuführen, indem Öl auf eine Unterlage 85 durch die Ölzuführdüse 86 gegeben wird.
  • Das Verfahren des Tests wird nun beschrieben. Zunächst wird das Teststück 81 zur Rissbildung durch Ringdrehung derart angeordnet, dass es mit der Antriebswalze 82, Lastwalze 83 und Führungswalze 84 am äußeren Umfang im Kontakt steht. Dann wird das Teststück 81 zur Rissbildung durch Ringdrehung durch Drehung der Antriebswalze 82 angetrieben, wobei es Druck aufnimmt, so dass es radial durch die Antriebswalze 82 und die Lastwalze 83 zusammengedrückt wird und von der Führungswalze 84 derart geführt wird, dass es sich dreht. Der Ermüdungsprüfer 80 zur Rissbildung durch Ringdrehung wurde in der zuvor beschriebenen Art betrieben und eine Testanzahl wurde auf 10 mal gesetzt mit 10 Teststücken, eine Zeit bis zum Bruch in der äußeren Umfangsfläche des Teststücks 81 zur Rissbildung durch Ringdrehung wurde untersucht und diese Zeit wurde als Rissbildungszeit angesehen. Die erhaltene Lebensdauer wurde statistisch analysiert, um eine Lebensdauer zu berechnen, die eine kumulative Bruchwahrscheinlichkeit von 10% aufweist, wodurch die Ermüdungsbeständigkeit für Rissbildung durch Ringdrehung bewertet wurde.
  • (9) Formstabilitätstest
  • Ein Teststück, das gleich dem Bruchteststück 71 ist, welches für den in 38 gezeigten Ringbruchtest verwendet wurde, wurde vorbereitet. Danach wurde eine Behandlung durchgeführt, in der dieses für 1000 Stunden auf eine Temperatur von 150°C gehalten wurde und eine Änderungsrate des äußeren Durchmessers des Teststücks vor und nach der Behandlung wurde gemessen. Das Inverse der gemessenen Änderungsrate wurde als Formstabilität betrachtet, um die Formstabilität des Teststücks zu bewerten.
  • (10) Lebensdauertest des Hochgeschwindigkeitswälzlagers
  • Innere Laufringe und äußere Laufringe von abgewinkelten Kugellagern mit gleichen chemischen Komponenten wie jene der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1 bis 3, 6, 7, 9 und 10 gemäß Beispiel 1, die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Dann wurden abgewinkelte Kugellager vorbereitet, in dem die inneren Laufringe und die äußeren Laufringe mit Kugeln aus Siliziumnitrid kombiniert wurden. Die abgewinkelten Kugellager wurden unter den in Tabelle 11 gezeigten Bedingungen behandelt und die Zeiten bis zur Abschälung der inneren Laufringe oder der äußeren Laufringe wurden als die Lebensdauern der Lager bewertet. Die Anzahl der Tests wurde für jedes Teststück auf zwei gesetzt und die Lebensdauer wurde durch Mittelbildung ausgewertet. Tabelle 11
    Prüfer Lebensdauerprüfer für Hochgeschwindigkeitslager
    Getestetes Lager ϕ100 mm × ϕ150 mm × t24 mm (NTN Produktname BNS020)
    Last 3,92 kN
    Kontaktdruck Pmax = 2000 MPa
    Drehgeschwindigkeit 12000 rpm (Drehung des inneren Laufrings)
    Gegenwälzelement Siliziumnitrid
    Schmierung Schmierfett (NTN Produktname MP-1)
  • (11) Lebensdauertest für angeregtes Lager
  • Innere Laufringe und äußere Laufringe von JIS 6303 Lagern, die gleiche chemische Komponenten wie jene der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1, 2, 6, 9 und 10 gemäß dem ersten Beispiel aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungsschritten unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Dann wurden Rillenkugellager durch Zu sammensetzung der inneren Laufringe und der äußeren Laufringe mit Stahlkugeln aus JIS SUJ 2, die einem Karbonitrieren unterworfen wurden, angefertigt. Die Rillenkugellager wurden mit einem Wechselstromgeneratorlagerprüfer betrieben, der mit einem Anregungsmechanismus ausgestattet ist, welcher ermöglicht, die Lager zu betreiben (zu beschleunigen), während er die Lager unter Schwingungen setzt, die gleich denjenigen bei Lagern sind, die in einem Wechselstromgenerator verwendet werden und die Zeiten bis zur Abschälung der inneren Laufringe oder der äußeren Laufringe wurden als Lebenszeiten der Lager untersucht. Die Anzahl der Tests wurde für jedes Teststück auf zwei gesetzt. Tabelle 12
    Prüfer Wechselstromgeneratorlagerprüfer mit Anregungsmechanismus
    Getestetes Lager ϕ17 mm × ϕ47 mm × t14 mm (Typanzahl 6303)
    Last 2 kN
    Drehgeschwindigkeit 12000 rpm (Drehung des inneren Laufrings)
    Gegenwälzelement Karbonitrierte Stahlkugel aus SUJ2
    Schmiermittel Mineralölbasiert, Li-Seifenverdicker
    Testtemperatur gewöhnliche Temperatur
  • (12) Lebensdauertest für Fremdstoff verunreinigtes Lager
  • Innere Laufringe und äußere Laufringe von Lagern aus JIS Typnummer 6206, die gleiche chemische Komponenten zu jenen der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1, 2, 6, 7, 9 und 10 gemäß Beispiel 1 aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Dann wurden Rillenkugellager vorbereitet, indem die inneren Laufringe und die äußeren Laufringe mit Stahlkugeln aus JIS SUJ 2, die Karbonitrieren unterzogen wurden, kombiniert wurden. Die Rillenkugellager wurden unter den in Tabelle 13 gezeigten Bedingungen betrieben, wobei das Schmieröl mit harten Fremdstoffen verunreinigt wurde und die mittleren Zeiten bis zur Abschälung der inneren Laufringe oder der äußeren Laufringe wurden als Lebensdauer der Lager untersucht. Die Anzahl der Tests wurde auf sechs für jedes Teststück gesetzt. Tabelle 13
    Prüfer Lagerlebensdauerprüfer vom NTN-Typ II
    Getestetes Lager ϕ30 mm × ϕ62 mm × t16 mm (6206C3)
    Last 6,86 kN
    Kontaktdruck Pmax = 3,2 GPa
    Drehgeschwindigkeit 3000 rpm (Drehung des inneren Laufrings)
    Gegenwälzelement karbonitrierte Stahlkugel aus SUJ2
    Fremdstoff Korngröße 100–180 μm, 0,4 g/L
    Fremdstoffhärte ungefähr 800 HV
    Schmierung Turbinenöl VG56, 0,03 L
  • (13) Lebensdauertest für Drucknadellager
  • Lagerscheiben von Drucknadelwälzlagern mit 60 mm im inneren Durchmesser ϕ, 85 mm im äußeren Durchmesser ϕ und 2 mm in der Dicke t, die gleiche chemische Komponenten wie jene der zuvor beschriebenen Teststücke Nr. 1, 2, 5, 6, 9 und 10 gemäß dem ersten Beispiel aufweisen und die gleichen Wärmebehandlungen unterworfen wurden, wurden vorbereitet. Dann wurden Drucknadelwälzlager vorbereitet, indem die Lagescheiben mit Nadelwalzen aus JIS SUJ 2, die Kabonitrieren unterzogen wurden, zusammengestellt wurden. Die Drucknadelwälzlager wurden unter den in Tabelle 14 dargestellten Bedingungen betrieben und die Zeiten bis zur Abschälung der Lagerscheiben wurden als die Lebensdauern der Lager untersucht. Die An zahl der Tests wurde für jedes Teststück auf zwei gesetzt und die Lebensdauer wurde durch Bildung des Mittels bestimmt. Tabelle 14
    Prüfer Drucknadellagerlebensdauerprüfer
    Getestetes Lager ϕ60 mm × ϕ85 mm × t2 mm
    Anzahl der Walzen 24
    Last 7,8 kN
    Kontaktdruck Pmax = 1079 MPa
    Drehgeschwindigkeit 5000 rpm (Drehung des inneren Laufrings)
    Gegenwälzelement Karbonitrierte SUJ2-Walze
    Schmierung Spindelöl VG2
    Berechnetes Leben 9,7 h (unter Berücksichtigung der Ölfilmparameter)
    Anzahl der Tests 2
  • Die Testresultate werden nun beschrieben. Tabelle 15 zeigt die Testresultate in diesem Beispiel. Mit Bezug auf die Tabelle 15 ist jedes Testresultat in einem Verhältnis zu dem Testresultat des Teststücks Nr. 10, dass mit dem konventionellen Stahl SUJ 2 vorbereitet wurde, gezeigt. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass die Eigenschaft besser ist als die des konventionellen Teststücks, welches aus konventionellem Stahl gebildet ist, falls der numerische Wert in Tabelle 15 größer als eins ist. In Bezug auf den Ultraschallermüdungstest und dem Formstabilitätstest sind die Testresultate in Verhältnissen zu den Testresultaten des Teststücks Nr. 9 dargestellt, welche aus dem konventionellen Stahl SCM 420 vorbereitet wurden. In Bezug auf die Lagerlebensdauertests sind die Lebensdauern gezeigt, die in den Tests erhalten wurden. Die Ergebnisse der zuvor beschriebenen Tests (1) bis (13) werden nun mit Bezug auf die Tabelle 15 beschrieben.
    Figure 01140001
  • (1) Ermüdungsbeständigkeitstest des Wälzkontakts
  • Alle Teststücke Nr. 1 bis 8 haben längere Lebensdauern als die Teststücke Nr. 9 und 10, die die konventionellen Strukturen aufweisen. Jedoch sind die Lebensdauern der Teststücke Nr. 5 und 8 gemäß der Vergleichsbeispiele höchstens 2,3 mal so groß wie die des Teststücks Nr. 10 und weniger als 2 mal ist ebenfalls umfasst. Andererseits sind alle Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung Lebensdauern von zumindest 2,6 mal so groß wie das Teststück Nr. 10 und weisen längere Lebensdauern im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen auf.
  • (2) Feuchtigkeitskammertest
  • Alle Teststücke Nr. 1 bis 8 weisen mit Bezug auf die Teststücke Nr. 9 und 10, die konventionelle Strukturen aufweisen, einen hohen Korrosionswiderstand auf. Jedoch sind die Korrosionswiderstandswerte der Teststücke Nr. 5 bis 8 gemäß der Vergleichsbeispiele 1,3 bis 2,0 mal so groß wie die Teststücke Nr. 9 und 10. Auf der anderen Seite weisen alle Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung Korrosionswiderstandswerte von zumindest 2,2 mal denjenigen der Teststücke Nr. 9 und 10 auf und haben im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen eine höhere Korrosionsresistenz.
  • (3) Verschleißtest
  • Alle Teststücke Nr. 1 bis 8 weisen mit Bezug auf die Teststücke Nr. 9 und 10, die die konventionellen Strukturen aufweisen, eine hohe Verschleißresistenz auf. Jedoch sind die Verschleißresistenzwerte der Teststücke Nr. 5 bis 8 gemäß der Vergleichsbeispiele 1,4 bis 2,0 mal so hoch wie die der Teststücke Nr. 9 und 10. Andererseits haben alle Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels Verschleißresistenzwerte von zumindest 2,1 mal denjenigen der Teststücke Nr. 9 und 10 und haben eine höhere Verschleißresistenz im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen, obwohl ihre Härteniveaus zu denjenigen der Teststücke Nr. 5 bis 10 gemäß der Vergleichsbeispiele äquivalent sind. Dies ist verständlicher Weise dadurch beeinflusst, dass die Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß dem Beispiel im Vergleich zu den Teststücken Nr. 5 bis 8 der Vergleichsbeispiele kleine maximale Karbidgrößen aufweisen.
  • (4) Ultraschallermüdungstest
  • In dem Test des Falls, bei dem keine Wasserstoffladung verwendet wurde, haben alle Teststücke Nr. 1 bis 8 längere Lebensdauern in Bezug auf das Teststück Nr. 9 mit der konventionellen Struktur. Auch in dem Test des Falls, in dem eine Wasserstoffladung verwendet wurde andererseits, haben die Teststücke Nr. 1 bis 8 längere Lebensdauern in Bezug auf das Teststück Nr. 9, das die konventionelle Struktur aufweist. Jedoch sind die Lebensdauern der Teststücke Nr. 5 bis 8 gemäß der Vergleichsbeispiele 1,2 bis 1,6 mal derjenigen von Nr. 9. Andererseits haben alle Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung Lebensdauern von zumindest 1,6 mal derjenigen von Nr. 9 und haben auch längere Lebensdauer im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen. Dies ist in verständlicher Weise dadurch beeinflusst, dass die Siliziumgehalte des Stahls, der die Teststücke Nr. 5 bis 8 gemäß der Vergleichsbeispiele bildet, höher sind, als die bevorzugten Bereiche und dass ihre maximalen Karbidgrößen höher sind als die bevorzugten Bereiche.
  • (5) Abschältest (Peeling Test)
  • Alle Teststücke Nr. 1 bis 8 haben eine hohe Abschälresistenz mit Bezug auf das Teststück Nr. 10, das die konventionelle Struktur aufweist. Jedoch umfassen die Vergleichsbeispiele auch jene (Nr. 6 bis 8), die Abschälresistenzwerte von weniger als 2 mal zu dem von Nr. 10 aufweisen. Andererseits haben alle Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung Lebensdauern von zumindest 2,2 mal derjenigen des Teststücks Nr. 9 und haben eine größere Stärke im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen.
  • (6) Verschmiertest (Smearing Test)
  • Alle Teststücke Nr. 1 bis 8 haben eine hohe Verschmierresistenz mit Bezug auf das Teststück Nr. 10, was die konventionelle Struktur aufweist. Jedoch umfassen die Vergleichsbeispiele auch jene (Nr. 5 und Nr. 7), die Schmierresistenzwerte von nicht mehr als 1,5 mal dem von Nr. 10 aufweisen. Andererseits haben alle Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung Schmierresistenzwerte von 1,9 bis 2,0 mal dem von Nr. 9 und weisen stabil eine hohe Stärke auf. Dies ist verständlich, weil der Stahl, der die Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung bildet, eine hohe Wärmeresistenz hat.
  • (7) Ringbruchtest
  • Alle Teststücke Nr. 1 bis 8 haben eine niedrigere Ringbruchstärke als das Teststück Nr. 10, das die konventionelle Struktur aufweist und haben Ringbruchstärkewerte, die dem von Teststück Nr. 9, welches die konventionelle Struktur aufweist, übertreffen. Dies ist weil das Teststück Nr. 9 ein Teststück ist, das über Karburierung von konventionellem karburiertem Stahl und Abschreckung hergestellt wurde und daher niedrige innere Harten aufweist, wohingegen das Teststück Nr. 10 ein Teststück ist, das über Abschreckung von konventionellem Lagerstahl hergestellt wurde und daher eine hohe innere Harte aufweist. Die Ringbruchstärkenwerte der Teststücke Nr. 5 bis 8 gemäß der Vergleichsbeispiele sind 70 bis 75% desjenigen von Nr. 10. Andererseits haben alle Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung Ringbruchstärkenwerte von zumindest 85% zu dem von Nr. 10 und haben im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen eine höhere Stärke.
  • (8) Ermüdungstest für Rissbildung durch Ringdrehung
  • Alle Teststücke Nr. 1 bis 8 haben längere Lebensdauer mit Bezug auf das Teststück Nr. 10, das die konventionelle Struktur aufweist. Jedoch haben die Teststücke Nr. 5 bis 8 gemäß der Vergleichsbeispiele Lebensdauern von 4,0 bis 5,0 mal derjenigen von Nr. 10. Andererseits haben die Teststücke Nr. 1 bis 4 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung Lebensdauern von 5,0 bis 5,6 mal derjenigen von Nr. 10 und haben längere Lebensdauern im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen.
  • (9) Formstabilitätstest
  • Selbstverständlich haben alle Teststücke Nr. 1 bis 8 extrem hohe Formstabilitäten im Vergleich mit dem Teststück Nr. 9, das die konventionelle Struktur aufweist. Dies ist verständlich, weil die Teststücke Nr. 1 bis 8 bei 280°C getempert wurden, wohingegen die Teststücke Nr. 9 und 10 mit den konventionellen Strukturen bei 180°C getempert wurden. Die Formstabilität des Teststücks Nr. 10 aus SUJ 2 ist geringer als die Formstabilität des Teststücks Nr. 9 aus SCM 420.
  • (10) Lebensdauertest des Hochgeschwindigkeitslagers
  • In der Spalte des „Lebensdauertests des Hochgeschwindigkeitslagers” der Tabelle 15 bedeutet die Beschreibung > 3000, dass die Lagerringe nach Ablauf von 3000 Stunden nicht zerbröckelt oder abgeschält waren und der Test daher gestoppt wurde. Mit Bezug auf die Tabelle 15 haben alle Lager der Nummern 1 bis 3, 6 und 7 lange Lebensdauern im Vergleich zu den Lagern Nr. 9 und 10, die die konventionellen Strukturen aufweisen. Jedoch waren, obwohl die Lagerringe in den Lagern Nr. 6 und 7 gemäß der Vergleichsbeispiele nach 2380 Stunden bis 2450 Stunden abgeschält waren, die Lager Nr. 1 und 3 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung sogar nach Ablauf von 3000 Stunden nicht abgeschält.
  • (11) Lebensdauertest des angeregten Lagers
  • Mit Bezug auf Tabelle 15 haben alle Lager Nr. 1, 2 und 6 lange Lebensdauern mit Bezug auf die Lager Nr. 9 und 10, die die konventionellen Strukturen aufweisen. In dem Lager Nr. 6 gemäß dem Vergleichsbeispiel war der Lagerring jedoch in 620 Stunden bis 708 Stunden abgeschält und die Verteilung der Lebensdauern war ebenfalls relativ breit. Andererseits hatten beide Lager Nr. 1 und 2 gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung Lebensdauern von zumindest 830 Stunden und waren stabil langlebig.
  • (12) Lebensdauertest des mit Fremdstoffen verunreinigten Lagers
  • Mit Bezug auf die Tabelle 15 haben alle Lager Nr. 1, 2, 6 und 7 lange Lebensdauern im Vergleich zu den Lagern Nr. 9 und 10, die die konventionellen Strukturen aufweisen. In den Lagern Nr. 6 und 7 gemäß den Vergleichsbeispielen jedoch waren die Lagerringe in 59 Stunden bis 64 Stunden abgeschält. Die Lager Nr. 1 und 2 gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung hatten andererseits Lebensdauern von 76 bis 81 Stunden, was vier mal der des Lagers Nr. 10 aus konventionellem Stahl übertrifft, obwohl die Lagerscheiben bei der hohen Temperatur von 280°C getempert wurden und die Mengen des zurückgehaltenen Austenits reduziert waren.
  • Als eine Technik zur Erhöhung der Lebensdauer eines Wälzlagers in der Umgebung, in welcher das schmierende Öl mit hartem Fremdstoff verunreinigt ist (Fremdstoff verunreinigte Umgebung), ist die Gegenmaßnahme Ausführen von Karbonitrieren auf Lagerringen und Wälzelementen allgemein bekannt. Daher wurde ein Lebensdauertest für die Lager auf einem Musterstück ausgeführt, das durch Karbonitieren von Lagerringen aus JIS SUJ 2 vorbereitet wurde, was konventioneller Stahl ist, und auf einem Musterstück, das weiter durch Ausführen von Hochtemperaturtempern (230°C) für fünf Stunden auf den Lagerringen unter den gleichen Bedingungen, wie jene in Tabelle 13 dargestellt, vorbereitet wurde. Folglich war die Lebensdauer des Musterstücks, was unter Ausführung des Karbonitrierens vorbereitet wurde 47 Stunden und die Lebensdauer des Musterstücks, was unter weiterem Hochtemperaturtempern vorbereitet wurde, 25 Stunden. Ausgehend von diesem kann gesagt werden, dass die Lager Nr. 1 und 2 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung längere Lebensdauern aufweisen als das Lager, auf dem die gewöhnlichen Gegenmaßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer in der Fremdstoff verunreinigten Umgebung ausgeführt wurden.
  • (13) Lebensdauertest des Drucknadellagers
  • Mit Bezug auf die Tabelle 15 weisen alle Lager Nr. 1, 2, 5 und 6 längere Lebensdauern auf im Vergleich zu den Lagern Nr. 9 und 10 mit den konventionellen Strukturen. In den Lagern Nr. 5 und 6 gemäß den Vergleichsbeispielen wurden die Lagerscheiben jedoch in 83 Stunden bis 91 Stunden abgeschält. Die Lager Nr. 1 und 2 gemäß des Beispiels der vorliegenden Erfindung hatten jedoch Lebensdauern von zumindest 100 Stunden und die Nadelwalzen aus SUJ 2, die dem Karbonitrieren unterworfen wurden, wurden in beiden Fällen vor den Lagerscheiben abgeschält.
  • In den zuvor beschriebenen Resultaten der Tests (1) bis (13) wurde bestätigt, dass das Wälzelement gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem konventionellen Wälzelement in der Beständigkeit überlegen ist.
  • Obwohl die Testresultate, die bis hierher als Beispiel beschrieben wurden, unter Verwendung der Teststücke erhalten wurden, die einer Temperung nach dem Karbonitrieren unterworfen wurden, wurden auch Tests ausgeführt unter Verwendung von anderen Teststücken, die einer Temperung nach einer Karburierung unterworfen wurden. Folglich wurde bestätigt, dass, obwohl sie im Vergleich zu den Teststü cken, die einer Temperung nach Karbonitrieren unterworfen wurden, eine leicht geringere Tempererweichungsresistenz aufweisen, diese Teststücke Resultate zeigen, die in keiner Weise schlechter in den anderen Eigenschaften sind.
  • Eine Wärmebehandlung wurde in jedem Fall der Ausführung von Temperung nach Karburierung durch einen gleichen Schritt ausgeführt wie der Wärmebehandlungsschritt in der Abänderung der zuvor beschriebenen Ausführungsform, die mit Bezug auf die 5 beschrieben wurde. Mit Bezug auf die 5 wurde T5 auf 960°C gesetzt und t5 auf 570 Minuten gesetzt, T6 auf 940°C gesetzt und t6 auf 210 Minuten gesetzt, T7 auf 850°C gesetzt und t7 auf 30 Minuten gesetzt, der CP-Wert in der Zeit, wenn das Karbonitrieren bei der Temperatur T5 ausgeführt wurde, wurde auf 1,2 gesetzt T8 wurde auf 260°C gesetzt und t8 wurde auf 120 Minuten gesetzt.
  • Die Ausführungsformen und Beispiele, die diesmal offenbart wurden, sind in allen Punkten als beschreibend und nicht einschränkend zu betrachten. Der Bereich der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung angegeben, sondern durch den Schutzbereich der Patentansprüche und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Abänderungen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs äquivalent zu dem Schutzbereich der Patentansprüche mit umfasst sind.
  • GEWERBELICHE ANWENDBARKEIT
  • Das Wälzelement, das Wälzlager und das Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Wälzelements gemäß der vorliegenden Erfindung sind besonders vorteilhaft auf ein Wälzelement und ein Wälzlager anwendbar, die in einer widrigen Umgebung wie eine Hochtemperaturumgebung oder eine Umgebung, in die Wasser eingedrungen ist, verwendet werden und auf ein Verfahren zur Herstellung des Wälzelements.
  • Zusammenfassung
  • Die Erfindung gibt ein Rillenkugellager (1) an, welches auch in einer Hochtemperaturumgebung oder in einer Umgebung, in die Wasser eindringt, trotz geringer Legierungselementgehalte langlebig ist. Der äußere Laufring (11), innerer Laufring (12) und die Kugel (13), die das Lager (1) bilden, bestehen aus Stahl, welcher zumindest 0,3 bis 0,4 Kohlenstoff, 0,3 bis 0,7% Silizium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,5 bis 1,2% Nickel, 1,6 bis 2,5% Chrom, 0,1 bis 0,7% Molybdän und 0,2 bis 0,4% Vanadium aufweist, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht und insgesamt der Siliziumgehalt und der Mangangehalt 1,0% oder weniger ist, der Gesamtgehalt von Nickel und Chrom 2,3% oder höher ist und der Gesamtgehalt von Chrom, Molybdän und Vanadium 3,0% oder niedriger ist. Oberflächengehärtete Schichten (11B, 12B, 13B) sind in dem äußeren Laufring (11), inneren Laufring (12) und in den Kugeln (13) entsprechend ausgebildet und die oberflächengehärteten Schichten (11B, 12B, 13B) weisen Härten von 725 bis 800 HV auf, während die maximale Teilchengröße der Karbide, die in den oberflächengehärteten Schichten verteilt sind, 10 μm oder niedriger ist und ihr Flächenverhältnis bei 7 bis 25% liegt. Weiter weisen die inneren Abschnitte (11C, 12C, 13C) eine Härte von 450 bis 650 HV auf.
  • 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.
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Claims (12)

  1. Wälzelement (11, 12, 13) bestehend aus Stahl, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium aufweist, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in denen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist, wobei eine gehärtete Schicht (11B, 12B, 13B), die einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweist als ein innerer Abschnitt (11C, 12C, 13C) in einem Bereich, der die Oberfläche (11A, 12A, 13A) umfasst, ausgebildet ist, die Harte eines Oberflächenschichtabschnitts der gehärteten Schicht (11B, 12B, 13B) zumindest 725 HV und nicht mehr als 800 HV ist, die maximale Korngröße eines Karbids, das in dem Oberflächenschichtabschnitt verteilt ist, nicht größer als 10 μm ist, das Flächenverhältnis des Karbids auf dem Oberflächenschichtabschnitt zumindest 7% und nicht mehr als 25% ist und die Harte des inneren Abschnitts (11C, 12C, 13C) zumindest 450 HV und nicht mehr als 650 HV ist.
  2. Wälzelement (11, 12, 13) gemäß Anspruch 1, wobei in dem Stahl die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts zumindest 0,6 Massen-% ist.
  3. Wälzelement (11, 12, 13) gemäß Anspruch 1, wobei in dem Stahl die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als die Hälfte des Chromgehalts ist.
  4. Wälzelement (11, 12, 13) gemäß Anspruch 1, wobei in dem Stahl der Siliziumgehalt nicht mehr als die Summe des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts ist.
  5. Wälzelement (11, 12, 13) gemäß Anspruch 1, wobei die Harte des Oberflächenschichtabschnitts zumindest 550 HV ist, in einem Fall, wenn eine Behandlung ausgeführt wird, in der es für 60 Minuten auf eine Temperatur von 500°C gehalten wird.
  6. Wälzelement (511, 512, 513, 521, 522, 523) gemäß Anspruch 1, das als ein Maschinenwerkzeugwälzelement (511, 512, 513, 521, 522, 523) ausgebildet ist, das ein Maschinenwerkzeugwälzlager (501, 502) bildet, welches in einem Maschinenwerkzeug (590), das ein Werkstück durch Drehung einer Hauptspindel (591) bearbeitet, die drehbar angetriebene Hauptspindel (591) drehbar lagert, so dass diese in Bezug auf ein Element (592), das in der Nähe der Hauptspindel (591) angeordnet ist, drehbar ist.
  7. Wälzelement (611, 612, 613) gemäß Anspruch 1, das als ein Wälzelement für die elektrische Ausrüstung eines Automobils (611, 612, 613) ausgebildet ist, das ein Wälzlager für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils (601) bildet, welches ein drehbar angetriebenes Drehelement (692, 711, 731) derart lagert, dass es drehbar bezüglich eines Elements (694, 719, 721) ist, welches in der Nähe des Drehelements (692, 711, 731) in einer Vorrichtung für die elektrische Ausrüstung/Zusatzvorrichtung des Automobils (690, 710, 720) angeordnet ist.
  8. Wälzelement gemäß Anspruch 1, das als ein Übersetzungswälzelement (811, 812, 813, 821, 823) ausgebildet ist, das ein Übersetzungswälzlager (801, 802, 803) bildet, welches einen Rotor (111, 112, 113) derart lagert, dass dieser bezüglich eines Elements (115) um den Rotor (111, 112, 113) in einer Übersetzung (100) umfassend einen Zahnradmechanismus, der aus einer Vielzahl von Zahnrädern (114a bis 114k) besteht, die ein Übersetzungszahnradverhältnis schrittweise durch in Eingriff stellen der Zahnräder (114a bis 114k) ändert, drehbar ist.
  9. Wälzelement (823) gemäß Anspruch 1, welches als ein Übersetzungswälzelement (823) ausgebildet ist, das ein Übersetzungswälzlager (803, 407) bildet, welches in einer stetig variablen Übersetzung (400) verwendet ist, in der die Drehung einer Eingangswelle (401) auf einer Ausgangswelle übersetzt wird, wobei diese in einer nicht schrittweisen Art geändert wird, um entweder die Eingangswelle (401) oder die Ausgangswelle (403) drehbar zu lagern.
  10. Wälzelement (911, 913, 921, 922, 923) gemäß Anspruch 1, welches als ein Nadelwälzlagerwälzelement (911, 913, 921, 922, 923) ausgebildet ist, das ein Nadelwälzlager (901, 902) bildet, welches eine Nadelwalze (913, 923) umfasst, in welcher der Durchmesser der Walze (913, 923) als Wälzelement nicht mehr als 5 mm und die Länge der Walze (913, 923) zumindest drei mal und nicht mehr als 10 mal so groß wie der Durchmesser der Walze (913, 923) ausgebildet ist.
  11. Wälzlager (1) umfassend: ein Laufbahnelement (11, 12), und eine Mehrzahl von Wälzelementen (13), die auf einer ringförmigen Laufbahn im Kontakt mit dem Laufbahnelement (11, 12) angeordnet sind, wobei zumindest eines der Laufbahnelemente (11, 12) und der Wälzelemente (13) das Wälzelement (11, 12, 13) gemäß Anspruch 1 ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Wälzelements, das die folgenden Schritte umfasst: Anfertigen eines Stahlelements, das aus Stahl besteht, der zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Kohlenstoff, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Silizium, zumindest 0,3 Massen-% und nicht mehr als 0,8 Massen-% Mangan, zumindest 0,5 Massen-% und nicht mehr als 1,2 Massen-% Nickel, zumindest 1,6 Massen-% und nicht mehr als 2,5 Massen-% Chrom, zumindest 0,1 Massen-% und nicht mehr als 0,7 Massen-% Molybdän und zumindest 0,2 Massen-% und nicht mehr als 0,4 Massen-% Vanadium aufweist, wobei der Rest aus Eisen und Fremdstoffen besteht, in welchen die Summe des Siliziumgehalts und des Mangangehalts nicht mehr als 1,0 Massen-%, die Summe des Nickelgehalts und des Chromgehalts zumindest 2,3 Massen-% und die Summe des Chromgehalts, des Molybdängehalts und des Vanadiumgehalts nicht mehr als 3,0 Massen-% ist und das Stahlelement in eine rohe Form eines Wälzelements geformt wird, Abschreckhärten des Stahlelements durch Ausführen von Karburierung oder Karbonitrieren auf dem Stahlelement und danach Abkühlen des Stahlelements von einer Temperatur von zumindest einem Punkt A1 auf eine Temperatur von zumindest nicht mehr als einen Punkt MS und Temperung des abschreckgehärteten Stahlelements durch Aufheizen des Stahlelements auf einen Temperaturbereich von zumindest 150°C und nicht mehr als 300°C.
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