DE19628825A1 - Wälzlager, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt - Google Patents

Wälzlager, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt

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Edgar Streit
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Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Wälzlager sind extremen Bedingungen ausgesetzt, wie z. B. Mangelschmierung, hohen Umfangsspannungen, sehr hohen Drehzahlen und Temperaturen. Außerdem müssen die Lager rostfrei sein und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Zusätzlich ist für bestimmte Anwendungsfälle ein zäher Kern erforderlich.
Dadurch war bisher bei Verwendung herkömmlicher Wälzlager deren Einsatz begrenzt und die Lager erreichten nur eine kurze Lebensdauer.
Die unterschiedlichen Anforderungen an die Oberflächenqualität ergeben zum Teil einander gegenläufige Maßnahmen. So ist z. B. die Forderung nach Korrosionsbeständigkeit durch Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu lösen, aber mit dem Nachteil verknüpft, daß diese Stähle eine geringere Oberflächenhärte aufweisen. Entsprechend hochlegierte Stähle , wie z. B. der AISI 440 C, sind zwar begrenzt korrosionsbeständig und weisen eine ausreichende Härte auf, haben aber große Karbide im Gefüge. Diese Karbide stellen allerdings Schwachstellen im Gefüge dar, die sich lebensdauermindernd auswirken.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager der eingangs genannten Art aufzuzeigen, das die vorgenannten Anforderungen erfüllt, also Mangelschmierung, hohe Umfangsspannungen, sehr hohe Drehzahlen und Temperaturen aushält, rostfrei ist und eine hohe Verschleißfestigkeit und damit eine lange Lebensdauer aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine vorteilhafte Ausführung ist in Anspruch 2 angegeben.
Durch die Verwendung eines druckumgeschmolzenen rostfreien Stahls der genannten Zusammensetzung und der speziellen Wärmebehandlung mittels Induktionshärten oder durch Laser- oder Elektronenstrahlen wird der Einsatzbereich dieser Wälzlager und deren Gebrauchsdauer erheblich erweitert.
Die Verwendung von Keramikwälzkörpern aus Siliziumnitrid reduziert die Fliehkraft bei hohen Drehzahlen und entlastet das Lager von diesen Beanspruchungen.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers weist folgende Werkstoffzusammensetzung auf:
Grundwerkstoff druckumgeschmolzenes Eisen (Fe) mit:
einem Kohlenstoffgehalt (C) von 0,30%
einem Stickstoffgehalt von 0,37%
einem Chromgehalt (Cr) von 15,5%
und einem Molybdängehalt (Mo) von 0,98%.
Der aus diesem Werkstoff bestehende Laufring wurde mittels obengenannter Verfahren oberflächengehärtet, nachdem der gesamte Querschnitt vorher mit üblichen Verfahren auf die Kerneigenschaften wärmebehandelt worden war. Die Laufbahn hatte danach eine Härte von 55 HRC sowie Druckeigenspannungen von 880 MPa bei einer Kernhärte von 35 HRC.
Laufringe für eine andere Anwendung (Raumfahrt) hatten Grundwerkstoff druckumgeschmolzenes Eisen (Fe) mit:
einem Kohlenstoffgehalt (C) von 0,29%
einem Stickstoffgehalt von 0,36%
einem Chromgehalt (Cr) von 15,9%
und einem Molybdängehalt (Mo) von 1,05%.
Der aus diesem Werkstoff bestehende Laufring wurde mittels Elektronenstrahlen oberflächengehärtet. Der Laufring hatte danach eine Härte von mindestens 55 HRC in der Laufbahn und eine Kernhärte von maximal 45 HRC sowie hohe Druckeigenspannungen.
Fig. 1 zeigt ein Gefügeschliffbild eines Laufrings nach dem Beispiel 1.
Darin sind deutlich die Gefügeveränderungen in den oberflächennahen Bereichen zu erkennen, die in der Oberfläche eine Druckeigenspannung verursachen.

Claims (2)

1. Wälzlager, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, bestehend aus mindestens einem oder zwei Innenringen, einem Außenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ringe aus einem druckumgeschmolzenen rostfreien Stahl mit einem Legierungsgehalt von mindestens
einem Kohlenstoffgehalt von 0,15%-0,50%
einem Stickstoffgehalt von 0,2%-0,5%
einem Chromgehalt von 13%-17%
einem Molybdängehalt von mindestens 0,5% gefertigt ist,
dessen Oberfläche durch Induktions- oder Laser- oder Elektronenstrahlerhitzen gehärtet ist, so daß die Oberfläche der Laufbahn eine Härte von mindestens 55 HRC und Druckeigenspannungen von 100 MPa-1000 MPa aufweist und der Kern des Ringes eine Härte von 20-45 HRC besitzt.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper aus Stahl oder Siliziumnitrid gefertigt sind.
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