DE19654545C2

DE19654545C2 - Friction-free bearing

Info

Publication number: DE19654545C2
Application number: DE19654545A
Authority: DE
Inventors: Rikuro Obara; Yutaka Daikuhara
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2016-12-28
Also published as: GB2308625B; DE19654545A1; GB2308625A; GB9626162D0

Description

Die Erfindung betrifft reibungsarme Lager, die für sich drehende Teile von Präzisionsvorrichtungen verwendet werden.The invention relates to low-friction bearings, the for rotating parts of precision devices.

Ein herkömmliches, reibungsarmes Lager weist einen Innenring, einen Außenring und Wälzkörper auf. Diese Bauelemente sind herkömmlich aus ein und demselben Werkstoff hergestellt. Als Werkstoff werden hochlegierter Kohlenstoff- Chrom-Lagerstahl und martensitischer, rostfreier Stahl nach der Güte "SUS440C" (JIS-Norm) verwendet, wobei rostfreier Stahl für reibungsarme Lagerteile verwendet wird, die eine Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen.A conventional, low-friction bearing has one Inner ring, an outer ring and rolling elements. This Components are conventionally made of one and the same material manufactured. High-alloy carbon Chrome bearing steel and martensitic, stainless steel after the Grade "SUS440C" (JIS standard) is used, with stainless steel for low-friction bearing parts is used, the one Must have corrosion resistance.

Die bisher eingesetzten Stähle ermöglichen jedoch kein hochgenaues, spanendes Bearbeiten von daraus hergestellten Lagerbauteilen, was hinsichtlich des Lagers letztlich zu Laufunruhen führen kann.However, the steels previously used do not allow high-precision, machining of manufactured from it Bearing components, what ultimately regarding the bearing Can cause unrest.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein reibungsarmes Wälzlager mit wenigstens einer aus rostfreiem Stahl hergestellten Lagerlaufkomponente zu schaffen, das eine verbesserte Laufruhe aufweist.An object of the invention is to have a low-friction roller bearing at least one made of stainless steel Bearing barrel component to create an improved smoothness having.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein reibungsarmes Lager mit den Merkmalen im Anspruch 1 vorgesehen.To achieve this goal is after a first aspect the invention a low-friction bearing with the features in Claim 1 provided.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein reibungsarmes Lager mit den Merkmalen im Anspruch 2 vorgesehen.According to a second aspect of the invention is a low-friction bearing provided with the features in claim 2.

Der erfindungsgemäße, rostfreie Stahl enthält eine stark verminderte Anzahl an Teilchen mit großem Durchmesser, wie insbesondere großräumige, eutektische Karbide, die durch eutektische Reaktionen erzeugt werden, die während des Erstarrens der Stahlschmelze stattfinden, und wie Aluminiumoxid und andere, nichtmetallische Substanzen, die als Ergebnis der chemischen Reaktionen von Verunreinigungen erzeugt werden, die in dem Rohmaterial der Stahlschmelze enthalten sind. Indem große, eutektische Karbide und nichtmetallische Substanzen vermieden sind, sind vom Stahl-Gefügeaufbau her die Stahleigenschaften hinsichtlich der Span-Bearbeitbarkeit stärker homogensiert, was ein hochgenaues, spanendes Bearbeiten des Stahls ermöglicht. Insbesondere ist mit der Erfindung nunmehr eine hochgenaue Endbearbeitung der Laufrillen an dem Außen- und Innenring der Lager möglich. Folglich ist die Rundlaufgenauigkeit verbessert, wobei durch Schwingungen erzeugte, laute Geräusche vermieden sind, die aufgrund der Rotation auftreten. Daher ist es nunmehr möglich, die Erfindung für sich drehende Teile von Präzisionsvorrichtungen, wie Präzisionsmeßinstrumenten oder Computer-Peripherievorrichtungen, zu verwenden.The stainless steel according to the invention contains a strong reduced number of large diameter particles such as especially large-scale, eutectic carbides, which by eutectic reactions are generated that occur during the Solidification of the molten steel takes place, and like alumina and other non-metallic substances that are a result of chemical reactions are generated by impurities that are contained in the raw material of the molten steel. By doing large, eutectic carbides and non-metallic substances are avoided, are the steel structure Steel properties with regard to machinability more homogenized, which is a highly precise machining process of the steel. In particular, with the invention now a highly accurate finishing of the grooves on the Outer and inner ring of the bearings possible. consequently the concentricity is improved, whereby by Noise generated vibrations are avoided occur due to the rotation. Therefore it is now possible the invention for rotating parts of Precision devices, such as precision measuring instruments or Computer peripherals to use.

Die Wälzkörper selbst können aus hochlegiertem Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt sein.The Rolling elements themselves can be made from high-alloy carbon-chromium bearing steel be made.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:Preferred embodiments of the Invention explained with reference to the drawings. In the Drawings show:

Fig. 1 einen Schnitt, aus dem eine Ausführungsform eines reibungsarmen Lagers ersichtlich ist. Fig. 1 shows a section from which an embodiment of a low-friction bearing can be seen.

Fig. 2 einen Schnitt, aus dem eine andere Ausführungsform des reibungsarmen Lagers ersichtlich ist. Fig. 2 shows a section from which another embodiment of the low-friction bearing can be seen.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Außenring, der eine Laufrille 1a aufweist, die in der inneren Umfangsfläche geformt ist, und das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Innenring, der eine Laufrille 2a aufweist, die in der äußeren Umfangsfläche geformt ist. Eine Mehrzahl von Kugeln 3 sind als Wälzkörper zwischen den Laufrillen des Innen- und Außenrings angeordnet.In Fig. 1, reference numeral 1 denotes an outer ring having a raceway surface 1a, which is formed in the inner circumferential surface, and reference numeral 2 denotes an inner ring having a raceway surface 2a which is formed in the outer peripheral surface. A plurality of balls 3 are arranged as rolling elements between the grooves of the inner and outer rings.

Bei diesem Beispiel sind der Außenring 1 und der Innenring 2 des Kugellagers aus einem besonderen, rostfreien Stahl hergestellt, wie oben beschrieben ist, wobei die Kugeln 3 aus einem hochlegierten Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt sind.In this example, the outer ring 1 and the inner ring 2 of the ball bearing are made of a special stainless steel, as described above, the balls 3 being made of a high-alloy carbon-chromium bearing steel.

Der rostfreie Stahl, aus dem der Außenring 1 und der Innenring 2 hergestellt sind, weist in Gewichtsprozent auf:
0,60 bis 0,75% Kohlenstoff, 10,5 bis 13,5% Chrom, 1,0% oder weniger Silizium und 0,3 bis 0,8% Mangan, wobei der Rest der Zusammensetzung Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Der rostfreie Stahl weist eine Härte von HRC 58 oder mehr auf, enthält eutektische Karbidteilchen mit einem Durchmesser von 10 µm und weniger, wie sie durch den Wärmebehandlungsvorgang gebildet werden, und weist einen Sauerstoff- und Titangehalt von jeweils 10 ppm oder weniger auf.The stainless steel from which the outer ring 1 and the inner ring 2 are made has, in percent by weight:
0.60 to 0.75% carbon, 10.5 to 13.5% chromium, 1.0% or less silicon and 0.3 to 0.8% manganese, the rest of the composition being iron and inevitable impurities. The stainless steel has a hardness of HRC 58 or more, contains eutectic carbide particles with a diameter of 10 µm and less as formed by the heat treatment process, and has an oxygen and titanium content of 10 ppm or less, respectively.

Der Titangehalt des rostreien Stahls wird auf 10 ppm oder weniger unter Verwendung eines Rohmaterials mit einem extrem niedrigen Gehalt an Titan als Beimengung gebracht, und daher wird die Erzeugung von nichtmetallischen Substanzen, die aus Titan bestehen, wie Titannitrid, das durch Verbindung von Titan und Stickstoff in der Stahlschmelze erzeugt wird, auf ein extrem niedriges Niveau herabgesenkt.The titanium content of the stainless steel is set to 10 ppm or less using a raw material with an extreme brought low content of titanium as an admixture, and therefore is the production of non-metallic substances that come from Titanium, like titanium nitride, is made by joining titanium and nitrogen is generated in the molten steel lowered extremely low level.

Bei dem Vorgang der Herstellung des rostfreien Stahls gemäß der Erfindung wird der Sauerstoffgehalt des rostfreien Stahls auf 10 ppm oder weniger durch Verlängerung der Zeitdauer für das Entweichen der Gase aus der Stahlschmelze reduziert. Auf diese Weise wird auch die Erzeugung von nichtmetallischen Substanzen, wie Aluminiumoxid, das durch Verbindung einer geringen Menge an Aluminium, das in dem Rohmaterial des rostfreien Stahls enthalten ist, und Sauerstoff entsteht, verhindert. Ebenso wird die Erzeugung von Siliziumnitrid, das durch Verbindung von Silizium aus dem Rohmaterial und Stickstoff erzeugt wird, auf ein extrem niedriges Niveau herabgesenkt.In the process of manufacturing stainless steel According to the invention, the oxygen content of the stainless Steel to 10 ppm or less by extending the time period reduced for the escape of the gases from the molten steel. In this way, the production of non-metallic Substances, such as aluminum oxide, which are produced by combining small amount of aluminum that is in the raw material of the stainless steel and oxygen is produced, prevented. Likewise, the production of silicon nitride by combining silicon from the raw material and Nitrogen is produced at an extremely low level lowered.

Da der rostfreie Stahl, aus dem der Außen- und Innenring des Kugellagers bestehen, wie oben beschrieben ist, eutektische Karbidteilchen mit kleinem Durchmesser aufweist und ein extrem niedriges Niveau von erzeugten, nichtmetallischen Substanzen enthält, weist der rostfreie Stahl eine homogene und dichte, metallische Struktur auf und ermöglicht eine hochgenaue, maschinelle Fertigung, wodurch eine Verbesserung der Laufruhe und der Rotationsgenauigkeit des Kugellagers ermöglicht wird.Because the stainless steel from which the outer and inner ring of the ball bearing, as described above, are eutectic Has small diameter carbide particles and is extremely low level of non-metallic substances produced contains, the stainless steel has a homogeneous and dense, metallic structure and enables a highly precise, machine manufacturing, which improves smoothness and the rotational accuracy of the ball bearing is made possible.

Aus der untenstehenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse von Versuchen ersichtlich, die an einem Kugellager nach dieser Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wurden, um Schwingungen und Geräusche (oder die Laufruhe) zu bestimmen. Die Versuche wurden in Übereinstimmung mit den AFBMA-Normen (Anti-Friction-Bearing-Manufacturing-Association, Inc.) durchgeführt. Die Tabelle zeigt auch zum Vergleich die Ergebnisse der Versuche, die an einem Kugellager aus herkömmlichem, rostfreiem Stahl nach der Güte "SUS440C" (JIS- Normen) durchgeführt wurden. Die Versuchsergebnisse sind als Andelon-Werte gezeigt.From Table 1 below are the results of Try it on a ball bearing after this Embodiment of the invention were carried out to Determine vibrations and noises (or smoothness). The trials were in accordance with the AFBMA standards (Anti-Friction Bearing Manufacturing Association, Inc.) carried out. The table also shows the comparison Results of experiments on a ball bearing conventional, stainless steel of the grade "SUS440C" (JIS- Standards). The test results are as Andelon values shown.

Wie bei dem Kugellager gemäß der Erfindung wurde bei dem Kugellager aus rostfreiem Stahl nach dem Stand der Technik der hochlegierte Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl für die Kugeln verwendet.As with the ball bearing according to the invention, the Ball bearings made of stainless steel according to the prior art high-alloy carbon-chromium bearing steel for the balls used.

Tabelle 1 Table 1

In Tabelle 1 sind die Spalten der Andelon-Werte M und H jeweils Meßfrequenzbereichen zugeordnet, wobei die Spalte M einem mittleren Frequenzbereich (300 bis 1800 Hz) und die Spalte H einem hohen Frequenzbereich (1800 bis 10000 Hz) zugeordnet ist. Wie ersichtlich ist, sind bei dem kleineren Andelon-Wert die Schwingungen und die Geräusche geringer und die Laufruhe höher.In Table 1, the columns of the Andelon values are M and H each assigned measuring frequency ranges, the column M a medium frequency range (300 to 1800 Hz) and the Column H a high frequency range (1800 to 10000 Hz) assigned. As can be seen, the smaller ones Andelon value the vibrations and noise less and the smoothness higher.

Aus Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, bei der eine Mehrzahl von Kugeln in einer inneren Laufrille 4a, die an der äußeren Umfangsfläche einer Welle 4 ausgebildet ist, und in einer äußeren Laufrille 1a vorgesehen sind, die an der inneren Umfangsfläche eines Außenrings 1 ausgebildet ist.From Fig. 2 another embodiment of the invention can be seen, in which a plurality of balls in an inner race 4 a, which is formed on the outer peripheral surface of a shaft 4 , and in an outer race 1 a are provided, which on the inner Circumferential surface of an outer ring 1 is formed.

Wie bei der oben genannten, ersten Ausführungsform, die aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind bei dieser Ausführungsform der Außenring 1 und die Welle 4 aus dem oben genannten, rostfreien Stahl hergestellt, wobei die Kugeln 3 aus hochlegiertem Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt sind.As in the above-mentioned first embodiment, which can be seen from FIG. 1, in this embodiment the outer ring 1 and the shaft 4 are made of the above-mentioned stainless steel, the balls 3 being made of high-alloy carbon-chromium bearing steel ,

Bei der oben genannten, ersten Ausführungsform wurden sowohl der Außenring 1 als auch der Innenring 2 und bei der zweiten Ausführungsform sowohl der Außenring 1 als auch die Welle 4 aus dem rostfreien Stahl hergestellt. In Abhängigkeit von der Verwendung können jedoch nur eines der beiden Bauelemente (d. h., der Außenring 1 und der Innenring 2 oder der Außenring 1 und die Welle 4), bei dem eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Tragfähigkeit erforderlich ist, aus dem rostfreien Stahl hergestellt sein, während der andere Ring aus hochlegiertem Kohlenstoff-Chrom- Lagerstahl ist.In the above-mentioned first embodiment, both the outer ring 1 and the inner ring 2 and in the second embodiment both the outer ring 1 and the shaft 4 were made of the stainless steel. Depending on the use, however, only one of the two components (ie, the outer ring 1 and the inner ring 2 or the outer ring 1 and the shaft 4 ), which requires high corrosion resistance and a high load-bearing capacity, can be made from the stainless steel while the other ring is made of high-alloy carbon-chrome bearing steel.

Der rostfreie Stahl für reibungsarme Lager gemäß der Erfindung mit der oben genannten Zusammensetzung weist folgende Funktionen und Wirkungen auf. Da der Titan- und Sauerstoffgehalt des rostfreien Stahls auf jeweils 10 ppm oder weniger gebracht wird, während die Erzeugung von nichtmetallischen Substanzen auf ein extrem niedriges Niveau herabgesenkt wird, weist der rostfreie Stahl eine homogene und dichte Struktur auf und ermöglicht eine hochgenaue Endbearbeitung der Laufrillen, wenn der rostfreie Stahl als Werkstoff für das reibungsarme Lager verwendet wird, wodurch eine erhebliche Verbesserung der Laufruhe und der Rundlaufgenauigkeit des reibungsarmen Lagers ermöglicht wird.The stainless steel for low-friction bearings according to the Invention with the above composition has the following Functions and effects on. Since the titanium and Oxygen content of the stainless steel to 10 ppm each or is brought less while generating non-metallic substances to an extremely low level is lowered, the stainless steel has a homogeneous and dense structure and enables a highly precise Finishing the grooves when the stainless steel as Material is used for the low-friction bearing, which a significant improvement in smoothness and Concentricity of the low-friction bearing is made possible.

Die nichtmetallischen Substanzen, die in dem herkömmlichen rostfreien Stahl enthalten sind, sind hart im Vergleich zu dem Stahl, in welchem sie eingebettet sind, wodurch bei herkömmlichem, rostfreiem Stahl die nichtmetallischen Substanzen, die an der Oberfläche der Laufrillen des reibungsarmen Lagers vorliegen, eine Abnutzung der Oberfläche der Wälzkörper bewirken. Bei dem rostfreien Stahl gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Werkstoff für das reibungsarme Lager werden im Gegensatz dazu extrem wenig nichtmetallische Substanzen erzeugt, wodurch die Wälzkörper weniger abgenutzt werden und die Lebensdauer der reibungsarmen Lager verlängert werden kann.The non-metallic substances used in the conventional stainless steel are hard compared to that Steel in which they are embedded, which means that conventional, stainless steel the non-metallic Substances on the surface of the grooves of the low-friction bearing, wear of the surface the rolling elements cause. For the stainless steel according to the preferred embodiment as a material for the In contrast, low-friction bearings become extremely little creates non-metallic substances, causing the rolling elements be less worn and the lifespan of low friction Warehouse can be extended.

Darüberhinaus können, da der Außen- und Innenring und die Welle, die die Laufflächen des reibungsarmen Lagers aufweisen und korrosionsbeständig sind, aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, die Wälzkörper, die an der Innenseite des Lagers vorgesehen sind und keine Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen, aus dem hochlegierten Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt sein, der maschinell leicht hochgenau bearbeitet werden kann und im Vergleich zu dem rostfreien Stahl preiswerter ist, wodurch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, Rundlaufgenauigkeit und Laufruhe geschaffen wird und auch die Kosten im Vergleich zu einem reibungsarmen Lager, bei dem alle Teile aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, verringert werden.In addition, since the outer and inner ring and the Shaft that have the running surfaces of the low-friction bearing and are corrosion resistant, made of stainless steel are the rolling elements that are on the inside of the bearing are provided and have no corrosion resistance from the high-alloy carbon-chromium bearing steel be produced that easily machined with high precision can be compared to the stainless steel is cheaper, which makes it excellent Corrosion resistance, concentricity and smooth running is created and also the costs compared to one low-friction bearing, in which all parts are made of stainless steel are produced, are reduced.

Claims

1. Low-friction rolling bearing with a plurality of rolling elements ( 3 ) which are arranged in grooves ( 1 a, 2 a), which are formed in an outer ring ( 1 ) and an inner ring ( 2 ), at least either the outer ring ( 1 ) or the inner ring ( 2 ) is made of a martensitic, stainless steel, which consists essentially in weight percent of 0.60 to 0.75% carbon, 10.5 to 13.5% chromium, 1.0% or less silicon and 0.3 to 0.8% manganese, the rest of the composition being iron and unavoidable impurities, the stainless steel having a hardness of HRC 58 or more, containing eutectic carbide particles with a diameter of 10 µm and less, and a titanium content and has an oxygen content, the titanium content being 10 ppm or less and the oxygen content being 10 ppm or less by extending the time for the gases to escape from the molten steel during the manufacturing process.

2. Low-friction rolling bearing with a shaft ( 4 ), which has a raceway ( 4 a) in its outer circumferential surface, an outer ring ( 1 ), which has a raceway ( 1 a) in its inner circumferential surface, and a plurality of rolling elements ( 3 ), which are arranged in the grooves ( 4 a, 1 a) of the shaft ( 4 ) and the outer ring ( 1 ), at least either the shaft ( 4 ) or the outer ring ( 1 ) being made of a martensitic, stainless steel, the essentially in weight percent consists of 0.60 to 0.75% carbon, 10.5 to 13.5% chromium, 1.0% or less silicon and 0.3 to 0.8% manganese, the rest of the composition Are iron and inevitably stored impurities, the stainless steel has a hardness of HRC 58 or more, contains eutectic carbide particles with a diameter of 10 µm and less, and has a titanium content and an oxygen content, the titanium content being 10 ppm or less and that oxygen is 10 ppm or less by extending the time for gases to escape from the molten steel in the manufacturing process.