DE202018106176U1 - Metallic rolling or sliding bearing component - Google Patents

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Abstract

Metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil (2, 4) mit zumindest einer nicht-sandgestrahlten Oberfläche und mit zumindest einer partiellen Metallbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung mittels eines Cold-Spray-Verfahrens direkt auf die nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufgebracht ist.Metallic rolling or sliding bearing component (2, 4) with at least one non-sandblasted surface and with at least one partial metal coating, characterized in that the metal coating is applied by means of a cold spray method directly on the non-sandblasted surface.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil mit zumindest einer partiellen Metallbeschichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The present invention relates to a metallic rolling or sliding bearing component with at least one partial metal coating according to the preamble of patent claim 1.

Wälz- oder Gleitlagerbauteile, insbesondere Lagerbauteile von Großlagern, erhalten an ihren Außenflächen häufig eine Verzinkung als Metallbeschichtung, beispielsweise Korrosionsschutz. Bislang wird hier neben einer Lackierung mit einem zinkhaltigen Lack öfters eine Flammspritzverzinkung als Verzinkungsart verwendet. Eine solche Verzinkung bietet darüber hinaus den Vorteil, dass Zink hohe Reibwerte bereitstellt, welche für die Flächen, welche zum Anschrauben bzw. Anflanschen des Lagers verwendet werden, günstig sind.Rolling or sliding bearing components, in particular bearing components of large bearings, obtained on their outer surfaces often galvanizing as a metal coating, such as corrosion protection. So far, in addition to painting with a zinc-containing paint, a flame-spraying galvanizing system is often used here. In addition, such galvanizing offers the advantage that zinc provides high coefficients of friction, which are favorable for the surfaces which are used for screwing or flanging the bearing.

Um eine Metallbeschichtung auf einer Oberfläche aufzubringen, wird diese Oberfläche aufgeraut, um eine Haftung der Metallbeschichtung, die durch eine Flammspritzverzinkung oder ein Cold-Spray-Verfahren aufgebracht werden kann, zu ermöglichen. Um die zu beschichtende Oberfläche aufzurauen, kann diese beispielsweise durch Sandstrahlen vorbereitet werden. Hierzu müssen sämtliche anderen Flächen, die nicht beschichtet werden sollen, zunächst abgedeckt werden. Die Flammspritzschicht haftet im Wesentlichen durch eine mechanische Verklammerung und benötigt daher einen rauen Untergrund, der durch Sandstrahlen erreicht wird. Ähnliches gilt für viele Lacke oder durch Cold-Spray-Verfahren aufgetragene Beschichtungen.In order to apply a metal coating on a surface, this surface is roughened to allow adhesion of the metal coating, which can be applied by flame spray galvanizing or a cold spray process. To roughen the surface to be coated, this can be prepared for example by sandblasting. For this, all other surfaces that are not to be coated must first be covered. The flame spray layer adheres essentially by a mechanical clamping and therefore requires a rough surface, which is achieved by sandblasting. The same applies to many lacquers or coatings applied by cold spray methods.

Nachteilig ist dabei jedoch, dass die sehr harten Partikel des Sandstrahls die Oberflächen des Wälz- oder Gleitlagerbauteils zusätzlich zu dem gewünschten Aufrauen auch darüber hinaus beschädigen können und beispielsweise fein gearbeitete Konturen, oder beispielsweise die Ebenheit oder auch andere Form- und Lagetoleranzen, verändern können. Des Weiteren ist es möglich, dass die Sandstrahlpartikel trotz Abreinigen an der Oberfläche verbleiben und in das fertige Lager gelangen, wo sie die Laufbahnen schädigen und zu erheblichen Schäden bis hin zu einem verfrühten Lagerausfall führen können.The disadvantage here, however, that the very hard particles of the sandblast can damage the surfaces of the rolling or sliding bearing component in addition to the desired roughening beyond and, for example, finely crafted contours, or for example, the flatness or other shape and position tolerances can change. Furthermore, it is possible that the sand blasting particles remain despite cleaning on the surface and get into the finished warehouse, where they can damage the raceways and can lead to significant damage to a premature bearing failure.

Wurden die zu beschichtenden Oberflächen vor der Verzinkung fein bearbeitet, kann das für die Verzinkung erforderliche Sandstrahlen die Güte dieser fein bearbeiteten Oberflächen, insbesondere die Form- und Lagetoleranzen, zu sehr beeinträchtigen. Diese sind jedoch gerade an äußeren Montageflächen des Lagers weiterhin erwünscht. Daher kann nach der Beschichtung eine Nachbearbeitung der Oberflächen erforderlich sein, um Form- und Lagetoleranzen wiederherzustellen. Andernfalls kann es zu einer undefinierten Anlagegeometrie kommen.If the surfaces to be coated have been finely worked before galvanizing, the sandblasting required for the galvanizing may affect the quality of these finely machined surfaces, in particular the shape and position tolerances, too much. However, these are still desirable especially on outer mounting surfaces of the bearing. Therefore, post-processing of the surfaces may be required after coating to restore dimensional and dimensional tolerances. Otherwise, an undefined investment geometry may occur.

Darüber hinaus ist, auch wenn die Oberflächen durch Sandstrahlen vorbereitet wurden, die Haftung einer Flammspritzverzinkung ein kritischer Punkt. Um die Haftung der Flammspritzverzinkung sicherzustellen, wird daher üblicherweise ein Umgriff der Schicht vorgenommen, d. h. die Schicht umschließt das Werkstück vollständig. Sollen jedoch nur plane Flächen ohne Umgriff beschichtet werden, besteht die Gefahr von Abplatzungen, da die Flammspritzverzinkung keine geschlossene Schicht darstellt und an ihren Rändern angreifbar ist.Moreover, even if the surfaces were prepared by sand blasting, the adhesion of flame spraying is a critical point. In order to ensure the adhesion of the flame-spraying galvanizing, therefore, usually a wrapping of the layer is made, d. H. the layer completely encloses the workpiece. However, if only flat surfaces are coated without wraparound, there is a risk of flaking, since the flame spraying galvanizing is not a closed layer and is vulnerable at their edges.

Zudem wird bei der Flammspritzverzinkung das Zink- oder Zinklegierungspulver aufgeschmolzen und in Tropfenform auf die Oberfläche geblasen. Insbesondere sogenanntes Overspray, also seitlich an dem Ziel vorbeifliegende Tropfen, kann zu einer Schichtbildung an unerwünschten Bereichen führen. Es ergibt sich also eine stark poröse, schwammähnliche Schicht mit schwer zu kontrollierender Dicke und unebener Oberfläche. Die entstehende poröse Zinkschicht hat einen schlechten Korrosionswiderstand sowie eine schlechte chemische Beständigkeit. Daher werden üblicherweise flammgespritzte Zinkschichten zusätzlich mit Lacken versiegelt.In addition, the zinc or zinc alloy powder is melted in the flame spraying galvanizing and blown in the form of drops on the surface. In particular, so-called overspray, that is to say drops dripping past the target at the destination, can lead to a layer formation at undesired areas. This results in a highly porous, sponge-like layer with difficult to control thickness and uneven surface. The resulting porous zinc layer has poor corrosion resistance and poor chemical resistance. Therefore, usually flame-sprayed zinc layers are additionally sealed with paints.

Auch bei anderen Metallbeschichtungen werden üblicherweise die oben beschriebenen Verfahren verwendet. Die hierdurch aufgebrachten Beschichtungen erfordern jedoch, wie oben beschrieben, eine aufgeraute Oberfläche, um auf der zu beschichtenden Oberfläche zu haften, und zeigen die gleichen Nachteile.Other metal coatings also commonly use the methods described above. However, as described above, the coatings applied thereto require a roughened surface to adhere to the surface to be coated and show the same disadvantages.

Es ist daher eine Aufgabe vorliegender Erfindung, ein metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil mit einer verbesserten Metallbeschichtung bereitzustellen, die direkt auf einer nicht-sandgestrahlten Oberfläche aufgebracht werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a metallic rolling or sliding bearing member having an improved metal coating that can be applied directly to a non-sandblasted surface.

Diese Aufgabe wird durch das metallische Wälz- oder Gleitlagerbauteil gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the metallic rolling or sliding bearing component according to claim 1.

Es wird ein metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil mit zumindest einer nicht-sandgestrahlten Oberfläche und mit zumindest einer partiellen Metallbeschichtung vorgeschlagen. Im Gegensatz zu bekannten metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteilen, bei denen eine Metallbeschichtung durch Flammspritzverzinkung aufgetragen wird, wozu eine sandgestrahlte Oberfläche erforderlich ist, wird die Metallbeschichtung des hier vorgeschlagenen metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils mittels eines Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, direkt auf die nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufgebracht.A metallic rolling or sliding bearing component with at least one non-sandblasted surface and at least one partial metal coating is proposed. In contrast to known metallic rolling or plain bearing components in which a metal coating is applied by flame spraying, for which a sandblasted surface is required, the metal coating of the metallic rolling or sliding bearing component proposed here by means of a cold spray method, in particular a high pressure cold Spray method, applied directly to the non-sandblasted surface.

Wie oben erläutert, wurde bislang angenommen, dass für alle metallischen Beschichtungen eine aufgeraute Oberfläche erforderlich ist, um eine gute Haftung der Beschichtung zu ermöglichen. Die Erfinder haben nun überraschend erkannt, dass bei Verwendung eines Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, bei ausreichend hoher kinetischer Energie und weiteren Randbedingungen eine gute Haftung der Beschichtung auch ohne ein vorheriges Aufrauen der Oberfläche vorliegt.As explained above, it has previously been assumed that for all metallic coatings a roughened surface is required to allow good adhesion of the coating. The inventors have now surprisingly recognized that when using a cold spray process, in particular a high-pressure cold spray process, with sufficiently high kinetic energy and other boundary conditions good adhesion of the coating is present even without a prior roughening of the surface.

Bei dem Cold-Spray-Verfahren, auch Kaltgasbeschichten oder Kaltgasspritzen genannt, wird ein vorerhitzter Gasstrahl erzeugt, in den ein überwiegend metallisches Pulver eingespeist wird, welches jedoch nicht aufgeschmolzen wird. Das Pulver kann beispielsweise Eisen, Zink, Kupfer, Zinn, Aluminium, Stahl oder eine Kombination davon aufweisen. Trifft das Pulver auf die nicht-aufgeraute, insbesondere nicht-sandgestrahlte, Oberfläche auf, verbindet sich das Pulver bei geeigneter Parametrisierung verschweißend mit der Oberfläche und bildet eine Beschichtung.In the cold-spray process, also called cold gas coating or cold gas spraying, a preheated gas jet is generated, in which a predominantly metallic powder is fed, which, however, is not melted. The powder may include, for example, iron, zinc, copper, tin, aluminum, steel or a combination thereof. If the powder hits the non-roughened, in particular non-sandblasted, surface, the powder, with suitable parameterization, combines with the surface to form a coating.

Da kein Aufrauen der Oberfläche des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils benötigt wird, sondern stattdessen die Metallbeschichtung direkt auf die nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufgebracht werden kann, kann das metallische Wälz- oder Gleitlagerbauteil bereits in seiner finalen Form, d.h. mit bestehenden Form- und Lagetoleranzen, beschichtet werden. Insbesondere kann mittels des Cold-Spray-Verfahrens die Metallbeschichtung direkt auf geschliffene Flächen aufgebracht werden. Da ein Sandstrahlen der zu beschichtenden Oberfläche nicht erforderlich ist, kann verhindert werden, dass nach der Beschichtung noch Sandstrahlpartikel an dem Wälz- oder Gleitlagerbauteil haften, die zu einer Beschädigung eines Lagers, in dem das Wälz- oder Gleitlagerbauteil verbaut wird, führen könnten. Es ist jedoch vorteilhaft, die zu beschichtenden Flächen vor dem Beschichten zu entfetten und zu reinigen, um eine bessere Anhaftung der Metallbeschichtung zu ermöglichen.Since no roughening of the surface of the metallic rolling or sliding bearing component is required, but instead the metal coating can be applied directly to the non-sandblasted surface, the metallic rolling or sliding bearing component may already be in its final shape, i.e. in its final shape. be coated with existing shape and position tolerances. In particular, by means of the cold spray method, the metal coating can be applied directly to ground surfaces. Since sandblasting of the surface to be coated is not required, sandblasting particles can still be prevented from adhering to the rolling or sliding bearing component after the coating, which could lead to damage to a bearing in which the rolling or sliding bearing component is installed. However, it is advantageous to degrease and clean the surfaces to be coated prior to coating to allow for better adhesion of the metal coating.

Neben der Möglichkeit, ganze Flächen zu beschichten, besteht auch die Möglichkeit, nur kleine Teilbereiche einer Fläche zu beschichten, und dabei entweder lokale nicht miteinander verbundene Beschichtungsflächen zu erzeugen, oder auch eine am Gleit- oder Wälzlagerbauteil komplett umlaufende Spur zu erzeugen, wie sie beispielsweise für eine Dichtungslauffläche günstig sein kann.In addition to the possibility of coating entire surfaces, it is also possible to coat only small portions of a surface, and thereby either to produce local non-interconnected coating surfaces, or even produce a complete on Gleit- or rolling bearing component track, as for example may be favorable for a seal running surface.

Im Gegensatz zu einer Beschichtung, die durch Flammspritzverzinkung aufgebracht wird, ist die kaltgasgespritzte Metallschicht nicht porös und muss daher nicht lackiert bzw. versiegelt werden. Des Weiteren hat die Metallbeschichtung eine höhere Dichte als eine durch Flammspritzverzinkung aufgebrachte Schicht. Bei geeigneter Parametrierung sind Schichtdichten von etwa 99 % erreichbar, die somit kaum mehr von massivem porenfreien Metall abweichen. Dementsprechend kann die Metallbeschichtung sehr dünn ausgeführt werden, beispielsweise im Bereich von 50 µm bis 150 µm.In contrast to a coating that is applied by flame spraying, the cold gas-sprayed metal layer is non-porous and therefore does not have to be painted or sealed. Furthermore, the metal coating has a higher density than a flame sprayed zinc-coated layer. With suitable parameterization, layer densities of about 99% can be achieved, which thus hardly deviate from solid non-porous metal. Accordingly, the metal coating can be made very thin, for example in the range of 50 microns to 150 microns.

Des Weiteren entsteht beim Flammspritzen eine thermische Belastung am Werkstück. Dieses wird heiß, was nicht nur den Eigenschaften des Werkstückes und den Eigenspannungen der Schicht abträglich sein kann, sondern was auch eine weitere Bearbeitung und Montage des Werkstückes nach dem Beschichten verzögert. Beim Cold Spray ist die thermische Einwirkung auf das Werkstück hingegen wesentlich geringer, wodurch das Gleit- oder Wälzlagerbauteil wesentlich weniger beeinträchtigt wird.
Bei dem metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteil kann es sich beispielsweise um den Ring eines Lagers, insbesondere eines Großlagers handeln. Auch andere Bestandteile eines Lagers können mit einer Metallbeschichtung versehen werden, die, wie hier beschrieben, mittels eines Cold-Spray-Verfahrens aufgebracht wird.
Furthermore, thermal spraying creates a thermal load on the workpiece during flame spraying. This becomes hot, which can be detrimental not only to the properties of the workpiece and the residual stresses of the layer, but also delays further processing and assembly of the workpiece after coating. With the cold spray, however, the thermal effect on the workpiece is much lower, which significantly less affects the sliding or rolling bearing component.
The metallic rolling or sliding bearing component can be, for example, the ring of a bearing, in particular of a large bearing. Other components of a bearing can also be provided with a metal coating which is applied by means of a cold spray process as described herein.

Bevorzugt wird die Metallbeschichtung mittels eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, vorzugsweise mit mehr als 50 bar, aufgebracht. Insbesondere kann der Druck des Gasstrahls in dem Bereich von 50 bis 100 bar liegen.The metal coating is preferably applied by means of a high-pressure cold spray method, preferably with more than 50 bar. In particular, the pressure of the gas jet may be in the range of 50 to 100 bar.

Durch diesen Hochdruck wird das Gemisch aus Gasstrahl und Pulver über eine Düse auf mehrfache Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, wobei es sich im Rahmen der Entspannung wieder abkühlt. Die Partikel des Pulvers in dem Gasstrahl treffen dabei mit hoher kinetischer Energie, insbesondere mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1000 m/s auf die Oberfläche des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils auf. Die Pulverpartikel sind dabei jedoch nicht mehr heiß oder schmelzflüssig. Vielmehr haften die Partikel an der Oberfläche des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils durch lokale Umsetzung der kinetischen Energie, die zu einer Art Verschweißen des Pulvers auf der Oberfläche führt. Unter einer Verschweißung wird hier eine Haftung verstanden, welche weit oberhalb der Werte von mechanischer Verklammerung liegt. Es kann sich beispielsweise um einen Haftabzugswert von etwa 50 MPa handeln. Dies ist bis zu 10mal mehr als von vielen Lacksystemen als Haftung erwartet wird. Der Haftungsmechanismus beim Cold-Spray-Verfahren, insbesondere Hochdruck-Cold-Spray-Verfahren, beruht daher nicht auf einer Verklammerung der Partikel auf der Oberfläche, wie es bei einer Flammspritzverzinkung der Fall ist, sondern auf einem Verbinden des Pulvers mit der Oberfläche. Diese Verbindung kann besonders gut mittels Hochdruck erzeugt werden.By this high pressure, the mixture of gas jet and powder is accelerated via a nozzle to multiple supersonic speed, whereby it cools down again during the relaxation. The particles of the powder in the gas jet hit with high kinetic energy, in particular at a speed of up to 1000 m / s on the surface of the metallic rolling or sliding bearing component. However, the powder particles are no longer hot or molten. Rather, the particles adhere to the surface of the metallic rolling or sliding bearing component by local conversion of the kinetic energy, which leads to a kind of welding of the powder on the surface. Welding is understood to mean adhesion which is far above the values of mechanical clamping. For example, it may be an adhesion peel value of about 50 MPa. This is up to 10 times more than is expected from many paint systems as adhesion. The adhesion mechanism in the cold-spray process, in particular high-pressure cold-spray process, is therefore not based on a clamping of the particles on the surface, as is the case with a flame-spraying galvanizing, but on a connection of the powder with the surface. This compound can be produced particularly well by high pressure.

Nach dem Auftragen der Beschichtung mittels des Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, kann die Pulverzufuhr abgeschaltet werden und der Gasstrom, beispielsweise Stickstoff, weiterdurchgesetzt werden. Dadurch ist es möglich, die typischerweise robotergeführte Cold-Spray-Pistole ähnlich einer Hochdruck-Druckluftpistole zu verwenden. Indem die programmierte Beschichtungsgeometrie nochmals abgefahren wird, können eventuell aufliegende lose Materialpartikel, die sich in der Spritzkabine auf die Werkstückoberfläche aufgelegt haben könnten, abgeblasen werden. Solche Partikel erreichen nicht die Härte von Sandstrahlkörnern und sind für das Lager weit weniger gefährlich, jedoch kann die Beschichtungsanlage ohne zusätzlichen technischen Aufwand als Endreinigungsanlage direkt nach dem Beschichtungsvorgang verwendet werdenAfter application of the coating by means of the cold spray method, in particular a High pressure cold spray process, the powder supply can be turned off and the gas stream, such as nitrogen, are further enforced. This makes it possible to use the typically robot-guided cold spray gun similar to a high-pressure compressed air gun. By repeating the programmed coating geometry, it is possible to blow off any loose loose material particles that may have been placed on the workpiece surface in the spray booth. Such particles do not achieve the hardness of sand blasting grains and are far less dangerous for the bearing, however, the coating system can be used without additional technical effort as a final cleaning system directly after the coating process

Die Kombination des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils, beziehungsweise der nicht-sandgestrahlten Oberfläche des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils, und der zumindest einen partiellen Metallbeschichtung, die mit kinetischem Beschuss durch das Cold-Spray-Verfahren, insbesondere Hochdruck-Cold-Spray-Verfahren, hergestellt wurde, hat Druckeigenspannungen. Diese Druckeigenspannungen des Werkstoffs erhöhen die Widerstandsfähigkeit des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils, insbesondere den Widerstand gegen Rissbildung an der Oberfläche, und die Widerstandsfähigkeit gegen einen chemischen oder korrosiven Angriff. Der Grundwerkstoff des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils wird durch das Cold-Spray-Verfahren verdichtet und erhält Druckeigenspannungen, ähnlich wie bei einem nicht-abrasiven Kugelstrahlen und die Metallbeschichtung selbst erhält auch Druckspannungen. Dies erhöht die Stabilität und Dichtheit des gesamten metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils.The combination of the metallic rolling or sliding bearing component, or the non-sandblasted surface of the metallic rolling or sliding bearing component, and the at least one partial metal coating, which with kinetic bombardment by the cold spray method, in particular high-pressure cold spray method, has been manufactured, has residual compressive stresses. These residual compressive stresses of the material increase the resistance of the metal rolling or sliding bearing component, in particular the resistance to surface cracking, and the resistance to chemical or corrosive attack. The base material of the metallic rolling or sliding bearing component is compacted by the cold spray method and receives residual compressive stresses, similar to a non-abrasive shot peening and the metal coating itself also receives compressive stresses. This increases the stability and tightness of the entire metallic rolling or sliding bearing component.

Insbesondere kann es sich bei der Metallbeschichtung um eine Korrosionsschutzschicht handeln. Für die Korrosionsschutzschicht kann dem Gasstrahl des Cold-Spray-Verfahrens als Pulver beispielsweise Zink oder Aluminium, oder eine Kombination davon, zugeführt werden.In particular, the metal coating may be a corrosion protection layer. For the anticorrosion layer, for example, zinc or aluminum, or a combination thereof, may be supplied as powder to the gas jet of the cold spray process.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Metallbeschichtung zusätzlich oder alternativ reibungsverändernde Partikel auf. Beispielsweise kann das Pulver für das Cold-Spray-Verfahren reibungsverändernde Partikel als Hartstoffpartikel aufweisen. Alternativ können dem Pulver, das Metalle für eine Korrosionsschutzschicht aufweist, reibungsverändernde Partikel hinzugefügt werden. Insbesondere kann es sich bei diesen Hartstoffpartikeln zur Reibungserhöhung um Titandiborid handeln. Die reibungsverändernden Partikel können entweder zur Erhöhung oder zum Absenken der Reibung der beschichteten Oberfläche verwendet werden.According to one embodiment, the metal coating additionally or alternatively has friction-changing particles. For example, the powder for the cold spray process may have friction-changing particles as hard material particles. Alternatively, friction modifying particles may be added to the powder comprising metals for a corrosion protection layer. In particular, these hard material particles may increase the friction by titanium diboride. The friction modifying particles can be used either to increase or to decrease the friction of the coated surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Metallbeschichtung als eine erste und mindestens eine zweite Schicht ausgebildet, die übereinander mittels des Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere des Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, aufgebracht sind. Beispielsweise kann es sich bei der ersten Schicht um eine Korrosionsschutzschicht handeln, und bei der zweiten Schicht um eine reibungsverändernde Schicht handeln. Weitere Schichten oder Kombinationen von Schichten sind ebenfalls möglich.According to a further embodiment, the metal coating is formed as a first and at least one second layer, which are applied one above the other by means of the cold spray method, in particular the high pressure cold spray method. For example, the first layer may be a corrosion protection layer, and the second layer may be a friction-changing layer. Other layers or combinations of layers are also possible.

Es ist möglich, die zur Beschichtung verwendete Cold-Spray-Pistole mit mehreren Pulverzufuhrsystemen zu verbinden, die parallel oder wahlweise Pulver einspeisen. Dadurch kann mit derselben Pistole ohne Umrüstung ein Mehrschichtsystem aus verschiedenen Materialien aufgetragen werden. Beispielsweise können Wälzlagerringe durchgehärtet sein, oder auch nur im Laufbahnbereich einsatzgehärtet, so dass die zu beschichtende Außengeometrie je nach Bauart sehr verschiedene Härte haben kann. Die Verschweißungsfähigkeit der zuführbaren Metallpulver ist dann nicht in allen Fällen gegeben. Daher kann es erforderlich sein, eine erste Lage auf den Ring aufzuspritzen, welche die Eigenschaft eines Haftvermittlers hat und so ausgewählt wird, dass sie mit dem Untergrund verschweißt. Auf diese Haftvermittlerlage kann dann wiederum die eigentlich gewünschte Schicht aufgespritzt werden, welche mit der Haftvermittlerschicht verschweißt. Je nach Ringwerkstoff und Härte kann beispielsweise unter eine Zinkschicht eine Schicht aus Reineisen oder aus rostträgem Stahl gelegt werden, wodurch die Haftfestigkeit des Gesamtsystems gegenüber einer reinen Zinkschicht sehr stark erhöht wird.It is possible to connect the cold spray gun used for coating to multiple powder feed systems which feed parallel or optionally powders. As a result, a multi-layer system made of different materials can be applied with the same gun without retrofitting. For example, rolling bearing rings can be through hardened, or even case hardened only in the raceway area, so that the outer geometry to be coated can have very different hardness depending on the design. The weldability of the feedable metal powder is then not given in all cases. Therefore, it may be necessary to spray a first layer on the ring, which has the property of a bonding agent and is selected so that it is welded to the substrate. In turn, the actually desired layer, which is welded to the adhesion promoter layer, can then be sprayed onto this adhesion promoter layer. Depending on the ring material and hardness, for example, a layer of pure iron or of stainless steel can be placed under a zinc layer, as a result of which the adhesion of the entire system to a pure zinc layer is greatly increased.

Statt durch die Metallbeschichtung eine Schutzschicht bereitzustellen, oder zusätzlich zu einer solchen Schutzschicht, ist es auch möglich, die Metallbeschichtung zum Verändern der Form des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils zu verwenden. Hierfür kommen beispielsweise Eisen- oder Stahlpulver in Frage. Wird die Metallbeschichtung nicht als dünne Schutzschicht aufgetragen, sondern lokal als dickere Schicht, kann beispielsweise das aufgebrachte Metall die Form der Oberfläche verändern, um eine Schulter oder ein Plateau auszubilden. Auf diese Weise ist es möglich, die Form des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils anzupassen, ohne eine mechanische Bearbeitung durch Fräsen oder ähnliches durchzuführen.Instead of providing a protective layer by the metal coating, or in addition to such a protective layer, it is also possible to use the metal coating to change the shape of the metallic rolling or sliding bearing component. For this example, iron or steel powder come into question. If the metal coating is not applied as a thin protective layer, but locally as a thicker layer, for example, the deposited metal may change the shape of the surface to form a shoulder or a plateau. In this way it is possible to adapt the shape of the metallic rolling or sliding bearing component, without performing a mechanical machining by milling or the like.

Die Metallbeschichtung kann auch rostträgen bzw. rostfreien Stahl als Partikel beinhalten, die dem Gasstrahl des Cold-Spray-Verfahrens zugeführt werden. Insbesondere kann eine solche Metallbeschichtung als Grundierung für weitere Schichten dienen.The metal coating may also include stainless steel or stainless steel particles that are supplied to the gas jet of the cold spray process. In particular, such a metal coating can serve as a primer for further layers.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils mit zumindest einer nicht-sandgestrahlten Oberfläche und mit zumindest einer partiellen Metallbeschichtung vorgeschlagen. Hierbei wird die Metallbeschichtung mittels eines Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, direkt auf die nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufgebracht. Wie oben erläutert, hat dies den Vorteil, dass die zu beschichtende Oberfläche bereits in ihrer finalen Form beschichtet werden kann.Furthermore, a method for producing a metallic Wälz- or Sliding bearing component proposed with at least one non-sandblasted surface and at least one partial metal coating. Here, the metal coating by means of a cold spray method, in particular a high-pressure cold spray method, applied directly to the non-sandblasted surface. As explained above, this has the advantage that the surface to be coated can already be coated in its final form.

Insbesondere wird die Metallbeschichtung unter Hochdruck, vorzugsweise mit mehr als 50 bar, aufgebracht. Durch den hohen Druck erfolgt eine Art Verschweißung der Partikel, die durch das Cold-Spray-Verfahren auf die nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufgebracht werden. Diese „verschweißten“ Partikel haben im Vergleich zu bislang verwendeten Beschichtungen, die durch Flammspritzverzinkung aufgebracht werden, den Vorteil, dass diese ohne Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche besser haften können. Die durch das Cold-Spray-Verfahren aufgebrachte Metallbeschichtung ist nicht porös und muss daher auch nicht lackiert oder versiegelt werden.In particular, the metal coating is applied under high pressure, preferably at more than 50 bar. The high pressure causes a kind of welding of the particles, which are applied to the non-sandblasted surface by the cold spray process. These "welded" particles have the advantage that they can adhere better without pretreatment of the surface to be coated in comparison to previously used coatings that are applied by flame spraying. The applied by the cold spray process metal coating is not porous and therefore does not have to be painted or sealed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Aufbringen der Metallbeschichtung zumindest eine zweite Schicht mittels des Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, aufgebracht werden. Wie oben erläutert, können auch weitere Schichten mittels des Cold-Spray-Verfahrens aufgebracht werden.According to a further embodiment, after the application of the metal coating, at least one second layer can be applied by means of the cold spray method, in particular the high pressure cold spray method. As explained above, other layers can also be applied by means of the cold spray method.

Des Weiteren kann durch das Aufbringen der Metallbeschichtung die Form des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils verändert werden. Beispielsweise kann die Metallbeschichtung in der Form einer Schulter oder eines Plateaus aufgebracht werden, um die Form des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils ohne Fräsen oder andere mechanische Bearbeitung zu verändern. Hierzu muss lediglich die Metallbeschichtung an den dafür vorgesehenen Stellen dicker oder mehrmals aufgebracht werden. Auf diese Weise ist eine einfache Anpassung der Form eines metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils möglich.Furthermore, by applying the metal coating, the shape of the metallic rolling or sliding bearing component can be changed. For example, the metal coating may be applied in the form of a shoulder or plateau to alter the shape of the metallic rolling or sliding bearing component without milling or other machining. For this purpose, only the metal coating must be applied at the designated places thicker or more times. In this way, a simple adaptation of the shape of a metallic rolling or sliding bearing component is possible.

Das Cold-Spray-Verfahren, insbesondere Hochdruck-Cold-Spray-Verfahren, hat des Weiteren den Vorteil, dass die in dem Gasstrahl enthaltenen Partikel an der Oberfläche des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils nur haften, wenn die Partikel in gerader, ungebremster Flugbahn und hinreichend steilem Winkel, idealerweise senkrechten Winkel, auf die Oberfläche auftreffen. Treffen die Partikel in einem zu flachen Winkel auf die Oberfläche, entsteht keine Haftung. Daher ist es möglich, dass die Metallbeschichtung als partielle Beschichtung ausgebildet ist. Beispielsweise kann in einer Bohrung in axialer Richtung hineingesprüht werden, wobei sich anders als bei einem aufbringen einer Beschichtung durch Flammspritzverzinkung keine Haftung an den Wänden ergibt. Lediglich der Bereich, in dem der Gasstrahl in senkrechtem oder im Wesentlichen senkrechten Winkel auftrifft, wird beschichtet. Daher ist der Abdeck- und Maskierbedarf bei dem Cold-Spray-Verfahren geringer als bei einer Flammspritzverzinkung.The cold-spray method, in particular high-pressure cold-spray method, has the further advantage that the particles contained in the gas jet adhere to the surface of the metallic rolling or sliding bearing component only if the particles in a straight, unbraked trajectory and sufficiently steep angle, ideally vertical angles, impinge on the surface. If the particles hit the surface at too low an angle, no liability arises. Therefore, it is possible that the metal coating is formed as a partial coating. For example, it can be sprayed into a bore in the axial direction, with no adhesion to the walls, unlike application of a coating by flame spraying. Only the area in which the gas jet impinges at a vertical or substantially vertical angle is coated. Therefore, the masking and masking requirement is lower in the cold spray process than in flame spray galvanizing.

Durch die wesentlich präzisere Materialaufbringung mit weniger und konstantem Overspray, gleichmäßigerem Volumendurchsatz, und einer dichten nichtporösen Schicht sind die Schichtdickentoleranzen bei Verwendung des Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, wesentlich geringer als bei einer Flammspritzverzinkung. Demzufolge werden die Form- und Lagetoleranzen der zu beschichtenden Oberfläche in vorhersehbarer Weise verschoben und nicht in kritischer Weise verschlechtert. Versuche zeigten unter bestimmten Randbedingungen beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Verringerung der Schichtdickenstreuung auf nur 1/10 der Streuung des Flammspritzens.Due to the much more precise material application with less and constant overspray, more uniform volume throughput, and a dense nonporous layer, the layer thickness tolerances when using the cold spray process, in particular high pressure cold spray process, substantially lower than in a flame spraying. As a result, the shape and position tolerances of the surface to be coated are shifted in a predictable manner and are not critically degraded. Experiments showed under certain boundary conditions in the method according to the invention a reduction of the layer thickness dispersion to only 1/10 of the scattering of flame spraying.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.Further advantages and advantageous embodiments are given in the description, the drawings and the claims. In particular, the combinations of features given in the description and in the drawings are purely exemplary, so that the features can also be present individually or otherwise combined.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.In the following, the invention will be described in more detail with reference to embodiments illustrated in the drawings. Here, the embodiments and the combinations shown in the embodiments are purely exemplary and are not intended to define the scope of the invention. This is defined solely by the appended claims.

Es zeigt:

  • 1: eine schematische Schnittansicht eines Wälzlagers.
It shows:
  • 1 : A schematic sectional view of a rolling bearing.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.In the following, the same or functionally equivalent elements are identified with the same reference numerals.

In 1 ist ein Wälzlager 1 in einer stark vereinfachten Skizze dargestellt. Das Wälzlager 1 weist einen Innenring 2 und einen Außenring 4 auf. Zwischen den beiden Ringen 2, 4 sind Wälzkörper 6 rotierbar angeordnet. Die Wälzkörper 6 können durch einen nicht gezeigten Käfig zueinander beabstandet gehalten werden. Alternativ kann es sich statt dem Wälzlager 1 auch um ein Gleitlager handeln.In 1 is a rolling bearing 1 presented in a simplified sketch. The rolling bearing 1 has an inner ring 2 and an outer ring 4 on. Between the two rings 2 . 4 are rolling elements 6 rotatably arranged. The rolling elements 6 can be kept spaced apart by a cage, not shown. Alternatively, it may take place instead of the rolling bearing 1 also act around a sliding bearing.

Die verschiedenen Bauteile des Wälzlagers 1, beispielsweise der Innenring 2, der Außenring 4 oder die Wälzkörper 6, können als metallische Wälz- oder Gleitlagerbauteile vorgesehen sein, die eine nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufweisen. Hierbei kann zumindest eine nicht-sandgestrahlte Oberfläche mit zumindest einer partiellen Metallbeschichtung versehen werden. Die Metallbeschichtung wird mittels eines Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, direkt auf die nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufgebracht.The different components of the rolling bearing 1 For example, the inner ring 2 , the outer ring 4 or the rolling elements 6 , Can be provided as metallic rolling or sliding bearing components having a non-sandblasted surface. In this case, at least one non-sandblasted surface can be provided with at least one partial metal coating. The metal coating is applied directly to the non-sandblasted surface by means of a cold spray process, in particular a high pressure cold spray process.

Beispielsweise kann es sich bei der Metallbeschichtung um eine Korrosionsschutzschicht handeln. Eine solche Schicht kann verwendet werden, um den Innenring 2 oder den Außenring 4 mit einer Schutzschicht zu versehen, um die Bauteile gegenüber Korrosion bzw. Rost zu schützen.For example, the metal coating may be a corrosion protection layer. Such a layer can be used around the inner ring 2 or the outer ring 4 provided with a protective layer to protect the components against corrosion or rust.

Bislang wurde davon ausgegangen, dass für eine solche Metallbeschichtung ein Aufrauen, z.B. durch Sandstrahlen, der zu beschichtenden Oberfläche erforderlich ist, damit die Metallbeschichtung, die mittels eines Flammspritzverzinkungs-Verfahrens, als Lack oder mittels eines Cold-Spray-Verfahrens aufgebracht wird, an der Oberfläche haftet.Heretofore, it has been considered that for such a metal coating, roughening, e.g. by sand blasting, which is required to be coated surface, so that the metal coating, which is applied by means of a flame spraying process, as a paint or by means of a cold spray process, adheres to the surface.

Es wurde jedoch überraschend festgestellt, dass es bei dem hier verwendeten Cold-Spray-Verfahren, insbesondere als Hochdruck-Cold-Spray-Verfahren ausgeführt, nicht erforderlich ist, die Oberflächen der Bauteile 2, 4 vorher durch Sandstrahlen aufzurauen. Das bedeutet, dass die Metallbeschichtung auf eine Oberfläche der Bauteile 2, 4 aufgebracht werden kann, die bereits in ihrer finalen Form vorhanden ist. Insbesondere werden durch das Aufbringen der Metallbeschichtung bevorzugt keine Form- oder Lagetoleranzen beeinflussen.However, it has surprisingly been found that in the case of the cold spray method used here, in particular as a high pressure cold spray method, it is not necessary to use the surfaces of the components 2 . 4 previously roughen by sandblasting. This means that the metal coating on a surface of the components 2 . 4 can be applied, which is already present in its final form. In particular, the application of the metal coating preferably does not affect any shape or position tolerances.

Die Metallbeschichtung wird insbesondere mittels eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens mit mehr als 50 bar auf die Oberfläche des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils 2, 4, 6 aufgebracht. Durch das Aufbringen der Metallbeschichtung unter Hochdruck erfolgt eine Art Verschweißung der Metallpartikel, die in dem Gasstrahl des Cold-Spray-Verfahrens vorhanden sind, mit der Oberfläche des Wälz- oder Gleitlagerbauteils 2, 4, 6. Durch diese Verschweißung entsteht eine besonders stabile Metallbeschichtung, die im Gegensatz zu einer flammspritzverzinkten Beschichtung eine geringe Gefahr an Abplatzungen zeigt. Des Weiteren ist die Metallbeschichtung, die durch ein solches Cold-Spray-Verfahren aufgebracht wird, nicht porös, weshalb eine zusätzliche Lackierung oder Versiegelung entfallen kann.The metal coating is in particular by means of a high pressure cold spray method with more than 50 bar on the surface of the metallic rolling or sliding bearing component 2 . 4 . 6 applied. By applying the metal coating under high pressure, a kind of welding of the metal particles, which are present in the gas jet of the cold spray process, with the surface of the rolling or sliding bearing component 2 . 4 . 6 , This welding creates a particularly stable metal coating, which, in contrast to a flame-spray galvanized coating shows a low risk of spalling. Furthermore, the metal coating applied by such a cold spray process is non-porous, and therefore additional painting or sealing may be eliminated.

Alternativ oder zusätzlich kann die Metallbeschichtung auch derart auf den Innenring 2 oder den Außenring 4 aufgebracht werden, dass die Form der Bauteile 2, 4 verändert wird. Beispielsweise kann die Metallbeschichtung in der Form einer Schulter oder eines Plateaus auf einen der Ringe 2, 4 aufgebracht werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, mittels des Cold-Spray-Verfahrens, insbesondere Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, eine dickere Metallbeschichtung aufzubringen oder die Metallbeschichtung in mehreren Lagen an einer Stelle aufzubringen.Alternatively or additionally, the metal coating can also be applied to the inner ring 2 or the outer ring 4 be applied that the shape of the components 2 . 4 is changed. For example, the metal coating may be in the form of a shoulder or a plateau on one of the rings 2 . 4 be applied. For this purpose, it is only necessary to apply a thicker metal coating by means of the cold-spray method, in particular high-pressure cold spray method, or to apply the metal coating in several layers at one point.

Durch das vorgeschlagene metallische Wälz- oder Gleitlagerbauteil ist es möglich, ein Wälz- oder Gleitlagerbauteil bereitzustellen, das eine verbesserte Metallbeschichtung aufweist, die im Vergleich zu bekannten Beschichtungen, die beispielsweise durch Flammspritzverzinkung aufgebracht werden, stabiler ist und auf einer unbehandelten bzw. nicht-sandgestrahlten Oberfläche aufgebracht werden kann.The proposed metal rolling or sliding bearing component makes it possible to provide a rolling or sliding bearing component which has an improved metal coating, which is more stable compared to known coatings, which are applied, for example by flame spraying, and on an untreated or non-sandblasted Surface can be applied.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wälzlagerroller bearing
22
Innenringinner ring
44
Außenringouter ring
66
Wälzkörperrolling elements

Claims (6)

Metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil (2, 4) mit zumindest einer nicht-sandgestrahlten Oberfläche und mit zumindest einer partiellen Metallbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung mittels eines Cold-Spray-Verfahrens direkt auf die nicht-sandgestrahlte Oberfläche aufgebracht ist.Metallic rolling or sliding bearing component (2, 4) with at least one non-sandblasted surface and with at least one partial metal coating, characterized in that the metal coating is applied by means of a cold spray method directly on the non-sandblasted surface. Metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil nach Anspruch 1, wobei die Metallbeschichtung mittels eines Hochdruck-Cold-Spray-Verfahrens, vorzugsweise mit mehr als 50 bar, aufgebracht ist.Metallic rolling or sliding bearing component according to Claim 1 , wherein the metal coating by means of a high pressure cold spray method, preferably more than 50 bar, is applied. Metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallbeschichtung eine Korrosionsschutzschicht ist.Metallic rolling or sliding bearing component according to one of the preceding claims, wherein the metal coating is a corrosion protection layer. Metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallbeschichtung als eine erste und mindestens eine zweite Schicht ausgebildet ist, die übereinander mittels des Cold-Spray-Verfahrens aufgebracht sind.Metallic rolling or sliding bearing component according to one of the preceding claims, wherein the metal coating is formed as a first and at least one second layer, which are applied one above the other by means of the cold spray method. Metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallbeschichtung dazu ausgebildet ist, die Form des metallischen Wälz- oder Gleitlagerbauteils (2, 4) zu verändern.Metallic rolling or sliding bearing component according to one of the preceding claims, wherein the metal coating is adapted to change the shape of the metallic rolling or sliding bearing component (2, 4). Metallisches Wälz- oder Gleitlagerbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Wälz- oder Gleitlagerbauteil Druckspannungen aufweist.Metallic rolling or sliding bearing component according to one of the preceding claims, wherein the metallic rolling or sliding bearing component has compressive stresses.
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