DE2352578A1

DE2352578A1 - Waelzlagerring, waelzlager und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2352578A1
Application number: DE19732352578
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Catlin; William J Chmura
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1972-12-08
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1974-06-12
Also published as: FR2210243A5; JPS5326267B2; JPS4986736A; CA994844A; GB1440496A; US3782794A; DE2352578B2

Description

Patentanwalt«

Dr. E. Boettner
Dipping. IL-J. Müller

Dr. Tu üerendt
D 8 München 80

L xcHc-Ürahii-Slr. 38, Tel. 47 51 55

P-. 1115 As/P

TEXTRON INC., 10 Dorrance Street, Providence, Rhode Island

(V.St.A.)

Wälzlagerring, Wälzlager und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen pulvermetallurgisch hergestellten Wälzlagerring, ein unter Verwendung desselben hergestelltes Wälzlager und ein Verfahren zu deren Herstellung unter geringen Kosten.

Es ist bereits versucht worden, Wälzlager nach pulvermetallur— gdschen Verfahren herzustellen, um die durch solche Verfahren erzielbaren hohen Produktionsziffern und -leistungen zu nutzen. Die nach solchen Verfahren hergestellten Lager haben sich jedoch in Anwendungsfällen hoher Lagerbeanspruchungen nicht als sehr wirksam erwiesen. Bei den verwendeten pulvermetallurgischen Verfahren wurde das Pulver zur Erzeugung eines Ringrohlings verdichtet oder verpreßt, der Rohling vorgesintert und dann geformt (umgepreßt) und schließlich nachgesintert, wodurch Ringe erzeugt wurden, deren Dichte im Durchschnitt 90$ bis ^Q4# der theoretischen Materialdichte betrugen. Diese hohen Dichten sind erforderlich, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu gewährleisten.

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Nach Herstellung der zylindrischen Ringrohlinge in der beschriebenen Weise fallen infolge der maschinellen Bearbeitung der Laufrillen oder Abdeckoutea in den Lagerringen weitere Kosten an. Die Ringe werden, dann warmbehandelt und der Fertigbearbeitung unterzogen. In. dieser Weise hergestellte Lager sind jedoch im allgemeinen ermüdungsanfällig und kurzlebig und haben einen verhältnismäßig hohen Geräuschpegel.

Es wurde in Fachkreisen in Betracht gezogen, daß die Porosität pulvermetallurgisch hergestellter Lagerringe den Geräuschpegel von mit solchen Ringen ausgestatteten Lagern in vorteilhafter Weise vermindert. Dies gilt jedoch dann nicht, wenn die Geräuschentwicklung infolge der Oberflächenporosität die inhärente Dämpfungsfähigkeit des Materials bei weitem überschreitet. Derartige Eigenschaften sind, außer bei bescheidensten Anforderungen an Kugellager, durchaus untragbar.

Es ist bekannt, die ermüdungsfreie Lebensdauer von Lagern dadurch zu verbessern, daß herkömmliche Lagerringe gegenüber der einwirkenden Belastung nachgiebiger ausgebildet werden. Die Herstellung derart nachgiebiger* Lager nach herkömmlichen Verfahren ist jedoch wegen der zusätzlichen maschinellen Bearbeitung zur Beseitigung von Material aus der Bohrung des Ringes unter der Laufrille zur Erzielung einer Nachgiebigkeit des Ringes bei Einwirkung einer Belastung, ähnlich der Durchbiegung eines Trägers, sehr teuer. Dabei kann wegen der Durchbiegung des nachgiebigen Ringes die Laufrille unter hohen Kugelbelastungen verformt werden, so daß die Belastung der Kugel über größere Flächenbereiche verteilt werden kann und somit die Spannungen vermindert werden können.

Es ist bekannt, daß poröse Materialien mit im Vergleich zu geschmiedeten usw. Materialien, niedrigeren Elastizitätsmoduln sich unter Belastung stärker verformen als die letzteren. Diese Eigenschaft wirkt sich bei der Erzeugung nachgiebiger

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Lagerringe ideal aus. Jedoch gewährleisten, wie oben bereits erwähnt, solche Ringmaterialien keine ausreichende GerMusch- und Schwingungsdämpfung infolge Oberflächenporosität in den Laufrillen, da die Laufrillen durch machinelle Bearbeitung oder Schleifen hergestellt sind.

Es besteht also ein Bedürfnis unter verhältnismäßig geringem Kostenaufwand ein Lager auf pulvermetallurgischem Weg herzustellen, das sich durch geringere Geräuschentwicklung und Vibration im Gebrauch sowie auch durch erhöhten ¥iderstand gegen Ermüdung auszeichnet. ·

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Hochlei— stungs-Wälzlager unter Nutzung der niedrigen Kosten und der hohen Produktionsleistung pulvermetallurgischer Verfahren des Verpressens und Sinteras zu schaffen. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf ein pulvermetallurgieches Verfahren zur Herstellung von Lagerringen, deren Lauf rillen in den Ringen durch mechanische Bearbeitung oder Verformung der tragenden Fläche, beispielsweise durch Rollen oder Walzen gebildet ist, so daß sich der Lagerring durch eine im Vergleich zu Pulvermetallurgxe-Ringen mit spanabhebend bearbeiteter öder geschliffener Laufrille durch eine erhöht® erraüdaangs— freie Lebensdauer auszeichnet.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Lager— ringes, des Lagers bzw. der Vorrichtung zu deren Herstellung gemäß der Erfindung dargestellt, anhand welcher auch das Verfahren gemäß der" Erfindung erläutert wird.

Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein typisches Lager mit einem inneren und einem äußeren Lagerring sowie dazwischen über den Umfang verteilten Lagerkugeln;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Lagerring mit einer Lauf-

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rille und einer Kugel zur Verwendung bei einem nachgiebigen Lager des in der Technik bekannten Trägerquer schnittstyps in größerem Maßstab;

Fig. 3 ist ein weiterer Schnitt durch einen gemäß der Erfindung pulvermetallurgisch hergestellten Lagerring, der in der Gegend der Laufrille dicht und im restlichen, darunterliegenden Teil des Ringes verhältnismäßig porös ist, in größerem Maßstab;

Fig. 4 zeigt den Lagerring gemäß Fig. 3 in noch stärlterer Vergrößerung zur Veranschaulichung des dichten Bereiches in der Gegend der Laufrille in der Form einer mondsichelförmigen Zone hoher Dichte'im Vergleich zu dem porösen restlichen Teil des Ringes;

Fig. 5 ist eine Linienskizze zur Veranschaulichung einer Verfahrensweise zur Herstellung einer Laufrille an der äußeren Mantelfläche eines inneren Lagerringrohlings durch RoIlen,von oben gesehen; und

Fig. 6 ist eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 5·

Im weitesten Sinn schafft die Erf indung als eine Ausführungsform einen Metall-Lagerring, der aus einem gesinterten Metallpulverrohling gebildet ist, von dem eine tragende Mantelfläche eine mechanisch bearbeitete Laufrille von geeigneter Tiefe und Anpassung zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweist, so daß ein Bereich innerhalb des Ringes unmittelbar angrenzend an den Boden der mechanisch bearbeiteten Laufrille im Querschnitt eine Zone hoher Dichte von im Durchschnitt mindestens ca. 95% der theoretischen Dichte des Metalls bildet. Vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, kann der verbleibende Teil des Sintermetalls außerhalb der dichten Zone im Vergleich zu dieser verhältnismäßig porös sein und eine durchschnittliche Dichte im Bereich von 80 bis 92$, vorzugsweise von

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85 bis 92%, der theoretischen Dichte des Metalls haben. Die dichte Zone an der Laufrille und angrenzend an diese verleiht dem Lagerring eine erhöhte ermüdungsfreie Lebensdauer. Die ermüdungsfreie Lebensdauer kann weiter dadurch erhöht werden, daß unterhalb der dichten Zone ein poröser Bereich vorgesehen wird, der den Lagerring gegenüber der darauf einwirkenden Belastung nachgiebiger macht.

Normalerweise werden Lagerringe dadurch hergestellt, daß Metallstab— oder Metallrohrprofile durch maschinelle Bearbeitung auf einer automatischen Fassondrehbank in die gewünschte Form gebracht werden. Die bei diesem Verfahren erzielbaren Produktionsleistungen sind üblicherweise durch den Vorschub beim Abdrehen und/oder Bohren begrenzt. Die Produktionsleistungen liegen im allgemeinen im Bereich von 300 bis 6OO Stück je Stunde. Bei der Herstellung von Ringen durch derartige spanabhebende Bearbeitungen kann der Materialverlust, je nach den fertigen Abmessungen des bearbeiteten Ringes, im Bereich von 20 bis 60 Gew.% betragen. Der spanend bearbeitet Ring wird später warmbehandelt, geschliffen und mit den übrigen Teilen zur Bildung des Lagers zusammengebaut.

Die Erfindung hingegen bietet wirtschaftliche Vorteile bei der Herstellung von Hochleistungslagern, insofern als das verwendete pulvermetallurgische Verfahren praktisch die hundertprozentige Ausnutzung des Ausgangsmaterials gestattet und noch dazu Produktionsleistungen ermöglicht, die wesentlich über denjenigen liegen, die bei Bearbeitung auf einer herkömmlichen Fassondrehbank erzielbar sind. Die Stahlpulvermasse wird also zu einem Ringrohling verpreßt, dessen Dichte im Bereich von 80 bis 92% der theoretischen Metalldichte, beträgt, der Rohling wird dann unter im wesentlichen oxydations- und kohlungsfreien Bedingungen bei einer erhöhten ' Temperatur, beispielsweise von 1120°C (2O5OF), gesintert,

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und die Laufrille wird in den Ring mechanisch (nicht spanend) ,beispielsweise durch Walzen oder Rollen, eingearbeitet, wodurch unterhalb der Laufrille eine Zone hoher Dichte ' von mindestens im Durchschnitt 95$ und vorzugsweise von mindestens 989ε, der theoretischen Dichte des Metalls erzeugt wird. Nach Herstellung der Laufrille wird der Ring einer Wärmebehandlung unt erzogen, indem ex- zur Vorbereitung auf die Abschreckhärtung auf eine Austenitisiertemperatur erhitzt wird. Wenn erforderlich, kann dieser Wärmebehandlung ein zusätzliches Aufkohlen vorangehen. Diese Erhitzung vermehrt und verfestigt die Sinterungsbindungen. Nach der Wär mebehandlung wird der Ring, wenn erwünscht, feingeschliffen.

Wie der Fachmann erkennt, kann der Ring mit der mechanisch (nicht spanend) bearbeiteten Laufrille, wenn erwünscht, vor der Wärmebehandlung, beispielsweise durch Erhitzen auf eine Temperatur von 1120 C (2050 F) während einer geeigneten Zeitspanne, beispielsweise von 2O Minuten oder darüber, nochmals gesintert werden.

Da pulvermetallurgische Materialien Im allgemeinen nur eine geringe Zugduktilität aufweisen, ist es wichtig, daß während der mechanischen Bearbeitung "Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, daß die Arbeit auf den Ringrohling in der Form von Druckspannungen zur Wirkung gebracht wird.

Eine bevorzugte Verfahrensweise gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein gesinterter poröser Lagerringrohling aus Metall mit einer Dichte im Bereich von 8O bis 92$ der theoretischen Dichte des Metalls hergestellt wird, der Ringrohling an einem umlaufenden Dorn oder einer Welle gelagert wird und dann eine Matelfläche des Rohlings durch Einrollen oder Einwalzen einer Laufrille in diese Mantelfläche mechanisch bearbeitet oder verformt wird, indem ein umlaufendes profiliertes Roll- oder Walzformwerkzeug gegen die Fläche ange-

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drückt wird, bis die gewünschte Laufrillentiefβ"erreicht , ist. Die in dieser Weise erzeugte Laufrille ist hoch verdichtet und kann im Falle eines Kugellagers in der Nähe des Bodens der Laufrille einen im Querschnitt mondsiehelförmigen Bereich mit einer durchschnittlichen Dichte, wie bereits erwähnt , von mindestens 95$ der theoretischen Dichte des Metalls aufweisen, während- der verbleibende Teil des Ringes unterhalb der dichten Zone vorzugsweise eine durchschnittliche Dichte von 8O bis 92$ beibehält.

Dank der dichten Struktur an der Laufrille und in deren Nähe erhalten die Wälzkugeln des Lagers eine gute Auflagerung, die durch einen poröseren Querschnittsteil gestützt ist, der für die .Nachgiebigkeit unter Belastung sorgt« Außerdem ist das Lager im wesentlichen geräuschlos und zeichnet sich auch durch geringere Vibration aus. Außerdem hat der Lagerring eine gute ermüdungsfreie Lebensdauer.

Das Verdichten des Metallpulvers

Bei der Herstellung des gesinterten ringförmigen Rohlings wird ein Stahl — pulvergemisch in einem zur Erzielung der gewünschten Größe geeignet dimensionierten, ringförmigen Gesenk kaltgepreßt. Das Gemisch wird unter einem Druck von ca. 4500 bis 7OOO kp/cm (30 bis 45 tons per sqare inch) verdichtet, und der so erhaltene Rohling wird dann 2O min lang bei einer Temperatur von 1120 C (2050 S¹) unter im wesentlichen nicht—aufkohlenden Bedingungen in einer Atmosphäre von gekracktem Ammoniak gesintert} der gesinterte Rohling hat eine Dichte von 80 bis 92%, im allgemeinen von 85 bis 92%, der tatsächlichen Dichte von Stahl.

Pulvertyp und Legierung

Die zu verwendenden Stahlpulvertypen werden vorzugsweise derart ausgewählt, daß diese wirtschaftlich attraktiv sbwie

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möglichst praktisch sind. Das Pulvergemisch kann ein Gemisch von Elementarpulvern sein. Im allgemeinen neigen solche Gemische dazu, eine heterogene Masse zu bilden. Dies kann jedoch günstig sein, da solche Massen beim Sintern nur unvollständig legiert werden und daher duktile Bereiche beibehalten, die die Bildung von Sprödrissen in den porösen Bereichen des Lagerringes verhindern.

Dennoch werden vorlegierte Pulver, beispielsweise solche, die durch Zerstäubung aus einer flüssigen Schmelze erzeugt werden, vorgezogen. Um zu gewährleisten, daß solche Pulver verdichtungsfähig sind, wird aus den Gemischen der Kohlenstoff fortgelassen, und erst vor dem Verdichten dem zerstäubten Pulver beigemengt. Anstatt dessen kann der Kohlenstoff nach dem Sintern des Rohlings durch Aufkohlen des gesinterten Rohlings auf den gewünschten Kohlenstoffgehalt zugesetzt werden.

Die Erfindung ist bei mannigfaltigen Lagerstählen anwendbar, beispielsweise bei Stählen vom Typ 52100, niedrig-Iegierten Nickel—Molybdänstählen, Molybdän—Mangan—Stählen u.dgl. Für die Zwecke der Erfindung wird also ein Stahl definiert als Gemisch, bestehend aus mindestens 65 Gew.% Eisen, 0,3 bis 1,5 Gew.°/o Kohlenstoff, Rest Stahllegierungszusätze.

Beispiele von Lagerstählen, die gemäß der Erfindung geprüft wurden, sind folgende: k'fo Ni, 2% Cu, 0,6% C, Rest Eisen; 1,5% Mo, 1% C, Rest Eisen; 0,$Mo, 0,5% Mn, 1% C, Rest Eisen ; und der als "52100" bezeichnete Lagerstahl mit einem Gehalt von 1 ,5% Cr, 0,5$ Mo, Λ°/ο C, Rest Eissn. Die Mischungsergebnisse zeigten an, daß durch Zerstäubung erzeugte Pulver besonders vorzuziehen sind.

Beispiel eines typischen Wälzlagers

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist ein typisches Wälzlager

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10 einen inneren und einen äußeren Laufring 11 bzw. 12 auf, zwischen denen durch einen Käfig 1^ Kugeln 13 in den Laufrillen gehalten sind.

Herstellung der Laufrille

Nach der pulvermetallurgischen Herstellung des gesinterten ringförmigen Rohlings wird gemäß der Erfindung eine Mantelfläche des Rohlings einer mechanischen (spanlosen) Kaltbearbeitung zur Bildung der Laufrille unterzogen. Vorzugsweise erfolgt dies durch Walzen oder Rollen unter Verwendung einer Vorrichtung des beispielsweise in Fig. 5 und 6 dargestellten Typs. Natürlich kann anstatt dessen .jede beliebige andere Vorrichtung verwendet werden, die an einem gesinterten ringförmigen Rohling eine Lauffläche zu erzeugen vermag.

Wie aus der Linienskizze eines Ausführungsbeispiels einer solchen Vorrichtung in Fig. 5 hervorgeht,- weist diese Vorrichtung eine tragende Welle 30 auf, die bei 31 verjüngt ist und eine Bohrung für die Aufnahme eines zylindrischen Domes 32 aufweist, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser eines aus Metallpulver hergestellten Innenlaufringes .entspricht.

Der Metallpulverrohling 33 wird auf den Dorn zwisdien zwei Distanzhaltern 3^ und der Tragwelle 30 aufgeschoben,· Ein Werkzeughalter 35 weist zwei antriebslose Formrollen 36 und 37 (Fig. 6) auf, die auf Auflagerungen 36A, 37A zwischen Lagerböcken 38 und 39 drehbar montiert sind.

Der Formrollensätz wird zur Bildung der Laufrille mit vorherbestimmter Vorschubgeschwindigkeit bis zur gewünschten Tiefe in der Querrichtung gegen den Metallrohling bewegt. Der Vorschub beträgt typischerweise 2,5 /um (0,0002^H) je Umdrehung. Die so erzeugte Laufrille hat im allgemeinen eine bessere Oberflächenbeschaffenheit als durch Spanen her-

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gestellte Laufrillen. Dies ist von außerordentlicher Bedeutung für die Verlängerung der erntüdungsfreien Lebensdauer.

Das oben anhand der Herstellung eines inneren Lauf ringes beschriebene Verfahren ist im wesentlichen entsprechend bei der Herstellung einer Laufrille in einem äußeren Laufring anwendbar, abgesehen davon, daß natürlich die Vorrichtung entsprechend abgewandelt sein muß.

Lagereigenschaften

Wie oben bereits erwähnt, sind nachgiebige Lager, deren innerer Lagerring im Querschnitt in der Art eines Trägers ko-nstruiert ist (Fig. 2) in der Technik bekannt, wobei jedoch solche Lagerringe aus einem massiven Ring durch spanende Bearbeitung erzeugt werden. Der Innenring 15 (von dem nur der Ringquerschnitt dargestellt ist) ist mit seinem an den einwärtsvorspringenden Auflagerungen 16 und 17 gebildeten Innendurchmesser an einer Welle gelagert. Auf diese Weise ist ein Träger mit einer Spannweite 18 gebildet, der im Gebrauch unter Belastung eine gewisse elastische Durchbiegung erfährt (nachgiebig ist). Der· Ring weist eine Laufrille 19 auf, in der, wie in Fig. 1 "dargestellt, Kugeln 20 gelagert sind.

Gemäß der Erfindung wird das nachgiebige Lager auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt, indem ein gesinterter Rohling mit poröser Struktur hergestellt und darin die Laufrille durch Rollen erzeugt wird, so daß vom Boden der Laufrille zur Bohrung des Ringes hin ein Dielte gradient erzeugt wird, indem die Zone höchster Dichte am Boden der Laufrille und angrenzend an diese liegt.

Dies wird beispielsweise durch die Fig. 3 veranschaulicht, nach der der Hauptteil 22 des Querschnittes 21 des Lager-

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ringes in einem Abstand von. der Laufrille verhältnis— mäßig porös ist, während durch. Rollen der Laufrille 23 angrenzend an diese eine mondsiche'lförmige Zone 2k hoher Dichte erzeugt wurde. Die durchschnittliche Dichte der dichten Zone nach Bearbeitung beträgt mindestens 95?&» beispielsweise 98% oder mehr, der -wahren Dichte des Materials, und die Dicke dieser dichten Zone ist am geometrischen Ort des Abrollens der Kugel (am Wälzkreis) unter dem Boden der Laufrille am größten und nimmt nach beiden Seiten der Kugelachse mit zunehmendem eingeschlossenemWinkel θ (Fig. 4) ab. Auß-erdem kann es erwünscht sein, am Innenmantel des Ringes angrenzend an den Tragdorn einen dünnen dichten Bereich 25 herzustellen. _

Die Grenze zwischen der dichten Zone (oder Verdichtungszone) und dem poröseren Bereich braucht nicht notwendigerweise scharf zu sein, vielmehr kann der eine in den anderen Bereich übergehen.

Die Dicke der hochverdichteten Zone unter dem Boden der Laufrille sollte mindestens 25$ der größten Tiefe der Laufrille und vorzugsweise mindestens 5O% der Lauf rillentiefe

betragen. ■

Der Vorteil der gerollten Laufrille besteht darin, daß ein dichter Bereich mit gewünschtem Elastizitätsmodul im Verein mit optimaler Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung dort geschaffen wird, wo diese Eigenschaften am dringendsten gebraucht werden. Ein anderer Vorteil des Rollens besteht darin, daß die so hergestellte Laufrille sich durch äußerst hohe Oberflächenglätte auszeichnet. Wie bereits erwähnt, ist dies wichtig, wenn eine optimale ermüdungsfreie Lebensdauer des pulvermetallurgisch hergestellten Lauf ringes gewährleistet werden soll.

Durch das mechanische (spanlose) Einarbeiten der Laufrille

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in den Lagerring werden ein Verdichtungs- (Dickenverminderungs-) sowie ein Modul-Grandient mit maximalen Werten an der Laufrille und abnehmenden Werten gegen den poröseren oder weniger dichten Teil des Ringes unter dem mondsichelförmigen Bereich erzeugt, welch letzterer für die gewünschte Nachgiebigkeit des Ringes sorgt.

Die Beziehung zwischen Elastizitätsmodul, Dichte und Ermüdungseigenschaften einer gesinterten Stahlmasse von h°/o Nickel, 0,8^ Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, ist in folgender Tabelle zusammengefaßt.

Dichte	io der theor. Dichte	Elastizitäts modul	^: (Ρ-)	)	1	DauerfIi eßgrenz e (fatique limit) für 10' Lastwechsel
		kp/cm''	(17.10⁶	)	2	kp/cm (psi)
6,6	84	1 ,2O.1O⁶	(21.10⁶	)	2	620 (23ΟΟΟ)
7,0	89	1,48.1O⁶	(23.1O⁶	)	_	180 (3IOOO)
7,4	94	1,62.1O⁶	(29.1O⁶		6OO (37ΟΟΟ)
7,87	100	2,04.10⁶			___ ____

Natürlich wäre zur Erzielung optimaler physikalischer Eigenschaften wünschenswert, daß die Dichte an der Laufrille, wo die Belastung des Lagers am größten ist, über 95% beträgt, während die Dichte außerhalb des Laufrillenbareiches in dem Ring im Bereich -von 80 bis 92% der theoretischen Dichte des Metalls liegt. So wird die gewünschte Ermüdungs- oder Dauerfestigkeit an dem belasteten Teil des Lagers gewährleistet, während der Rest des Ringes die erforderliche Nachgiebigkeit gegenüber der einwirkenden Belastung liefert. Durch Einrollen der Laufrille in einen gesinterten pulvermetallurgischen Rohling wird die Wirtschaftlichkeit eines gepreßten Ringes gewährleistet und dennoch im Bereich der Laufrille eine erheblich höhere Dichte als bei einem gepreßten Ring vorhanden.

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Zur Bestinunung der Schüttelfestigkeit (vibration, static load capacity), der Verformung unter Belastung und der D_auerfestigkeit wurden Vergleichversuche für eine Stahlzusammensetzung mit 0,5% Mo, 0,5$ Mn, 1$ C, Rest im wesentlichen Fe, durchgeführt. Verglichen wurden pulvermetallurgisch hergestellte Ringe, in deren einem die Laufrille durch spanabhebende Bearbeitung und in deren anderem die Laufrille gemäß der Erfindung durch Rollen hergestellt war. Beide Ringe hatten nach Verdichten und Sintern eine Dichte von 86% der theoretischen Dichte. Die Laufrille im einen Ring wurde durch spanende Bearbeitung und im anderen Ring durch Rollen hergestellt, so daß die endgültige durchschnittliche Dichte des Ringes mit gerollter Laufrille 92% der theoretischen Dichte betrug. Die Prüfungsergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengefaßt.

Ring (1)	Ring (2)
Laufrille	Laufrille
durch	gerollt
spanende
Bearbeitung
hergestellt
86	92
6,0	2,0
23,6 kp	57 kp
(52 lbs)	(125 lbs)
6,0 Stunden	85 Stunden

°/o der theoretischen Dichte
Schwingurigspegel

Belastung zur Erzeugung
einer bleibenden Verformung
von 25 /um(O,QO01»)

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Lebensdauer bei
36ΟΟ U/min

Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist der gemäß der Erfindung hergestellte Lagerring (2) dem Lagerring (i) nach dem Stand der Technik hinsichtlich Schwingungspegel, Belastbarkeit bis zum Erreichen ei ner bleibenden Verformung von 0, ΟΟ25 mm (0,0001") sowie ermüdungsfreier Lebensdauer (Dauerfestigkeit) in ausgeprägter Weise überlegen.

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Der Schwingungspegel wird mittels einer Prüfvorrichtung
bestimmt, die die .Schwingungseigenschaften der zu prüfenden Lager erkennen läßt und somit einen Rückschluß auf die Gesamtqualität des Lagers zuläßt, die aus der Herstellungsgenauigkeit und der Oberflächengüte der Laufrillen und
Kugeln folgt.

Im Falle der Belastung, die eine bleibende Verformung von 0, 0025 mm (θ, 0001") bewirkt, ist zu bemerken, daß der Ring (2) gemäß der Erfindung mehr als das Doppelte der Belastung des Ringes (1 ) aushält.

Die in der Tabelle.angegebene, mit L _ bezeichnete Lebensdauer der Lager wird als statistische Zahl berechnet. Da die Lebensdauer bei den einzelnen Lagern schwankt, wird die Lebensdauer eines Lagers definiert als die Anzahl der Betriebsstunden, die 90$ einer Gruppe von Lagern bei einer
gegebenen Drehzahl erreicht oder überschreitet, bevor die
Ermüdung einsetzt. Diese grundlegende Definition wird allgemein als die L_1o-Lebensdauer bezeichnet.

Wie ferner aus der Tabelle zu ersehen ist, zeichnet sich der pulvermetallurgisch hergestellte Ring (2) gemäß der Erfindung durch eine erheblich höhere ermüdungsfreie Lebensdauer, nämlich von 85 Stiinden gegenüber 6,0 Stunden für den
Ring (1) aus, was eine Verbesserung auf mehr als das 14-fache bedeutet.

Aus den obigen Prüfungsergebnissen ist zu erkennen, daß
die Herstellung von pulvermetallurgisch hergestellten Lagerringen gemäß der Er—findung die wirtschaftliche Produktion von Wälzlagern mit besseren Eigenschaften ermöglicht. Die Erfindung schafft also ein Wälzlager mit einem Innen-
und Außenring, die eine ringförmige Aufnahmekammer mit

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Laufrillen und zwischen diesen angeordneten Wälzkörpern begrenzen und von denen mindestens der eine aus geeinter- · tem Metallpulver, beispielsweise Lagerstahlpulver,besteht und der dadurch gekennzeichnet ist, daß er an einer Mantelfläche eine durch mechanische bzw. spanlose Bearbeitung hergestellte oder durch Rollen gebildete, für die Aufnahme der Wälzkörper diesen angepaßte Laufrille aufweist, an deren Boden sich in einem diesem unmittelbar benachbarten Quer— schnittsbereich in dem gesinterten Ring eine Zone hoher Dichte von im Durchschnitt mindestens 95% der theoretischen Dichte des Metalls anschließt, während der restliche Teil des gesinterten Metalls des Ringes außerhalb der Zone hoher Dichte im wesentlichen porös ist und eine durchschnittliche Dichte im Bereich von 80 bis 3Z⁰Jo der theoretischen Dichte des Metalls hat.

Patentansprüche

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Claims

Pat ent anspriiche

1.; Lagerring, der aus einem Sinterpulvermetallrohling hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Mantelfläche des Ringes eine durch mechanische (spanlose) Bearbeitung hergestellte Laufrille von geeigneter Tiefe aufweist, die für die Aufnahme von Wälzkörpern diesen angepaßt ausgebildet ist, und

b) sich an den Boden der Laufrille in einem diesem unmittelbar benachbarten Querschnittsbereich des Laufringes eine Zone hoher Dichte von im Durchschnitt mindestens 95% der theoretischen Dichte des Metalls anschließt*

2. Lagerring nach Anspruch 1 , dadurch gekennsichnet, daß die Dicke der Zone hoher Dichte unter dem Boden der Laufrille mindestens 25% der größten Tiefe der Laufrille beträgt und der restliche Teil des Sintermetallringes außerhalb der Zone hoher Dichte im wesentlichen porös ist und eine durchschnittliche Dichte von 80 bis 92% der theoretischen Metalldichte hat.

3. Lagerring nach Anspruch 1 oder Z₉ dad. ch gekennzeichnet, daß die mechanisch bearbeitete Laufrille zur Aufnahme von Lagerkugeln diesen angepaßt ausgebildet ist und die Dicke der Zone hoher Dichte mindestens 5056 der größten Tiefe der Laufrille beträgt.

4. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeL chnet, daß die Zone hoher Dichte eine durchschnittliche Dichte von mindestens 98% der theoretischen Dichte des Metalle hat und im wesentlichen mond-

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sichelförmig ist und daß der restliche Teil des Sintermetallringes außerhalb der Zone hoher Dichte eine durchschnittliche Dichte von 8556 bis 92% der theoretischen Dichte des Metalls hat.

5« Nachgiebiger Lagerring, der aus einemSintermetallpulverrohling aus einer wartnbehandelbaren Stahlzusammensetzung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine tragende Mantelfläche des Ringes eine durch Rollen geformte Laufrille geeigneter Tiefe aufweist, die zur Aufnahme von Wälzkörpern diesen angepaßt ausgebildet ist,

b) sich an den Boden der Laufrille in einem diesem unmittelbar benachbarten . Querschnittsbereich des Ringes eine Zone hoher Dichte von durchschnittlich mindestens 95°fc der theoretischen Dichte des Metalls anschließt, und -

c) der Rest des Sintermetalls äußerhalb der Zone hoher Dichte im wesentlichen porös ist und eine durchschnittliche Dichte im Bereich von 80 bis 925ε der theoretischen Dichte des Metalls hat.

6. Lagerring nach Anspruch/5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zone hoher Dichte unter dein Boden der Laufrille mindestens 25$ der maximalen Tiefe der Laufrille, beträgt.

7. Lagerring" nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Rollen gebildete Laufrille zur Aufnahme von Lagerkugeln diesen angepaßt ausgebildet ist und die Dicke der Zone hoher Dichte mindestens 5056 der maximalen Tiefe der Laufrille beträgt.

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8. Lagerring nach einem der Ansprüche 5 bis J₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Zone hoher Dichte im wesentlichen monsichelförmig ist und ihre Dichte {Bindestens 985ε der theoretischen Dichte des Stahls beträgt und daß der Bereich außerhalb der Zone hoher Dichte eine Dichte von 85 bis 92% der theoretischen Dichte des Stahls hat.

9· Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring_f die eine ringförmige tragende Kammer mit Laufrillen und zwischen diesen angeordneten Wälzkörpern begrenzen und von denen mindestens einer aus gesintertem Pulvermetall gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Mantelfläche des mindestens einen Sinterringes eine mechanisch bearbeitete Laufrille geeigneter

Tiefe aufweist, die zur Aufnahme der Wälzkörper diesen angepaßt ausgebildet ist,

b) sich an den Boden der Laufrille in einem diesem unmittelbar benachbarten Querschnittsbereich des mindestens einen Ringes eine Zone hoher Dichte von durchschnittlich mindestens 95% der theoretischen Dichte des Metalls anschließt und

c) der restliche Teil des Sintermetalls außerhalb der Zone, hoher Dichte im wesentlichen porös ist und eine durchschnittliche Dichte im Bereich von 80 bis 92% der theoretischen Dichte des Metalls hat«

10. Wälzlager nach A_nSPrUCh 9_f dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zone hoher Dichte unter dem Boden der Laufrille mindestens 25% der größten Tiefe der Laufrille beträgt.

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11. Wälzlager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch bearbeiteteLaufrille zur Aufnahme von Lagerkugeln diesen angepaßt ausgebildet ist und daß die Tiefe der Zone hoher Dichte mindestens 50$ der maximalen Tiefe der Laufrille betragt*

12. Wälzlager nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die !Zone hoher Dichte des Sinterringes eine durchschnittliche Dichte von mindestens 98$ der theoretischen Dichte des Metalls hat und im wesentlichen mqndsichelförmig ist und daß der restliche Teil,des Sinterringes außerhalb der Zone hoher Dichte eine durchschnittliche Dichte von 85 bis 92$ der theoretischen Dichte des Metalls hat.

13. Wälzlager mit einem nachgiebigen Innenring und einem nachgiebigen Außenring aus Stahl, die eine ringförmige tragende Kammer mit Laufrillen und dazwischen angeordneten Wälzkugeln begrenzen und die beide aus gesintertem Metallpulver gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß.

a) eine Mantelfläche jedes Ringes eine durch Rollen gebildete Laufrille geeigneter Tiefe aufweist, die zur Aufnahme der Lagerkugeln diesen angepaßt ausgebildet istj

b) sich an den Boden der Laufrille in einem diesem tsmnittelbar benachbarten Querschnittsbereich des / Miages eine im wesentlichen mondsichelförmige Zone koher Dichte von durchschnittlich mindestens 95% der theoretischen Dichte des Metalls anschließt und

c) der restliche Teil des Sintermetalls außerhalb der mondsichelförmigen Zone im wesentlichen porös ist und eine durchschnittliche Dichte von 80 bis

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92% der theoretischen Dichte des Metalls hat.

14. Wälzlager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zone hoher Dichte unter dem Boden der Laufrille jedes Ringes mindestens 25% der maximalen Tiefe der Laufrille beträgt.

15. Wälzlager nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zone hoher Dichte jedes Ringes mindestens 50% der größten Tiefe der Laufrille beträgt.

16. Wälzlager nach einem der Ansprüche 13 bis 15t dadurch gekennzeichnet, daß die Zone hoher Dichte jedes Ringes eine durchschnittliche Dichte von mindestens 98% der theoretischen Dichte des Stahles hat und der Bereich außerhalb detr Zone hoher Dichte in jedem Ring ' eine durchschnittliche Dichte von 85 bis 92% der theoretischen Dichte des Stahls hat.

17· Verfahren zur Herstellung eines pulvermetallurgisch herzustellenden Lagerrings aus Metall nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein gesinterter, poröser Metallpulver-Ringrohling, im wesentlichen entsprechend dem Lagerring, hergestellt wird,

b) durch mechanische Bearbeitung eines ausgewählten Bereiches einer Mantelfläche des Ringrohlings eine Laufrille geeigneter Tiefe für die Aufnahme von Wälzkörpern gebildet- wird und

c) dadurch eine sich an dem Boden der Laufrille anschließende Zone hoher Dichte von durchschnittlich mindestens 95% der theoretischen Dichte des

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Metalls gebildet wird, -

wobei der restliche Teil des Sintermetalls außerhalb der Zone hoher Dichte im wesentlichen porös ist und eine durchschnittliche Dichte von 80 bis 92$ der theoretischen Dichte des Metalls hat. "

18. Verfahren nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterring aus Stahl ist und die Laufrille für die Aufnahme von Kugeln gerollt ist und die Dicke der Zone hoher Dichte unter der Laufrille mindestens 25$ der maximalen Tiefe der Laufrille beträgt.

19· Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrille zur Erzeugung einer Zone hoher Dichte von mindestens ca. 98$ der theoretischen Dichte des Metalls mit einer Dicke von mindestens 50$ der maximalen Tiefe der Laufrille unter dieser durch Rollen gebildet ist und der restliche Teil des Sintermetalls außerhalb der Zone hoher Dichte eine druchschnittliehe Dichte von 85 bis 92$ der teoretischen Dichte des Metalls hat.

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