DE3919199C2

DE3919199C2 -

Info

Publication number: DE3919199C2
Application number: DE19893919199
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. 8721 Schwebheim De Hengerer
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1989-06-13
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1991-09-05
Also published as: DE3919199A1; GB2232726B; GB9012934D0; JPH0331425A; FR2648153A1; GB2232726A; FR2648153B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wälzlagerelementen mit Laufflächen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Verfahren der genannten Art sind die Werkstoffe von Tragkörper und Laufring eines Wälzlageraußenrings so gewählt, daß der Laufring aus Wälzlagerstahl (Chromstahl) beim martensitischen Härten eine größere Volumenzunahme als der diesen umgebende Tragkörper aus niedrig legiertem oder unlegiertem Stahl erfährt (DE-PS 27 45 527). Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß beim Härten des Wälzlageraußenrings wegen der größeren Volumenzunahme des Laufrings am Übergang vom Laufring zum Tragkörper hohe Eigenspannungen erzeugt werden, welche die Formgenauigkeit des Wälzlageraußenrings und dessen Wälzermündungsfestigkeit beeinträchtigen können.

Hinzu kommt, daß mit dem bekannten Verfahren lediglich der Außenring, jedoch nicht der zugehörige Innenring und/oder die zugehörigen Wälzkörper eines Wälzlagers hergestellt werden können. Bei einem Wälzlagerelement mit einem auf einer Mantelfläche des Tragkörpers angeordneten Laufring würde sich nämlich der bei seinem Martensithärten stärker wachsende Laufring vom weniger oder überhaupt nicht wachsenden Tragkörper lösen. Es wird jedoch angestrebt, auch die Lagerinnenringe oder die Wälzkörper eines Wälzlagers mit einem gehärteten Laufring aus Wälzlagerstahl auszustatten.

Der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerelementen mit rollend beanspruchbaren Laufflächen zu schaffen, das sowohl für die Herstellung der äußeren und der inneren Wälzlagerelemente eines Wälzlagers als auch für die Herstellung der dazwischen rollenden Wälzlagerelemente anwendbar ist. Überdies sollen die mit diesem Verfahren hergestellten Wälzlagerelemente im Bereich ihres Übergangs vom Laufring zum Tragkörper verhältnismäßig geringe Eigenspannungen aufweisen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß lediglich der die Laufflächen tragende Laufring des Wälzlagerelements aus einem teuren Wälzlagerstahl, z. B. 100 Cr 6, besteht, während der zugehörige Tragkörper aus einem billigeren niedrig legierten Stahl hergestellt werden kann. Beim Härten des kombinierten Wälzlagerelements erfahren sowohl jeder Laufring als auch der zugehörige Tragkörper infolge der gemeinsamen Austenitisierung und des gemeinsamen Härtens eines Volumenzuwachs, der ungefähr gleich groß ist. Dabei entstehen nur geringe durch Gefügeumwandlung verursachte Eigenspannungen am Übergang vom Laufring zum Tragkörper. Der Laufring darf deshalb auch dünnwandig ausgebildet sein, so daß dieser relativ zum zugehörigen Tragkörper ein wesentlich kleineres Gewicht aufweisen kann.

Wegen des gleichmäßigen Volumenwachstums von Laufring und Tragkörper beim Härten des Wälzlagerelements kann der Laufring auch auf einer Mantelfläche des Tragkörpers angeordnet sein, ohne daß Gefahr besteht, daß sich der Laufring beim Härten des Wälzlagerelements infolge Volumenvergrößerung des Laufrings vom Tragkörper löst. Also können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem ausreichend harten Laufring versehene Wälzlagerelemente, z. B. der Innenring, der Außenring und/oder die Wälzlager eines Wälzlagers, hergestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerelementen mit Laufflächen wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch ein Wälzlager mit einem äußeren Wälzlagerelement und einem inneren Wälzlagerelement, welche beide nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, und

Fig. 2 den Längsschnitt durch ein abgeändertes Wälzlager mit einem äußeren Wälzlagerelement und rollenden Wälzlagerelementen hergestellt sind.

In Fig. 1 ist ein Wälzlager mit einem ringförmigen äußeren Wälzlagerelement 1 und einem als Maschinenwell ausgebildeten inneren Wälzlagerelement 2 dargestellt. Zwischen dem äußeren Wälzlagerelement 1 und dem inneren Wälzlagerelement 2 sind Rollen mit zylindrischer Lauffläche als Wälzlagerelemente 3 angeordnet, die in einem ringförmigen Taschenkäfig 4 aus Kunststoff eingebaut sind und im Betrieb in Umfangsrichtung umlaufen.

Das äußere Wälzlagerelement 1 und das innere Wälzlagerelement 2 bestehen aus einem Laufring 5 bzw. 5′ aus durchhärtendem Wälzlagerstahl und einem Tragkörper 6 bzw. 6′ aus einem niedrig legierten Stahl (weniger als 5% Legierungsgehalt).

In Fig. 2 ist ein abgeändertes Wälzlager dargestellt, welches ein ringförmiges äußeres Wälzlagerelement 7, ein ringförmiges inneres Wälzlagerelement 8 und dazwischen rollend umlaufende zylindrische Wälzlagerelemente 9 besitzt.

Im vorliegenden Fall haben die Wälzlagerelemente 9 eine axial durchgehende zentrische Bohrung 10. Jeweils ein zylindrischer Bolzen 11 eines Käfigs 12 greift durch die Bohrung 10 eines Wälzlagerelements 9 hindurch. An seinen beiden Enden ist jeder Bolzen 11 durch Vernietungen 13 mit einer Seitenscheibe 14 des Käfigs 12 fest verbunden. Die Bolzen 11, welche mit geringem Gleitspiel in die Bohrung 10 des zugehörigen Wälzlagerelements 9 eingreifen, führen die Wälzlagerelemente 9 am Umfang des Wälzlagers in einem gegenseitigen Abstand voneinander.

Das äußere ringförmige Wälzlagerelement 7 besitzt wiederum einen Laufring 5 aus einem Wälzlagerstahl, welcher auf einem ringförmigen Tragkörper 6 aus einem niedrig legierten Stahl warm aufgewalzt ist.

Die rollenden Wälzlagerelemente 9 weisen einen ringförmigen Tragkörper 6′′ auf, der sowohl auf seiner Mantelfläche als auch in seiner zentrischen Bohrung einen zylindrischen Laufring 5′′ bzw. 5′′′ aus Wälzlagerstahl trägt. Der Tragkörper 6 der Wälzlagerelemente 9 ist aus einem niedrig legierten Stahl gefertigt.

Sowohl das ringförmige äußere Wälzlagerelement 1 als auch das als Maschinenwelle ausgebildete Wälzlagerelement 2 des in Fig. 1 dargestellten Wälzlagers besitzen einen Tragkörper 6 bzw. 6′ aus einem niedrig legierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,15 bis 0,40%, z. B. der Stahlsorte 28 Mn 6. Jeder Tragkörper 6 bzw. 6′ trägt einen inneren Laufring 5 bzw. äußeren Laufring 5′, der aus durchhärtendem Wälzlagerstahl der Sorte 100 Cr 6 hergestellt sein kann.

Ebenso besitzen das ringförmige äußere Wälzlagerelement 7 und die ringförmigen rollenden Wälzlagerelemente 9 des in Fig. 2 gezeigten abgeänderten Wälzlagers einen ringförmigen Tragkörper 6 bzw. 6′′ aus einem niedrig legierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,15 bis 0,40%. Jeder Tragkörper 6 bzw. 6′′ trägt einen inneren Laufring 5 bzw. 5′′′, der aus Wälzlagerstahl der Sorte 100 Cr 6 hergestellt sein kann. Der ringförmige Tragkörper 6′′ der rollenden Wälzlagerelemente 9 trägt außerdem noch einen äußeren Laufring 5′′, der ebenfalls aus Wälzlagerstahl gefertigt sein kann.

Die ringförmigen Wälzlagerelemente 1, 7 und 9 und das maschinenwellenförmige Wälzelement 2 sind nach folgenden Verfahren hergestellt:

- Aufpressen und/oder Umformen des Tragkörpers 6, 6′ bzw. 6′′ mit dem bzw. den Laufringen 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′, so daß der Tragkörper 6, 6′ bzw. 6′′ und der bzw. die Laufringe 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ zu einem einstückigen Wälzlagerelement 1, 2, 7 bzw. 9 fest verbunden werden. Das Umformen erfolgt im kalten oder warmen Zustand der Laufringe 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ und/oder des Tragkörpers 6, 6′ bzw. 6′′. Nach dem Aufpressen und/oder Umformen kann jeder mit dem Tragkörper 6, 6′ bzw. 6′′ einstückig fest verbundene Laufring 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ des Wälzlagerelements 1, 2, 7 bzw. 9 eine Wanddicke von 2 bis 10 mm aufweisen.
- Erwärmen des Wälzlagerelements 1, 2, 7 bzw. 9 auf Härtetemperatur von 850°C.
- Halten des Wälzlagerelements 1, 2, 7 bzw. 9 auf Härtetemperatur zum Austenitisieren sowohl des Wälzlagerstahls des bzw. der Laufringe 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ als auch des niedrig legierten Stahls des Tragkörpers 6, 6′ bzw. 6′′. Die Haltezeit hierfür kann etwa 1 Stunde betragen.
- Abschrecken des Wälzlagerelements 1, 2, 7 bzw. 9 in Öl, Salz oder Wasser, so daß der Wälzlagerstahl des bzw. der Laufringe 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ ein martensitisches Gefüge mit einer Härte von 58 bis 64 HRC und der zugehörige Tragkörper 6, 6′ bzw. 6′′ ebenfalls ein martensitisches Gefüge erhält. Der Tragkörper 6, 6′ bzw. 6′′ kann dabei eine Härte von etwa 40 HRC annehmen.

Nach dem Abschrecken wird das Wälzlagerelement 1, 2, 7 bzw. 9 üblicherweise noch auf 160 bis 240°C, vorzugsweise 180°C, erwärmt und bei dieser Temperatur mit einer Haltezeit von 1 bis 4, vorzugsweise 2 Stunden, angelassen.

Die Wälzlagerelemente werden schließlich fertiggeschliffen und ggfs. an den Laufflächen ihrer Laufringe 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ gehont und poliert.

Falls ein Warmumformen des Tragkörpers 6 mit dem Laufring 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ zum Herstellen des Wälzlagerelements 1, 2, 7 bzw. 9 vorgesehen wird, erfolgt dieses zweckmäßigerweise durch Warmwalzen.

Zum besonders festen Verbinden der Laufringe 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ mit dem Tragkörper 6, 6′ bzw. 6′′ kann es in manchen Fällen ratsam sein, daß jeder Laufring 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ und/oder der zugehörige Tragkörper 6, 6′ bzw. 6′′ vor dem Aufpressen oder Umformen mit einer dünnen metallischen Schicht beschichtet wird. Beim Härten des Wälzlagerelements diffundiert das Metall der Schicht an der Übergangsstelle sowohl in den Wälzlagerstahl des bzw. der Laufringe 5, 5′, 5′′ bzw. 5′′′ als auch in den Stahl des Tragkörpers 6, 6′ bzw. 6′′ hinein. Die metallische Schicht, welche aus Kupfer bestehen kann, wird am besten elektrolytisch aufgebracht, so daß diese eine Dicke von 1 bis 2 Mikrometer besitzt.

Für den Tragkörper 6, 6′ und 6′′ kann ein Stahl der Sorte 28 Mn 6 verwendet werden, der folgende Analysenwerte (Gew.-%) aufweist:

C 0,25-0,32
Mn 1,30-1,65
Si = 0,40
S = 0,035

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerelementen, dadurch gekennzeichnet, daß deren Laufflächen aus Wälzlagerstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,9 bis 1,1%, während deren tragende Teile aus einem niedrig legiertem Stahl, der neben Eisen maximal 5% Legierungselemente mit 0,15 bis 0,40% Kohlenstoff enthält, bestehen, wobei die Kombination der Legierungen so gewählt wird, daß nach einer Martensithärtung des Wälzlagerelements die Härtungsmatrix der Laufflächenteile 58 bis 64 HRC und die der tragenden Teile rund 40 HRC betragen, wobei das Martensitgefüge durch Austenitisieren bei 850°C und einem Anlassen bei 160 bis 220°C mit einer Haltezeit von 1 bis 4 Stunden ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufringteil des Wälzlagerelements aus einem Wälzlagerstahl der Sorte 100 Cr 6 und der Tragteil aus einem Stahl der Sorte 28 Mn 6 gefertigt sind.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 für maschinenwellenförmige Wälzlagerelemente.