EP4616081A1 - Wälzlager und verfahren zur herstellung eines wälzlagerkäfigs - Google Patents

Wälzlager und verfahren zur herstellung eines wälzlagerkäfigs

Info

Publication number
EP4616081A1
EP4616081A1 EP23748702.0A EP23748702A EP4616081A1 EP 4616081 A1 EP4616081 A1 EP 4616081A1 EP 23748702 A EP23748702 A EP 23748702A EP 4616081 A1 EP4616081 A1 EP 4616081A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cage
layer
bearing
rolling bearing
rolling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23748702.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Serge Kursawe
Pierre Dupont
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4616081A1 publication Critical patent/EP4616081A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/49—Cages for rollers or needles comb-shaped
    • F16C33/494—Massive or moulded comb cages
    • F16C33/495—Massive or moulded comb cages formed as one piece cages, i.e. monoblock comb cages
    • F16C33/497—Massive or moulded comb cages formed as one piece cages, i.e. monoblock comb cages made from metal, e.g. cast or machined comb cages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/38—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/4617—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the rollers, e.g. machined window cages
    • F16C33/4623—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the rollers, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages
    • F16C33/4629—Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the rollers, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages made from metal, e.g. cast or machined window cages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/40—Alloys based on refractory metals
    • F16C2204/42—Alloys based on titanium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/52—Alloys based on nickel, e.g. Inconel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
    • F16C2223/30—Coating surfaces
    • F16C2223/60—Coating surfaces by vapour deposition, e.g. PVD, CVD
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/60—Thickness, e.g. thickness of coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing, in particular a roller bearing, having at least one coated component according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a rolling bearing cage.
  • a rolling bearing of this type is known, for example, from DE 10 2006 057 484 B4.
  • the known rolling bearing has roller-shaped rolling elements and a cylindrical bearing cage, with at least one outer surface of the bearing cage being provided with a coating containing carbon and hydrogen.
  • the coating of the bearing cage is a metal-free coating.
  • the bearing rings and/or rolling elements of the known rolling bearing have a metal-containing, carbon-containing coating. Possible metal components include tungsten, titanium, cadmium, germanium, chromium, tantalum and nickel.
  • DE 102 18 238 A1 discloses a two-part, electrically conductive cage for rolling bearings.
  • the electrically conductive cage has two cage halves that are held together by a metal bolt with thickened ends.
  • the material of the metal bolt can be formed by resistance heating. This enables the production of form-fitting rivet heads.
  • DE 10 2016 212 200 A1 describes a cylindrical roller bearing including a rolling bearing cage.
  • the rolling bearing cage is formed in one piece from two side rings arranged at a distance from one another and the bracket webs connecting them.
  • the cylindrical roller bearing according to DE 10 2016 212 200 A1 can in particular be designed as a large bearing. Deep drawing and 3D printing are listed as technologies for producing the rolling bearing cage.
  • WO 2007/104395 A1 discloses a hybrid bearing designed as a double-row angular contact ball bearing, which comprises rolling element raceways made of steel and ceramic rolling elements, i.e. balls.
  • the hybrid bearing is said to be operable without special lubricants and is designed especially for applications with low speeds and high axial loads.
  • a bearing particularly a rolling bearing
  • a media-lubricated bearing If a bearing, particularly a rolling bearing, is lubricated with a medium that is already present in the vicinity of the bearing but does not have the lubrication of the bearing as its main purpose, it is referred to as a media-lubricated bearing.
  • a bearing is used in the open sea, for example, sea water is the medium that washes over the surfaces of bearing components instead of a lubricant. So-called media lubrication is therefore not lubrication in the strict sense.
  • the corresponding substances can also be used for media lubrication in process engineering systems in which liquid or pasty substances are conveyed.
  • Media lubrication typically represents a particular burden in terms of bearing wear.
  • the invention is based on the object of achieving progress over the state of the art in rolling bearings which are suitable for media lubrication, whereby in particular a high wear resistance is sought, even under tribologically unfavorable operating conditions.
  • the object is achieved according to the invention by a rolling bearing with the features of claim 1.
  • the object is also achieved by a method for producing a rolling bearing cage according to claim 9.
  • the rolling bearing cage produced in the method according to claim 9 is particularly suitable for use in the rolling bearing according to claim 1.
  • the rolling bearing comprises, in a basic concept known per se, bearing rings, which can each be made up of one or more parts, rolling elements rolling between the bearing rings, and a cage with a coating that guides the rolling elements.
  • the coating of the cage is constructed in multiple layers, comprising a NiP layer as the first layer and a TiN layer as the top layer.
  • the base body of the cage covered by the NiP layer is made of non-ferrous metal. In particular, it is a brass cage.
  • non-ferrous metal especially brass
  • the use of non-ferrous metal, especially brass, to manufacture the cage base body has the particular advantage that even if the coating wears out, steel-to-steel contact cannot occur, which would otherwise be conceivable if rolling elements and a cage made of steel were used. Rather, even if the coating of the cage were to wear out completely, which is theoretically conceivable, the lubricating properties of the non-ferrous metal base body remain usable at least for emergency operation.
  • the first layer which is located directly on the base body, i.e. the layer containing nickel, has a thickness in the range of 2 pm to 30 pm, in particular a thickness of 15 ⁇ 3 pm, for example.
  • the top layer of TiN deposited on top of this is, for example, 0.5 pm to 10 pm, in particular 2 ⁇ 1 pm, thick. In various typical designs, which cover a wide range of different bearing sizes, the thickness of the top layer is at least 5% and no more than 20% of the total thickness of the multi-layer coating of the bearing cage.
  • At least one other component of the rolling bearing can also be provided with a coating.
  • a coating containing carbon atoms can be used in particular.
  • a suitable coating The coating is aC:H:W, marketed by the applicant under Triondur C.
  • the VDI guideline 2840 "Carbon coatings - basic principles, coating types and properties" (09/2020) is relevant. This guideline deals with the characteristic properties of carbon coatings produced using physical or chemical vapor deposition (PVD or CVD) processes.
  • PVD physical or chemical vapor deposition
  • Triondur C is an amorphous carbon layer containing metal and hydrogen, which can be deposited in particular using the PVD process (physical vapor deposition) and is characterized by, among other things, a very ductile layer structure and a hardness of more than 1200 HV. If the tungsten contained in a-C:H:W is replaced by any other metal (Me), the general composition a-C:H:Me results.
  • the bearing cage of the rolling bearing can be designed as a solid brass cage in the form of a comb cage.
  • the bearing is a double-row spherical roller bearing.
  • Spherical roller bearings are generally characterized by the fact that they can absorb high axial and radial loads and at the same time compensate for misalignment.
  • the bearing cage suitable for use in the rolling bearing according to the application can be manufactured in the following steps: Electroless deposition of a nickel-containing layer on a
  • Non-ferrous metal base body of the cage is
  • a nickel-phosphorus layer is particularly suitable as a layer containing nickel.
  • the TiN layer covering the nickel-containing layer, in particular the NiP layer, in this case can be deposited in particular using the PACVD process (plasma-assisted chemical vapor deposition).
  • the NiP layer underneath the TiN layer serves as a diffusion barrier, which prevents lead contained in the brass alloy of the base body from outgassing during the PACVD process and disrupting the coating process.
  • the NiP layer serves as a support layer for the much thinner, very hard TiN functional layer.
  • the medium used for media lubrication in connection with the rolling bearing according to the invention is in particular a plastic melt.
  • the plastic melt is used to lubricate the bearing at a temperature in the range of 150 to 200 °C, preferably at a pressure in the order of 2000 bar.
  • Fig. 1 a rolling bearing in perspective, sectional view
  • Fig. 2 in a sectional view features of a coated cage of the rolling bearing according to Figure 1,
  • Fig. 3 shows a detail of a coated rolling element of the rolling bearing according to Figure 1
  • Fig. 4 shows a detail of a coated bearing ring, namely the inner ring, of the rolling bearing according to Figure 1.
  • a rolling bearing designated overall by the reference number 1, is designed as a double-row spherical roller bearing.
  • the rolling bearing 1 comprises an inner ring 2 and an outer ring 3 as bearing rings 2, 3.
  • Barrel rollers roll between the bearing rings 2, 3 as rolling elements 4, whereby in the exemplary embodiment there are two rows of rolling elements 5, 6 that are symmetrical to one another.
  • the rolling bearing 1 could be designed as an asymmetrical spherical roller bearing.
  • the rolling elements 4 are guided in a cage 7, which is designed as a comb cage and is mainly made of brass.
  • the cage 7 has a cage ring 8 placed between the rows of rolling elements 5, 6, from which webs 9 extend, which protrude between the rolling elements 4 on both sides of the cage ring 8.
  • the base body of the cage 7, i.e. the bearing cage, made of brass, is designated 10.
  • the total thickness of the layer structure 11 is designated Du.
  • the layer structure 11 consists of a first layer covering the base body 10 Layer 12 and a cover layer 13 located thereon.
  • the thickness of the first layer 12, designated D12 is 15 ⁇ 3 pm in the exemplary embodiment.
  • the cover layer 13 has a thickness D13 in the range from 1 pm to 3 pm.
  • the first layer 12 is a NiP layer which is applied to the base body 10 by electroless deposition and is also referred to as chemical nickel for short.
  • the cover layer 13 is deposited as a titanium nitride layer on the first layer 12 using the PACVD process.
  • Figure 3 shows the structure of the barrel-shaped rolling element 4.
  • a base body 14 of the rolling element 4 i.e. the barrel roller, is made of commercially available rolling bearing steel.
  • a coating 15 which contains carbon and hydrogen.
  • the coating 15 is in the form of a Triondur coating (a-C:H:W), as offered by the applicant for various fields of application.
  • the same type of coating i.e. amorphous carbon coating, is also present on the inner ring 2, as sketched in Figure 4, whereby in the case of the inner ring 2 the base body is designated 16 and the coating 18. 19 designates a rim of the inner ring 2.
  • the rolling elements 4 roll on a rolling element raceway 17 of the inner ring 2.
  • the outer ring 3 can also be coated in a corresponding manner. No special lubricant is used for the operation of the rolling bearing 1. Rather, the surfaces of the components 2, 3, 4, 7 of the rolling bearing 1 are wetted by a medium which flows in an apparatus to which the rolling bearing 1 is assigned.
  • the medium is, for example, a plastic melt which is present at a temperature in the range of 150 to 200 °C and at a pressure in the order of 2000 bar.
  • the various layers 11, 15, 18 enable low-wear operation of the rolling bearing 1 even under such extreme conditions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Ein Wälzlager (1 ), beispielsweise Pendelrollenlager, insbesondere für Medienschmierung, umfasst mehrere Lagerringe (2, 3), zwischen den Lagerringen (2, 3) abrollende Wälzkörper (4), sowie einen die Wälzkörper (4) führenden, beschichteten Käfig (7). Die Beschichtung (11 ) des Käfigs (7) ist mehrlagig aufgebaut und umfasst als erste Schicht (12) eine NiP-Schicht, welche einen aus Buntmetall gefertigten Grundkörper (10) des Käfigs (7) bedeckt, sowie eine TiN-Schicht als Deckschicht (13).

Description

Wälzlager und Verfahren zur Herstellung eines Wälzlaqerkäfiqs
Die Erfindung betrifft ein mindestens eine beschichtete Komponente aufweisendes Wälzlager, insbesondere Rollenlager, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs.
Ein gattungsgemäßes Wälzlager ist beispielsweise aus der DE 10 2006 057 484 B4 bekannt. Das bekannte Wälzlager weist rollenförmige Wälzkörper sowie einen zylindrischen Lagerkäfig auf, wobei mindestens eine Mantelfläche des Lagerkäfigs mit einer Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltenden Beschichtung versehen ist. Im Fall der DE 10 2006 057 484 B4 handelt es sich bei der Beschichtung des Lagerkäfigs um eine metallfreie Beschichtung. Im Unterschied hierzu weisen Lagerringe und/oder Wälzkörper des bekannten Wälzlagers eine metallhaltige, Kohlenstoff enthaltende Beschichtung auf. Als mögliche Metallanteile sind Wolfram, Titan, Cadmium, Germanium, Chrom, Tantal und Nickel genannt.
Die DE 102 18 238 A1 offenbart einen zweiteiligen, elektrisch leitenden Käfig für Wälzlager. Der elektrisch leitfähige Käfig weist zwei Käfighälften auf, die durch einen Metallbolzen mit verdickten Enden zusammengehalten sind. Das Material des Metallbolzens ist durch Widerstandserwärmung umformbar. Dies ermöglicht die Herstellung formschlüssiger Nietköpfe.
Die DE 10 2016 212 200 A1 beschreibt ein Zylinderrollenlager einschließlich eines Wälzlagerkäfigs. In diesem Fall ist der Wälzlagerkäfig einstückig aus zwei zueinander beabstandet angeordneten Seitenringen und diese verbindenden Bügelstegen gebildet. Das Zylinderrollenlager nach der DE 10 2016 212 200 A1 kann insbesondere als Großlager ausgebildet sein. Als Technologien zur Herstellung des Wälzlagerkäfigs sind Tiefziehen und 3D-Druck aufgeführt. Die WO 2007/104395 A1 offenbart ein als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildetes Hybridlager, welches Wälzkörperlaufbahnen aus Stahl und keramische Wälzkörper, das heißt Kugeln, umfasst. Das Hybridlager soll ohne spezielle Schmierstoffe betreibbar sein und ist besonders für Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen und hohen axialen Lasten konzipiert.
Wird ein Lager, insbesondere Wälzlager, mit einem Medium geschmiert, welches in der Umgebung des Lagers ohnehin vorhanden ist, jedoch nicht die Schmierung des Lagers als Hauptzweck hat, so spricht man von einem mediengeschmierten Lager. Wird ein Lager im offenen Meer eingesetzt, so stellt beispielsweise das Meerwasser das Medium dar, welches statt eines Schmiermittels Oberflächen von Lagerkomponenten umspült. Eine sogenannte Medienschmierung stellt somit keine Schmierung im engeren Sinne dar. Auch in verfahrenstechnischen Anlagen, in denen flüssige oder pastöse Stoffe gefördert werden, können die entsprechenden Stoffe zur Medienschmierung genutzt werden. Typischerweise stellt eine Medienschmierung eine besondere Belastung hinsichtlich des Lagerverschleißes dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fortschritte gegenüber dem Stand der Technik bei Wälzlagern, welche sich für Medienschmierung eignen, zu erzielen, wobei insbesondere eine hohe Verschleißfestigkeit, auch unter tribologisch ungünstigen Betriebsbedingungen, angestrebt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs gemäß Anspruch 9. Der im Verfahren nach Anspruch 9 hergestellte Wälzlagerkäfig ist insbesondere für die Verwendung im Wälzlager nach Anspruch 1 geeignet. Das Wälzlager umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption Lagerringe, welche jeweils ein- oder mehrteilig ausgebildet sein können, zwischen den Lagerringen abrollende Wälzkörper, sowie einen die Wälzkörper führenden, eine Beschichtung aufweisenden Käfig.
Gemäß Anspruch 1 ist die Beschichtung des Käfigs mehrlagig aufgebaut, wobei sie eine NiP-Schicht als erste Schicht sowie eine TiN-Schicht als Deckschicht umfasst. Der von der NiP-Schicht bedeckte Grundkörper des Käfigs ist aus Buntmetall gefertigt. Insbesondere handelt es sich um einen Messingkäfig.
Die Verwendung von Buntmetall, insbesondere Messing, zur Herstellung des Käfig- Grundkörpers hat den besonderen Vorteil, dass es selbst bei einem Verschleiß der Beschichtung nicht zu einem Stahl-Stahl-Kontakt, welcher ansonsten bei der Verwendung von Wälzkörpern sowie eines Käfigs aus Stahl denkbar wäre, kommen kann. Vielmehr bleiben selbst bei einem theoretisch vorstellbaren vollständigen Verschleiß der Beschichtung des Käfigs die schmierenden Eigenschaften des Buntmetall- Grundkörpers zumindest für einen Notbetrieb nutzbar.
Die erste, direkt auf dem Grundkörper befindliche Schicht, das heißt Nickel enthaltende Schicht, weist beispielsweise eine Dicke im Bereich von 2 pm bis 30 pm, insbesondere eine Dicke von 15 ± 3 pm, auf. Die hierauf abgeschiedene Deckschicht aus TiN ist zum Beispiel 0,5 pm bis 10 pm, insbesondere 2 ± 1 pm, dick. In verschiedenen typischen Ausgestaltungen, welche ein weites Spektrum unterschiedlicher Lagergrößen abdecken, beträgt die Dicke der Deckschicht mindestens 5% und nicht mehr als 20% der Gesamtdicke der mehrlagigen Beschichtung des Lagerkäfigs.
Zusätzlich zum Lagerkäfig kann auch mindestens eine weitere Komponente des Wälzlagers, beispielsweise ein Lagerung und/oder die Wälzkörper, mit einer Beschichtung versehen sein. Im Unterschied zum Lagerkäfig kann hierbei insbesondere eine Kohlenstoffatome enthaltende Beschichtung zum Einsatz kommen. Eine geeignete Be- Schichtung stellt a-C:H:W, von der Anmelderin unter Triondur C vertrieben, dar. Was Kohlenstoffschichten betrifft, ist die VDI-Richtlinie 2840 „Kohlenstoffschichten - Grundlagen, Schichttypen und Eigenschaften“ (09/2020) relevant. Diese Richtlinie behandelt die charakteristischen Eigenschaften von Beschichtungen aus Kohlenstoff, die mit den Verfahren der physikalischen oder chemischen Gasphasenabscheidung (PVD beziehungsweise CVD) hergestellt werden. In diesem Zusammenhang wird auch auf folgende Veröffentlichung des Anmelders hingewiesen:
Triondur-Schichtsysteme für tribomechanisch hochbeanspruchte Oberflächen, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Juli 2019, TPI 115 D-D
Bei Triondur C handelt es sich um eine metall- und wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht, welche insbesondere im PVD-Verfahren (physical vapour deposition) abscheidbar ist und sich unter anderem durch einen sehr duktilen Schichtaufbau und durch eine Härte von mehr als 1200 HV auszeichnet. Ersetzt man das in a-C:H:W enthaltene Wolfram durch ein beliebiges anderes Metall (Me), so ergibt sich die allgemeine Zusammensetzung a-C:H:Me.
Unabhängig von der Art der Beschichtung verschiedener Lagerkomponenten kann der Lagerkäfig des Wälzlagers insbesondere als Messingmassivkäfig in Form eines Kammkäfigs ausgebildet sein. Insgesamt handelt es sich bei dem Lager insbesondere um ein zweireihiges Pendelrollenlager. Hinsichtlich möglicher Bauformen von Pendelrollenlagern wird beispielhaft auf die Dokumente DE 102019 104 395 A1 und DE 10 2018 120 592 A1 hingewiesen. Pendelrollenlager zeichnen sich allgemein dadurch aus, dass sie hohe axiale sowie radiale Lasten aufnehmen und zugleich Fluchtungsfehler ausgleichen können.
Der für die Verwendung in dem anmeldungsgemäßen Wälzlager geeignete Lagerkäfig ist in folgenden Schritten herstellbar: außenstromloses Abscheiden einer Nickel enthaltenden Schicht auf einem
Buntmetall-Grundkörper des Käfigs,
- Aufbringen einer Deckschicht aus Titannitrid auf der Nickel enthaltenden Schicht.
Als Schicht, welche Nickel enthält, kommt insbesondere eine Nickel-Phosphor-Schicht in Betracht. Zum technologischen und wissenschaftlichen Hintergrund wird auf folgende Dissertation hingewiesen:
Christoph Wiegmann; Charakterisierung von NiP-Schichten und alternativen Beschichtungssystemen als Verschleiß- und Korrosionsschutz auf Aluminiumknetlegierungen, TU Ilmenau, Tag der Einreichung: 11.12.2017
Die im vorliegenden Fall die Nickel enthaltende Schicht, insbesondere NiP-Schicht, abdeckende TiN-Schicht kann insbesondere im PACVD-Verfahren (plasma-assisted chemical vapour deposition) abgeschieden werden. Während des Herstellungsprozesses dient die unter der TiN-Schicht liegende NiP-Schicht als Diffusionsbarriere, welche verhindert, dass in der Messinglegierung des Grundkörpers enthaltenes Blei beim PACVD-Prozess ausgast und den Beschichtungsprozess stört. Als spätere Schichtkomponente des fertiggestellten Lagerkäfigs dient die NiP-Schicht als Stützschicht für die wesentlich dünnere, sehr harte TiN-Funktionsschicht.
Bei dem Medium, das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wälzlager zur Medienschmierung eingesetzt wird, handelt es sich insbesondere um eine Kunststoffschmelze. Insbesondere wird die Kunststoffschmelze bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 200 °C, vorzugsweise bei einem Druck in der Größenordnung von 2000 bar, zur Schmierung des Lagers eingesetzt. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise vereinfacht oder mit überhöht dargestellten geometrischen Strukturen:
Fig. 1 ein Wälzlager in perspektivischer, geschnittener Darstellung,
Fig. 2 in einer Schnittdarstellung Merkmale eines beschichteten Käfigs des Wälzlagers nach Figur 1 ,
Fig. 3 ein Detail eines beschichteten Wälzkörpers des Wälzlagers nach Figur 1 ,
Fig. 4 ein Detail eines beschichteten Lagerrings, nämlich Innenrings, des Wälzlagers nach Figur 1 .
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes Wälzlager ist als zweireihiges Pendelrollenlager ausgebildet. Das Wälzlager 1 umfasst einen Innenring 2 und einen Außenring 3 als Lagerringe 2, 3. Zwischen den Lagerringen 2, 3 rollen Tonnenrollen als Wälzkörper 4 ab, wobei im Ausführungsbeispiel zwei zueinander symmetrische Wälzkörperreihen 5, 6 existieren. Alternativ könnte das Wälzlager 1 asymmetrisches Pendelrollenlager ausgebildet sein.
Die Wälzkörper 4 sind in einem Käfig 7 geführt, welcher als Kammkäfig ausgebildet und hauptsächlich aus Messing gefertigt ist. Der Käfig 7 weist einen zwischen den Wälzkörperreihen 5, 6 platzierten Käfigring 8 auf, von welchem Stege 9 ausgehen, die zu beiden Seiten des Käfigrings 8 zwischen die Wälzkörper 4 ragen. Der aus Messing gefertigte Grundkörper des Käfigs 7, das heißt Lagerkäfigs, ist mit 10 bezeichnet. Auf dem Grundkörper 10 befindet sich ein Schichtaufbau 11 , welcher in Figur 2 veranschaulicht ist. Die gesamte Dicke des Schichtaufbaus 11 ist mit Du bezeichnet. Der Schichtaufbau 11 setzt sich aus einer den Grundkörper 10 bedeckenden ersten Schicht 12 und einer hierauf befindlichen Deckschicht 13 zusammen. Die mit D12 bezeichnete Dicke der ersten Schicht 12 beträgt im Ausführungsbeispiel 15 ± 3 pm. Die Deckschicht 13 weist eine Dicke D13 im Bereich von 1 pm bis 3 pm auf.
Bei der ersten Schicht 12 handelt es sich um eine NiP-Schicht, welche durch außenstromlose Abscheidung auf den Grundkörper 10 aufgebracht wird und kurz auch als chemisch Nickel bezeichnet wird. Die Deckschicht 13 wird als Titannitrid-Schicht im PACVD-Verfahren auf der ersten Schicht 12 abgeschieden.
In Figur 3 ist der Aufbau des tonnenförmigem Wälzkörpers 4 skizziert. Ein Grundkörper 14 des Wälzkörpers 4, das heißt der Tonnenrolle, ist aus handelsüblichem Wälzlagerstahl gefertigt. Auf dem Grundkörper 14 befindet sich eine Beschichtung 15, welche Kohlenstoff sowie Wasserstoff enthält. Im Ausführungsbeispiel liegt die Beschichtung 15 in Form einer Triondur-Beschichtung (a-C:H:W) vor, wie sie von der Anmelderin für verschiedene Anwendungsfelder angeboten wird.
Dieselbe Art von Beschichtung, das heißt amorphe Kohlenstoffbeschichtung, liegt auch beim Innenring 2 vor, wie in Figur 4 skizziert ist, wobei im Fall des Innenrings 2 der Grundkörper mit 16 und die Beschichtung mit 18 bezeichnet ist. 19 bezeichnet einen Bord des Innenrings 2. Die Wälzkörper 4 rollen auf einer Wälzkörperlaufbahn 17 des Innenrings 2 ab. In nicht dargestellter Weise kann auch der Außenring 3 in entsprechender Weise beschichtet sein. Für den Betrieb des Wälzlagers 1 wird kein spezieller Schmierstoff verwendet. Vielmehr sind die Oberflächen der Komponenten 2, 3, 4, 7 des Wälzlagers 1 von einem Medium benetzt, welches in einer Apparatur strömt, der das Wälzlager 1 zuzurechnen ist. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um eine Kunststoffschmelze, die bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 200 °C und bei einem Druck in der Größenordnung von 2000 bar vorliegt. Die verschiedenen Schichten 11 , 15, 18 ermöglichen selbst unter solchen extremen Bedingungen einen verschleißarmen Betrieb des Wälzlagers 1. Bezuqszeichenliste
1 Wälzlager
2 Innenring
3 Außenring
4 Wälzkörper, Tonnenrolle
5 Wälzkörperreihe
6 Wälzkörperreihe
7 Käfig
8 Käfigring
9 Steg
10 Grundkörper des Käfigs
11 Schichtaufbau des Käfigs
12 erste Schicht, NiP-Schicht
13 Deckschicht, TiN-Schicht
14 Grundkörper der Tonnenrolle
15 Beschichtung der Tonnenrolle
16 Grundkörper des Innenrings
17 Wälzkörperlaufbahn
18 Beschichtung des Innenrings
19 Bord
Du Dicke des gesamten Schichtaufbaus
D12 Dicke der Nickelschicht
D13 Dicke der Deckschicht

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager (1 ), mit Lagerringen (2, 3), zwischen den Lagerringen (2, 3) abrollenden Wälzkörpern (4), sowie einem die Wälzkörper (4) führenden, beschichteten Käfig (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (11 ) des Käfigs (7) mehrlagig aufgebaut ist und als erste Schicht (12) eine NiP-Schicht, welche einen aus Buntmetall gefertigten Grundkörper (10) des Käfigs (7) bedeckt, sowie als Deckschicht (13) eine TiN-Schicht umfasst.
2. Wälzlager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die NiP- Schicht (12) eine Dicke von 2 pm bis 30 pm aufweist.
3. Wälzlager (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die TiN-Schicht (13) eine Dicke von 0,5 pm bis 10 pm aufweist.
4. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lagerringe (2, 3) eine Kohlenstoff enthaltende Beschichtung (18) aufweist.
5. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (4) mit einer Kohlenstoff enthaltenden Beschichtung (15) versehen sind.
6. Wälzlager (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoff enthaltende Beschichtung (15, 18) a-C:H:W vorgesehen ist.
7. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (7) als Messingmassivkäfig in Form eines Kammkäfigs ausgebildet ist.
8. Wälzlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Pendelrollenlager ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs (7), mit folgenden Schritten:
- außenstromloses Abscheiden einer Nickel enthaltenden Schicht (12) auf einem Buntmetall-Grundkörper (10) des Käfigs, - Aufbringen einer Deckschicht (13) aus Titannitrid auf der Nickel enthaltenden Schicht (12). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht
(13) im PACVD-Verfahren aufgebracht wird.
EP23748702.0A 2022-11-10 2023-07-21 Wälzlager und verfahren zur herstellung eines wälzlagerkäfigs Pending EP4616081A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022129743.8A DE102022129743A1 (de) 2022-11-10 2022-11-10 Wälzlager und Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs
PCT/DE2023/100537 WO2024099491A1 (de) 2022-11-10 2023-07-21 Wälzlager und verfahren zur herstellung eines wälzlagerkäfigs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4616081A1 true EP4616081A1 (de) 2025-09-17

Family

ID=87551167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23748702.0A Pending EP4616081A1 (de) 2022-11-10 2023-07-21 Wälzlager und verfahren zur herstellung eines wälzlagerkäfigs

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4616081A1 (de)
JP (1) JP2025538193A (de)
KR (1) KR20250088597A (de)
CN (1) CN119895164A (de)
DE (1) DE102022129743A1 (de)
WO (1) WO2024099491A1 (de)

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06159369A (ja) * 1992-11-19 1994-06-07 Nippon Seiko Kk 耐食性転がり軸受
JP3034147B2 (ja) * 1993-05-06 2000-04-17 三菱電機株式会社 耐食性摺接部材およびその製造方法
JPH07102387A (ja) * 1993-10-01 1995-04-18 Fuji Electric Co Ltd 機構部品およびその皮膜形成方法
JPH07224390A (ja) * 1994-02-10 1995-08-22 Toyota Motor Corp 摺動部材
JP3690828B2 (ja) * 1994-08-30 2005-08-31 ジューキ株式会社 軽金属支持体表面上の耐摩耗性セラミック被膜
JPH1162979A (ja) * 1997-08-20 1999-03-05 Nippon Seiko Kk リンク機構
DE10218238A1 (de) 2002-04-24 2003-11-06 Fag Kugelfischer Ag & Co Kg Zweiteiliger Wälzlager-Käfig und Verfahren zur Einstellung von dessen Vorspannung
JP2004332899A (ja) * 2003-05-12 2004-11-25 Ntn Corp 固体潤滑転がり軸受
JP2005090738A (ja) * 2003-08-13 2005-04-07 Nissan Motor Co Ltd 転がり軸受
JP2005147306A (ja) * 2003-11-18 2005-06-09 Koyo Seiko Co Ltd ころ軸受用保持器
JP2006300294A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Nsk Ltd 転がり軸受用保持器
US20070099027A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-03 Anand Krishnamurthy Wear resistant coatings
EP1832762A1 (de) 2006-03-10 2007-09-12 Borealis Technology Oy Hybridlager
JP2007270963A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Nsk Ltd 保持器付自動調心ころ軸受
JP2007321859A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Nsk Ltd 複列ころ軸受
DE102006057484B4 (de) 2006-12-06 2010-05-12 Schaeffler Kg Wälzlager mit einer Oberflächenbeschichtung
CN102822546B (zh) * 2010-03-30 2015-10-14 Ntn株式会社 滚动轴承
CN102115883B (zh) * 2011-01-12 2013-02-06 超晶科技有限公司 铝合金材料表面复合强化工艺
DE202016008630U1 (de) * 2016-02-12 2018-09-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Seilscheibenlageranordnung
DE102016212200A1 (de) 2016-07-05 2018-01-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Zylinderrollenlager und Wälzlagerkäfig dafür
EP3409962A1 (de) * 2017-06-02 2018-12-05 Claverham Limited Rollenlager
DE102018120592A1 (de) 2018-08-23 2020-02-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Pendelrollenlager
DE102018120951A1 (de) * 2018-08-28 2020-03-05 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlager
DE102019104395A1 (de) 2019-02-21 2020-08-27 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Pendelrollenlager und Verfahren zur Montage eines Pendelrollenlagers
WO2020220192A1 (en) * 2019-04-29 2020-11-05 Schaeffler Technologies AG & Co. KG An aluminum alloy cage and a processing method of the aluminum alloy cage

Also Published As

Publication number Publication date
JP2025538193A (ja) 2025-11-26
KR20250088597A (ko) 2025-06-17
DE102022129743A1 (de) 2024-05-16
WO2024099491A1 (de) 2024-05-16
CN119895164A (zh) 2025-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2931519B1 (de) Gleitlagerverbundwerkstoff
DE102009014923B4 (de) Zweireihiges Kegelrollenlager, insbesondere zur Lagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage
DE112007001917B4 (de) Radlagervorrichtung
DE102012210689A1 (de) Vorrichtung mit gegeneinander beweglichen Elementen, vorzugsweise Planetentrieb
AT510190A1 (de) Verfahren zum herstellen eines mehrschichtigen gleitlagers
DE102007062145A1 (de) Lageranordnung
WO2009059344A2 (de) Lagerelement
DE102017222918A1 (de) Wälzlageranordnung
DE102020201509A1 (de) Wälzlager mit einer elektrisch isolierenden Schicht und Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht
EP1789687B1 (de) Lagervorrichtung
DE102006057484B4 (de) Wälzlager mit einer Oberflächenbeschichtung
EP4616081A1 (de) Wälzlager und verfahren zur herstellung eines wälzlagerkäfigs
EP3004415A1 (de) Beschichtetes bauteil
DE102017222919A1 (de) Wälzlager
DE102015202631B4 (de) Lager und Verfahren
DE102011007506A1 (de) Wälzlager
DE102008029483A1 (de) Wälzlager für Unterwasseranwendungen
DE102020116588A1 (de) Schräggleitlager
DE102009058811A1 (de) Käfigloses Wälzlager
DE102018120951A1 (de) Wälzlager
DE102013221257A1 (de) Wälzlagerkäfig
DE102015201174B4 (de) Beschichtetes Lager und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102022213022A1 (de) Gleitlagerring und Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagerrings
DE102024120104A1 (de) Wälzlagerbauteil, Wälzlager, sowie Verfahren
EP3577252A1 (de) Schichtsystem und bauteil

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250610

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)