NL1003141C2 - Wentellager met verbeterde slijtage-kenmerken, en wentelelement voor een dergelijke lager. - Google Patents

Description

Wentellager met verbeterde sliitagekenmerken. en wentelelement voor een dergeliik lager.

De uitvinding heeft betrekking op een wentellager, omvattende een 5 buitenring en een binnenring, die een lagerruimte insluiten die wentelelementen bevat, welke ringen uit staal bestaan. Gewoonlijk zijn de wentelelementen van dergelijke lagers eveneens van staal, in het bijzonder van staal met ongeveer dezelfde hardheidseigenschappen als het staal van de ringen.

10 Tijdens het draaien van het lager, rollen de wentelelementen over de loopbanen van de ringen. Elke verontreiniging, bijvoorbeeld kleine slijtagedeeltjes, die zich op de loopbanen of de wentelelementen bevinden worden samengedrukt tussen deze elementen. Harde slijtagedeeltjes, bijvoorbeeld kleine staaldeeltjes die losgeraakt 15 zijn van een van de delen van het lager of die uit de omgeving zijn binnengekomen, bieden weerstand tegen een dergelijke samendrukking en leiden tot de vorming van kleine indeukingen in zowel de loopbanen als de wentelelementen.

Gebleken is dat in het bijzonder de putjes in de loopbanen een 20 negatieve invloed hebben op de nuttige levensduur van het lager.

Bovendien leiden zij tot een grotere geluidsproduktie tijdens bedrijf ten gevolge van een ongelijkmatige loop en grotere speling, veroorzaakt door de slijtage van de oppervlakken van de loopbanen.

Deze indeukingen hebben een kratervorm, waarbij een klein 25 centraal gat is omgeven door een materiaalrand die omhooggedrukt is en uitsteekt boven de loopbaan. Omgekeerd krijgen de wentelelementen eveneens indeukingen. Ten gevolge van het cyclische karakter van de belasting die door de wentelementen wordt uitgeoefend, kunnen dan scheurvorming en vermoeiing in de ringen optreden.

30 Hoewel al voorgesteld is om de lagers tegen dergelijke vernietigende verontreinigingsdeeltjes te beschermen door afdichtingen en filters te voorzien, kan het binnentreden daarvan niettemin niet altijd volledig verhinderd worden en daardoor kan de vorming van indeukingen niet worden uitgesloten.

35 Het doel van de uitvinding is derhalve het verlichten van de gevolgen voortvloeiende uit het optreden vein dergelijke indeukingen. Dat doel wordt bereikt doordat ten minste een vein de wentelelementen 1 0 0 3 U 1 2 uit een materiaal bestaat dat harder of stijver is dan het materiaal van de andere wentelelementen.

Elke indeuking, in het bijzonder de uitstekende delen daarvan, die door verontreinigingen gevormd wordt bij het samendrukken tussen 5 de betreffende loopbaan en een wentelelement van ongeveer dezelfde hardheid, wordt nu samengedrukt zodra een wentelelement met een belangrijk hogere hardheid of stijfheid daaroverheen rolt. Daardoor wordt het gladde karakter van de loopbanen hersteld. Slechts kleine gaatjes blijven over, welke geen negatieve invloed hebben op de 10 loopeigenschappen van het lager. In deze kleine gaatjes verzamelen zich minieme hoeveelheden smeerolie, welke de smering van het lager bevorderen in het geval de olie uitgeput raakt. Bovendien worden de spanningsconcentraties en derhalve het risico van scheurvorming en slijtage aanzienlijk verminderd. Verder zal het lager rustiger lopen. 15 Normaal gesproken bestaan de andere elementen uit staal met ongeveer dezelfde mechanische eigenschappen als het in de ringen gebruikte staal. Ondanks zijn hardheid, bezit het zirconiummateriaal een elasticiteitsmodulus en warmte-uitzetting die ongeveer dezelfde zijn als die van staal. Ook is hun getal van Poisson ongeveer 20 hetzelfde. Verder verschillen hun soortelijke gewichten niet veel.

Het voordeel is dat de toepassing van dergelijke wentelelementen uit zirconiummateriaal tussen de andere staalelementen niet tot dynamische onbalans noch tot verschillen in uitzetting onder variërende temperatuuromstandigheden lijden. Daardoor wordt onder alle 25 omstandigheden een rustig bedrijf van het lager verkregen.

Een verder voordeel van deze oplossing is de lage kostprijs van ruwe materialen voor het vervaardigen van zirconiumoxyde-keramiek materialen en de eenvoud betreffende de verwerkbaarheid en behandelbaarheid van zirconiumoxyde. Zo kan als een mogelijk 30 afwerkproces slijpen worden toegepast met een toevoersnelheid van 200-1200 μ/min.(voor staal is een typische toevoersnelheid bij het fijnslijpen ongeveer 1500 μ/min.). De aanvankelijke kostenbesparing bij het vergelijkbare silicium-nitride deel wordt geschat op een factor 5· 35 Volgens een tweede uitvoering van deze uitvinding wordt het zirconiumoxyde gebruikt bij het vervaardigen van hybride wentelelementen die vervaardigd worden door middel van direct sinteren danwel door perspassen of chemisch of mechanisch hechten van een 1003141 3 zirconiumoxyde-keramiek op staal. Deze technologie is mogelijk door de grote overeenkomst in de elastische constanten van zirconiumoxyde-keramiek en -staal, warmte-uitzetting en de elasticiteitsmodulus die praktisch gelijk zijn aan die van staal. Verder wordt het risico van 5 ongebalanceerde massa's ook vermeden, in het geval van concentriciteitsfouten in het uit twee delen bestaande onderdeel, gezien de overeenkomsten tussen de dichtheden vein staal en zirconiumoxyde materialen.

Wentellagers waarbij alle wentelelementen uit een keramisch 10 materiaal bestaan zijn reeds bekend. Gezien het feit dat in deze lagers alle wentelelementen dezelfde samendrukkende werking op de loopbanen uitoefenen, doet zich daarbij de vorming van dergelijke kratervormige indeukingen niet voor.

Ten gevolge van de betere hardheids- en stijfheidseigenschappen 15 van deze wentelelementen, zijn de in de ringen opgewekte spanningen ook hoger hetgeen leidt tot een verkorte levensduur of een lagere capaciteit voor dergelijke soorten lagers.

In de lagers volgens de uitvinding bestaan de meeste wentelelementen uit staal. Derhalve wordt de vervorming gelijkelijk 20 verdeeld tussen de met elkaar in aanraking verkerende delen, hetgeen leidt tot lagere spanning en het behoud van de dynamische capaciteit van het lager.

Uit EP-A-89155 is een lager bekend waarbij alle wentelelementen bestaan uit een stalen schaal en een kern uit een zirconiummateriaal. 25 Dit bekende lager bezit derhalve niet het vermogen om eventuele indeukingen in zijn loopbanen te vereffenen, vanwege het feit dat alle met elkaar in contact verkerende oppervlakken uit staal bestaan en derhalve dezelfde hardheid bezitten.

De uitvinding zal verder toegelicht worden onder verwijzing naar 30 een in de figuren weergegeven uitvoering.

Figuur 1 toont een gedeeltelijk zijaanzicht van een buitenring, die indeukingen heeft, van een lager met normale wentelementen.

Figuur 2 toont een gedeeltelijk aanzicht van de buitenring die kleine gaatjes heeft, in een lager dat ten minste een stijver of 35 harder wentelelement bevat.

Figuur 3 toont een kogelvormig wentelelement.

De buitenring 1 van een wentellager, waarvan de andere delen niet zijn getoond, bezit een loopbaan 2 waarover de wentelelementen kunnen 1003141 4 rollen. Elke verontreiniging die gevangen raakt tussen het oppervlak van de wentelelementen en de loopbaan 2, zal aanleiding geven tot kratervormige indeukingen die bestaan uit een klein gat 4 omgeven door een wand of vooruitstekend deel 5· 5 Op hun beurt zullen deze uitstekende delen 5 ook leiden tot indeukingen in de wentelelementen zelf.

De aanwezigheid van dergelijke indeukingen in zowel de ringen als de wentelelementen van het lager leiden tot snelle vermoeiing en scheurvorming. Ook worden daardoor hogere trillingen en een onrustige 10 loop met veel geluidsproduktie veroorzaakt.

Volgens de uitvinding is ten minste een van de wentelelementen van een belangrijk hardere of stijvere aard, bijvoorbeeld van een zirconiummateriaal. Een dergelijk wentelelement zal, wanneer dit over de indeukingen 3 rolt, ten minste de uitstekende delen 5 daarvan 15 samendrukken, zoals weergegeven in figuur 2.

In deze figuur 2 is een buitenring 6 getoond waarvan de uitstekende delen zijn samengedrukt, waardoor vlakke gebieden 7 ontstaan die overeenkomen met het normale, niet beschadigde oppervlak 8 van de ring 6. De gaten die bij de indeukingen horen zijn 20 overgebleven.

Het risico van vermoeiing en derhalve scheurvorming en slijtage in een ring van een lager met ten minste een stijver of harder wentelement is belangrijk lager dan bij normale lagers. De aanwezigheid van de kleine gaatjes 4 leidt tot een betere smering van 25 de loopbaan 8 en de wentelementen. In de gaatjes 4 verzamelen zich minieme hoeveelheden 9. die betere smeerkenmerken opleveren.

Het wentelelement zoals weergegeven in figuur 3 bestaat uit een buitenschaal 10 van een zirconiummateriaal zoals een partieel gestabiliseerd zirconiumoxyde keramiek met tetragonale polykristallen. 30 Zijn kern 11 bestaat uit een geschikte staalsoort. Natuurlijk kan het wentelelement volgens de uitvinding ook volledig uit een dergelijk zirconiummateriaal bestaan.

Samengevat worden de volgende voordelen mogelijk gemaakt door de uitvinding.

35 1 Lager met hybride wentelelementen met een verbeterde weerstand tegen slijtage en vuil.

• Lager voor omstandigheden met problematische smeringsomstandigheden, thermische omstandigheden en 1003141 5 omgevingsomstandigheden (vetsmering bij hoge snelheden, hoge temperatuur, corrosieve omgeving, zuurstofcorrosie, vacuüm en dergelijke).

• Lager met een superieure levensduur voor normale 5 bedrijfsomstandigheden (betere weerstand tegen oppervlaktevermoeiing).

Tevens worden de volgende problemen opgelost: • Massa-onbalans in hybride wentellagers.

• Ongelijkmatige inwendige lagerspeling ten gevolge van 10 temperatuurveranderingen in hybride wentellagers.

Toepassing van gecombineerde hybride sintertechnologie (staal met keramiek) in lagercomponenten.

• Toepassing van pers-passen of chemische of mechanische hechttechnologie (tussen keramiek en staal) voor het vervaardigen 15 van lagerdelen.

1 0 0 3 1 4 1

Claims (10)

1. Wentellager, omvattende een buitenring en een binnenring die 5 een lagerruimte insluiten welke wentelelementen bevat, welke ringen uit staal bestaan, met het kenmerk dat tenminste één van de wentelelementen tenminste gedeeltelijk bestaat uit een zirconium materiaal dat harder of stijver is dan het materiaal van de andere wentelelementen. 10

2. Lager volgens conclusie 1 waarbij tenminste twee wentelelementen, die tenminste gedeeltelijk uit een harder materiaal bestaan, zijn voorzien die regelmatig verdeeld zijn in omtreksrichting. 15

3. Lager volgens conclusie 1 of 2, waarbij elk ander wentelelement uit staal bestaat.

4. Lager volgens conclusie 3. waarbij elk wentelelement dat 20 tenminste gedeeltelijk uit een harder materiaal bestaat, een buitenschaal bezit die zirconiummateriaal bevat.

5- Lager volgens conclusie 4, waarbij de zirconium schaal een staalkern insluit. 25

6. Lager volgens conclusie 3. waarbij elk wentelelement uit een harder materiaal geheel uit zirconiummateriaal bestaat.

7· Lager volgens conclusie 5. 6 of 7. waarbij het 30 zirconiummateriaal een zirconiumoxyde-keramiek Zr02 is.

8. Lager volgens conclusie 7. waarbij het zirconiummateriaal een partieel gestabiliseerde zirconiumoxyde-keramiek is. 1 1003141

9- Lager volgens conclusie 8, waarbij het zirconiumoxyde-keramiek een legering bevat van 95¾ Zr02, 5¾ Y2O3 en 0,01#Α1203.

10. Wentelelement volgens een lager volgens één der voorgaande conclusies. 1003141