WO2006087152A2 - Verfahren zum herstellen eines lagerringes für grosswälzlager mittels induktionshärten - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines lagerringes für grosswälzlager mittels induktionshärten Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a bearing ring for slewing bearings with at least one raceway with hardened surface layer, in which the surface layer to be hardened is exposed to the electric field of an inductor for heating and then quenched.
  • bearing rings are screwed via axially introduced passage and / or threaded holes with the connection structures.
  • Large-diameter bearings can, depending on the design, have one or more rows of balls or rollers.
  • Each ball or roller series includes two raceways, which are machined in two to three bearing rings and then hardened.
  • Such bearing rings may be formed as nose rings, support rings, retaining rings, disc-shaped axial rings, outer rings or inner rings, etc.
  • the raceways of the bearing rings of large rolling bearings are hardened by a known method with one or two inductors in the feed.
  • a so-called inductor i. an induction coil or an induction coil pair and for quenching a shower mounted on the inductor for the task of cooling liquid arranged over a small relative to the ring diameter zone of the raceway to be cured.
  • the inductor and shower once stroke the contour of the raceway of the entire ring in the circumferential direction with constant advance of the ring, so that continuously heated and quenched each segment of the track.
  • the invention is based on the object to provide a method for producing bearing rings for slewing bearings, with the circumferentially constant in the raceways, i. slip-free high hardness can be adjusted.
  • a) at least two inductors are arranged at the beginning of the curing over a common zone (a) of the annular track to be hardened and there heat the opposite edge layer to hardening temperature, b) for heating the subsequent central zones (b) the inductors in the opposite direction along the annular runway are moved, c) after a short distance on the heated edge layers directed showers turned on and they are quenched from the center of the initially heated zone (a), d) the inductors and the showers on their ring halves to be moved until they at at a point opposite the starting point E) after reaching the required hardening temperature of the zone (c) both inductors are lifted vertically from the surface of the track and f) the showers are directed to the zone (c).
  • inductors in each case at least two inductors, preferably two induction coils or two pairs of induction coils and, preferably, nozzles attached thereto, are arranged above a zone of the track to be hardened which is small in relation to the ring diameter.
  • both inductors are arranged directly next to one another and uniformly heat the underlying raceway layer to hardening temperature (see Item 1 in the appended Figures 1 and 3).
  • the formation of a common heating zone constant depth can be achieved by a pendulum movement of the inductors or the ring and an adapted power control.
  • both inductors move in each opposite circumferential direction along the annular surface layer to be hardened of the track with constant feed apart.
  • the showers preferably pivotally mounted to the inductors, are turned on, scare off the center of the initially heated zone, and divide the zone heated to hardening temperature into two halves.
  • Each inductor then sweeps at constant feed the raceway surface of one half of the circumference of the ring in the opposite direction (Pos. II) until both coincide again at a position opposite the starting track section and form a common heating zone (Pos. III).
  • a simultaneous preheating of the region opposite the starting point by a third inductor can be provided (see Fig. 2).
  • the third inductor is removed as soon as the two remaining inductors approach the hardening of this zone and analogously to pos. III of FIG.
  • both inductors form a common heating zone.
  • both inductors move vertically away from the surface.
  • the common heating zone is quenched simultaneously.
  • FIG. 1 and 2 are perspective views of a bearing ring with different inductor positions I to IV
  • Fig. 3 shows a schematic cross-section of the inductors 2 and showers 5 in the different inductor positions I to IV
  • Fig. 4a is a circle segment of the track 3 with the representation of the common heating zones a, c and
  • Fig. 4b shows a modified embodiment of Fig. 4a with introduced at the edges of the track 3 holes or grooves 6, leading to the illustrated enlargement of the common heating zones a, c.
  • the bearing ring 1 shows the bearing ring 1 with the axial track 3 to be hardened and the inductors 2 in the different inductor positions I to IV.
  • the zone a shown in dashed lines is heated.
  • the two inductors 2 then move along the annular track 3 in the direction of the arrow via the position II with the associated mean heating zones b up to the position III with the local heating zone c.
  • the inductors 2 are raised in the axial direction from the position III to the position IV, so that the pivotable to the inductors 2 paved showers can also deter the boundary layer in the area of zone c.
  • the inductors 2 and showers 5 in the four different inductor positions I to IV are shown schematically.
  • the showers 5 are arranged above the respective inductors 2.
  • the spray jets are shown in dashed lines and directed to the edge layer of the raceway, which has just been heated by means of the inductors 2.
  • the inductors 2 are still arranged directly next to one another and the showers 5 are switched off.
  • the inductors 2 have a short distance away from the O ° line and the effervescent jets are directed obliquely backwards to the track.
  • the inductors 2 have been brought together again to 180 ° -ünie.
  • the nozzles 5 pivotally mounted on the inductors are pivoted so that the effervescent jets are initially directed perpendicular to the edge layer and later possibly even to the surface under the inductors 2.
  • the inductor 4 for preheating is additionally shown, which is removed from this area as soon as the other two inductors 2 approach this area.
  • FIGS. 4a and 4b how the common heating zones a, c are enlarged when suitable bores or grooves 6 are made at the edges of the track 3.
  • inductors induction coils or induction coil pairs

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerringes (1) für Grosswälzlager mit mindestens einer Laufbahn (3) mit gehärteter Randschicht, bei dem die zu härtende Randschicht zum Erwärmen dem elektrischen Feld eines Induktors ausgesetzt und anschliessend abgeschreckt wird. Die Erfindung besteht darin, dass a) mindestens zwei Induktoren (2) zu Beginn der Härtung über einer gemeinsamen Zone (a) der zu härtenden ringförmigen Laufbahn (3) angeordnet sind und dort die gegenüberliegende Randschicht auf Härtetemperatur erwärmen, b) zur Erwärmung der anschliessenden mittleren Zonen (b) die Induktoren (2) in entgegengesetzter Richtung entlang der ringförmigen Laufbahn bewegt werden, c) nach einer kurzen Wegstrecke auf die erwärmten Randschichten gerichtete Brausen (5) eingeschaltet und diese ausgehend von der Mitte der zu Beginn erwärmten Zone (a) abgeschreckt werden, d) die Induktoren (2) und die Brausen (5) auf ihren Ringhälften weiter bewegt werden bis sie bei an einer dem Ausgangspunkt gegenüberliegenden Zone (c) wieder zusammentreffen und dort erneut eine gemeinsame Heizzone bilden, e) nach Erreichen der erforderlichen Härtetemperatur der Zone (c) beide Induktoren (2) senkrecht von der Oberfläche der Laufbahn (3) abgehoben werden und f) die Brausen (5) auf die Zone (c) gerichtet werden.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Lagerringes für Großwälzlager
Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerringes für Großwälzlager mit mindestens einer Laufbahn mit gehärteter Randschicht, bei dem die zu härtende Randschicht zum Erwärmen dem elektrischen Feld eines Induktors ausgesetzt und anschließend abgeschreckt wird.
Unter Großwälzlagern im Sinne dieser Anmeldung sind Wälzlager zu verstehen, deren Lagerringe über axial eingebrachte Durchgangs- und/oder Gewindebohrungen mit den Anschlusskonstruktionen verschraubt sind. Großwälzlager können, je nach Ausführung eine oder mehrere Kugel- oder Rollenreihen besitzen. Zu jeder Kugel- oder Rollenreihe gehören zwei Laufbahnen, die in zwei bis drei Lagerringen spanend gefertigt und anschließend gehärtet werden. Derartige Lagerringe können als Nasenringe, Tragringe, Halteringe, scheibenförmige Axialringe, Außenringe oder Innenringe etc. ausgebildet sein.
Die Laufbahnen der Lagerringe von Großwälzlagem werden nach einem bekannten Verfahren mit ein oder zwei Induktoren im Vorschub gehärtet. Bei diesem induktiven Vorschubhärteverfahren ist zum Erwärmen der Laufbahn ein sogenannter Induktor, d.h. eine Induktionsspule oder ein Induktionsspulenpaar und zum Abschrecken eine am Induktor befestigte Brause zur Aufgabe von Kühlflüssigkeit über einer im Verhältnis zum Ringdurchmesser kleinen Zone der zu härtenden Laufbahn angeordnet. Beim Härten überstreichen Induktor und Brause einmalig die Kontur der Laufbahn des gesamten Ringes in Umfangsrichtung bei konstantem Vorschub des Ringes, sodass kontinuierlich jedes Segment der Laufbahn erwärmt und abgeschreckt wird.
Bei diesem bekannten Verfahren bleibt jeweils ein kleines verfahrensbedingt unvollständig gehärtetes Segment (Schlupf) am Endpunkt der Härtung, in dessen Bereich die Laufbahn weicher bleibt. Weiterhin können die Laufbahnen der Lagerringe von Großwälzlagern nach dem in DE 10228333 Cl beschriebenen Verfahren mit ringförmigen Induktoren in einem Ganzflächenumlauferwärmungsverfahren, auch Schusshärtung genannt, auf dem gesamten Umfang gleichzeitig erwärmt und anschließend durch Abschreckung gehärtet werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Vermeidung der zuvor beschriebenen weichen Stelle.
Dieses Verfahren ist mit relativ hohen Kosten für die Induktoren und hohen erforderlichen Generatorleistungen verbunden. Bei sehr großen Ringen ist außerdem eine gleichmäßige Erwärmung auf Grund der temperaturbedingten Ausdehnung problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen von Lagerringen für Großwälzlager anzugeben, mit dem in den Laufbahnen umlaufend gleichbleibend, d.h. schlupflos eine hohe Härte eingestellt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 7 enthalten sinnvolle ergänzende Maßnahmen.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass
a) mindestens zwei Induktoren zu Beginn der Härtung über einer gemeinsamen Zone (a) der zu härtenden ringförmigen Laufbahn angeordnet sind und dort die gegenüberliegende Randschicht auf Härtetemperatur erwärmen, b) zur Erwärmung der anschließenden mittleren Zonen (b) die Induktoren in entgegengesetzter Richtung entlang der ringförmigen Laufbahn bewegt werden, c) nach einer kurzen Wegstrecke auf die erwärmten Randschichten gerichtete Brausen eingeschaltet und diese ausgehend von der Mitte der zu Beginn erwärmten Zone (a) abgeschreckt werden, d) die Induktoren und die Brausen auf ihren Ringhälften weiter bewegt werden bis sie bei an einer dem Ausgangspunkt gegenüberliegenden Zone (c) wieder zusammentreffen und dort erneut eine gemeinsame Heizzone bilden, e) nach Erreichen der erforderlichen Härtetemperatur der Zone (c) beide Induktoren senkrecht von der Oberfläche der Laufbahn abgehoben werden und f) die Brausen auf die Zone (c) gerichtet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind jeweils mindestens zwei Induktoren, vorzugsweise zwei Induktionsspulen oder zwei Induktionsspulenpaare und vorzugsweise daran befestigte Brausen über einer im Verhältnis zum Ringdurchmesser kleinen Zone der zu härtenden Laufbahn angeordnet. Zu Beginn des Verfahrens sind beide Induktoren unmittelbar nebeneinander angeordnet und erwärmen die darunter liegende Laufbahnrandschicht gleichmäßig auf Härtetemperatur (vgl. Pos.l in den beigefügten Figuren 1 und 3). Die Ausbildung einer gemeinsamen Heizzone konstanter Tiefe kann durch eine Pendelbewegung der Induktoren oder des Ringes und eine angepasste Leistungssteuerung erreicht werden. Anschließend bewegen sich beide Induktoren in jeweils entgegengesetzter Umfangsrichtung entlang der ringförmigen zu härtenden Randschicht der Laufbahn mit konstantem Vorschub auseinander. Nach einer kurzen Wegstrecke werden die vorzugsweise schwenkbar an den Induktoren befestigten Brausen eingeschaltet, schrecken die Mitte der zu Beginn erwärmten Zone ab und teilen die auf Härtetemperatur erwärmte Zone in zwei Hälften. Jeder Induktor überstreicht anschließend mit konstantem Vorschub die Laufbahnoberfläche einer Hälfte des Ringumfangs in entgegengesetzter Richtung (Pos. II), bis beide an einem dem Ausgangspunkt gegenüberliegenden Laufbahnabschnitt wieder zusammentreffen und eine gemeinsame Heizzone bilden (Pos. III). Als Variante des in Fig. 1 dargestellten Verfahren kann eine gleichzeitige Vorwärmung des dem Ausgangspunkt gegenüberliegenden Bereiches durch einen dritten Induktor vorgesehen werden (vgl. Fig. 2). Der dritte Induktor wird entfernt, sobald sich die zwei übrigen Induktoren zum Härten dieser Zone nähern und analog zu Pos. III von Fig. 1 eine gemeinsame Heizzone bilden. Wenn beide Induktoren eine gemeinsame, geschlossene Heizzone gebildet haben, in der die Laufbahnoberflächentemperatur auf Härtetemperatur liegt, entfernen sich beide Induktoren senkrecht von der Oberfläche. Durch Schwenken des Brausestrahls in den Raum zwischen Laufbahnoberfläche und Induktoren wird die gemeinsame Heizzone gleichzeitig abgeschreckt.
Als Maßnahme zur gleichmäßigen Erwärmung der Laufbahn in den Bereichen gemeinsamer Heizzonen der beiden Induktoren können zusätzlich Nuten oder Bohrungen, vorzugsweise radial oder axial verlaufend, an den Rändern der Laufbahn vorgesehen werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 und 2 perspektivische Darstellungen eines Lagerringes mit verschiedenen Induktorpositionen I bis IV
Fig. 3 schematisch im Querschnitt die Induktoren 2 und Brausen 5 in den verschiedenen Induktorpositionen I bis IV
Fig. 4a ein Kreissegment der Laufbahn 3 mit der Darstellung der gemeinsamen Heizzonen a, c und
Fig. 4b eine veränderte Ausführungsform zu Fig. 4a mit an den Rändern der Laufbahn 3 eingebrachten Bohrungen oder Nuten 6, die zu der dargestellten Vergrößerung der gemeinsamen Heizzonen a, c führen.
Fig. 1 zeigt den Lagerring 1 mit der zu härtenden axialen Laufbahn 3 und die Induktoren 2 in den verschiedenen Induktorpositionen I bis IV. In der Position I zu Beginn der Erwärmung wird die gestrichelt dargestellte Zone a erwärmt. Die beiden Induktoren 2 bewegen sich dann entlang der ringförmigen Laufbahn 3 in Pfeilrichtung über die Position Il mit den zugehörigen mittleren Erwärmungszonen b bis in die Position III mit der dortigen Erwärmungszone c. Nach dem Ende der Erwärmung werden die Induktoren 2 in axialer Richtung von der Position III angehoben in die Position IV, damit die an den Induktoren 2 schwenkbar befestigten Brausen auch die Randschicht im Bereich der Zone c abschrecken können.
In Fig. 3 sind die Induktoren 2 und Brausen 5 in den vier verschiedenen Induktorpositionen I bis IV schematisch dargestellt. In den Positionen I bis III sind die Brausen 5 oberhalb an den jeweiligen Induktoren 2 angeordnet. In den Positionen Il und III sind die Brausestrahlen gestrichelt dargestellt und auf die Randschicht der Laufbahn gerichtet, die gerade mit Hilfe der Induktoren 2 erwärmt worden ist. In der Position I sind die Induktoren 2 noch direkt nebeneinander angeordnet und die Brausen 5 abgeschaltet. In der Position Il haben die Induktoren 2 einen kurzen Weg von der O°-Linie sich entfernt und die Brausestrahlen sind schräg nach rückwärts auf die Laufbahn gerichtet. In der Position III sind die Induktoren 2 wieder bis zur 180°-ünie zusammengeführt worden. Mit dem Anheben der Induktoren 2 nach Position IV werden die an den Induktoren schwenkbar befestigten Brausen 5 so geschwenkt, dass die Brausestrahlen zunächst senkrecht auf die Randschicht und später gegebenenfalls sogar auf die Fläche unter den Induktoren 2 gerichtet sind.
Bei der Variante nach Fig. 2 ist zusätzlich der Induktor 4 zum Vorwärmen dargestellt, der aus diesem Bereich entfernt wird, sobald sich die übrigen beiden Induktoren 2 diesem Bereich nähern.
Aus den Fig. 4a und 4b ist ersichtlich, wie die gemeinsamen Heizzonen a, c vergrößert werden, wenn geeignete Bohrungen oder Nuten 6 an den Rändern der Laufbahn 3 eingebracht sind.
Bezugszeichenliste:
1 Lagerring
2 Induktor (Induktionsspulen bzw. Induktionsspulenpaare)
3 Laufbahn von 1 4 Induktor zum Vorwärmen
5 Brause an 2
6 Bohrung oder Nut in 1
a Erwärmungszone zu Beginn b mittlere Erwärmungszone c Erwärmungszone zum Ende
I Induktorposition zu Beginn der Erwärmung
II Induktorposition während der Erwärmung und Härtung III Induktorposition am Ende der Erwärmung und Härtung
IV Induktorposition nach dem Ende der Erwärmung

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Lagerringes (1) für Großwälzlager mit mindestens einer Laufbahn (3) mit gehärteter Randschicht, bei dem die zu härtende Randschicht zum Erwärmen dem elektrischen Feld eines Induktors ausgesetzt und anschließend abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens zwei Induktoren (2) zu Beginn der Härtung über einer gemeinsamen Zone (a) der zu härtenden ringförmigen Laufbahn (3) angeordnet sind und dort die gegenüberliegende Randschicht auf Härtetemperatur erwärmen, b) zur Erwärmung der anschließenden mittleren Zonen (b) die Induktoren (2) in entgegengesetzter Richtung entlang der ringförmigen Laufbahn bewegt werden, c) nach einer kurzen Wegstrecke auf die erwärmten Randschichten gerichtete Brausen (5) eingeschaltet und diese ausgehend von der
Mitte der zu Beginn erwärmten Zone (a) abgeschreckt werden, d) die Induktoren (2) und die Brausen (5) auf ihren Ringhälften weiter bewegt werden bis sie bei an einer dem Ausgangspunkt gegenüberliegenden Zone (c) wieder zusammentreffen und dort erneut eine gemeinsame Heizzone bilden, e) nach Erreichen der erforderlichen Härtetemperatur der Zone (c) beide Induktoren (2) senkrecht von der Oberfläche der Laufbahn (3) abgehoben werden und f) die Brausen (5) auf die Zone (c) gerichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone (c) bereits während der Erwärmung der Zonen (a) und/oder der Zonen (b) von einem zusätzlichen Induktor (-1) vorgewärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass axiale und/oder radiale Laufbahnen (3) eines Lagerringes (1) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nacheinander oder gleichzeitig gehärtet werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brausen (5) gemeinsam mit oder unabhängig von den Induktoren (2) entlang der zu härtenden Laufbahn (3) verfahren werden.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brausestrahlen auch auf die Laufbahnfläche unter den Induktoren (2) gerichtet werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktoren (2) und/oder Brausen (5) bei der Bewegung entlang der zu härtenden Laufbahn pendelnd bewegt werden.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die gemeinsamen Erwärmungszonen zu Beginn (a) und/oder am Ende (c) radial oder axial verlaufende Bohrungen oder Nuten (6) an den Rändern der Laufbahn eingebracht werden.
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