WO2008061508A1

WO2008061508A1 - Radialwälzlager, insbesondere zur lagerung von wellen in windkraftgetrieben

Info

Publication number: WO2008061508A1
Application number: PCT/DE2007/002082
Authority: WO
Inventors: Bernd Endres; Christian Hoffinger; Carsten Merklein
Original assignee: Schaeffler Kg
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2008-05-29
Also published as: DE102006055028A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) mit einer inneren Laufbahn (3) und einem inneren Lagerring (4) mit einer äußeren Laufbahn (5) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 4) auf deren Laufbahnen (3, 5) abrollender Wälzkörper (6) besteht, die durch einen Lagerkäfig (7) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (6) und den Lagerringen (2, 4) sind mehrere gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper (6) durch Hohlrollen (8) ersetzt, die einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringeren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkörper (6) aufweisen, um im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers (1) einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen (2, 4) und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs (7) mit kinematischer Drehzahl gewährleisten. Erfindungsgemäß bestehen die Hohlrollen (8) aus einem anwendungsspezifischen Wälzlagerstahl und durch sind einen Wärmebehandlungsprozess behandelt, durch den zum einen in die Innen- und Außenmantelflächen (9, 10) der Hohlrollen (8) oberflächennahe Druckeigenspannungen induzierbar sind und durch den zum anderen die Hohlrollen (8) mit einer Härte > 58 HRC an deren Innenmantelflächen (9) einerseits eine hohe Überrollfestigkeit sowie andererseits eine derart durchgehende Zähigkeit aufweisen, dass deren Außenmantelflächen (10) eine erhöhte Biegewechselfestigkeit > 650 Mpa aufweisen.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft an zumin- dest zeitweise unter sehr geringer Last laufenden Lagerungen, wie beispielsweise der Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, realisierbar.

Hintergrund der Erfindung

Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Radialwälzlager bei ausreichender Belastung einen optimalen kinematischen Betriebszustand aufweisen, bei dem die Wälzkörper ohne zu gleiten auf den Laufbahnen des inneren und des äußeren Lagerrings abrollen. Desweiteren ist es von zumindest zeitweise niedrig belasteten Radialwälzlagern bekannt, dass sich der aus den Wälzkörpern und deren Lagerkäfig bestehende Wälzkörpersatz aufgrund der Reibung im Lager beziehungsweise aufgrund der hohen Massenkraft des Wälzkörpersatzes und der zeitweise geringen Kontaktkraft zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen nicht mit kinematischer Drehzahl dreht. Die Drehzahl des Wälzkörpersatzes bleibt folglich gegenüber der kinematischen Drehzahl zurück, so dass sich die Wälzkörper in einem kinema- tisch nicht optimalen Zustand befinden, durch den zwischen diesen Wälzkörpern und mindestens einer Laufbahn Schlupf vorliegt. Dabei kann sich an den Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn ein Schmierfilm aufbauen, der jedoch bei plötzlicher Drehzahl- oder Belastungsänderung zerstört wird, so dass an den schlupfbehafteten Kontaktstellen innerhalb kürzester Zeit kein ausreichender Schmierfilm mehr vorliegt. Dies hat zur Folge, dass es zu einer metallischen Berührung der Laufbahn mit den Wälzkörpern kommt und diese auf der Laufbahn gleiten, bis die Wälzkörper auf die kinematische Drehzahl beschleunigt sind. Diese große Differenzgeschwindigkeit zwischen der Laufbahn und den Wälzkörpern sowie das Fehlen eines trennenden Schmier- films ist somit ursächlich dafür, dass es in den Oberflächen der Laufbahn und der Wälzkörper zu hohen Tangentialspannungen kommt, die mit stärksten Verschleißerscheinungen, wie Aufrauhungen der Laufbahnen, Materialaufreißun- gen und Anschmierungen zumeist in Verbindung mit Mikropittings verbunden sind und zum vorzeitigen Ausfall des Radialwälzlagers führen.

Durch die FR 2 479 369 wurde deshalb ein gattungsbildendes Radialwälzlager vorgeschlagen, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring mit einer inneren Laufbahn und aus einem koaxial zu diesem angeordneten inneren Lagerring mit einer äußeren Laufbahn sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen auf deren Laufbahnen abrollender und durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Wälzkörper besteht, bei dem zur Vermeidung des beschriebenen Schlupfeffektes und der daraus resultierenden Nachteile zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mehrere gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper durch Hohlrollen ersetzt sind. Diese zudem axial etwas kürzer als die übrigen Wälzkörper ausgebildeten Hohlrollen weisen dabei einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringeren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkör- per auf, so dass diese im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen aufweisen und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs und damit der übrigen Wälzkörper mit kinematischer Drehzahl gewährleisten.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass die durch ihre permanente Verformung einer stetigen Biegewechselbeanspruchung unterliegenden Hohlrollen derartiger Radialwälzlager hinsichtlich ihrer Belastbarkeit und Dauerfestigkeit potentielle Schwachstellen des Wälzlagers darstellen, die für eine verringerte Tragfähigkeit und eine verkürzte Lebensdauer des Wälzlagers ursächlich sind. So wurde beispielsweise ermittelt, dass vor allem an den Innenmantelflächen der Hohlrollen örtliche Spannungsspitzen auftreten, die im Dauerbetrieb des Wälzlagers zu Anrissen und schließlich zum Bruch der Hohlrollen führten. Dies war insbesondere auf die Verwendung von Standard-Wälzlagerstahl für die Hohlrollen sowie auf deren Standard-Wärmebehandlung zurück zu führen, bei der die Hohlrollen durch Härten bei einer Temperatur von 860⁰C, einem Abschrecken im Öl- oder Salzbad und einem Anlassen bei 190 ± 10⁰C ein durchgehend martensitisches Gefüge erhalten, das durch seine hohe Härte zwar für eine hohe Überrollfestigkeit der Hohlrollen sorgt aber durch seine geringe Zä- higkeit und das Fehlen von Druckeigenspannungen insbesondere für die stetigen Biegewechselbeanspruchungen an deren Innenmantelflächen ungeeignet ist. Eine naheliegende Maßnahme zur Vermeidung solcher Dauerfestigkeitsmängel wäre es zwar, sowohl die Hohlrollen als auch die übrigen Wälzkörper stärker zu dimensionieren, dies würde jedoch zwangsläufig eine Vergrößerung des gesamten Lagerbauraums sowie eine Erhöhung der Herstellungskosten für das Wälzlager zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, zu konzipieren, welches unter weitestgehender Beibehaltung seiner ursprünglichen Leistungsmerkmale, wie Tragzahl, Bauraum und Lebensdauer, zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mit Hohlrollen ausgestattet ist, die den stetigen Biegewechselbeanspruchungen jederzeit standhalten und sich dadurch bei gleichzeitig hoher Überrollfestigkeit durch eine erhöhte Dauerfestigkeit und Gebrauchsdauer auszeichnen.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Hohlrollen aus einem anwendungsspezifischen Wälzlagerstahl bestehen und durch einen Wärmebe- handlungsprozess behandelt sind, durch den zum einen in die Innen- und Außenmantelflächen der Hohlrollen deren maximale Lastspannung überlagernde, oberflächennahe Druckeigenspannungen induzierbar sind und durch den zum anderen die Hohlrollen mit einer Härte > 58 HRC an deren Innenmantelflächen einerseits eine hohe Überrollfestigkeit sowie andererseits eine derart durchge- hende Zähigkeit aufweisen, dass deren Außenmantelflächen eine erhöhte Biegewechselfestigkeit > 650 Mpa aufweisen.

Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es durch gezielte Auswahl des Ausgangsmaterials für die Hohlrollen sowie durch eine ausgereifte Wärmebehandlung derselben bereits möglich ist, die zu Anrissen und schließlich zum Bruch der Hohlrollen führenden örtlichen Spannungsspitzen in den Innenmantelflächen der Hohlrollen zu vermeiden und damit die Biegewechsel- und Dauerfestigkeit der Hohlrollen sowie die Tragfähigkeit und die Lebensdauer derartiger Radialwälzlager entscheidend zu erhöhen. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach ist es gemäß Anspruch 2 eine besonders vorteilhafte Möglichkeit die geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers einfach und kostengünstig zu erreichen, wenn die Hohlrollen aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise aus 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 10OCrMnMoβ, bestehen und durch Bainitisieren behandelt sind. Dieses auch Zwischenstufenvergüten genannte Wärmebehand- lungsverfahren hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, da es bei den genannten Stahlwerkstoffen eine hervorragende Kombination der Werkstoffeigenschaften Härte und Zähigkeit erzeugt. Bei dieser Wärmebehandlung werden die Hohlrollen in gleicher Weise wie beim Standardhärten zunächst auste- nitisiert, das heißt, es erfolgt zunächst eine Wärmebehandlung zwischen 830⁰C und 885°C. Die weitere Behandlung der Hohlrollen erfolgt dann bevorzugt derart, dass diese in einem Salzwarmbad auf eine Temperatur zwischen 220⁰C und 270⁰C abgeschreckt werden und danach bei gleich bleibender Temperatur für mindestens 4 Stunden verweilen, bis die Gefügeumwandlung von Austenit nach Bainit ohne Bildung von Martensit abgeschlossen ist. Abschließend wer- den die Hohlrollen noch an der Luft abgekühlt. Das entstandene Bainitgefüge hat dann sehr spezielle Eigenschaften, die sich durch ein hohe Härte zwischen 54 und 62 HRC, durch eine maximale Zugfestigkeit zwischen 1900 und 2300 MPa und eine Biegewechselfestigkeit > 700 MPa, durch eine Bruchdehnung > 5 % sowie durch relativ geringe Verzüge im Vergleich zum Standardhärten auszeichnen, wobei zugleich eine Druckeigenspannung bis zu -200 MPa wirkt. Da es sich beim Bainitisieren um eine durchhärtende Wärmebehandlung handelt, ist dieses Verfahren besonders gut für dünnwandige Hohlrollen geeignet.

Eine zweite Möglichkeit zur Erreichung der geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers besteht nach Anspruch 3 darin, dass die Hohlrollen aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise aus 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 100CrMnMo8, beste- hen und durch Induktionshärten behandelt sind. Das Induktionshärten zählt bekanntermaßen zu den Randschichthärteverfahren, bei dem es in der oberflächennahen Randzone der Hohlrollen durch eine gesteuerte Folge von Erwärmen und Abschrecken zu einer martensitischen Härtung und damit zu einer Härtesteigerung in diesem Bereich kommt, während das Gefüge und die Härte im Kern der Hohlrollenwandung unbeeinflusst bleibt. Dabei dienen mit Wechselstrom beaufschlagte Kupferspulen, die geometrisch den Hohlrollen ange- passt sind, der Erwärmung der Hohlrollen, indem die Kupferspulen ein Magnetfeld erzeugen, das eine lokale Erwärmung bewirkende Wirbelströme in der Randschicht der Hohlrollen induziert. Der Prozess wird dann so gesteuert, dass sich die Oberflächen der Hohlrollen bis auf eine in Abhängigkeit der zu erreichenden Härtetiefe und Zähigkeit festzulegende Härtetemperatur erwärmen und unmittelbar anschließend durch eine Brause mit Wasser, Öl- oder Polymerlösung abgeschreckt werden. Abschließend werden die Hohlrollen zur Erhö- hung der Zähigkeit nochmals für 1 ,5 bis 2 Stunden bei einer Temperatur im Bereich zwischen 160⁰C und 220⁰C angelassen, so dass ein feines Härtungs- gefüge entsteht, das im Ergebnis eine Zugfestigkeit zwischen 2200 MPa und 2300 MPa, eine Biegewechselfestigkeit > 650MPa und eine Restbruchdehnung zwischen 5 % und 25 % in Abhängigkeit des gewählten Grundgefüges und so- mit der Festigkeit und Zähigkeit des unbehandelten Materialkerns aufweist. Besonders vorteilhaft ist beim Induktionshärten die erreichbare Druckeigenspannung von - 200 MPa bis - 400 MPa und die hohe erreichbare Härte zwischen 60 HRC und 64 HRC an den Funktionsflächen der Hohlrollen.

Zwei weitere kostengünstige Alternativen zur Erreichung der geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers bestehen nach den Ansprüchen 4 und 5 darüber hinaus noch darin, dass als Werkstoff für die Hohlrollen entweder ein durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 100CrMnMo8, oder ein Einsatzstahl für Wälzlageranwendungen, beispielsweise 17MnCr5, 20NiCrMo7, 18CrNiMo7-6 oder 18NiCrMoI 4-6, gewählt wird und die Hohlrollen durch Aufkohlen in einer Ofenatmosphäre mit oder ohne Stickstoffanteil behandelt werden. Bei dem als Einsatzhärten bekannten Aufkohlen von Werkstücken ohne Stickstoffanteil in der Ofenatmosphäre werden dabei die Innen- und Außenoberflächen der Hohlrollen durch Diffusion gezielt mit Kohlenstoff angereichert, um einen weichen und zähen Kern bei gleichzeitig harten Oberflächen zu errei- chen. Die dabei nach Austenitisierung und thermochemischer Randschichtbehandlung entstehende Martensitbildung führt zu einer Volumenzunahme, die in den kohlenstoffreichen Randschichten höher als im kohlenstoffarmen Kern ist, so dass sich an den Oberflächen der Hohlrollen vorteilhafte Druckeigenspannungen aufbauen, die den auf die Hohlrollen wirkenden Zugspannungen ent- gegen wirken. Die Diffusionsbehandlung für die genannten Einsatzstahlgüten erfolgt dabei bevorzugt bei einer Temperatur von 950⁰C, wonach in Polymerlösung, Salzbad oder Öl abgeschreckt und dann im Ofen bei 600⁰C bis 680⁰C für 3 bis 5 Stunden geglüht wird. Nach einer Abkühlung auf Raumtemperatur werden die Hohlrollen dann zur Austenitisierung erneut auf 780⁰C bis 850⁰C er- hitzt, um dann nochmals in Polymerlösung, Salzbad oder Öl abgeschreckt und bei 160⁰C bis 250⁰C angelassen zu werden. Das dabei entstehende Gefüge der Hohlrollen weist dann eine Härte an den Funktionsflächen zwischen 58 HRC und 64 HRC, eine Zugfestigkeit > 2100 MPa und eine maximale Biegewechselfestigkeit > 700 MPa sowie eine maximale Restbruchdehnung von 5% bis 15 % in Abhängigkeit des gewählten Werkstoffs auf, während an den Oberflächen der Hohlrollen zugleich Druckeigenspannungen zwischen - 200 MPa und - 400 MPa wirken.

Bei dem dagegen als Carbonitrieren bekannten Aufkohlen von Werkstücken mit Stickstoffanteil in der Ofenatmosphäre werden als besondere Art des Einsatzhärtens neben Kohlenstoff gleichzeitig geringe Mengen Stickstoff in die Innen- und Außenoberflächen der Hohlrollen eindiffundiert, um den Reibverschleißwiderstand und die Notlaufeigenschaften der angereicherten Randschicht zu verbessern und eine höhere Anlassbeständigkeit gegenüber dem Einsatzhärten zu er- reichen. Der Stickstoff wirkt bei diesem Verfahren als Legierungselement in den Randschichten bzw. Oberflächen der Hohlrollen, durch das deren Randhärtbar- keit verbessert wird. Durch Carbonitrieren von durchhärtenden Wälzlagerstählen werden bei geeigneter Kombination von Werkstoff und Wärmebehandlungsparametern in den Randschichten außerdem Druckeigenspannungen bis zu - 100 MPa sowie definierte Restaustenitgehalte zwischen 8 % und 25 % erzeugt, die durch den eingebrachten Stickstoff stabilisiert werden und als Plastizitätsträger gleichzeitig eine gesteigerte Toleranz gegen Überrollung harter Partikel ergeben. Die Austenitisierung und Diffusion erfolgt dabei bevorzugt bei Temperaturen von 840⁰C bis 900⁰C unter Einhaltung von Werkstück- und härtetiefenabhängigen Haltezeiten von bis zu 6 Stunden, wonach bei Härtetemperaturen zwischen 840⁰C und 870°C entweder martensitisch oder auf 180°C bis 260⁰C etwa 4 Stunden bainitisch abgeschreckt wird. Das dabei entstehende Gefüge der Hohlrollen weist dann ähnlich wie beim Einsatzhärten eine Härte an den Funktionsflächen zwischen 58 HRC und 64 HRC, eine Zugfestigkeit > 2100 MPa und eine maximale Biegewechselfestigkeit > 700 MPa sowie eine maximale Restbruchdehnung von >3 % in Abhängigkeit des gewählten Werkstoffs auf.

Als weitere Möglichkeiten zur Erreichung der geforderten Eigenschaften für die Hohlrollen des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird es durch die Ansprüche 6 und 7 schließlich noch vorgeschlagen, dass als Werkstoff für die Hohlrollen ein vakuumerschmolzener oder ein elektroschlackeumgeschmol- zener Wälzlagerstahl mit hoher Reinheit oder auch ein pulvermetallurgischer oder sprühkompaktierter Wälzlagerstahl ausgewählt wird und die Hohlrollen entweder durch eine Standardwärmebehandlung oder wie bereits beschrieben durch Bainitisieren oder Induktionshärten oder durch Einsatzhärten oder Car- bonitrieren behandelt sind. Die Verwendung derartig hochwertiger Wälzlager- stähle bewirkt dabei, dass bereits mit einer Standardwärmebehandlung die ansonsten nur mit den speziellen Wärmebehandlungsverfahren erreichbare Erhöhung der Biegewechselfestigkeit der Hohlrollen eintritt oder bei Anwendung dieser speziellen Wärmebehandlungsverfahren nochmals gesteigert wird. Das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Radialwälzlagern den Vorteil auf, dass es unter weitestgehender Beibehaltung seiner ursprünglichen Leistungsmerkmale, wie Tragzahl, Bauraum und Lebensdauer, zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mit Hohlrollen ausgestattet ist, die sich durch eine gezielte Auswahl ihres Ausgangsmaterials sowie durch eine ausgereifte Wärmebehandlung derselben durch eine hohe Überrollfestigkeit und durch eine hohe Zugfestigkeit bei gleichzeitig hoher Zähigkeit und somit durch eine erhöhte Dauerfestigkeit und Gebrauchsdauer auszeichnen. Diese Vorteile treten dabei auch dann ein, wenn die Wälzkörper nicht durch einen Lagerkäfig geführt werden, sondern sich wie bei vollrolligen Lagern selbst führen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers;

Figur 2 den Querschnitt A - A durch das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager nach Figur 1 ;

Figur 3 eine graphische Darstellung der Lebensdauererhöhung des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers nach Figur 1. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus den Darstellungen der Figuren 1 und 2 geht deutlich ein zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben geeignetes Radialwälzlager 1 hervor, welches in bekannter Weise aus einem äußeren Lagerring 2 mit einer inneren Laufbahn 3 und einem koaxial zu diesem angeordneten inneren Lagerring 4 mit einer äußeren Laufbahn 5 sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 4 auf deren Laufbahnen 3, 5 abrollender Wälzkörper 6 besteht, die durch einen Lagerkäfig 7 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehal- ten werden. Ebenso ist aus den Zeichnungen klar ersichtlich, dass bei dem dargestellten Radialwälzlager 1 zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern 6 und den Lagerringen 2, 4 drei gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper 6 durch Hohlrollen 8 ersetzt sind, die einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringeren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkörper 6 aufweisen, um im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers 1 einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen 2, 4 und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs 7 und damit der übrigen Wälzkörper 6 mit kinematischer Drehzahl gewährleisten.

Damit die Hohlrollen 8 im Lagerbetrieb den stetigen Biegewechselbeanspruchungen jederzeit standhalten und sich bei gleichzeitig hoher Überrollfestigkeit durch eine erhöhte Dauerfestigkeit und Gebrauchsdauer auszeichnen, bestehen diese in erfindungsgemäßer Weise zum einen aus einem anwendungsspezifischen Wälzlagerstahl und sind zum anderen durch einen Wärmebehand- lungsprozess behandelt, durch den einerseits in die Innen- und Außenmantelflächen 9, 10 der Hohlrollen 8 deren maximale Lastspannung überlagernde, oberflächennahe Druckeigenspannungen induzierbar sind und durch den andererseits die Hohlrollen 8 mit einer Härte > 58 HRC an deren Innenmantelflächen 9 eine hohe Überrollfestigkeit sowie eine derart durchgehende Zähigkeit aufweisen, dass deren Außenmantelflächen 10 eine erhöhte Biegewechselfestigkeit > 650 Mpa aufweisen. In besonders kostengünstiger Weise bestehen die Hohlrollen 8 dabei aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl wie 100Cr6 und sind durch Bainitisieren wärmebehandelt. Bei dieser Wärmebehandlung werden die Hohlrollen zunächst durch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 830⁰C und 885°C austenitisiert und danach in einem Salzwarmbad auf eine Temperatur zwischen 220⁰C und 270⁰C abgeschreckt, bei der sie für mindestens 4 Stunden bis zur Gefügeumwandlung von Austenit nach Bainit verweilen. Abschließend werden die Hohlrollen noch an der Luft abgekühlt, so dass das entstandene Bainitgefϋ- ge sich durch ein hohe Härte zwischen 54 und 62 HRC, durch eine maximale Zugfestigkeit zwischen 1900 und 2300 MPa und eine Biegewechselfestigkeit > 700 MPa, durch eine Bruchdehnung > 5 % sowie durch relativ geringe Verzüge im Vergleich zum Standarthärten auszeichnet und in den Hohlrollen 8 zugleich eine Druckeigenspannung bis zu - 200 MPa wirkt. Durch die graphische Darstellung in Figur 3 wird dabei deutlich, das die durch eine strichpunk- tierte Kurve dargestellten erfindungsgemäßen Hohlrollen 8 durch die gezielte Auswahl ihres Ausgangsmaterials sowie durch die spezielle Wärmebehandlung mit einer gestrichelt dargestellten Grenzbelastung C/P von 3,33 dauerfest betrieben werden können, die um etwa 30 % höher ist als die ebenfalls gestrichelt dargestellte Grenzbelastung C/P von 4,3 der durch eine durchgehende Kurve dargestellten Hohlrollen mit Standardwärmebehandlung.

Bezugszahlenliste

1 Radialwalzlager

2 äußerer Lagerring 3 innere Laufbahn

4 innerer Lagerring

5 äußere Laufbahn

6 Wälzkörper

7 Lagerkäfig 8 Hohlrollen

9 Innenmantelflächen

10 Außenmantelflächen

C/P relative Belastung

Claims

Schaeffler KG Industriestr. 1 - 3, 91074 HerzogenaurachPatentansprüche

Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) mit einer inneren Laufbahn (3) und einem koaxial zu diesem angeordneten inneren Lagerring (4) mit einer äußeren Laufbahn (5) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 4) auf deren Laufbahnen (3, 5) abrollender Wälzkörper (6) besteht, die durch einen Lagerkäfig (7) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (6) und den Lagerringen (2, 4) mehrere gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper (6) durch Hohlrollen (8) ersetzt sind, die einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringe- ren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkörper (6) aufweisen, um im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers (1) einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen (2, 4) und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs (7) und damit der übrigen Wälzkörper (6) mit kinematischer Drehzahl gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) aus einem anwendungs- spezifischen Wälzlagerstahl bestehen und durch einen Wärmebehandlungs- prozess behandelt sind, durch den zum einen in die Innen- und Außenmantelflächen (9, 10) der Hohlrollen (8) deren maximale Lastspannung überlagernde, oberflächennahe Druckeigenspannungen induzierbar sind und durch den zum anderen die Hohlrollen (8) mit einer Härte > 58 HRC an deren In- nenmantelflächen (9) einerseits eine hohe Überrollfestigkeit sowie andererseits eine derart durchgehende Zähigkeit aufweisen, dass deren Außenmantelflächen (10) eine erhöhte Biegewechselfestigkeit > 650 Mpa aufweisen.

2. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) bevorzugt aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise aus 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 100CrMnMo8, bestehen und durch Bainitisieren behandelt sind.

3. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) bevorzugt aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise aus 80Cr2, 10006, 100CrMn6 oder 10OCrMnMoβ, bestehen und durch Induktionshärten behandelt sind.

4. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) bevorzugt aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl, beispielsweise aus 80Cr2, 100Cr6, 100CrMn6 oder 10OCrMnMoβ, bestehen und durch Aufkohlen in einer Ofenatmosphäre mit oder ohne Stickstoffanteil behandelt sind.

5. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) bevorzugt aus einem Einsatzstahl für Wälzlageranwendungen, beispielsweise aus 17MnCr5, 20NiCrMo7, 18CrNiMo7-6 oder 18NiCrMoI 4-6, bestehen und durch Aufkohlen in einer Ofenatmosphäre mit oder ohne Stickstoffanteil behandelt sind.

6. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) aus einem vakuumerschmolzenen oder elektroschlackeumgeschmol- zenen Wälzlagerstahl mit hoher Reinheit bestehen und durch eine Stan- dardwärmebehandlung oder durch Bainitisieren oder Induktionshärten oder Einsatzhärten oder Carbonitrieren behandelt sind.

7. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) aus einem pulvermetallurgischen oder sprühkompaktierten Wälzla- gerstahl bestehen und durch eine Standardwärmebehandlung oder durch Bainitisieren oder Induktionshärten oder Einsatzhärten oder Carbonitrieren behandelt sind.