WO2012065898A1 - Lagerring - Google Patents

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WO2012065898A1
WO2012065898A1 PCT/EP2011/069816 EP2011069816W WO2012065898A1 WO 2012065898 A1 WO2012065898 A1 WO 2012065898A1 EP 2011069816 W EP2011069816 W EP 2011069816W WO 2012065898 A1 WO2012065898 A1 WO 2012065898A1
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ring
functional
bearing
carrier
ceramic
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PCT/EP2011/069816
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Inventor
Sven Claus
Peter Schuster
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/60—Raceways; Race rings divided or split, e.g. comprising two juxtaposed rings
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    • F16C2208/80—Thermosetting resins
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    • F16C2208/80—Thermosetting resins
    • F16C2208/82—Composites, i.e. fibre reinforced thermosetting resins

Definitions

  • the invention relates to a bearing ring with a ceramic functional surface, in particular a bearing ring of a sliding bearing with a ceramic sliding surface or a bearing ring of a rolling bearing with a ceramic raceway, and a method for producing a bearing ring.
  • Fully ceramic bearing rings with a ceramic annular body are known from the prior art. Such full ceramic bearing rings are due to the brittle material properties of the ceramic only in a very massive design for applications with mechanical alternating load suitable and in particular a complex manufacturing vorvor from.
  • bearing rings which are formed entirely from a hardened, wound composite of plastic-impregnated fibers.
  • a bearing ring for a bearing with a metallic support ring and a fixed to the support ring ceramic functional ring, wherein the functional ring has a ceramic functional surface, namely a sliding surface or a raceway.
  • the carrier ring and the functional ring are connected to each other, for example by gluing, soldering or by a positive connection such as a flange or a screw connection.
  • a bearing ring which comprises a carrier ring made of a wound fiber-reinforced plastic and a functional ring fastened to the carrier ring with a ceramic functional surface designed as a sliding surface or rolling element raceway, the functional ring being in the form of a stable annular body, in particular a dimensionally stable hollow cylindrical annular body. is trained.
  • the functional surface in particular a rolling body raceway or a sliding surface, incorporated. Due to the dimensional stability of the ring body, which forms the functional ring with the functional surface, the bearing ring can be produced in a simple manner by the ring body is wrapped with the fiber-reinforced plastic, which forms the carrier ring after curing.
  • the annular body can be provided as an already finished part, so that post-processing of the ceramic functional surface can be dispensed with.
  • the annular body may be formed in particular as a hollow cylindrical annular body with at least one, outer or inner, cylindrical lateral surface.
  • the ring body has a sintered skin as a ceramic part, which can remain on the ring body, since the sinter skin at the interface to the support ring improves the adhesion of the support ring to the functional ring; In particular, a complex post-processing of the ring body can be omitted after sintering and before wrapping.
  • the invention thus also relates to a method for producing a bearing ring for a bearing, in particular for a rolling or sliding bearing, wherein the bearing ring has a designed as a sliding surface or WälzSystemterrorismtechnik ceramic functional surface, with the essential steps: providing a functional ring with the functional surface, and manufacturing a carrier ring attached to the functional ring by wrapping the functional ring with a fiber-reinforced plastic.
  • the carrier ring has a lower density than the ceramic functional ring, so that the overall obtained as a composite of the functional ring with the support ring bearing ring has a lower weight compared to a full ceramic bearing ring of the same dimensions.
  • the carrier ring takes over the mechanical support; the functional ring can be limited to the areas of the bearing ring, for which the ceramic properties, in particular a wear resistance, is required.
  • the thickness of the carrier ring compared to the thickness of the functional ring can be adjusted in the winding process.
  • the functional ring can be set and formed with regard to predetermined connection dimensions.
  • the differing material properties of the carrier ring and of the functional ring come into play, in particular, when different stiffnesses, especially differing moduli of elasticity, or ther- Mixing expansion coefficients between the bearing ring and a bearing support are to be compensated.
  • the bearing ring is designed as an outer bearing ring on whose inner peripheral surface the ceramic functional surface of the functional ring is provided, the carrier ring can be easily produced by wrapping the outer surface of the functional ring.
  • the bearing ring is provided as an inner bearing ring, on whose outer peripheral surface the ceramic functional surface of the functional ring is formed, it can be provided to wrap the inner circumferential surface with the material of the carrier ring; Alternatively, to provide a wound with the material of the support ring mandrel on which the inner circumferential surface of the functional ring is pressed and connected thereto. Finally, the mandrel can be removed.
  • the plastic of the carrier ring comprises resin-impregnated fibers, which rotate around the functional ring in sections.
  • the resin-impregnated fibers can be wound around the functional ring as elongated, substantially one-dimensional threads and surround the functional ring at least in sections along the circumference, in particular the fibers can rotate around the functional ring several times.
  • the plastic of the carrier ring comprises a resin-impregnated tissue which is wound around the functional ring.
  • the fabric can be wrapped as a flat resin-impregnated strip material around the functional ring.
  • the carrier ring is formed as a layer-by-layer pressed composite. The pressing of the layers increases the density of the material of the carrier ring and the connection of the carrier ring to the Function ring.
  • the functional ring has a roughened surface at the interface with the carrier ring, in particular that the roughness R A of the surface of the functional ring is about 1.0 to about 3.5 ⁇ m.
  • the roughened surface of the functional ring improves the connection of the carrier ring to the functional ring.
  • Sintered ceramics exhibit roughness after sintering, which are sufficient for an improved connection of the carrier ring, so that a subsequent machining of the functional ring is not required.
  • the functional ring comprises a surface structuring, in particular at least one peripheral groove or rib, at an interface with the carrier ring.
  • the groove or the rib thereby improves the attachment of the carrier ring to the functional ring, in that a positive connection is formed between the carrier ring and the functional ring.
  • the carrier ring engages over at least one end face of the functional ring.
  • the overlapped end face serves for substantially form-fitting fixing of the functional ring in the support ring.
  • a lateral surface of the functional ring in particular the functional surface of the functional ring, terminates in sections flush with a section of the lateral surface of the carrier ring.
  • the carrier ring overlaps at least one end face of the functional ring, it is preferably provided that a guide board integral with the carrier ring is formed, wherein the carrier ring projects beyond the adjacent functional surface and the projection forms a guide surface of the guide board.
  • FIG. 1 shows a detail of a partially sectioned view of a first embodiment and a second embodiment of a bearing ring according to the invention, both of which were produced according to an exemplary implementation of the method according to the invention
  • Fig. 2 shows a detail of a partially sectioned view of a third and a fourth embodiment of a bearing ring according to the invention
  • Fig. 3 shows a detail of a partially sectioned view of a fifth and a sixth embodiment of a bearing ring according to the invention.
  • Fig. 1 shows a first bearing ring 1, which is designed as an outer ring of a bearing designed as a bearing.
  • the first bearing ring 1 comprises a carrier ring 2 made of a wound fiber-reinforced plastic, and a functional ring 3 fastened to the carrier ring 2 along a common contact surface with a ceramic body run 4 designed as a ceramic body track 4. see functional area.
  • Thejansnng 3 is formed as dimensionally stable, in particular hollow cylindrical ring body, in which the rolling body track 4 is introduced.
  • the carrier ring 2 is formed by a wound, fiber-reinforced plastic with glass fibers, which is wound around an outer circumferential surface 5 of the functional ring 3.
  • the material of the carrier ring 2 in this case comprises filament-type fibers impregnated with a phenolic resin or an epoxy resin, wherein the fibers are wound around the outer peripheral surface 5 at least in sections, in particular the outer lateral surface 5 around the functional ring 3. After curing of the resin results in a solid, dimensionally stable support ring 2, which is fixedly attached to the outer lateral surface 5 of the functional ring 3.
  • the material of the carrier ring 2 may contain further substances, for example additives such as ceramic particles or fillers such as an elastomer, in particular a rubber, which influence the mechanical or electrical properties of the carrier ring 2.
  • the functional ring 3 has a all-ceramic body made of a silicon nitride-based ceramic.
  • the all-ceramic body of the annular body of the functional ring has in this case a smooth, post-processed by grinding outer surface 5 on which the material of the carrier ring 2 adheres firmly in particular by the adhesive effect of the resin or by a shrinkage process in the curing of the resin.
  • a post-treatment of the sintered functional ring 3, in which in particular the sintered skin is removed in the region of the outer lateral surface 5, is not absolutely necessary and can be omitted.
  • the bearing ring 1 In the production of the bearing ring 1, it is provided to provide the function ring 3 in a first step as dimensionally stable hollow cylindrical and all-ceramic ring body with the WälzSystemterrorismbahn 4, and in a second step, the support ring 2 by wrapping the outer man telcharacterization 5 of the functional ring 3 with a fiber-reinforced plastic, in particular the glass fiber reinforced resin to produce, so that after hardening of the resin, a solid composite of the functional ring 3 and the support ring 2 forms.
  • a fiber-reinforced plastic in particular the glass fiber reinforced resin
  • Fig. 1 shows a second embodiment of a second bearing ring 6, which is formed as an inner ring of the rolling bearing.
  • the second bearing ring 6 comprises a carrier ring 7 made of a fiber-reinforced plastic, namely the same material as the carrier ring 2 of the first bearing ring 1, and a functional ring 8 made of the same material as the functional ring 3 of the first bearing ring 1.
  • the functional ring 8 of the second bearing ring 6 has a functional surface 9, which is also designed as WälzSystemterrorismbahn.
  • the functional ring 8 of the second bearing ring 6 is also formed as a dimensionally stable hollow cylindrical ring body.
  • the attachment of the carrier ring 7 to the functional ring 8 can in principle also be carried out by a winding process, in which the material of the carrier ring 7 is executed on an inner circumferential surface 10 by wrapping the inner lateral surface 10 with a resin-impregnated plastic.
  • the first cylindrical mandrel is wrapped with the material of the carrier ring 7 and then pressed onto the not yet cured carrier ring 7 of the functional ring 8 so that along the inner circumferential surface 10th the functional ring 8 creates a common contact surface with the carrier ring 7.
  • the mandrel is removed.
  • the mandrel may be expandable and subjected to a fixed pretensioning in order to counteract shrinkage of the fiber-reinforced plastic during curing and to subject the hardening material to a uniform pressure. crack open.
  • the expandable mandrel supports the strength of the connection of the carrier ring 2 with the functional ring 3.
  • the two bearing rings 1, 6 shown in FIG. 1 each have a dimensionally stable, all-ceramic annular body with a cylindrical lateral surface 5, 10.
  • the wall thickness of the two annular bodies of the two functional rings 3, 8 is in each case about 0.5 cm, so that the annular bodies are designed as self-retaining, tubular parts which, in the case of the mechanical stresses of the winding with the fiber-reinforced plastic or the pressing on the wrapped mandrel will not be damaged and in particular retained their predetermined dimensions.
  • the ring body of both functional rings 3, 8 in this case have a wall thickness which corresponds to the thickness of the respective carrier ring 2, 7 substantially and can significantly exceed if necessary. The thickness of the carrier rings 2, 7 can be adjusted during the manufacturing process.
  • Fig. 2 shows a third embodiment, a first bearing ring 1, which is formed as an outer ring of the rolling bearing.
  • the functional ring 3 of the first bearing ring 1 has an outer circumferential surface 5 with a roughened at the interface to the support ring 2 surface 1 1, wherein the roughness R A of the surface of the functional ring 3 is about 1, 0 to about 3.5 pm , and wherein the average roughness is about 2.0 pm.
  • Such a roughness results after sintering of the body of the functional ring 3 without further action, so that a post-processing of the outer lateral surface 5 of the functional ring 3 can be omitted since the sintered functional ring 3 already has the required roughness.
  • Fig. 1 shows a third embodiment, a first bearing ring 1, which is formed as an outer ring of the rolling bearing.
  • the functional ring 3 of the first bearing ring 1 has an outer circumferential surface 5 with a roughened at the interface to the support ring 2 surface 1 1, wherein the roughness R A
  • FIG. 2 shows a fourth embodiment, a second bearing ring 6, which is formed as an inner ring of the rolling bearing.
  • the functional ring 8 of the second bearing ring 6 has a macroscopic surface structuring on the inner lateral surface 10 at the interface with the carrier ring 7, namely two circumferential ribs 12, 13 which delimit a circumferential groove 14.
  • the ribs 12, 13 are formed as free cuts in the body of the ring body.
  • the groove 14 is formed at the level of the rolling body raceway 9 and causes a weakening of the material in the region of the functional ring 3 adjacent to the rolling body raceway 9, which are absorbed by the elastic properties of the fiber-reinforced plastic of the adjacent carrier ring 7.
  • ribs 12, 13 material broadening in the height of the WälzSystemonnebahn 9 on the inner circumferential surface 10 in order to better absorb forces during operation of the bearing can.
  • the ribs 12, 13 and the groove 14 allow an improved connection of the material of the carrier ring 7 to the functional ring 8, which forms a form-fitting connection in sections.
  • Fig. 3 shows a fifth embodiment as a first bearing ring 1, which is formed as an outer ring of the rolling bearing, wherein the first bearing ring 1 a support ring 2 made of a fiber-reinforced plastic and a functional ring 3 with a roughened surface 1 1 on the outer lateral surface 5, the Interface with the support ring 2 forms, has.
  • the hollow cylindrical annular body of the functional ring 3 has two end faces 15, 16, which engages over the support ring 2 and to which the support ring 2 is attached. The functional ring 3 is thus received in the support ring 2 and secured in the axial direction.
  • a portion of an inner circumferential surface 17 of the first bearing ring 1 is formed by the support ring 2; this section is flush with an inner circumferential surface 18 of the functional ring 2, wherein within the inner circumferential surface 18, substantially centrally between the both end faces 15, 16, which is designed as WälzSystemterrorism functional surface 4 is formed.
  • the overlapping of the end faces 15, 16 by the material of the carrier ring 2 can be easily achieved in the wrapping of the annular body of the functional ring 3 by the fiber-reinforced plastic on both sides of the outer lateral surface 5, adjacent to the two end faces 15, 16, is filed.
  • Fig. 3 shows a sixth embodiment as a sixth bearing ring 6, which is formed as an inner ring of the rolling bearing, wherein the second bearing ring 6 comprises a functional ring 8 and a support ring 7.
  • the functional ring 8 has two ribs 12, 13 and a groove 14.
  • the carrier ring 7 engages over both end faces 19, 20 of the functional ring 8.
  • the support ring 2, 7, the functional ring 3, 8 in the region of the end faces 15, 16, 19, 20 not only overlaps, but over the functional ring 3, 8 in the radial direction, ie in the direction of the axis of rotation of the bearing ring 1, 2, projects so that a guide board is formed on which, for example, a cage of the rolling bearing can be guided.
  • the formed guide board is formed in one piece with the carrier ring in this case.
  • the plastic reinforcing fibers comprise glass fibers. It is understood that the fibers can also be formed from another material such as graphite, aramid, PTFE or carbon or from a metal. It is further understood that in addition to the reinforcing fibers, the plastic may also contain additives such as MoS 2 , WS 2 , graphite or PTFE as a lubricant.
  • the invention has been described above with reference to embodiments in which the bearing ring 1, 6 each part of a rolling bearing, so that the functional surface 4, 9 was designed as Wälz Eisenbahn and included only a portion of a lateral surface of the functional ring.
  • the bearing ring can also be part of a plain bearing;
  • the functional surface 4, 9 is formed as a sliding surface and comprises, for example, the entire inner circumferential surface 18 of the functional ring 3 of the fifth embodiment or the entire outer circumferential surface 21 of the functional ring 8 of the sixth embodiment.
  • the body of the annular body of the functional ring 3, 8 was formed in each case from a silicon nitride-based ceramic. It is understood that other ceramic materials, such as silicon carbide may be provided, for example, oxide ceramics such as in particular zirconium oxide (Zr0 2 ), or a mixture of different ceramics.
  • silicon carbide may be provided, for example, oxide ceramics such as in particular zirconium oxide (Zr0 2 ), or a mixture of different ceramics.
  • the material of the carrier ring 2, 7 each comprised a cured composite of resin-impregnated fibers which were wound around the functional ring 3, 8. It is understood that the fiber-reinforced plastic of the carrier ring 2, 7 may also be formed by a resin-impregnated fabric which is flat, in particular multi-layered, wrapped around the functional ring, alternatively or additionally to the carrier ring 2, 7 formed as a laminated composite can be.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerring für ein Lager, insbesondere für ein Wälz- oder Gleitlager, umfassend einen Trägerring (2; 7) aus einem gewickelten faserverstärkten Kunststoff, einen an dem Trägerring (2; 7) befestigten Funktionsring (3; 8) mit einer als Gleitfläche oder Wälzkörperlaufbahn ausgebildeten keramischen Funktionsfläche (4; 9), wobei der Funktionsring (3; 8) als formstabiler Ringkörper, insbesondere als formstabiler hohlzylindrischer Ringkörper, ausgebildet ist. Der Lagerring löst erfindungsgemäß die Aufgabe, einen einfach herstellbaren Lagerring mit einer keramischen Funktionsfläche anzugeben. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerrings für ein Lager, insbesondere für ein Wälz- oder Gleitlager, wobei der Lagerring eine als Gleitfläche oder Wälzkörperlaufbahn ausgebildete keramische Funktionsfläche aufweist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Lagerring Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Lagerring mit einer keramischen Funktionsfläche, insbesondere einen Lagerring eines Gleitlagers mit einer keramischen Gleitfläche oder einen Lagerring eines Wälzlager mit einer keramischen Laufbahn, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings. Aus dem Stand der Technik sind vollkeramische Lagerringe mit einem keramischen ringförmigen Korpus bekannt. Derartige vollkeramische Lagerringe sind aufgrund der spröden Materialeigenschaften der Keramik nur in einer sehr massiven Auslegung für Anwendungen mit mechanischer Wechselbelastung geeignet und setzen insbesondere eine aufwendige Fertigung vor- aus.
Aus dem Stand der Technik sind ferner Lagerringe bekannt, die vollständig aus einem erhärteten, gewickelten Verbund aus kunststoffgetränkten Fasern ausgebildet sind.
DE 10 2009 038 418.9, angemeldet am 21 . August 2009, beschreibt einen Lagerring für ein Wälz- oder ein Gleitlager, der aus zwei aneinander befestigten Teilen ausgebildet ist, nämlich einem Trägerring aus einem gewickelten faserverstärkten Kunststoff, an dessen Mantelfläche eine Funktionsflä- che, nämlich eine Laufbahn eines Wälzlagers oder eine Gleitfläche eines Gleitlagers, ausgebildet ist, wobei die Funktionsfläche durch eine keramische Beschichtung ausgebildet ist. Die Beschichtung ist in einem naßchemi- sehen Abscheideverfahren oder einem plasma-unterstützten oder einem Spritzverfahren als dünne Schicht mit einer Dicke von ca. 10 pm bis ca. 10 Millimetern Dicke, insbesondere von ca. 200 pm Dicke, aufgetragen. DE 10 2010 006 423.8, angemeldet am 01 . Februar 2010, beschreibt einen Lagerring für ein Lager, mit einem metallischen Trägerring und einem an dem Trägerring befestigten keramischen Funktionsring, wobei der Funktionsring eine keramische Funktionsfläche, nämlich eine Gleitfläche oder eine Laufbahn, aufweist. Der Trägerring und der Funktionsring sind beispielswei- se durch Kleben, Löten oder durch eine formschlüssige Verbindung wie eine Bördelung oder eine Schraubverbindung miteinander verbunden.
Aufgabe der Erfindung Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen einfach herstellbaren Lagerring mit einer keramischen Funktionsfläche anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Lagerring gelöst, der einen Trägerring aus einem gewickelten faserverstärkten Kunststoff sowie einen an dem Trägerring befestigten Funktionsring mit einer als Gleitfläche oder Wälzkörperlaufbahn ausgebildeten keramischen Funktionsfläche um- fasst, wobei der Funktionsring als formstabiler Ringkörper, insbesondere als formstabiler hohlzylindrischer Ringkörper, ausgebildet ist. In den Ringkörper ist dabei die Funktionsfläche, insbesondere eine Wälzkörperlaufbahn oder eine Gleitfläche, eingearbeitet. Aufgrund der Formstabilität des Ringkörpers, den der Funktionsring mit der Funktionsfläche ausbildet, lässt sich der La- gerring auf einfache Weise herstellen, indem der Ringkörper mit dem faserverstärkten Kunststoff umwickelt wird, das nach dem Aushärten den Trägerring ausbildet. Nach dem Umwickeln ist für den keramischen Funktionsring keine weitere Bearbeitung mehr erforderlich. Der Ringkörper lässt sich als bereits fertig bearbeitetes Teil bereitstellen, so dass eine Nachbearbeitung der keramischen Funktionsfläche entfallen kann. Der Ringkörper kann insbesondere als hohlzylindrischer Ringkörper mit mindestens einer, äußeren oder inneren, zylindrischen Mantelfläche ausgebildet sein. Der Ringkörper weist als keramisches Teil eine Sinterhaut auf, die an dem Ringkörper verbleiben kann, da die Sinterhaut an der Grenzfläche zu dem Tragring die Haftung des Tragrings an dem Funktionsring verbessert; insbesondere kann eine aufwendige Nachbearbeitung des Ringkörpers nach dem Sintern und vor dem Umwickeln entfallen.
Die Erfindung betrifft damit ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerrings für ein Lager, insbesondere für ein Wälz- oder Gleitlager, wobei der Lagerring eine als Gleitfläche oder Wälzkörperlaufbahn ausgebildete keramische Funktionsfläche aufweist, mit den wesentlichen Schritten: Bereitstellen eines Funktionsrings mit der Funktionsfläche, und Herstellen eines an dem Funktionsring befestigten Trägerrings durch Umwickeln des Funktionsrings mit einem faserverstärkten Kunststoff. Der Trägerring weist eine geringere Dichte als der keramische Funktionsring auf, so dass der insgesamt als Verbund des Funktionsrings mit dem Trägering erhaltene Lagerring ein geringeres Gewicht im Vergleich zu einem vollkeramischen Lagerring gleicher Abmessungen aufweist. Der Trägerring übernimmt die mechanische Abstützung; der Funktionsring kann sich auf die Bereiche des Lagerrings beschränken, für die die keramischen Eigenschaften, insbesondere eine Verschleißbeständigkeit, gefordert ist. Die Dicke des Trägerrings im Vergleich zu der Dicke des Funktionsrings lässt sich bei dem Wickelprozess einstellen. Insbesondere lässt sich der Funktionsring im Hinblick auf vorgegebene Anschlussmaße einstellen und ausbilden. Die abwei- chenden Materialeigenschaften des Trägerrings sowie des Funktionsrings kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn in einer Anwendung verschiedene Steifigkeiten, speziell abweichende Elastizitätsmodule, oder ther- mische Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Lagerring und einer Lageraufnahme auszugleichen sind.
Ist der Lagerring als äußerer Lagerring ausgebildet, an dessen innerer Man- telfläche die keramische Funktionsfläche des Funktionsrings vorgesehen ist, lässt sich der Trägerring durch Umwickeln der äußeren Mantelfläche des Funktionsrings einfach herstellen.
Ist der Lagerring als innerer Lagerring vorgesehen, an dessen äußerer Man- telfläche die keramische Funktionsfläche des Funktionsrings ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, die innere Mantelfläche mit dem Material des Trägerrings durch Wickeln zu versehen; alternativ hierzu, einen mit dem Material des Trägerrings umwickelten Dorn bereitzustellen, auf den die innere Mantelfläche des Funktionsrings gepresst und damit verbunden wird. Abschlie- ßend kann der Dorn entfernt werden.
Vorzugsweise ist hinsichtlich des Lagerrings vorgesehen, dass der Kunststoff des Trägerrings harzgetränkte Fasern umfasst, die den Funktionsring abschnittsweise umlaufen. Die harzgetränkten Fasern lassen sich als lang- gestreckte, im wesentlichen eindimensionale Fäden um den Funktionsring wickeln und umgeben den Funktionsring mindestens abschnittsweise entlang des Umfangs, insbesondere können die Fasern den Funktionsring mehrfach umlaufen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kunststoff des Trägerrings ein harzgetränktes Gewebe umfasst, das um den Funktionsring gewickelt ist. Das Gewebe lässt sich dabei als flächiges harzgetränktes Bandmaterial um den Funktionsring wickeln. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Trägerring als lagenweise gepress- ter Verbund ausgebildet ist. Die Pressung der Lagen erhöht dabei die Dichte des Materials des Trägerrings sowie die Anbindung des Trägerrings an den Funktionsring.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Funktionsring eine aufgerauhte Oberfläche an der Grenzfläche zu dem Trägerring aufweist, insbesondere, dass die Rauhigkeit RA der Oberfläche des Funktionsrings ca. 1 ,0 bis ca. 3,5 pm beträgt. Die aufgerauhte Oberfläche des Funktionsrings verbessert die Anbindung des Trägerrings an den Funktionsring. Gesinterte Keramiken weisen dabei nach dem Sintern Rauhigkeiten auf, die für eine verbesserte Anbindung des Trägerrings ausreichend sind, so dass eine Nachbearbei- tung des Funktionsrings nicht erforderlich ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Funktionsring an einer Grenzfläche zu dem Trägerring eine Oberflächenstrukturierung, insbesondere mindestens eine umlaufende Nut oder Rippe, umfasst. Die Nut bzw. die Rippe ver- bessert dabei die Befestigung des Trägerrings an dem Funktionsring, indem ein Formschluss zwischen dem Trägerring und dem Funktionsring ausgebildet wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Trägerring mindestens eine Stirnflä- che des Funktionsrings übergreift. Die übergriffene Stirnfläche dient dabei zur im wesentlichen formschlüssigen Festlegung des Funktionsrings in dem Trägerring. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im Bereich der über- griffenen Stirnfläche eine Mantelfläche des Funktionsrings, insbesondere die Funktionsfläche des Funktionsrings abschnittsweise bündig mit einem Ab- schnitt der Mantelfläche des Trägerrings abschließt.
Wenn der Trägerring mindestens eine Stirnfläche des Funktionsrings übergrifft, ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein mit dem Trägerring einteiliger Führungsbord ausgebildet wird, wobei der Trägerring über die angrenzende Funktionsfläche übersteht und der Überstand eine Führungsfläche des Führungsbords bildet. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise eine teilweise geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels sowie eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagerrings, die beide gemäß einer beispielhaften Durchführung des erfindungsge- mäßen Verfahrens hergestellt wurden,
Fig. 2 zeigt ausschnittsweise eine teilweise geschnittene Ansicht eines dritten und eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagerrings, und
Fig. 3 zeigt ausschnittsweise eine teilweise geschnittene Ansicht eines fünften und eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagerrings.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt einen ersten Lagerring 1 , der als Außenring eines als Wälzlager ausgebildeten Lagers ausgestaltet ist. Der erste Lagerring 1 umfasst einen Trägerring 2 aus einem gewickelten faserverstärkten Kunststoff, und einen an dem Trägerring 2 entlang einer gemeinsamen Kontaktfläche befestigten Funktionsring 3 mit einer als Wälzkörperlaufbahn 4 ausgebildeten kerami- sehen Funktionsfläche. Der Funktionsnng 3 ist als formstabiler, insbesondere hohlzylindrischer Ringkörper ausgebildet, in den die Wälzkörperlaufbahn 4 eingebracht ist. Der Trägerring 2 wird durch einen gewickelten, mit Glasfasern faserverstärkten Kunststoff gebildet, der um eine äußere Mantelfläche 5 des Funktionsrings 3 gewickelt ist. Das Material des Trägerrings 2 umfasst dabei mit einem Phenol- oder einem Epoxidharz getränkte fadenförmige Fasern aus einem Kunststoff, wobei die Fasern die äußere Mantelfläche 5 mindestens abschnittsweise, insbesondere die äußere Mantelfläche 5 mehrfach umlaufend um den Funktionsring 3 gewickelt sind. Nach einem Aushärten des Harzes ergibt sich ein fester, formstabiler Trägerring 2, der an der äußeren Mantelfläche 5 des Funktionsrings 3 fest angebracht ist. Das Material des Trägerrings 2 kann weitere Stoffe enthalten, beispielsweise Zusätze wie Keramikteilchen oder Füllstoffe wie einem Elastomer, insbesondere einem Kautschuk, enthalten, die die mechanischen oder elektrischen Eigenschaften des Trägerrings 2 beeinflussen.
Der Funktionsring 3 weist ein vollkeramisches Korpus aus einer Siliziumnit- rid-basierten Keramik auf. Das vollkeramische Korpus des Ringkörpers des Funktionsrings weist in diesem Fall eine glatte, durch Schleifen nachbearbeitete äußere Mantelfläche 5 auf, auf der das Material des Trägerrings 2 insbesondere durch die Klebwirkung des Harzes bzw. durch einen Schrumpfprozess bei dem Aushärten des Harzes fest haftet. Eine derartige Nachbehandlung des gesinterten Funktionsrings 3, bei der insbesondere die Sinterhaut im Bereich der äußeren Mantelfläche 5 entfernt wird, ist jedoch nicht zwingend erforderlich und kann unterbleiben.
Bei der Herstellung des Lagerrings 1 ist dabei vorgesehen, in einem ersten Schritt den Funktionsring 3 als formstabilen hohlzylindrischen und vollkeramischen Ringkörper mit der Wälzkörperlaufbahn 4 bereitzustellen, und in einem zweiten Schritt den Trägerring 2 durch Umwickeln der äußeren Man- telfläche 5 des Funktionsrings 3 mit einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere dem mit Glasfasern verstärkten Harz, herzustellen, so dass nach dem Erhärten des Harzes sich ein fester Verbund aus dem Funktionsring 3 und dem Trägerring 2 bildet.
Fig. 1 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel einen zweiten Lagerring 6, der als Innenring des Wälzlagers ausgebildet ist. Der zweite Lagerring 6 umfasst einen Trägerring 7 aus einem faserverstärkten Kunststoff, nämlich dem gleichen Material wie der Trägerring 2 des ersten Lagerrings 1 , und einen Funk- tionsring 8 aus dem gleichen Material wie der Funktionsring 3 des ersten Lagerrings 1 . Der Funktionsring 8 des zweiten Lagerrings 6 weist eine Funktionsfläche 9 auf, die ebenfalls als Wälzkörperlaufbahn ausgebildet ist. Der Funktionsring 8 des zweiten Lagerrings 6 ist ebenfalls als formstabiler hohlzylindrischer Ringkörper ausgebildet.
Die Befestigung des Trägerrings 7 an dem Funktionsring 8 kann grundsätzlich ebenfalls durch einen Wickelprozess ausgeführt werden, bei dem das Material des Trägerrings 7 an eine innere Mantelfläche 10 durch innenseitiges Einwickeln der inneren Mantelfläche 10 mit einem harzgetränkten Kunststoff ausgeführt wird.
Für eine einfachere Herstellung des zweiten Lagerrings 6 ist jedoch vorgesehen, dass der zuerst ein zylindrischer Dorn mit dem Material des Trägerrings 7 umwickelt wird und danach auf den noch nicht ausgehärteten Träger- ring 7 der Funktionsring 8 so aufgepresst wird, dass entlang der inneren Mantelfläche 10 des Funktionsrings 8 eine gemeinsame Kontaktfläche zu dem Trägerring 7 entsteht. Nach dem Aushärten des Materials des Trägerrings 7 wird der Dorn entfernt. Der Dorn kann insbesondere aufweitbar sein und mit einer festen Vorspannung beaufschlagt werden, um einem Schrump- fen des faserverstärkten Kunststoffes während des Aushärtens entgegenzuwirken und das erhärtende Material mit einem gleichmäßigen Druck zu be- aufschlagen. Der aufweitbare Dorn unterstützt dabei die Festigkeit der Verbindung des Trägerrings 2 mit dem Funktionsring 3.
Die beiden in Fig. 1 dargestellten Lagerringe 1 , 6 weisen jeweils einen form- stabilen, vollkeramischen Ringkörper mit einer zylindrischen Mantelfläche 5, 10 auf. Die Wanddicke der beiden Ringkörper der beiden Funktionsringe 3, 8 beträgt jeweils ca. 0,5 cm, so dass die Ringkörper als selbsthaltende, rohr- förmige Teile ausgebildet sind, die bei den mechanischen Belastungen des Umwickeins mit dem faserverstärkten Kunststoff bzw. des Aufpressens auf den umwickelten Dorn nicht beschädigt werden und insbesondere ihre vorgegebenen Maße beibehalten. Die Ringkörper beider Funktionsringe 3, 8 weisen dabei eine Wanddicke auf, die der Dicke des jeweiligen Trägerrings 2, 7 im wesentlichen entspricht und bei Bedarf deutlich übersteigen kann. Die Dicke der Trägerringe 2, 7 lässt sich während der Herstellprozesses einstellen.
Bei der folgenden Beschreibung des dritten bis sechsten Ausführungsbeispiels bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder in ihrer technischen Funktion vergleichbare Merkmale; es sollen insbesondere die Unterschiede zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen herausgestellt werden.
Fig. 2 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel einen ersten Lagerring 1 , der als Außenring des Wälzlagers ausgebildet ist. Der Funktionsring 3 des ersten Lagerrings 1 weist eine äußere Mantelfläche 5 mit einer an der Grenzfläche zu dem Trägerring 2 aufgerauhten Oberfläche 1 1 auf, wobei die Rauhigkeit RA der Oberfläche des Funktionsrings 3 ca. 1 ,0 bis ca. 3,5 pm beträgt, und wobei die gemittelte Rauhigkeit ca. 2,0 pm beträgt. Eine derartige Rauhigkeit ergibt sich nach dem Sintern des Korpus des Funktionsrings 3 ohne weiteres Zutun, so dass eine Nachbearbeitung der äußeren Mantelfläche 5 des Funk- tionsrings 3 entfallen kann, da der gesinterte Funktionsring 3 bereits die erforderliche Rauhigkeit aufweist. Fig. 2 zeigt als viertes Ausführungsbeispiel einen zweiten Lagerring 6, der als Innenring des Wälzlagers ausgebildet ist. Der Funktionsring 8 des zweiten Lagerrings 6 weist an der inneren Mantelfläche 10 an der Grenzfläche zu dem Trägerring 7 eine makroskopische Oberflächenstrukturierung auf, näm- lieh zwei umlaufende Rippen 12, 13, die eine umlaufende Nut 14 begrenzen. Die Rippen 12, 13 sind dabei als Freischnitte in dem Korpus des Ringkörpers ausgebildet. Die Nut 14 ist in Höhe der Wälzkörperlaufbahn 9 ausgebildet und bewirkt eine Materialschwächung im dem an die Wälzkörperlaufbahn 9 angrenzenden Bereich des Funktionsrings 3, die durch die elasti- sehen Eigenschaften des faserverstärkten Kunststoffs des angrenzenden Trägerrings 7 aufgefangen werden.
Es kann abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen sein, die durch die Rippen 12, 13 bewirkte Materialverbreiterung im Bereich der Höhe der Wälzkörperlaufbahn 9 an der inneren Mantelfläche 10 vorzusehen, um Kräfte im Betrieb des Lagers besser auffangen zu können. Die Rippen 12, 13 sowie die Nut 14 ermöglichen eine verbesserte Anbin- dung des Materials des Trägerrings 7 an den Funktionsring 8, der abschnittsweise eine formschlüssige Verbindung ausbildet.
Fig. 3 zeigt als fünftes Ausführungsbeispiel einen ersten Lagerring 1 , der als Außenring des Wälzlagers ausgebildet ist, wobei der erste Lagerring 1 einen Trägerring 2 aus einem faserverstärkten Kunststoff sowie einen Funktionsring 3 mit einer aufgerauten Oberfläche 1 1 an der äußeren Mantelfläche 5, die die Grenzfläche zu dem Trägerring 2 bildet, aufweist. Der hohlzylindrische Ringkörper des Funktionsrings 3 weist zwei Stirnflächen 15, 16 auf, die der Trägerring 2 übergreift und an denen der Trägerring 2 befestigt ist. Der Funktionsring 3 ist damit in dem Trägerring 2 aufgenommen und in axialer Richtung gesichert. Ein Abschnitt einer inneren Mantelfläche 17 des ersten Lagerrings 1 wird durch den Trägerring 2 gebildet; dieser Abschnitt schließt bündig mit einer inneren Mantelfläche 18 des Funktionsrings 2 ab, wobei innerhalb der inneren Mantelfläche 18, im wesentlichen mittig zwischen den beiden Stirnflächen 15, 16, die als Wälzkörperlaufbahn ausgebildete Funktionsfläche 4 ausgebildet ist. Das Übergreifen der Stirnflächen 15, 16 durch das Material des Trägerrings 2 lässt sich bei dem Umwickeln des Ringkörpers des Funktionsrings 3 leicht erreichen, indem der faserverstärkte Kunst- stoff auch zu beiden Seiten der äußeren Mantelfläche 5, angrenzend an die beiden Stirnflächen 15, 16, abgelegt wird.
Fig. 3 zeigt als sechstes Ausführungsbeispiel einen zweiten Lagerring 6, der als Innenring des Wälzlagers ausgebildet ist, wobei der zweite Lagerring 6 einen Funktionsring 8 sowie einen Trägerring 7 umfasst. Der Funktionsring 8 weist zwei Rippen 12, 13 sowie eine Nut 14 auf. Der Trägerring 7 übergreift beide Stirnflächen 19, 20 des Funktionsrings 8.
Bei dem vorstehend beschriebenen fünften und sechsten Ausführungsbei- spiel war jeweils vorgesehen, dass der die Stirnflächen 15, 16 bzw. 19, 20 des Funktionsrings 3, 8 übergreifende Trägerring 2, 7 an einer Mantelfläche, beispielsweise der inneren Mantelfläche 18 des fünften Ausführungsbeispiels, bündig mit dem Funktionsring 3, 8 abschließt. Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Trägerring 2, 7 den Funktionsring 3, 8 im Bereich der Stirnflächen 15, 16, 19, 20 nicht nur übergreift, sondern über den Funktionsring 3, 8 in radialer Richtung, also in Richtung der Drehachse des Lagerrings 1 , 2, übersteht, so dass sich ein Führungsbord ausbildet, an dem beispielsweise ein Käfig des Wälzlagers geführt werden kann. Der gebildete Führungsbord ist in diesem Fall mit dem Trägerring einteilig ausgebildet.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, dem denen die den Kunststoff verstärkenden Fasern Glasfasern umfassten. Es versteht sich, dass die Fasern auch aus einem anderen Material wie beispielsweise Graphit, Aramid, PTFE oder Kohle bzw. aus einem Metall ausgebildet sein können. Es versteht sich weiter, dass der Kunststoff zusätzlich zu den verstärkenden Fasern auch Additive wie MoS2, WS2, Graphit oder PTFE als Schmiermittel enthalten kann. Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, bei denen der Lagerring 1 , 6 jeweils Teil eines Wälzlagers war, so dass die Funktionsfläche 4, 9 als Wälzkörperlaufbahn ausgebildet war und nur einen Abschnitt einer Mantelfläche des Funktionsrings umfasste. Es versteht sich, dass der Lagerring auch Teil eines Gleitlagers sein kann; in diesem Fall ist die Funktionsfläche 4, 9 als Gleitfläche ausgebildet und um- fasst beispielsweise die gesamte innere Mantelfläche 18 des Funktionsrings 3 des fünften Ausführungsbeispiels oder die gesamten äußere Mantelfläche 21 des Funktionsrings 8 des sechsten Ausführungsbeispiels.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war das Korpus des Ringkörpers des Funktionsrings 3, 8 jeweils aus einer Siliziumnitrid- basierten Keramik ausgebildet. Es versteht sich, dass andere keramische Materialien, wie beispielsweise Siliziumkarbid, vorgesehen sein können, beispielsweise oxidische Keramiken wie insbesondere Zirkonoxid (Zr02), oder eine Mischung verschiedener Keramiken.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasste das Material des Trägerrings 2, 7 jeweils einen ausgehärteten Verbund aus harzgetränkten Fasern, die um den Funktionsring 3, 8 gewickelt waren. Es versteht sich, dass der faserverstärkte Kunststoff des Trägerrings 2, 7 auch durch ein harzgetränktes Gewebe ausgebildet sein kann, das flächig, insbesondere mehrlagig, um den Funktionsring gewickelt ist, wobei alternativ oder ergänzend hierzu der Trägerring 2, 7 auch als lagenweise gepresster Verbund ausgebildet sein kann. Bezugszeichenliste erster Lagerring
2 Trägerring
3 Funktionsring
4 Funktionsfläche
5 äußere Mantelfläche des Funktionsrings 3
6 zweiter Lagerring
7 Trägerring des zweiten Lagerrings 6
8 Funktionsring des zweiten Lagerrings 6
9 Funktionsfläche des Funktionsrings 8
10 innere Mantelfläche des Funktionsrings 8
I I aufgerauhte Oberfläche
12 Rippe
13 Rippe
14 Nut
15 Stirnfläche
16 Stirnfläche
17 innere Mantelfläche des ersten Lagerrings 1
18 innere Mantelfläche des Trägerrings 2
19 Stirnfläche
20 Stirnfläche
21 äußere Mantelfläche

Claims

Patentansprüche
1 . Lagerring für ein Lager, insbesondere für ein Wälz- oder Gleitlager, umfassend
einen Trägerring (2; 7) aus einem gewickelten faserverstärkten
Kunststoff,
einen an dem Trägerring (2; 7) befestigten Funktionsring (3; 8) mit einer als Gleitfläche oder Wälzkörperlaufbahn ausgebildeten keramischen Funktionsfläche (4; 9),
wobei der Funktionsring (3; 8) als formstabiler Ringkörper, insbesondere als formstabiler hohlzylindrischer Ringkörper, ausgebildet ist.
2. Lagerring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Trägerrings (2; 7) harzgetränkte Fasern umfasst, die den Funk- tionsring (3; 8) mindestens abschnittsweise umlaufen.
3. Lagerring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff des Trägerrings ein harzgetränktes Gewebe umfasst, das um den Funktionsring gewickelt ist.
4. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring als lagenweise gepresster Verbund ausgebildet ist.
5. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsring (3) eine aufgerauhte Oberfläche (1 1 ) an der
Grenzfläche zu dem Trägerring (2) aufweist, insbesondere, dass die Rauhigkeit RA der Oberfläche des Funktionsrings ca. 1 ,0 bis ca. 3,5 pm beträgt.
6. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsring (3) an einer Grenzfläche zu dem Trägerring (2) eine Oberflächenstrukturierung, insbesondere mindestens eine umlaufende Nut (14) oder Rippe (12, 13), umfasst.
Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (2; 7) mindestens eine Stirnfläche (15, 16; 19, 20) des Funktionsrings (3; 8) übergreift.
Lagerring nach Anspruch 7, weiter umfassend einen mit dem Trägerring einteiligen Führungsbord.
Verfahren zum Herstellen eines Lagerrings für ein Lager, insbesondere für ein Wälz- oder Gleitlager, wobei der Lagerring eine als Gleitfläche oder Wälzkörperlaufbahn ausgebildete keramische Funktionsfläche aufweist, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Funktionsrings (3) mit der Funktionsfläche (4), und
Herstellen eines an dem Funktionsring (3) befestigten Trägerrings (2) durch Umwickeln des Funktionsrings (3) mit einem faserverstärkten Kunststoff.
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