WO2016015728A1 - Lagerring und verfahren zur herstellung eines lagerrings - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a bearing ring with integrated cooling channels and a bearing ring with integrated cooling channels.
  • Bearing rings in aircraft engines are generally exposed to high roll-over loads and high operating temperatures. This applies in particular to bearing rings in main shaft bearings.
  • materials for such bearing ring predominantly heat-resistant through hardening or case hardened steels, such as M50 (AMS 6491), M50NiL (AMS 6278), RBD, Pyrowear 675 (AMS 5930) are used.
  • the heat dissipation from the contact areas is carried out by a continuous flow of oil.
  • improved heat dissipation from the contact region can bring about an increase in performance of bearings, for example in the engine area.
  • a heat dissipation is known for example from EP 2 503 107 B1, which describes a bearing arrangement for a turbomachine, wherein a bearing housing part with a coolant channel and a bearing housing part are provided with a lubricant passage, wherein the coolant passage and the lubricant passage are fluidly separated from each other.
  • a composite material is described from a bearing housing with integrated cooling channels in conjunction with a bearing shell.
  • the object of the invention is therefore to provide bearing rings and a method for their production, wherein an effective heat dissipation from the contact area is possible.
  • cooling channels in the immediate vicinity of the contact zone, or the running surface of the bearing ring are introduced in such a way that they are located directly in the material which forms the raceway.
  • the invention therefore provides for the cooling channels to be formed during the shaping of the bearing rings, preferably by a generative manufacturing process, such as laser melting, laser sintering or the like.
  • the invention is therefore intended to use a powder of a low-carbon steel for the additive manufacturing process.
  • the necessary hardness in the region of the raceways can then be achieved by subsequent surface hardening, for example by subsequent enrichment with carbon.
  • the bearing ring according to the invention comprises integrated internal cooling channels.
  • these cooling channels have a cross section which deviates from a circular shape.
  • a cross section which extends arcuately in a similar shape as the raceway to be cooled.
  • Fig. 1 shows a cross section through a bearing ring 10 according to the invention with along the track 1 1 introduced channels 12th

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings mit integrierten Kühlkanälen und einen Lagerring mit integrierten Kühlkanälen.

Description

Lagerring und Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings
Beschreibung
Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings mit integrierten Kühlkanälen und einen Lagerring mit integrierten Kühlkanälen.
Stand der Technik
Lagerringe in Flugtriebwerken sind generell hohen Überrollbelastungen und hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt. Dies gilt in besonderem Maße für Lagerringe in Hauptwellenlagerungen. Als Werkstoffe für derartige Lagerring werden überwiegend warmfeste durchhärtende oder einsatzgehärtete Stähle, wie beispielsweise M50 (AMS 6491 ), M50NiL (AMS 6278), RBD, Pyrowear 675 ( AMS 5930) eingesetzt.
Die Wärmeableitung aus den Kontaktbereichen erfolgt durch einen kontinuierlichen Ölstrom. Dabei kann eine verbesserte Wärmeableitung aus dem Kontaktbereich eine Leistungssteigerung von Lagern bewirken, beispielsweise im Triebwerksbereich. Bekannt ist eine Wärmeableitung beispielsweise aus der EP 2 503 107 B1 , die eine Lageranordnung für eine Strömungsmaschine beschreibt, wobei ein Lagergehäuseteil mit einem Kühlmittelkanal und ein Lagergehäuseteil mit einem Schmiermittelkanal versehen sind, wobei der Kühlmittelkanal und der Schmiermittelkanal voneinander fluidisch getrennt sind. Konkret wird ein Materialverbund aus einem Lagergehäuse mit integrierten Kühlkanälen im Verbund mit einer Lagerschale beschrieben.
Da jedoch die Dauerfestigkeit der genannten warmfesten Stähle mit steigender Temperatur abnimmt und auch die Betriebstemperatur, unter der die zur Schmierung und Wärmeabfuhr verwendeten Öle eingesetzt werden können, begrenzt ist, kann mit den derzeit verwendeten Lagerwerkstoffen und Ölen eine höhere Temperatur im Kontaktbereich nicht zugelassen werden.
Grundsätzlich ist zwar auch in der EP 2 503 107 B1 eine Wärmeableitung aus dem Kontaktbereich möglich. Die Kühlmöglichkeit ist jedoch begrenzt, da die vom Kühlmittel durchströmten Kanäle relativ weit von der Kontaktfläche entfernt sind, da die Lagerschale aus Festigkeitsgründen eine bestimmte Mindestdicke aufweisen muss. Darüberhinaus ist die Herstellung des beschriebenen Verbundes problematisch. Weiterhin wird durch das Einbringen der Kühlkanäle am Innendurchmesser des Innenrings oder am Außendurchmesser des Aussenrings die dort vorliegenden Passungsverhältnisse, beispielsweise im Hinblick auf Festigkeit und unterschiedliche Ausdehnung der Passungspartner, beeinflusst.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, Lagerringe und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, wobei eine effektive Wärmeabfuhr aus dem Kontaktbereich möglich ist.
Beschreibung der Erfindung
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 .
Erfindungsgemäß werden Kühlkanäle in unmittelbarer Nähe der Kontaktzone, bzw. der Lauffläche des Lagerrings, dergestalt eingebracht, dass diese sich direkt in dem Werkstoff, der die Laufbahn ausbildet, befinden.
Damit ist eine wirksame Abfuhr von Wärme aus dem Kontaktbereich durch öldurchströmte Kanäle möglich, die sich in den Nahbereichen der Kontaktzonen der Lagerringe befinden. Ein Einbringen von Kühlkanälen ist in diesem Bereich mit bisher angewendeten Fertigungsverfahren nicht möglich. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Kühlkanäle während des Ausformens der Lagerringe auszubilden - vorzugsweise durch ein generatives Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Laserschmelzen, Lasersintern oder dergleichen.
Allerdings ist dieses Verfahren nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht anwendbar bei den durchhärtenden Stählen, die für die extremen Einsatzzwecke, beispielsweise in Flugtriebwerken, benötigt werden, da sich während des generativen Herstellungsprozesses starker Verzug und Risse bilden können.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, für das generative Fertigungsverfahren ein Pulver eines niedrigkohlenstoffhaltigen Stahles zu verwenden. Die notwendige Härte im Bereich der Laufbahnen kann dann durch ein nachfolgendes Randschichthärten erfolgen, beispielsweise durch ein nachträgliches Anreichern mit Kohlenstoff.
Gelöst wird die Aufgabe ferner durch einen Lagerring gemäß Patentanspruch 6.
Der erfindungsgemäße Lagerring umfasst dabei integrierte innenliegende Kühlkanäle. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen diese Kühlkanäle einen Querschnitt auf, der von einer Kreisform abweicht. Besonders bevorzugt ist ein Querschnitt, der sich bogenförmig in ähnlicher Form wie die zu kühlende Laufbahn erstreckt.
Beschreibung der Figur
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Lagerring 10 mit entlang der Laufbahn 1 1 eingebrachten Kanälen 12.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings (10), umfassend folgende Schritte:
Bereitstellen eines Pulvers eines niedrigkohlenstoffhaltigen Stahles
Herstellung eines Lagerrings (10) mit innenliegenden Kanälen (12) nahe einer Laufbahn (1 1 ) des Lagerrings (10) mittels eines generativen Fertigungsverfahren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als generatives Fertigungsverfahren Laserschmelzen angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als generatives Fertigungsverfahren Lasersintern angewendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein nachfolgendes Randschichthärten des Lagerrings.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Randschichthärten ein Anreichern mit Kohlenstoff umfasst.
6. Lagerring (10) mit einem oder mehreren nahe einer Laufbahn (1 1 ) integrierten innenliegenden Kanälen (12).
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