DE102006020078A1 - Roller bearing for dry running or medium lubricating applications, has bearing rings formed from rustproof steel and with roller bodies e.g. needle roller, held in cage, where roller bodies are made of corrosion resistant steel - Google Patents

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Abstract

The bearing (1) has bearing rings (2, 3) formed from rustproof steel and with roller body bearing surfaces (4, 5) and roller bodies (6) e.g. needle roller, held in a cage (7). The roller bodies are made of a corrosion resistant or heat resistant steel, and a diffusion layer is produced by enrichment of chromium, vanadium and boron in an edge layer in a thermochemical heat treatment method. A diffusion and connection layer has a partial covalent bond character to provide reduced inclination to a cold welding with one of the bearing surfaces that has a metallic bond character.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für trockenlaufende oder mediengeschmierte Anwendungen, mit einem oder zwei aus nicht-rostendem Stahl gebildeten Lagerringen mit Wälzkörperlaufflächen sowie in einem Käfig gehaltenen Wälzkörpern.The The invention relates to a rolling bearing for dry running or media-lubricated applications, with one or two of stainless Steel formed bearing rings with Wälzkörperlaufflächen and held in a cage Rolling elements.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

In vielen Einsatz oder Fertigungsbereichen sind Wälzlager mit Schmiermittelschmierung nicht mehr verwendbar, beispielsweise im Bereich der Nahrungsmittelbehandlung oder -verarbeitung, im Bereich der Pharmazie oder aber der Vakuumtechnik. Deshalb werden in zunehmendem Maß Wälzlager mit Minimalmengenschmierung, Medienschmierung über ein zu prozessierendes Medium oder trockenlaufende Wälzlager gefordert. Vor allem aus dem Lebensmittelbereich werden zunehmend Forderungen nach absoluter Schmiermittelfreiheit vorgebracht.In Many applications or production areas are roller bearings with lubricant lubrication no longer usable, for example in the field of food treatment or processing, in the field of pharmacy or vacuum technology. Therefore, rolling bearings with minimal quantity lubrication, Media lubrication over a medium to be processed or dry rolling bearings required. Especially from the food sector are becoming increasingly Requests for absolute lubricant freedom advanced.

Bisher wurden für solche Anwendungen entweder Wälzlager aus warmfesten Stählen oder korrosionsbeständigen und warmfesten Stählen hergestellt, soweit die Lagerringe betroffen sind. Die Wälzkörper selbst werden insbesondere bei trockenlaufenden Wälzlagern aus Keramik in Kugel- oder Zylinderform hergestellt. In einigen Anwendungen sind die Eigenschaften keramischer Wälzkörper, wie beispielsweise die hohe Bruchgefahr bei wiederholten stoßartigen Beanspruchungen, von Nachteil. Darüber hinaus können aus keramischen Werkstoffen keine Nadelrollen gefertigt werden, so dass für die oben genannten Einsatzzwecke und -bedingungen primär Kugellager angeboten werden. Zylinderrollen sind nur mit einem Verhältnis Länge : Durchmesser von ca. 1:1 herstell- und verfügbar. Auch auf Grund des relativ hohen Preises ist ihr Einsatz wirtschaftlich oftmals nicht vertretbar.So far were for such applications either rolling bearings made of heat-resistant steels or corrosion resistant and heat-resistant steels manufactured, as far as the bearing rings are concerned. The rolling elements themselves especially in dry rolling bearings made of ceramic in spherical or cylindrical shape. In some applications, the properties are ceramic rolling elements, such as For example, the high risk of breakage in repeated jerky Stresses, disadvantageous. In addition, can out ceramic materials no needle rollers are made, so that for the above mentioned uses and conditions primarily ball bearings Tobe offered. Cylindrical rollers are only with a ratio length: diameter from about 1: 1 manufacturable and available. Also due to the relatively high price, their use is economical often not justifiable.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, das für trockenlaufende oder mediengeschmierte Anwendungen geeignet ist, gleichwohl aber ohne Einsatz keramischer Wälzkörper auskommt.Of the The invention is thus based on the problem of a rolling bearing specify that for dry running or media lubricated applications is suitable, but nevertheless manages without the use of ceramic rolling elements.

Zur Lösung des Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wälzkörper aus einem konventionellen, korrosionsbeständigen oder warmfesten Stahl bestehen und eine in einem thermochemischen Wärmebehandlungsverfahren durch Anreicherung von Cr, V oder B in der Randschicht erzeugte Diffusionsschicht oder ein Schichtsystem bestehend aus Diffusions- und Verbindungsschicht mit einem zumindest teilweise im Wesentlichen kovalenten Bindungscharakter mit verringerter Neigung zur Kaltverschweißung mit der einen metallischen Bindungscharakter aufweisenden Wälzkörperlauffläche des oder der Lagerringe aufweisen.to solution the problem is with a rolling bearing of the aforementioned type according to the invention provided that the rolling elements a conventional, corrosion-resistant or heat-resistant steel and one in a thermochemical heat treatment process Enrichment of Cr, V or B in the boundary layer generated diffusion layer or a layer system consisting of diffusion and bonding layer with an at least partially substantially covalent bond character with reduced tendency for cold welding with the one metallic Bonding rolling bearing surface of the or have the bearing rings.

Die Erfindung schlägt den Einsatz metallischer Wälzkörper vor, die in besonderer Weise randschichtseitig behandelt sind. Durch diese Behandlung wird im Bereich der Randschicht eine Diffusionsschicht oder ein Diffusions- und Verbindungsschichtsystem erzeugt, das keinen metallischen Bindungscharakter mehr aufweist, sondern primär eine kovalente Bindungsform besitzt, mithin also einen keramikähnlichen Charakter beziehungsweise randseitig keramikähnliche Eigenschaften aufweist. Hierzu wird in einem thermochemischen Wärme behandlungsverfahren Cr, V oder B beziehungsweise, soweit diese Elemente kombiniert eingebracht werden können, auch Kombinationen daraus randschichtseitig eindiffundiert. Je nach verwendetem Ausgangsmaterial, aus dem die Wälzkörper bestehen und eindiffundiertem Element kommt es randschichtseitig in der Diffusionsschicht oder dem Schichtsystem bestehend aus Diffusions- und Verbindungsschicht zur Karbidbildung, zur Mischkristallbildung oder zur Bildung intermetallischer Verbindungen, beispielsweise in Form von Cr23C6, Cr7C3, Cr3C, VC, Fe2B oder FeB. Diese Carbide, Mischkristalle oder intermetallischen Strukturen sind randschichtseitig gefügebestimmend, sie weisen einen kovalenten Bindungscharakter auf, anders als das Metall, aus dem der übrige Wälzkörper gebildet ist.The Invention proposes the use of metallic rolling elements which are treated in a special way edge layer side. By This treatment becomes a diffusion layer in the area of the surface layer or a diffusion and bonding layer system that produces no metallic binding character more, but primarily a covalent Binding form has, therefore, a ceramic-like character or on the edge ceramic-like Features. This is done in a thermochemical heat treatment method Cr, V or B respectively, as far as these elements are combined introduced can be, too Combinations thereof diffused on the surface side. Depending on the used Starting material from which the rolling elements consist and diffused element occurs at the edge layer side in the diffusion layer or the layer system consisting of diffusion and bonding layer for carbide formation, for mixed crystal formation or for formation of intermetallic Compounds, for example in the form of Cr23C6, Cr7C3, Cr3C, VC, Fe2B or FeB. These carbides, mixed crystals or intermetallic structures are border-layer-bound, they have a covalent bonding character, other than that Metal, from which the rest of the rolling element is formed is.

Die Wälzkörper mit ihrer behandelten Randschicht laufen beim erfindungsgemäßen Wälzlager auf Laufflächen von Lagerringen, die aus nicht-rostendem, also korrosionsbeständigem Stahl gebildet sind, mithin also einen metallischen Bindungscharakter aufweisen. Infolge der unterschiedlichen Bindungscharakteristika der aufeinander laufenden Flächen kommt es beim erfindungsgemäßen Wälzlager nicht zu einer Kaltaufschweißung, wie dies bei trocken- oder nur mediengeschmierten Lagern bei Verwendung von unbehandelten Metallelementen der Fall wäre. Denn infolge der unterschiedlichen Bindungsverhältnisse der aufeinander ablaufenden Schichten kommt es trotz der gegebenen Reibung nicht zu einer zur Verschweißung führenden Aktivierung der Strukturen, die ansonsten ineinander übergehen würden, was auf den metallischen Bindungscharakter mit den freien Elektronen zurückzuführen ist. Wenngleich zwar auch beim erfindungsgemäßen Wälzlager infolge der geringen oder fehlenden Schmierung ein beachtlicher reibungsbedingter Energieeintrag in den oder die Lagerringe wie auch den Wälzkörper gegeben ist, so bleibt die kovalente Bindungsstruktur im Bereich der Wälzkörperrandschicht davon unberührt.The Rolling elements with their treated surface layer run on the rolling bearing according to the invention treads bearing rings made of non-rusting, ie corrosion-resistant steel are formed, therefore, therefore, a metallic binding character exhibit. Due to the different binding characteristics of successive surfaces it does not come with the rolling bearing according to the invention to a cold welding, as with dry or medium-lubricated bearings when used of untreated metal elements would be the case. Because as a result of the different bonding the successive layers occur despite the given Friction does not lead to activation of the structures leading to welding, which otherwise merge into each other would what about the metallic binding character with the free electrons is due. Although although the rolling bearing according to the invention due to the low or missing lubrication a considerable friction-induced energy input in the or the bearing rings as well as the rolling elements is given, it remains the covalent bonding structure in the region of the rolling body edge layer thereof is unaffected.

Nachdem beim erfindungsgemäßen Wälzlager wie beschrieben die Wälzkörper aus einem geeigneten konventionellen, korrosionsbeständigen oder warmfesten Stahl bestehen, können diese folglich kostengünstig hergestellt werden, auch ist es ohne weiteres möglich, die Wälzkörper in Form von Nadelrollen herzustellen, mithin also Geometrien zu erzeugen, die mit keramischen Material nicht hergestellt werden können. Selbstverständlich können die Wälzkörper auch in Form von Zylinderrollen, Kugeln oder Kugelrollen ausgeführt sein.After this in the rolling bearing according to the invention as described the rolling elements a suitable conventional, corrosion or heat resistant steel can exist this consequently inexpensive Also, it is readily possible to use the rolling elements in To produce a shape of needle rollers, that is to say to produce geometries, which can not be made with ceramic material. Of course, the rolling elements can also be executed in the form of cylindrical rollers, balls or ball rollers.

Als konventionelle Wälzlagerstähle zur Herstellung der Wälzkörper kann beispielsweise C75, 80Cr2 oder 1000r6 verwendet werden. Als nicht-rostende korrosionsbeständige Stähle zur Herstellung der Wälzkörper (wie aber auch der Lagerringe) kann beispielsweise X65Cr13, X90CrMoV18 oder X105CrMol7 verwendet werden. Als verwendbare warmfeste Stähle zur Herstellung der Wälzkörper sind beispielsweise 80MoCrV42-16, S6-5-2 oder S6-5-3 zu nennen, wobei diese Aufzählung jedoch nicht abschließend ist.When conventional rolling bearing steels for Production of the rolling elements can For example, C75, 80Cr2 or 1000r6 can be used. As non-rusting corrosion-resistant steels for producing the rolling elements (such as but also the bearing rings), for example, X65Cr13, X90CrMoV18 or X105CrMol7. As suitable heat resistant steels for Production of the rolling elements are for example, 80MoCrV42-16, S6-5-2 or S6-5-3, but this list is not finally is.

Die Verfahren zur thermochemischen Anreicherung der Elemente Cr, V oder B in der Wälzkörperrandschicht können als thermochemische Diffusionsbehandlungen beschrieben werden, bei denen die chemische Zusammensetzung der Randschicht geändert wird. Bei diesen Behandlungen diffundieren abhängig vom Verfahren die beschriebenen Elemente in die Randschicht der Wälzkörper und erzeugen wie beschrieben entweder Schichten bestehend aus Carbiden, aus Mischkristallen oder Verbindungen intermetallischer Struktur.The Process for the thermochemical enrichment of the elements Cr, V or B in the Wälzkörperrandschicht can as thermochemical diffusion treatments are described in which the chemical composition of the surface layer is changed. These treatments diffuse depending on the method described Elements in the surface layer of the rolling elements and produce as described either layers consisting of carbides, of mixed crystals or Compounds of intermetallic structure.

Die Anreicherung von Chrom, häufig auch (In)Chromieren genannt, erfolgt üblicherweise in einem Pulverkastenverfahren mit pulverförmigen Chromiermitteln. Chromieren erfolgt zumeist bei Temperaturen zwischen 800°–1000° C, wobei Chrom in die Randschicht eindiffundiert und sich eine Carbidschicht im Bereich einiger Mikrometer, üblicherweise zwischen 5–25 μm, ausbildet. Die Carbidschicht beim Chromieren ist mehrphasig und setzt sich im wesentlich aus Cr23C6 und Cr7C3 zusammen.The Enrichment of chromium, often Also called (in) chromating, usually takes place in a powder box process with powdery Chromiermitteln. Chromating occurs mostly at temperatures between 800 ° -1000 ° C, wherein Chromium diffused into the surface layer and a carbide layer in the range of a few microns, usually between 5-25 μm, forms. The carbide layer during chromium plating is multiphase and settles essentially composed of Cr23C6 and Cr7C3.

Beim Einbringen von Vanadium, auch Vanadieren genannt, wird eine mehrere Mikrometer, üblicherweise zwischen 5–15 μm dicke Vanadiumcarbidschicht erzeugt. Bei diesem Verfahren ist neben einem Vanadieren im Pulververfahren auch die Diffusionsbehandlung in der Flüssigkeit möglich, bei welchem Verfahren die Wälzkörper zur Änderung der chemischen Zusammensetzung der Randschicht in einer Schmelze für mehrere Stunden bei ca. 800°–1000° C behandelt werden.At the Introducing vanadium, also called vanadier, becomes a multiple Micrometer, usually between 5-15 μm thick vanadium carbide layer generated. In this process, in addition to a vanadation in the powder process also possible the diffusion treatment in the liquid, in which method the rolling elements to change the chemical composition of the surface layer in a melt for many Hours treated at about 800 ° -1000 ° C become.

Im Rahmen der Boranreicherung (Borieren) wird Bor in die Oberfläche des metallischen Wälzkörpers eingebracht. Es bildet sich eine zahnförmige im Grundwerkstoff des Wälzkörpers verankerte Diffusions- oder Verbindungsschicht aus, welche, je nach Behandlungsbedingungen und Wirksamkeit des verwendeten Boriermittels, aus ein- oder zweiphasigem Eisenborit (FeB oder Fe2B) besteht. Übliche Schichtdicken liegen zwischen 20–100 μm. Das Borieren findet unter Verwendung eines Pulvers, Granulats oder von Pasten statt, wobei die zu behandelnden Wälzkörper mit dem Boriermittel in einen Kasten aus hitzebeständigem Stahl eingepackt und mehrstündig bei Temperaturen von zwischen ca. 800°–1000° C wärmebehandelt werden.in the Boron enrichment (boriding) is boron in the surface of the introduced metallic rolling element. It forms a tooth-shaped anchored in the base material of the rolling element Diffusion or bonding layer, which, depending on the treatment conditions and effectiveness of the boriding agent used, of one- or two-phase iron borite (FeB or Fe2B). usual Layer thicknesses are between 20-100 microns. Boring takes place Use of a powder, granules or pastes instead, where to be treated with rolling elements the Boriermittel packed in a box of heat resistant steel and several hours at Temperatures of between about 800 ° -1000 ° C heat treated become.

Aufgrund der hohen thermischen Stabilität der beschriebenen thermochemisch erzeugten Verbindungsschichten gleich welcher Art ist ein Vergüten oder Verhärten der chromierten beziehungsweise borierten beziehungsweise vanadierten Wälzkörper nach der thermochemischen Randschichtbehandlung möglich.by virtue of the high thermal stability of the described thermochemically generated tie layers same what kind is a reimbursement or Harden the chromated or borated or vanadierten Rolling element after the thermochemical surface treatment possible.

Um höchstmögliche Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, wird als Stahl, aus dem oder die Lagerringe gebildet sind, ein solcher mit einem C-Anteil von mindestens 0,15 %, einem Cr-Anteil von mindestens 13 % sowie einem Mo- und/oder V-Anteil von (gegebenenfalls in der Summe) maximal 0,20 % verwendet. Korrosionsbeständigkeit ist dann gegeben, wenn 13 % Cr in der Matrix gelöst sind, so dass ein Wärmebehandlungsverfahren angewendet wird, welches jegliche Ausscheidungen von Carbiden unterdrückt und das Cr somit vollständig in Lösung verbleibt. Auf diesem Weg ist eine Härte im Bereich der Laufflächen der Lagerringe von ca. 450–550 HV erreichbar. Um die üblicherweise geforderte hohe Tragfestigkeit von mindestens 650 HV zu erreichen, wird der oder werden die Lagerringe bevorzugt zumindest im Bereich der Wälzkörperlaufflächen stickstoffangereichert, so dass sich dort eine eine Härte von mindestens 650 HV aufweisende Randzone ausbildet. Neben der geforderten Härte zeigt die mit Stickstoff angereicherte Oberfläche weiterhin Eigen schaften, die den Adhäsions- und Verschleißeigenschaften des bekannten Werkstoffs X30CrMoN15-1, der unter dem Handelsnamen „Cronidur 30" bekannt ist, nahe kommt. Wird der Gehalt an C auf maximal 0,23 % und der Gehalt an Cr auf maximal 14 % begrenzt, eignet sich der Werkstoff in der Ausführungsform beispielsweise eines Kaltbandes oder Drahtes auch für die spanlose Fertigung der Lagerringe beispielsweise durch Tiefziehen oder Fließpressen.Around highest possible corrosion resistance guarantee, is as a steel from which or the bearing rings are formed, such with a C content of at least 0.15%, a Cr content of at least 13% and a mo- and / or V-fraction of (possibly in total) used at most 0.20%. corrosion resistance is given when 13% Cr are dissolved in the matrix, leaving a heat treatment process is applied, which suppresses any precipitates of carbides and the Cr thus completely in solution remains. In this way is a hardness in the area of the treads of Bearing rings of approx. 450-550 HV achievable. To the usually to achieve the required high load-bearing capacity of at least 650 HV, is the or the bearing rings are preferred at least in the area the rolling element running surfaces nitrogen enriched, so that there is a hardness of at least 650 HV having edge zone forms. In addition to the required hardness The nitrogen-enriched surface still shows properties that the adhesion and wear characteristics of the known material X30CrMoN15-1, sold under the trade name "Cronidur 30 "is known comes close. If the content of C to a maximum of 0.23% and the content limited to Cr to a maximum of 14%, the material in the embodiment For example, a cold strip or wire for the non-cutting Production of the bearing rings, for example by deep drawing or extrusion.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of an embodiment. Showing:

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers, 1 a schematic diagram of a rolling bearing according to the invention,

2 eine vergrößerte Detailansicht im Schnitt aus dem Wälzlager gemäß 1, 2 an enlarged detail view in section from the rolling bearing according to 1 .

3 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines randsichtseitig borierten Wälzkörpers, 3 a schematic representation of a section of a randsichtseitig borated rolling element,

4 eine Prinzipdarstellung eines randseitig inchromierten Wälzkörpers, und 4 a schematic diagram of an edge-side inchromated rolling elements, and

5 eine Prinzipdarstellung eines randseitig vanadierten Wälzkörpers. 5 a schematic diagram of an edge vanadierten rolling element.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungendetailed Description of the drawings

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1, bestehend aus einem äußeren Lagerring 2, einem inneren Lagerring 3 sowie mehreren auf den Laufflächen 4, 5 der beiden Lagerringe 2, 3 laufende Wälzkörper 6, die in einem Käfig 7 gehaltert sind. Einen entsprechend vergrößerten Ausschnitt aus dem Wälzlager 1 aus 1 im Schnitt zeigt 2. 1 shows an inventive rolling bearing 1 , consisting of an outer bearing ring 2 , an inner bearing ring 3 as well as several on the treads 4 . 5 the two bearing rings 2 . 3 running rolling elements 6 in a cage 7 are held. A correspondingly enlarged section of the rolling bearing 1 out 1 shows in section 2 ,

Die Lagerringe 2, 3 bestehen aus einem korrosionsbeständigen, gegebenen falls auch warmfesten Stahl mit einem C-Gehalt zwischen 0,15–23 %, einem Cr-Gehalt zwischen 13–14 % und einem maximalen Anteil an Mo und/oder V von 0,20 % sowie Anteilen von Silizium, Mangan, Schwefel und/oder feinkornstabilisierenden Elementen wie Al und Ni, neben gegebenenfalls weiteren üblichen Stahlbestandteilen und Verunreinigungen. Im Bereich der Laufflächen 4, 5 wurde durch Nitrierung eine stickstoffangereicherte Randzone erzeugt, um die Härte des Grundwerkstoffs beziehungsweise Grundgefüges der Wälzlagerringe 2, 3 auf mindestens 650 HV zu erhöhen und die Adhäsions- und Verschleißeigenschaften der Laufflächen 4, 5 zu verbessern. Die Lagerringe 2, 3 können aus einem Kaltband oder einem Draht tiefgezogen oder fließgepresst sein.The bearing rings 2 . 3 consist of a corrosion-resistant, where appropriate, heat-resistant steel with a C content between 0.15-23%, a Cr content between 13-14% and a maximum proportion of Mo and / or V of 0.20% and proportions of Silicon, manganese, sulfur and / or fine grain stabilizing elements such as Al and Ni, in addition to optionally other conventional steel components and impurities. In the area of treads 4 . 5 By nitration, a nitrogen-enriched edge zone was generated to increase the hardness of the base material or basic structure of the rolling bearing rings 2 . 3 increase to at least 650 HV and the adhesion and wear properties of the treads 4 . 5 to improve. The bearing rings 2 . 3 can be deep drawn or extruded from a cold strip or wire.

Auch die Wälzkörper 6 bestehen aus Metall, wobei hierfür geeignete konventionelle Wälzlagerstähle wie C75, 1000r6 oder 80Cr2, geeignete nicht-rostende Stähle wie X65Cr13, X90CrMoV18 oder X105CrMol7 wie auch geeignete warmfeste Wälzlagerstähle, z.B. 80MoCrV42-16, S6-5-2 oder S6-5-3 verwendet werden können. Jeder Wälzkörper 6 wird einer Randzonenbehandlung in einem thermochemischen Diffusionsverfahren unterworfen, um eine diffusionsbedingte Randzone 8 aufzubilden, die als reine Diffusionsschicht erzeugt werden kann, oder als Schichtsystem bestehend aus einer Diffusionsschicht und einer diffusionsbedingt aufwachsenden Verbindungsschicht. Als Diffusionselement wird Cr, V oder B in einem geeigneten Diffusionsverfahren eingebracht. Je nach verwendetem Diffusionselement kommt es zur Bildung von Carbid, Mischkristallen oder intermetallischen Verbindungen. Die Diffusionstiefe beziehungsweise die gesamte Dicke der Randschicht 8, gleich ob es sich um eine reine Diffusionsschicht oder um ein Schichtsystem handelt, liegt im Bereich weniger Mikrometer bis maximal ca. 100 μm. Der Gehalt an Cr, V beziehungsweise B in der Randschicht 8 entspricht der Stöchiometrie der gebildeten Carbide, Mischkristalle beziehungsweise intermetallischen Verbindungen.Also the rolling elements 6 are made of metal using suitable conventional bearing steels such as C75, 1000r6 or 80Cr2, suitable non-rusting steels such as X65Cr13, X90CrMoV18 or X105CrMol7 as well as suitable heat resistant bearing steels such as 80MoCrV42-16, S6-5-2 or S6-5-3 can be. Every rolling element 6 is subjected to edge zone treatment in a thermochemical diffusion process to form a diffusion-related edge zone 8th form, which can be produced as a pure diffusion layer, or as a layer system consisting of a diffusion layer and a diffusion-based growing bonding layer. As a diffusion element Cr, V or B is introduced in a suitable diffusion process. Depending on the diffusion element used, carbide, mixed crystals or intermetallic compounds are formed. The diffusion depth or the entire thickness of the surface layer 8th Whether it is a pure diffusion layer or a layer system is in the range of a few microns to a maximum of about 100 microns. The content of Cr, V or B in the surface layer 8th corresponds to the stoichiometry of the carbides formed, mixed crystals or intermetallic compounds.

Diese Randschicht weist infolge der Carbid-, Mischkristall- oder intermetallischen Verbindungsstruktur keinen metallischen Bindungscharakter mehr auf, vielmehr liegen kovalente Bindungsverhältnisse vor. Infolgedessen liegen sich mit den Wälzkörpern 6 und den Laufflächen 4, 5 der Lagerringe 2, 3 Flächen beziehungsweise Randschichten unterschiedlichen Bindungstyps gegenüber. Nachdem anders als bei zwei einander gegenüberliegenden, aufeinander reibenden Metallschichten, bei denen der reibungsbedingte beachtliche Energieeintrag zu einer Schichtaktivierung und damit zu einer Kaltaufschweißung, mithin also einer randschichtseitigen lokalen Verbindung führt, stellt bei dem hier gegebenen Schichtsystem mit den unterschiedlichen Randschichten zwischen Wälzlagern und Lagerringen der reibungsbedingte Energieeintrag kein Problem dar, der kovalente Bindungscharakter bleibt trotz des Energieeintrags beibehalten und es kommt infolge der gebundenen Elektronen nicht zu einer Kaltverschweißung.As a result of the carbide, solid solution or intermetallic compound structure, this surface layer no longer has a metallic binding character; rather, covalent bonding conditions are present. As a result, lie with the rolling elements 6 and the treads 4 . 5 the bearing rings 2 . 3 Areas or edge layers opposite to different binding type. After unlike two opposing, mutually rubbing metal layers, in which the friction-related considerable energy input leads to a layer activation and thus to a cold welding, thus a peripheral layer local connection, provides in the layer system given here with the different edge layers between bearings and bearing rings of the friction-induced energy input is not a problem, the covalent bonding character is maintained despite the energy input and it comes as a result of bonded electrons not to a cold welding.

Die 3 bis 5 zeigen Prinzipdarstellungen des Schicht- oder Gefügeaufbaus eines solchen Wälzkörpers 6 im Bereich der Randschicht 8.The 3 to 5 show schematic representations of the layer or structure structure of such a rolling element 6 in the area of the surface layer 8th ,

3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wälzkörper 6, der randschichtseitig boriert ist. Die Randschicht 8 besteht aus FeB oder Fe2B und besitzt zum Gefüge des Wälzkörpers 6 gerichtet eine nadelartige Struktur, was auf den lokal variierenden Fe-Gehalt im Gefüge des Wälzlagerwerkstoffs zurückzuführen ist. Beim Borieren reagiert das eindiffundierende B mit dem im Wälzkörpermaterial vorhandenen Fe unter Bildung von Fe oder Fe2B. Hierbei bildet sich ein Diffusionsschichtsystem aus, bestehend aus der eigentlichen Diffusionsschicht, die im Wälzkörper vorhanden ist und der nach außen aufwachsenden Verbindungsschicht, die im Endeffekt den Wälzkörper radial im Mikrometerbereich vergrößert. Die Dicke der Randschicht 8 beträgt im gezeigten Beispiel maximal rund 40 μm, variiert jedoch infolge der Nadelstruktur lokal. 3 shows a section of a rolling element 6 which is boriert on the edge layer side. The boundary layer 8th consists of FeB or Fe2B and has the structure of the rolling element 6 directed a needle-like structure, which is due to the locally varying Fe content in the structure of the bearing material. During boriding, the diffusing B reacts with the Fe present in the rolling body material to form Fe or Fe 2 B. Here, a diffusion layer system is formed, consisting of the actual diffusion layer, which is present in the rolling element and the outwardly growing connecting layer, which increases the rolling element in the end radially in the micrometer range. The thickness of the surface layer 8th is in the example shown a maximum of about 40 microns, but varies locally due to the needle structure.

4 zeigt einen Wälzkörper 6, bei dem die Randschicht 8 durch Inchromieren gebildet wurde. Ersichtlich ist die Randschicht 8, die durch Reaktion des Cr mit dem im Gefüge enthaltenen C entsteht, deutlich dünner als die Randschicht 8, die durch das Borieren erhalten wurde. Die Schichtdicke beträgt hier ca. 15 μm und ist relativ scharf vom Grundgefüge, also dem Wälzkörpermaterial abgegrenzt, anders als bei der verzahnten nadelartigen Borierstruktur. Innerhalb der Randschicht 8 können zwei Bereiche 8a und 8b unterschieden werden. In diesen Bereichen 8a und 8b liegen Chromcarbide unterschiedlicher Stöchiometrie, beispielsweise Cr3C und Cr23C6 vor, die ebenfalls relativ scharf abgegrenzt sind. 4 shows a rolling element 6 in which the boundary layer 8th was formed by chromium plating. The edge layer is visible 8th , which is formed by reaction of Cr with the C contained in the structure, much thinner than the surface layer 8th that was obtained by boriding. The layer thickness is here about 15 microns and is relatively sharp from the basic structure, ie the Wälzkörpermaterial delimited, unlike the toothed toothed Borierstruktur. Within the boundary layer 8th can have two areas 8a and 8b be differentiated. in these areas 8a and 8b There are chromium carbides of different stoichiometry, for example Cr3C and Cr23C6, which are also relatively sharply demarcated.

Schließlich zeigt 5 einen Wälzkörper 6, bei dem die Randschicht 8 durch Vanadieren erzeugt wurde. Hier wird die Randschicht, die auch hier eine Diffusionsschicht ist, durch die Reaktion des V mit dem C im Gefüge zu VC sehr dünn erzeugt, die Schichtdicke beträgt ca. 7 μm und ist, wie auch die Chromierschicht, sehr scharf vom Grundgefüge des Wälzkörpers 6 getrennt. Die einzelnen Grundgefüge der Wälzkörper 6 gemäß den 3, 4 und 5 sind unterschiedlich, was auf verschiedene Ausgangsmaterialien beziehungsweise unterschiedliche Behandlungen der Materialien zurückzuführen ist und lediglich darstellen soll, dass unterschiedlichste Stähle, nämlich konventionelle, korrosionsbeständige wie auch warmfeste Stähle zur Herstellung der Wälzkörper 6 verwendet werden können.Finally shows 5 a rolling element 6 in which the boundary layer 8th produced by vanadation. Here, the edge layer, which is also a diffusion layer here, is produced very thinly by the reaction of the V with the C in the microstructure to VC, the layer thickness is about 7 μm and, like the chromium layer, very sharp from the basic structure of the rolling element 6 separated. The individual basic structure of the rolling elements 6 according to the 3 . 4 and 5 are different, which is due to different starting materials or different treatments of the materials and should only represent that a variety of steels, namely conventional, corrosion-resistant as well as heat-resistant steels for the production of rolling elements 6 can be used.

In jedem Fall wird durch das Borieren, Inchromieren oder Vanadieren eine nur wenige Mikrometer starke Randschicht als reine Diffusionsschicht oder als Diffusionsschichtsystem erzeugt, das ausschließlich aus Carbiden, Mischkristallen oder intermetallischen Verbindungen besteht, mithin also keinen metallischen Bindungscharakter mehr aufweist, sondern keramikähnliche Eigenschaften ohne Kaltaufschweißungsneigung und sehr hohem Verschleißwiderstand besitzt. Die Ausbildung dieser Randschicht ermöglicht somit den Einsatz üblicher Wälzlagerstähle zur Bildung der Wälzkörper, die somit entsprechend kostengünstig hergestellt werden können und auch keinen Beschränkungen hinsichtlich der Wälzkörperform unterliegen, so dass auch sehr dünne nadelförmige Wälzlager oder lang gestreckte Zylinderrollen hergestellt werden können, was bisher bei Verwendung reinen keramischen Materials zur Herstellung der Wälzkörper für trocken- oder mediengeschmierte Wälzlager nicht möglich war.In in each case, boriding, inchromating or vanadying a few micrometers thick boundary layer as a pure diffusion layer or produced as a diffusion layer system, consisting exclusively of Carbides, mixed crystals or intermetallic compounds, Thus, it no longer has a metallic binding character, but rather ceramic-like Properties without cold-welding tendency and very high wear resistance has. The formation of this surface layer thus enables the use of conventional rolling bearing steels for Formation of the rolling elements, the thus correspondingly inexpensive can be produced and no restrictions with regard to the rolling element shape subject, so that too very thin needle-shaped roller bearing or elongated cylindrical rollers can be made, which previously when using pure ceramic material for the production the rolling elements for dry or media-lubricated roller bearings was not possible.

11
Wälzlagerroller bearing
22
Lagerringbearing ring
33
Lagerringbearing ring
44
Laufflächetread
55
Laufflächetread
66
Wälzkörperrolling elements
77
KäfigCage
8 8th
Randschichtboundary layer

Claims (5)

Wälzlager für trockenlaufende oder mediengeschmierte Anwendungen, mit einem oder zwei aus nicht-rostendem Stahl gebildeten Lagerringen mit Wälzkörperlaufflächen sowie in einem Käfig gehaltenen Wälzkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6) aus einem konventionellen, korrosionsbeständigen oder warmfesten Stahl bestehen und eine in einem thermochemischen Wärmebehandlungsverfahren durch Anreicherung von Cr, V oder B in der Randschicht (8) erzeugte Diffusionsschicht oder ein Schichtsystem bestehend aus Diffusions- und Verbindungsschicht mit einem zumindest teilweise im wesentlichen kovalenten Bindungscharakter mit verringerter Neigung zur Kaltverschweißung mit der einen metallischen Bindungscharakter aufweisenden Wälzkörperlauffläche (4, 5) des oder der Lagerringe (2, 3) aufweisen.Rolling bearings for dry-running or medium-lubricated applications, with one or two bearing rings made of stainless steel with rolling bearing surfaces and rolling elements held in a cage, characterized in that the rolling bodies ( 6 ) consist of a conventional, corrosion-resistant or heat-resistant steel and one in a thermochemical heat treatment process by enrichment of Cr, V or B in the surface layer ( 8th ) produced diffusion layer or a layer system consisting of diffusion and bonding layer with an at least partially substantially covalent bond character with a reduced tendency to cold welding with a metallic bond character having rolling body tread ( 4 . 5 ) of the bearing ring or rings ( 2 . 3 ) exhibit. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (6) Nadelrollen, Zylinderrollen, Kugeln oder Kugelrollen sind.Rolling bearing according to claim 1, characterized in that the rolling bodies ( 6 ) Are needle rollers, cylindrical rollers, balls or ball rollers. Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl, aus dem der oder die Lagerringe (2, 3) gebildet sind, einen C-Anteil von mindestens 0,15 %, einen Cr-Anteil von mindestens 13 %, einen Mo- und/oder V-Anteil von – gegebenenfalls in der Summe – maximal 0,20 % enthält.Rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the steel from which the or the bearing rings ( 2 . 3 ), a C content of at least 0.15%, a Cr content of at least 13%, a Mo and / or V content of - optionally in the sum - a maximum of 0.20%. Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der C-Anteil maximal 0,23% und der Cr-Anteil maximal 14 % beträgt.roller bearing according to claim 3, characterized in that the C content maximum 0.23% and the Cr content is at most 14%. Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Lagerringe (2, 3) eine die Wälzkörperlauffläche (4, 5) ausbildende stickstoffangereicherte Randschicht mit einer Härte von mindestens 650 HV aufweisen.Rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing ring or rings ( 2 . 3 ) one the rolling body tread ( 4 . 5 ) have forming nitrogen-enriched surface layer having a hardness of at least 650 HV.
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