DE102009018822A1 - Anti-friction bearing, particularly ball bearing, roller bearing or needle bearing, has internal running shell, external running shell and rolling body, where both running shells are made of hard metal - Google Patents

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Abstract

The anti-friction bearing has an internal running shell (12), an external running shell (16) and a rolling body (15), where the both running shells are made of hard metal. The rolling body is made of hard metal or ceramic material. The internal running shell is supported by an inner supporting ring (10) and the external running shell is supported by an outer supporting ring (19).

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, wie Kugellager, Rollenlager oder Nadellager.The Invention relates to a rolling bearing, such as ball bearings, roller bearings or needle roller bearings.

Die üblichen Wälzlager haben Laufschalen und Wälzkörper, die jeweils aus Stahl bestehen. Die herkömmlichen Lager sind bis zu einer Einsatztemperatur von etwa 200°C geeignet. Für höhere Temperaturen verwendet man keramische Lager, die zwar temperaturbeständig sind, jedoch den Nachteil einer hohen Sprödigkeit haben. Bei Stoß- oder Schlagbeanspruchungen kann das Lager bersten, mit der Folge, dass erhebliche Beschädigungen an Maschinenteilen auftreten können.The usual roller bearing have running shells and rolling elements that each made of steel. The conventional bearings are up to an operating temperature of about 200 ° C suitable. For higher temperatures you use ceramic bearings that are temperature resistant, However, they have the disadvantage of high brittleness. At impact or Impact stresses can rupture the bearing, with the result that considerable damage can occur on machine parts.

Gute Laufeigenschaften erfordern den Einsatz harter Materialien bei den Komponenten eines Wälzlagers. Gehärtete Materialien, wie beispielsweise gehärteter Stahl, sind aber nicht gegen hohe Temperaturen im Bereich von 500°C beständig. Sie verlieren ihre Härte bei hohen Temperaturen.Quality Running properties require the use of hard materials in the Components of a rolling bearing. hardened However, materials such as hardened steel are not resistant to high temperatures in the range of 500 ° C. They lose their hardness high temperatures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager zu schaffen, das gute Laufeigenschaften und geringen Verschleiß hat, hochtemperaturbeständig ist und eine hohe Berstfestigkeit hat.Of the Invention is the object of the invention to provide a rolling bearing, the good Runnability and low wear has high temperature resistance and has a high bursting strength.

Das Wälzlager nach der vorliegenden Erfindung ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Hiernach bestehen die innere und die äußere Laufschale aus Hartmetall und die Wälzkörper bestehen aus Hartmetall oder keramischem Material. Die innere Laufschale ist von einem inneren Stützring abgestützt und die äußere Laufschale ist von einem äußeren Stützring abgestützt.The roller bearing according to the present invention is defined by the patent claim 1. Thereafter, the inner and the outer barrel made of carbide and the rolling elements exist made of tungsten carbide or ceramic material. The inner race is from an inner support ring supported and the outer race is supported by an outer support ring.

Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich dadurch aus, dass die Laufschalen und Wälzkörper aus harten und temperaturbeständigen Materialien bestehen, die geringe Reibungsverluste haben und sich durch hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen. Die Laufschalen, die an sich aus sprödem Material bestehen, sind durch Stützringe abgestützt, welche eine höhere Nachgiebigkeit haben als die Laufschalen. Die Stützringe bilden Stützkörper, die das Bersten der Laufschalen verhindern. Auf diese Weise hat das Wälzlager nicht nur eine hohe Wärmebeständigkeit sondern auch eine hohe Stoßfestigkeit.The Rolling bearing according to the invention is characterized by the fact that the running shells and rolling elements hard and temperature resistant Materials exist that have low friction losses and themselves due to high temperature resistance distinguished. The running shells, which are made of brittle material exist, are by support rings supported, which a higher one Give in as the running shells. The support rings form supporting body, which is the Prevent bursting of the running shells. In this way has the rolling bearing not only a high heat resistance but also a high impact resistance.

Mit den erfindungsgemäßen Werkstoffpaarungen können Lager für Betriebstemperaturen in der Größenordnung von 500°C hergestellt werden.With the material pairings according to the invention can Warehouse for Operating temperatures of the order of magnitude of 500 ° C getting produced.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die innere Laufschale mit dem inneren Stützring durch eine Hartlotschicht verbunden. In ähnlicher Weise kann die äußere Laufschale mit dem äußeren Stützring durch eine Hartlotschicht verbunden sein. Hartlot ist oxidationsbeständig für Temperaturen bis 650–700°C. Die Hartlotschicht besteht vorzugsweise aus einem Hochtemperatur-Silberlot.According to one preferred embodiment of the invention is the inner race with the inner support ring connected by a brazing layer. Similarly, the outer race with the outer support ring through be connected to a brazing layer. Brazing is resistant to oxidation for temperatures up to 650-700 ° C. The brazing layer preferably consists of a high-temperature silver solder.

Die Lauffläche mindestens einer der beiden Laufschalen kann mit einer Hartstofflaufschicht beschichtet sein. Diese besteht vorzugsweise aus DLC (Diamond like Carbon), AlCrN, AlTiN, CrN oder TiB2 und liefert gute Gleiteigenschaften für die Wälzkörper.The tread at least one of the two running shells can with a hard material layer be coated. This preferably consists of DLC (Diamond like Carbon), AlCrN, AlTiN, CrN or TiB2 and provides good sliding properties for the Rolling elements.

Eine gute Werkstoffkombination mit geringen Reibverlusten ergibt sich, wenn die Laufschalen aus Hartmetall und die Wälzkörper aus SiN oder AlO bestehen. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, Lager mit großen Durchmessern herzustellen, da gegenüber rein keramischen Lagern eine erheblich größere Schadenstoleranz besteht. Ein Bersten der Laufschalen wird durch die angelöteten Stützringe verhindert. Die Stützringe bilden jeweils die tragende Struktur des Wälzlagers.A good material combination with low friction losses results, if the running shells are made of carbide and the rolling elements consist of SiN or AlO. It is also possible Warehouse with large Diameters to produce, as compared to purely ceramic bearings a much greater damage tolerance consists. A bursting of the shells is caused by the soldered support rings prevented. The support rings each form the supporting structure of the rolling bearing.

Ein Stützring aus Titan ist vorteilhaft, da Titan einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Hartmetall besitzt. Alternativ können die Stützringe aus einer Nickellegierung bestehen oder aus ungehärtetem Stahl.One support ring Titanium is advantageous because titanium has a similar expansion coefficient like carbide has. Alternatively, the support rings may be made of a nickel alloy consist of unhardened Stole.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung ist ein Längsschnitt des erfindungsgemäßen Wälzlagers dargestellt.in the The following will be made with reference to the sole figure of the drawing an embodiment closer to the invention explained. In the drawing is a longitudinal section the rolling bearing of the invention shown.

Bei dem Wälzlager des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich um ein Kugellager. Unter den Begriff „Wälzlager” fallen außerdem Rollenlager, Kegellager und Nadellager und dergleichen.at the rolling bearing of the present embodiment it is a ball bearing. Under the term "rolling bearings" fall Furthermore Roller bearing, taper and needle bearings and the like.

Das Wälzlager weist einen inneren Stützring 10 auf, der aus einem relativ weichen Material von hoher Festigkeit besteht. Der innere Stützring ist generell zylindrisch und er umschließt die Öffnung 11 für eine Welle, die mit dem Wälzlager gelagert werden soll. Der Stützring 10 ist von einer inneren Laufschale 12 umgeben, welche ebenfalls ringförmig ausgebildet ist. Die innere Laufschale 12 besteht aus hartem Material mit guten Laufeigenschaften für die Wälzkörper. Die Laufschale 12 ist an der Umfangsfläche des inneren Stützringes 10 mit einer Hartlotschicht 13 angebondet. Diese besteht aus einem Hartlot, das oxidationsfest lötbar ist. Vorzugsweise liegt die Schmelztemperatur des Hartlots oberhalb von 500–1200°C. Als Lot wird ein Hochtemperatur-Silberlot verwendet oder ein Cu/Ni Basislot.The rolling bearing has an inner support ring 10 on, which consists of a relatively soft material of high strength. The inner support ring is generally cylindrical and surrounds the opening 11 for a shaft to be stored with the rolling bearing. The support ring 10 is from an inner race 12 surrounded, which is also annular. The inner race 12 consists of hard material with good rolling properties for the rolling elements. The barrel shell 12 is on the peripheral surface of the inner support ring 10 with a brazing layer 13 angebondet. This consists of a brazing alloy, which is resistant to oxidation solderable. Preferably, the melting temperature of the braze is above 500-1200 ° C. The solder used is a high-temperature silver solder or a Cu / Ni base solder.

Auf dem Umfang der inneren Laufschale 12 rollen Wälzkörper 15 ab, bei denen es sich im vorliegenden Beispiel um Kugeln handelt. Die Laufschale 12 hat eine entsprechende Laufrinne 14.On the circumference of the inner race 12 roll rolling elements 15 which are balls in this example. The barrel shell 12 has a corresponding gutter 14 ,

Die Wälzkörper 15 sind außen von einer äußeren Laufschale 16 umgeben, die ebenfalls eine Laufrinne 17 aufweist. Der äußere Laufring ist durch eine Hartlotschicht 18 mit einem äußeren Stützring 19 verbunden.The rolling elements 15 are outside of an outer race 16 surrounded, which also has a gutter 17 having. The outer race is through a braze layer 18 with an outer support ring 19 connected.

Die innere Laufschale 12 und die äußere Laufschale 16 bestehen aus Hartmetall, insbesondere Wolframcarbid. Dies ist ein sehr hartes und sprödes Material aus dem unter anderem auch die Schneidstähle hergestellt werden, die bei der spanabhebenden Werkstückbearbeitung eingesetzt werden. Die Wälzkörper 15 bestehen ebenfalls aus Hartmetall oder aus keramischem Material. Keramische Materialien, die hierfür geeignet sind, sind SiN und AlO.The inner race 12 and the outer race 16 consist of hard metal, in particular tungsten carbide. This is a very hard and brittle material from which, among other things, the cutting steels are produced, which are used in the machining of workpieces. The rolling elements 15 are also made of hard metal or ceramic material. Ceramic materials suitable for this purpose are SiN and AlO.

Die Stützringe 10 und 19 bestehen vorzugsweise aus Titan, insbesondere aus hochtemperaturfestem Ti-6.2.4.2. Vorteilhaft ist, dass Titan einen ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie Hartmetall besitzt. Daher treten zwischen der jeweiligen Laufschale und ihrem Stützring praktisch keine temperaturbedingten Spannungen auf.The support rings 10 and 19 are preferably made of titanium, in particular of high temperature Ti-6.2.4.2. It is advantageous that titanium has a similar thermal expansion coefficient as hard metal. Therefore occur between the respective race and its support ring virtually no temperature-related stresses.

Um eine Erosion des Hartmetalls der Laufschalen zu verhindern, sind die Laufrinnen 14 und 17 zusätzlich mit einer Laufschicht 20 bzw. 21 beschichtet.In order to prevent erosion of the hard metal of the running shells, the troughs are 14 and 17 additionally with a running layer 20 respectively. 21 coated.

Gute Werkstoffkombinationen ergeben sich, wenn die Laufschalen 12 und 16 aus Hartmetall (Siliziumcarbid oder Wolframcarbid) bestehen und die Wälzkörper 15 aus Siliziumnitrid (SiN). In diesem Fall sind die Reibverluste sehr gering. Da gegenüber ausschließlich keramischen Lagern durch die Stützringe eine erheblich größere Schadenstoleranz besteht, können mit der erfindungsgemäßen Konstruktion auch Lager mit großen Durchmessern hergestellt werden. Ein Bersten der Lagerschalen wird durch die Unterstützung der keramikartigen Laufschalen durch die Stützringe verhindert.Good material combinations arise when the running shells 12 and 16 made of hard metal (silicon carbide or tungsten carbide) and the rolling elements 15 made of silicon nitride (SiN). In this case, the friction losses are very low. Since compared to exclusively ceramic bearings through the support rings significantly greater damage tolerance, bearings with large diameters can be made with the construction according to the invention. Bursting of the bearing shells is prevented by the support of the ceramic-type running shells by the support rings.

Die Erfindung eignet sich für Wälzlager, die unter hohen Betriebstemperaturen arbeiten müssen, beispielsweise im Triebwerksbau, in der chemischen Industrie, im Motorenbau usw. Das Lager ist für Betriebstemperaturen von über 500°C, insbesondere im Bereich 600–700°C geeignet.The Invention is suitable for Roller bearing, which must work under high operating temperatures, for example in engine construction, in the chemical industry, in engine construction etc. The bearing is for operating temperatures from above 500 ° C, in particular in the range 600-700 ° C suitable.

Die Stützringe 10 und 19 bestehen aus einem Material, dessen Härte wesentlich geringer ist als diejenige der Laufschalen. Außer Titan eignet sich hierfür auch eine Nickellegierung oder ungehärteter Stahl.The support rings 10 and 19 consist of a material whose hardness is much lower than that of the running shells. Apart from titanium, a nickel alloy or unhardened steel is also suitable for this purpose.

Claims (10)

Wälzlager mit – einer inneren Laufschale (12), – einer äußeren Laufschale (16), und – zwischen den Laufschalen angeordneten Wälzkörpern (15), dadurch gekennzeichnet, dass die innere und die äußere Laufschale (12, 16) aus Hartmetall und die Wälzkörper (15) aus Hartmetall oder keramischem Material bestehen, und dass die innere Laufschale (12) von einem inneren Stützring (10) und die äußere Laufschale (16) von einem äußeren Stützring (19) geringerer Härte als die jeweilige Laufschale abgestützt ist.Rolling bearings with - an inner shell ( 12 ), - an outer shell ( 16 ), and - between the running shells arranged rolling elements ( 15 ), characterized in that the inner and outer race ( 12 . 16 ) made of hard metal and the rolling elements ( 15 ) consist of hard metal or ceramic material, and that the inner race ( 12 ) of an inner support ring ( 10 ) and the outer race ( 16 ) of an outer support ring ( 19 ) lower hardness than the respective race is supported. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Laufschale (12) durch eine Hartlotschicht (13) mit dem inneren Stützring (10) verbunden ist.Rolling bearing according to claim 1, characterized in that the inner race ( 12 ) through a brazing layer ( 13 ) with the inner support ring ( 10 ) connected is. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Laufschale (16) durch eine Hartlotschicht (18) mit dem äußeren Stützring (19) verbunden ist.Rolling bearing according to claim 1 or 2, characterized in that the outer race ( 16 ) through a brazing layer ( 18 ) with the outer support ring ( 19 ) connected is. Wälzlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartlotschicht (13, 18) bis zu 700°C oxidationsbeständig ist.Rolling bearing according to claim 2 or 3, characterized in that the brazing layer ( 13 . 18 ) is resistant to oxidation up to 700 ° C. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche mindestens einer der beiden Laufschalen (12, 16) mit einer Hartstofflaufschicht (20, 21) beschichtet ist.Rolling bearing according to one of claims 1-4, characterized in that the running surface of at least one of the two running shells ( 12 . 16 ) with a hard material layer ( 20 . 21 ) is coated. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstofflaufschicht aus DLC (Diamond like Carbon), AlCrN, AlTiN, CrN oder TiB2 besteht.roller bearing according to claim 5, characterized in that the hard material layer DLC (Diamond like Carbon), AlCrN, AlTiN, CrN or TiB2. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (15) aus SiN, SiC oder AlO bestehen.Rolling bearing according to one of claims 1-6, characterized in that the rolling bodies ( 15 ) consist of SiN, SiC or AlO. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Stützringe (10, 19) aus Ti besteht.Rolling bearing according to one of claims 1-7, characterized in that at least one of the support rings ( 10 . 19 ) consists of Ti. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Stützringe (10, 19) aus einer Ni-Legierung besteht.Rolling bearing according to one of claims 1-8, characterized in that at least one of the support rings ( 10 . 19 ) consists of a Ni alloy. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Stützringe (10, 19) aus ungehärtetem Stahl besteht.Rolling bearing according to one of claims 1-9, characterized in that at least one of the support rings ( 10 . 19 ) consists of unhardened steel.
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