NL9401873A - Wentellager met verbeterde slijtage kenmerken. - Google Patents

Description

Wentellager met verbeterde sli.ltage kenmerken.

De uitvinding heeft betrekking op een wentellager, omvattende een buitenring en een binnenring die een lagerruimte insluiten welke wentelelementen bevat, welke ringen uit staal bestaan. Gewoonlijk bestaan de wentelelementen van een dergelijk lager eveneens uit staal, in het bijzonder uit staal met ongeveer dezelfde hardheidseigenschappen als het staal van de ringen.

Bij rotatie van het lager, rollen de wentelelementen over de loopbanen van de ringen. Elke verontreiniging, bijvoorbeeld kleine slijtagedeeltjes, die zich op de loopbanen of de wentelementen bevinden worden samengedrukt tussen deze elementen. Harde slijtagedeeltjes, bijvoorbeeld kleine staaldeeltjes die losgeraakt zijn van een van de delen van het lager of die uit de omgeving zijn binnengekomen, bieden weerstand tegen een dergelijke samendrukking en leiden tot de vorming van kleine indeukingen in zowel de loopbanen als de wentelelementen.

Gebleken is dat in het bijzonder de putjes in de loopbanen een negatieve invloed hebben op de nuttige levensduur van het lager. Bovendien leiden zij tot een grotere geluidsproduktie tijdens bedrijf ten gevolge van een ongelijkmatige loop en grotere speling, veroorzaakt door de slijtage van de oppervlakken van de loopbanen.

Deze indeukingen hebben een kratervorm, waarbij een klein centraal gat is omgeven door een materiaalwand die omhooggedrukt is en uitsteekt boven de loopbaan. Omgekeerd krijgen de wentelelementen eveneens indeukingen. Ten gevolge van het cyclische karakter van de belasting die door de wentelementen wordt uitgeoefend, kunnen dan scheurvorming en vermoeiing in de ringen optreden.

Hoewel al voorgesteld is om de lagers tegen dergelijke vernietigende verontreinigingsdeeltjes te beschermen door afdichtingen en filters te voorzien, kan het binnentreden daarvan niettemin niet altijd volledig verhinderd worden en daardoor kan de vorming van indeukingen niet worden uitgesloten.

Het doel van de uitvinding is derhalve het verlichten van de gevolgen voortvloeiende uit het optreden van dergelijke indeukingen. Dat doel wordt bereikt doordat ten minste een van de wentelelmenten uit een materiaal bestaat dat harder of stijver is dan het materiaal van de andere wentelelementen.

Elke indeuking, in het bijzonder de uitstekende delen daarvan, die door verontreinigingen gevormd wordt bij het samendrukken tussen de betreffende loopbaan en een wentelelement van ongeveer dezelfde hardheid worden nu samengedrukt zodra een wentelelement met een belangrijk hogere hardheid of stijfheid daaroverheen rolt. Daardoor wordt het gladde karakter van de loopbanen hersteld. Slechts kleine gaatjes blijven over in de rechte loopbaan, welke geen negatieve invloed hebben op de loopeigenschappen van het lager. In deze kleine gaatjes verzamelen zich minieme hoeveelheden smeerolie, welke zelfs een positieve invloed hebben. Bovendien worden de spanningsconcentraties en derhalve het risico van scheurvorming en slijtage aanzienlijk verminderd. Verder zal het lager rustiger lopen.

Hoewel elk materiaal met adequate hardheidseigenschappen (Vickers hardheid bij 5 kg belasting groter dan 1*1,2 GPa en elasticiteitsmodulus groter dein 280 GPa) zou kunnen worden toegepast, bestaat bij voorkeur ten minste een van de wentelementen uit een keramisch materiaal, of een keramische constructiemateriaal zoals siliciumhoudende nitriden zoals siliciumnitride inclusief sialonverbindingen, siliciumhoudende carbiden zoals siliciumcarbide, aluminiumoxyde, of gecementeerde materialen zoals gecementeerde carbiden. Gewoonlijk bestaan de andere wentelelementen uit staal met ongeveer dezelfde eigenschappen als het in de ringen toegepaste staal.

Wentellagers waarbij alle wentelelementen uit een keramisch materiaal bestaan zijn reeds bekend. Gezien het feit dat in deze lagers alle wentelelementen dezelfde samendrukkende werking op de loopbanen uitoefenen, doet zich daarbij de vorming van dergelijke kratervormige indeukingen niet voor.

Ten gevolge van de hardheidseigenschappen van deze wentelelementen, is de lagercapaciteit van dergelijke lagers echter lager dan die van normale, geheel uit staal bestaande lagers. In de laatste lagers kunnen de onderdelen meegeven onder hoge belastingen ten gevolge van hun relatief lage elasticiteitsmodulus, hetgeen leidt tot een toename in contactgebieden waardoor ook de lagercapaciteit toeneemt.

Het keramisch materiaal waaraan de meeste voorkeur wordt gegeven is siliciumnitride. Ter vermijding van onbalans in het draaiende lager, zijn ten minste twee wentelelementen voorzien bestaande uit een harder materiaal, die regelmatig verdeeld zijn in omtreksrichting.

De uitvinding zal verder toegelicht worden onder verwijzing naar een in de figuren weergegeven uitvoering.

Figuur 1 toont een gedeeltelijk zijaanzicht van een buitenring, die ringen heeft van een lager met normale wentelementen.

Figuur 2 toont een gedeeltelijk aanzicht van de buitenring die kleine gaatjes heeft, in een lager dat ten minste een stijver of harder wentelelement bevat.

De buitenring 1 van een wentellager, waarvan de andere delen niet zijn getoond, bezit een loopbaan 2 waarover de wentelelementen kunnen rollen. Elke verontreiniging die gevangen raakt tussen het oppervlak van de wentelelementen en de loopbaan 2, zal aanleiding geven tot kratervormige indeukingen die bestaan uit een klein gat 4 omgeven door een wand of vooruitstekend deel 5.

Op hun beurt zullen deze uitstekende delen 5 ook leiden tot indeukingen in de wentelelementen zelf. De aanwezigheid van dergelijke indeukingen in zowel de ringen als de wentelelementen van het lager leiden tot vermoeiing en scheurvorming. Ook wordt daardoor een onrustige loop met veel geluidsproduktie veroorzaakt.

Volgens de uitvinding is ten minste een van de wentelelementen van een belangrijk hardere of stijvere aard, bijvoorbeeld van een keramisch materiaal, of gecementeerde carbiden. Een dergelijk wentelelement zal, wanneer dit over de indeukingen 3 rolt, ten minste de uitstekende delen 5 daarvan samendrukken, zoals weergegeven in figuur 2.

In deze figuur 2 is een buitenring 6 getoond waarvan de uitstekende delen zijn samengedrukt, waardoor vlakke gebieden 7 ontstaan die overeenkomen met het normale, niet beschadigde oppervlak 8 van de ring 6. De gaten die bij de indeukingen horen zijn overgebleven.

Het risico van vermoeiing en derhalve scheurvorming en slijtage in een ring van een lager met ten minste een stijver of harder wentelement is belangrijk lager dan bij normale lagers. De aanwezigheid van de kleine gaatjes 4 leidt tot een betere smering van de loopbaan 8 en de wentelementen. In de gaatjes 4 verzamelen zich minieme hoeveelheden 9t die betere smeerkenmerken opleveren.

Hoewel in de figuren slechts een buitenring getoond is, wordt het hierboven beschreven effect ten gevolge van de toepassing van enkele hardere wentelelementen natuurlijk op gelijke wijze ook in de binnenring verkregen.

Claims (6)

1. Wentellager, omvattende een buitenring (1) en een binnenring die een lagerruimte insluiten welke wentelelementen omvat, welke ringen uit staal bestaan met het kenmerk, dat ten minste een van de wentelelementen uit een materiaal bestaat dat harder of stijver is dan het materiaal van de andere wentelementen.

2. Lager volgens conclusie 1, waarbij de Vickers hardheid, gemeten bij 5 kg belasting GPa, van ten minste een van de wentelelementen groter is dan 14,2 GPa.

3· Lager volgens conclusie 1 of 2, waarbij de elasticiteitsmodulus van ten minste een van de wentelelementen hoger is dan 280 GPa.

4. Lager volgens conclusies 1, 2 of 3» waarbij ten minste een van de wentelementen uit een keramisch constructiemateriaal bestaat, en de andere wentelementen uit staal bestaan.

5· Lager volgens conclusie k, waarbij het keramische materiaal siliciumhoudende nitriden zoals siliciumnitride, sialonverbindingen, siliciumhoudende carbiden zoals siliciumcarbide, aluminiumoxyde of gecementeerde carbiden omvat.

6. Lager volgens conclusie 1, 2, 3. ** of 5t waarbij ten minste twee wentelelementen uit een harder materiaal zijn voorzien die regelmatig zijn verdeeld in omtreksrichting.