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1. (WO2009143829) VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KORROSIONSBESTÄNDIGEN WÄLZLAGERS
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Verfahren zur Herstellung eines korrosionsbeständigen Wälzlagers

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eins korrosionsbeständi-gen Wälzlagers, sowie ein Wälzlager das nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein korrosionsbeständige Wälzlager mit spanlos gefertigten Laufbahnelementen bekannt. Ein solches Wälzlager in Nadellagerbauweise ist beispielsweise in der DE 10 2006 020075 A1 offenbart. Bei der Herstellung des Wälzlagers wird zunächst der Käfig samt der darin gehalterten Wälzkörper als vormontierte Einheit in eine Hülse eingeschoben, an der beispielsweise zunächst nur der rechte Bördelbund umgeformt wurde. Danach wird der linke Bördelbund hergestellt, so dass sich insgesamt eine unverlierbare Einheit ergibt. Dies erfolgt alles unter Verwendung noch nicht gehärteter Elemente. Nach der vollständigen Montage des Wälzlagers wird dieses in einem thermischen Härteprozess gehärtet, bevor- zugt bei einer Austenitisierungstemperatur zwischen 1000 0C bis 1200 0C bei einem Stickstoffdruck von 0,1-3 bar. Anschließend folgt eine Abschreckung und gegebenenfalls ein kurzer Anlassschritt. Hierdurch werden sämtliche Bauelemente gehärtet und den gleichen Temperatur- und Atmosphärenbe-anspruchungen ausgesetzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers bereitzustellen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Bereitstellen wenigstens eines Rohteils eines Wälzlagerelements, Umformen des Rohteils in eine vorbestimmte Form (Schritt S1) beispielsweise eine im Wesentlichen endnahe Form, Zusammenbau des Wälzlagers und seines entsprechenden Wälzla- gerelements.

Hierbei kann zum Beispiel zumindest ein Abschnitt bzw. Bereich oder im Wesentlichen das Gesamte umgeformte Teil eine Härte (HV) aufweisen, die höher ist als die Härte (HV) des Rohteils beispielsweise eine Härte von we-nigstens 400HV oder größer, von wenigstens 450HV oder größer, von wenigstens 500HV oder größer, von wenigstens 550HV oder größer, von wenigstens 600HV oder größer, von wenigstens 630HV oder größer oder von wenigstens 650HV oder größer usw.. bzw. eine Härte beispielsweise in einem Bereich von 350HV bis 650HV und größer.

Ein solches Verfahren hat den Vorteil, dass die Härte des Wälzlagerelements und des daraus zusammengebauten Wälzlagers durch das Umformen erreicht wird. Bei der Verwendung eines Rohteils beispielsweise aus einem stickstofflegierten Austenit kann das Wälzlagerelement einerseits im Wesentlichen endkontumah geformt werden und gleichzeitig durch die Umformung eine sehr hohe Härte erreichen, ohne dass die Korrosionsbeständigkeit des Wälzlagerelements im Wesentlichen beeinträchtigt wird, wenn ein korrosionsbeständiger Werkstoff verwendet wird. Im Stand der Technik wird dagegen die Härte eines Bauteils durch thermisches Härten erreicht. Dadurch erhöht sich zwar die Härte des Bauteils doch gleichzeitig büßt das Bauteil durch diese Härtebehandlung seine Korrosionsbeständigkeit ein.

Diese sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erfährt das Bauteil nach dem Schritt des Umformens und ggf. Trennens eine Hartbearbeitung. Dies hat den Vorteil, dass durch ein anschließendes Schleifen der Laufbahn eines Laufbahnelements als Bauteil, dessen Präzision zusätzlich verbessert werden kann.

Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das umgeformte Teil wahlweise im Anschluss an den Schritt des Umformens einer Hartbearbeitung unterzogen. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise durch ein anschließendes Schleifen der Laufbahn eines Laufbahnelements als umgeformtes Teil, dessen Präzision zusätzlich erhöht bzw. verbessert werden kann.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht das Rohteil aus einem Werkstoff bzw. einer Metalllegierung oder weist diese auf, welche kaltverfestigbar und wahlweise zusätzlich korrosionsbeständig sind, je nach Funktion und Einsatzzweck. Dadurch, dass der Werkstoff oder die Metalllegierung kaltverfestigbar sind wird erreicht, dass die Härte HV des Rohteils durch das Umformen erhöht werden kann, zumindest in einem Bereich des Teils oder im gesamten Teil. Soll das herzustellende Wälzlagerelement zu-sätzlich korrosionsbeständig sein, so kann der Werkstoff bzw. die Metalllegierung entsprechend gewählt werden.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht das Rohteil aus einem Austenit, beispielsweise einem stickstofflegierten Austenit. Der Stickstoff legierte Austenit hat den Vorteil, dass er korrosionsbeständig ist und zu einer starken Kaltverfestigung neigt. Der stickstofflegierte Austenit kann nach dem Schritt des Umformens und ggf. Trennens eine Härte von beispielsweise größer 630HV oder größer 650HV erreichen.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Wälzkörperelement beispielsweise ein Laufbahnelement, eine Hülse oder eine Büchse. Dies sind jedoch lediglich Beispiele und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Wälzlager zu einem Rollenlager, Kugellager oder Nadellager zusammenbaubar. Nadellager mit ihren schmalen bzw. kleineren Wälzkörpern eignen sich besonders gut zur Herstellung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei Kugellager können beispielsweise ein dünnwandiges Kugellager verwendet werden, das ein Einführen der Kugeln als Wälzkörperelemente erlaubt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der schematischen Figur der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm zur Herstellung eines Wälzlagers gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Herstellung eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm in welchem die Härte eines Laufbahnelements in Bezug auf die Bauteildicke dargestellt ist, wobei das Laufbahnelement fließgepreßt ist; und

Fig. 4 ein Diagramm in welchem die Härte eines Bauteils in Abhängigkeit von dem Umformgrad dargestellt ist.

In Fig. 1 ist zunächst ein Verfahren zum Herstellen beispielsweise eines Laufbahnelements eines Lagers gemäß dem Stand der Technik dargestellt.

Dabei wird als Werkstoff beispielsweise ein martensitischer Einsatzstahl ver-wendet, der hierbei korrosionsbeständig ist.

Gemäß einem ersten Schritt S1 werden zunächst Elemente des herzustellenden Wälzlagers, beispielsweise das Rohteil zum Herstellen eines Laufbahnelements, durch Umformung zunächst geeignet umgeformt. Das Um-formen bewirkt hierbei eine geringfügige Kaltverfestigung des Wälzlagerteils, wobei sich die Härte des Wälzlagerteils geringfügig erhöht, beispielsweise von einer Härte von 200Hv auf eine Härte von 250HV.

Diese Härte von 250HV ist jedoch für das Wälzlagerteil, wie beispielsweise ein Laufbahnelement, zu gering bzw. nicht ausreichend. Daher wird das Wälzlagerteil in einem nächsten Schritt S* einer Härtebehandlung unterzogen, um das Wälzlagerteil zu härten. Eine solche Härtebehandlung stellt beispielsweise eine Diffusionsbehandlung, z.B. mit Stickstoff, das Härten, das Tiefkühlen und das Anlassen, des Wälzkörperteils dar, je nachdem bei-spielsweise aus welchen Werkstoff das Wälzkörperteil besteht. Durch eine solche Behandlung kann die Härte des Wälzkörperteils beispielsweise auf eine Härte von 650HV und höher gesteigert werden. Die zuvor genannte Härtebehandlung ist rein beispielhaft und nicht abschließend.

Die zusätzliche Härtebehandlung, die das Wälzlagerelement mit der notwendigen Härte versieht, hat jedoch einen gravierenden Nachteil. Durch die Härtebehandlung wird zwar die Härte des Wälzlagerelements deutlich gesteigert, jedoch ist der zusätzliche Fertigungsschritt der Härtebehandlung auch mit zusätzlichen Kosten und einem zusätzlichen Zeitaufwand verbunden.

Im Anschluss an die Härtebehandlung kann das Wälzkörperteil, in einem weiteren Schritt S2 einer Hartbearbeitung unterzogen werden.

Nachdem die Kundenanforderungen nach korrosionsbeständigen Wälzlagerkonzepten stetig steigen und durch den Wettbewerb eine beständige Kostenreduzierung erzwungen wird, besteht unter anderem eine Nachfrage nach verbesserten amagnetischen Lagerungen. Solche Lagerungen weisen beispielsweise einen Kunststoffkäfig und keramische Wälzkörper auf. Insbesondere besteht ein Bedarf an hoch korrosionsbeständigen Lagerungen in abgedichteter Bauweise, die beständig sind gegenüber verdünnten Säuren und Laugen. Des Weiteren besteht ein Bedarf an relativ kostengünstigen und korrosionsbeständigen Lagerungen in nicht abgedichteter Bauweise, die einem Salzsprühnebeltest beispielsweise von wenigstens 1000h und länger standhalten. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können solche Lager hergestellt werden.

In Fig. 2 ist nun eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Wälzlagers gemäß der Erfindung gezeigt.

Für die Laufbahnelemente des Wälzlagers, beispielsweise einen Außenring, einen Innenring, eine Hülse oder eine Büchse, wird zum Beispiel ein stickstofflegierter, homogener Austenit verwendet. Ein Beispiel für einen solchen stickstofflegierten, homogenen Austenit ist in der DE 10 2004 043134 A1 beschrieben. Darin ist ein nichtrostender, austenitischer Stahl offenbart, mit der folgenden Zusammensetzung in Masse-% gelöst, 16 bis 21% Chrom, 16 bis 21% Mangan, 0,5 bis 2,0% Molybdän, insgesamt 0,80 bis 1 ,1% Kohlenstoff und Stickstoff, und mit einem Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis von 0,5 bis 1 ,1 , Rest Eisen, sowie einem Gesamtgehalt von kleiner gleich 2,5% an erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel für einen geeigneten Werkstoff, der bei der Herstellung des Wälzlagers gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann. Die Erfindung ist auf dieses Beispiel nicht beschränkt. Grundsätzlich wird gemäß der Erfindung ein Metall bzw. eine Metalllegierung verwendet, welche zu einer starken Kaltverfestigung neigt, vergleichbar dem zuvor genannten Stahl gemäß der DE 10 2004 043134 A1. Das Metall bzw. die Metalllegierung kann hierbei neben der starken Neigung zur Kaltverfestigung zusätzlich korrosionsbeständig sein, wenn das daraus zu fertigende Bauteil korrosionsbeständig sein soll.

Der zuvor beschriebene Werkstoff neigt stark zu einer Kaltverfestigung. In einem ersten Schritt S1 werden Elemente des zu fertigenden Wälzlagers, beispielsweise das Rohteil zum Herstellen eines Laufbahnelements, durch Umformung im Wesentlichen endkonturnah geformt. Das Rohteil wird hierbei beispielsweise mittels Tiefziehen und/oder Streckziehen umgeformt und gegebenenfalls anschließend kaltgewalzt. Dabei ist eine zu erreichende Laufbahnhärte von einem maximal zu erzielenden Reckgrad bzw. Walzgrad abhängig. Hierbei wird in Laufbahnnähe beispielsweise ein hoher Umformgrad benötigt, um eine erforderliche Härte von zum Beispiel größer 630HV1 oder größer 650HV1 einstellen zu können. Dies hat den Vorteil, dass ein thermisches Härten hierdurch entfallen kann. Dadurch kann der Prozessschritt einer Härtebehandlung entfallen und hierdurch eine erhebliche Kostenersparnis und Zeitersparnis erzielt werden.

In einem zweiten Schritt S2 kann die Laufbahn, im Anschluss an das Umformen einer Hartbearbeitung unterzogen werden, d.h. die Laufbahn wird beispielsweise nur noch geschliffen. In einem anschließenden dritten Schritt werden alle Elemente des Wälzlagers zusammengebaut, dazu gehört auch beispielsweise das zuvor beschriebene Laufbahnelement, das durch Umformen und eine anschließende Hartbearbeitung hergestellt wurde. Der Schritt S2 der anschließenden Hartbearbeitung des umgeformten und da-durch gehärteten Bauteils ist rein optional und kann je nach Funktion und Einsatzzweck des Bauteils auch entfallen. Im Anschluss an den Schritt des Umformens kann ein Laufbahnelement also auch direkt zu einem Lager zusammengebaut werden, ohne dass seine Laufbahn zuvor geschliffen bzw. einer weiteren Hartbearbeitung unterzogen wird.

Als Wälzkörper können beispielsweise Rollen, Kegelrollen, Nadeln oder Kugeln usw. eingesetzt werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Aufzählung ist dabei beispielhaft und nicht abschließend. Dabei können die Wälzkörper beispielsweise Keramikwälzkörper sein, zum Beispiel Keramik-rollen oder Keramiknadeln usw.. Alternativ können auch beispielsweise Wälzkörper aus einem hochfesten Stahl, z.B. Niro-Stahl, beispielsweise X30CrMo15-1 , mit einer Härte beispielsweise größer 700HV1 eingesetzt werden. Grundsätzlich können die Wälzkörper aber auch aus anderen geeigneten Werkstoffen hergestellt sein. Die zuvor genannten Werkstoffe sind lediglich beispielhaft und ihre Aufzählung ist nicht abschließend.

Des Weiteren kann ein Käfig des Wälzlagers beispielsweise aus Kunststoff, aus Niro-Stahl oder aus einem beschichteten bzw. randschichtbehandelten Stahl bestehen oder diesen aufweisen. Die Erfindung ist jedoch auf diese Beispiele nicht beschränkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren, wie es zuvor mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wurde, hat den Vorteil gegenüber dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik, dass die Härtung von Bauteilen durch die Verwendung eines stark zur Kaltverfestigung neigenden Werkstoffs erzielt wird, indem dieser umgeformt wird. Dabei behält aber der Werkstoff, wenn er korrosionsbeständig ist, gleichzeitig seine Korrosionsbeständigkeit. Das erfindungs- gemäße Verfahren hat den Vorteil, dass auf einen zusätzlichen Prozessschritt der Härtebehandlung, wie beispielsweise die Diffusionsbehandlung, das Härten, das Tiefkühlen und anschließende Anlassen verzichtet werden kann und dadurch eine erhebliche Kostenersparnis und Zeitersparnis errei-chet werden kann.

In Rg. 3 ist ein Diagramm dargestellt, in welchem die Härte eines Laufbahnelements in Bezug auf die Bauteildicke dargestellt ist. Der Werkstoff ist hierbei ein stickstofflegierter Austenit.

Aus dem Diagramm kann hierbei entnommen werden, dass entsprechend der Umformung und der Bauteildicke beispielsweise Laufbahnelemente als Wälzkörperelemente an Härte gewinnen. Der in Fig. 3 gezeigte Härteverlauf wurde hierbei durch ein Kaltfließpressen erzeugt. Es sind jedoch insbeson-dere bei dünnwandigen Teilen auch homogene Härten beispielsweise zwischen 630 HV1 und 730 HV1 über den gesamten Querschnitt möglich. Der schraffierte Bereich in Fig. 3 stellt den Toleranzbereich 10 dar, in dem die Härte eines Bauteils aus einem stickstofflegierten Austenit in Abhängigkeit von einer entsprechenden Bauteiltiefe liegt.

Insbesondere bei einer Bauteiltiefe oder Bauteildicke in einem Bereich von beispielsweise ca. 0,3mm bis 0,6mm werden sehr hohe Werte für die Härte des Bauteils erzielt. Die Tatsache, dass durch eine entsprechende Umformung die Härte eines Wälzlagerelements gesteigert werden kann, macht sich die Erfindung zu nutze und formt daher die Wälzlagerelemente daher möglichst oder im Wesentlichen endformnah um und baut sie anschließend zu einem Wälzlager zusammen. Dies ist aber nicht zwingend, so kann eine endkontumahe Umformung auch beispielsweise in einem späteren Umformschritt erfolgen.

In Fig. 4 ist rein schematisch und vereinfacht ein Diagramm dargestellt, in dem exemplarisch die Zunahme der Härte eines Bauteils in Abhängigkeit von dessen Umformgrad dargestellt ist. Grundsätzlich kann aus Fig. 4 entnommen werden, dass je höher der Umformgrad des Bauteils ist, um so mehr nimmt auch die Härte des Bauteils zu. Dabei wird vorzugsweise als Werkstoff für das Bauteil ein möglichst stark zur Kaltverfestigung neigender Werkstoff verwendet. Ein Werkstoff der dagegen nur zu einer geringen Kaltverfestigung neigt wird durch Umformen nur entsprechend geringfügig härter.

Je nach dem Werkstoff des jeweiligen Wälzlagerelements kann nach dem Umformen und beispielsweise vor einer eventuellen Hartbearbeitung eine thermische Nachbehandlung vorgesehen werden. Diese ist aber im Gegensatz zu dem zuvor in Fig. 1 beschriebenen Stand der Technik nicht notwen-dig.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind dabei miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon.

Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Werkstoffe für die Wälzlagerelemente beschränkt. Beispielsweise kann ein geeigneter Austenit für ein Wälzkörperelement eingesetzt werden der korrosionsbeständig ist und stark zu einer Kaltverfestigung neigt und damit in seiner Härte erheblich steigerbar ist durch ein entsprechendes Umformen. Des Weiteren sind die zuvor beschriebenen Umformverfahren, wie Tiefziehen und Streckziehen nur beispielhaft. Die Erfindung ist auf diese Umformverfahren nicht beschränkt, die Aufzählung ist lediglich beispielhaft und nicht abschließend. Grundsätzlich kann jedes Umformverfahren eingesetzt werden, um eine vorbestimmte Kontur bzw. Form des Wälzkörperelements zu erzielen.

Bezugszeichenliste

Toleranzbereich