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1. WO2019057242 - METHOD FOR PRODUCING A BEARING COMPONENT, AND BEARING COMPONENT

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[ DE ]

Verfahren zur Herstellung eines Laqerbauteils sowie Lagerbauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils, wobei ein Lagerbauteilrohling ein metallisches Substrat auf Eisenbasis und eine Konversions-schiebt aufweist, wobei die Konversionsschicht zumindest bereichsweise auf dem metallischen Substrat ausgebildet ist und eine Ausgangsschichtdicke aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Lagerbauteil.

Lagerbauteile und Wälzlager werden in einer Vielzahl von Alltagsgegenständen und für industrielle Zwecke angewandt, beispielsweise in Windkraftgeneratoren oder Radlagern. Solche Lagerbauteile weisen eine Lebensdauer auf, wobei man unter einer solchen Lebensdauer die Anzahl der Umdrehungen oder Betriebsstunden versteht, bis es zu einem Versagen kommt. Häufig basiert der Ausfall des Lagerbauteils auf einer Werkstoffschädigung und/oder Werkstoffermüdung. Ein häufiges Phänomen einer solchen Werkstoffschädigung sind weiß anätzende Risse (in Englisch: white-etching-cracks, abgekürzt WEC). Im Stand der Technik wird auf solche Früh-Ermüdungser-scheinujigen durch das Aufbringen von Passivierungsschichten geantwortet, beispielsweise mitteis Brünieren. Dennoch kann es auch bei Lagerbauteilen mit einer solchen Passivierungsschicht zu Materialermüdungserscheinungen kommen, insbeson-dere auch in der Anfangszeit.

Die Druckschrift DE 10 2007 055 575 A1 beschreibt ein Laufbahnelement einer Wälzlagerung, wobei das Laufbahnelement wenigstens eine Abrollbahn aufweist, wobei auf der Abrollbahn Wälzkörper aus Stahl vorgesehen sind. Das Laufbahnelement ist dabei derart ausgebildet, dass es in einem gesamten Tiefenbereich von 0 bis ca. 40 Mikrometer unter der Oberfläche der Abrollbahn Druckeigenspannungen in Höhe von mindestens 400 Megapascai aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Lager-bauteils und ein Lagerbauteil bereitzustellen, welches eine verlängerte Lebensdauer aufweist. Insbesondere soll das Verfahren zur Herstellung des Lagerbauteils ein Lagerbauteil bereitstellen, welches über eine ermüdungsunanfällige Schutzschicht verfügt.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das Lagerbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.

Die Aufgabe wird demnach für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils dadurch gelöst, dass ein Lagerbauteilrohling ein metallisches Substrat auf Eisenbasis und eine Konversionsschicht aufweist, wobei die Konversionsschicht zumindest bereichsweise auf dem metallischen Substrat ausgebildet ist und eine Ausgangsschichtdicke aufweist, wobei als Konversionsschicht eine Brünierschicht auf Eisenoxidbasis gebildet wird, die durch zumindest bereichsweise Behandlung des metallischen Substrats mittels eines alkalischen Behandlungsbads erzeugt wird. Zum Erhalten des Lagerbauteils wird das metallische Substrat des Lagerbauteilrohlings gehärtet und der Lagerbauteilrohling zumindest in einem Bereich der Kon-versionsschicht mittels eines kugelförmigen Körpers überrollt, wobei die Konversionsschicht in diesem Bereich verdichtet wird und eine Schutzschicht des Lagerbauteils mit einer Endschichtdicke bildet, wobei die Endschichtdicke kleiner als Θ5 Prozent der Ausgangsschichtdicke ist.

Insbesondere ist das Lagerbauteil ein Bauteil eines Wälzlagers oder eines Gleitlagers, insbesondere ein Lagerring, ein Laufbahnelement oder ein Wälzkörper.

Das Lagerbauteil basiert insbesondere auf einem Lagerbauteilrohling. Der Lagerbauteilrohling weist ein metallisches Substrat auf Eisenbasis und eine Konversionsschicht auf. Eine Konversionsschicht wird durch eine chemische Umwandlung des Materials des metallischen Substrats an dessen Oberfläche ausgebildet, insbesondere durch eine Oxidation des metallischen Substrats an dessen Oberfläche ausgebildet. Das

metallische Substrat auf Eisenbasis ist insbesondere aus Stahl oder Edelstahl, vorzugsweise aus Lagerstahl, gebildet. Der Lagerbauteilrohling ist vorzugsweise ein gedrehter Lagerbauteilrohling, ein geschliffener Lagerbauteilrohling und/oder ein gehonter Lagerbauteilrohling.

Der Lagerbauteilrohling weist eine Konversionsschicht auf, wobei die Konversionsschicht vorzugsweise vollständig die Oberfläche des Lagerbauteilrohlings bedeckt. Alternativ ist die Konversionsschicht partiell oder abschnittsweise auf der Oberfläche des Lagerbauteilrohlings vorhanden. Die Konversionsschicht ist eine schwarze Rand-oxidationsschicht in Form einer Brünierschicht.

Ergänzend kann die Konversionsschicht ein, über eine Nachbehandlung der Konversionsschicht eingebrachtes organisches Material umfassen, wie beispielsweise einen Kunststoff. Die Konversionsschicht weist eine Ausgangsschichtdicke auf. Vorzugs-weise ist die Ausgangsschichtdicke im gesamten Bereich des Lagerbauteilrohlings gleich groß. Die Ausgangsschichtdicke ist vorzugsweise größer als 0,5 Mikrometer, insbesondere größer als 1 Mikrometer. Die Konversionsschicht ist insbesondere plastisch formbar, und vorzugsweise nach dem plastischen Verformen durch Rollieren formstabil.

Das Lagerbauteil wird aus dem Lagerbauteilrohling durch Überrollen des Lagerbauteilrohlings erhalten, wobei die Konversionsschicht zumindest bereichsweise überrollt wird. Bei dem Überrollen wird die Konversionsschicht mit einer Kraft und/oder einem Druck beaufschlagt. Der Druck beim Überrollen ist insbesondere größer als 2000 Me-gapascal, vorzugsweise größer als 5000 Megapascal und im Speziellen größer als 7000 Megapascal.

Die Konversionsschicht bildet nach dem Überrollen eine Schutzschicht des Lagerbauteils. Die Schutzschicht ist damit von der durch das Überrollen verdichteten und ge-glätteten Konversionsschicht gebildet. Die Schutzschicht des Lagerbauteils weist eine Endschichtdicke auf. Insbesondere ist die Endschichtdicke der Schutzschicht in allen Bereichen des Lagerbauteils gleich groß. Die Endschichtdicke ist insbesondere kleiner als 1 ,8 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als 1 ,5 Mikrometer und im Speziellen kleiner als 1 Mikrometer. Das Überrollen der Konversionsschicht wird derart ausgeführt, dass die Konversionsschicht so verdichtet wird, dass die Endschichtdicke eine Dicke aufweist, die kleiner als 95 % der Ausgangsschichtdicke, insbesondere auch kleiner als 90 % und im Speziellen kleiner als 80 % der Ausgangsschichtdicke beträgt.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils bereitgestellt, welches eine gleichmäßig verdichtete und kontinuierliche Schutzschicht aufweist. Das Überrollen der Konversionsschicht stellt beispielsweise ein mildes Einlaufen und/o-der ein artefaktales Einlaufen unter festlegbaren Parametern des Lagerbauteils dar. Im Stand der Technik kommt es allerdings beim Einlaufen von beschichteten Lagerbauteilen in Ihrer eigentlichen Anwendung zu einem ungleichmäßigen Einlaufen, wobei die Konversionsschicht nicht überall gleichförmig verdichtet wird und somit die Schutzschicht nicht überall gleichförmig ausgebildet wird. Ferner kann es vorkommen, dass die Konversionsschicht eines Lagerbauteilrohlings beim Einbau aneckt und/oder ankantet, sodass die Konversionsschicht teilweise zerstört wird, und an den zerstörten und/oder beschädigten Abschnitten es schneller zu einer Ermüdung kommt. Durch das erfindungsgemäße gezielte Überrollen der Konversionsschicht kann hingegen eine kontinuierliche, besonders gleichförmige Schutzschicht ausgebildet werden und somit die Langzeitstabilität des Lagerbauteils erhöht werden.

Die Konversionsschicht ist eine Brünierschicht auf Eisenbasis, vorzugsweise umfassend Eisenoxid und im Speziellen umfassend ein Eisenmischoxid. Dabei wird zur Bildung der Brünierschicht ein zuvor gehärtetes metallisches Substrat auf Eisenbasis oberflächlich oxidiert. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Konversionsschicht mit organischem Material nachbehandelt ist, beispielsweise mit einer Kunststoffbesch ichtung versehen ist, beispielsweise aus einem Lack oder Wachs. Aber auch eine Imprägnierung der Konversionsschicht mittels eines Schmiermittels, insbesondere einem öl, Fett oder einem wasserverdrängenden Medium, kann vorhanden sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Konversionsschicht eine Brünierschicht der Bezeichnung Durotect-B® (Eisenmischoxid, vorrangig Magnetit) aus dem Hause Schaeffler ist.

Das Härten des metallischen Substrats kann dabei mittels eines üblichen Härteverfahrens erfolgen. Insbesondere wird ein Einsatzhärten, ein induktives Härten, ein Carbo-nitrieren, ein Nitrieren, ein Carburieren, ein martensitisches Härten oder ein bainiti-sches Härten durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass das Härten des metallischen Substrats vor Ausbildung der Brünierschicht eine besonders gleichmäßige Verdichtung der Brünierschicht durch das Überrollen ermöglicht.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass der kugelförmige Körper zum Überrollen der Brünierschicht Bestandteil eines hydrostatischen Glattwalz- oder Festwalzwerkzeugs ist. Insbesondere ist das hydrostatische Walzwerkzeug derart betreibbar, dass der Druck beim Überrollen gezielt einzustellen ist. Ferner kann es vorgesehen sein, dass der kugelförmige Körper des hydrostatischen Walzwerkzeugs auf der gesamten Oberfläche des Lagerbauteilrohlings abrollt, wobei dabei das hydrostatische Walzwerkzeug und/oder der Lagerbauteilrohling bewegt wird.

Insbesondere ist der kugelförmige Körperdurch eine Hartmetall- oder Keramikkugel gebildet. Im Speziellen ist das hydrostatische Walzwerkzeug mit einer Hartmetall- o-der Keramikkugel als kugelförmigem Körper ausgebildet. Insbesondere kann es vor-gesehen sein, dass das Walzwerkzeug eine Kugel aufweist, wobei die Kugel austauschbar ist und/oder der Kugeldurchmesser des Walzwerkzeuges änderbar ist. Beispielsweise kann das Walzwerkzeug mit Kugeln unterschiedlichen Durchmessers betrieben werden, wobei die Kugeln im Walzwerkzeug austauschbar sind und bei dem Austauschen der Kugeldurchmesser verändert werden kann. Beispielsweise weisen die Kugeln einen Durchmesser von größer 2 Millimeter oder größer 6 Millimeter oder größer 13 Millimeter auf.

Besonders bevorzugt ist es, dass durch das Überrollen die Konversionsschicht so verdichtet wird, dass die Schutzschicht eine Härte aufweist, die mindestens 120 % einer Härte der Konversionsschicht entspricht. Ferner ist es vorgesehen, dass die Härte der Schutzschicht mindestens 150 % der Härte der Konversionsschicht entspricht und im Speziellen, dass die Härte der Schutzschicht mindestens 200 % der Härte der Konver-siorisschicht entspricht. Durch die Erhöhung der Härte der Schutzschicht wird insbesondere die Wälzbelastbarkeit des Lagerbauteils erhöht.

Ferner kann durch das Überrollen die Konversionsschicht nicht nur verdichtet, sondern weiterhin die Rauigkeit der Oberfläche der Konversionsschicht reduziert werden. Insbesondere wird bei dem Überrollen der Konversionsschicht die Oberfläche geglättet, sodass die Schutzschicht eine geringere Rauigkeit als die Konversionsschicht aufweist.

Besonders bevorzugt ist es, dass durch das Überrollen die Konversionsschicht so verdichtet wird, dass das Lagerbauteil zumindest im Bereich der Schutzschicht unter der Oberfläche Druckeigenspannungen von mehr als 150 Megapascal aufweisen, vorzugsweise von mehr als 250 Megapascal und im Speziellen von mehr als 500 Me-gapascal. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass durch das Überrollen die Konversionsschicht und/oder der Lagerbauteilrohling Druckeigenspannungen von größer als 800 Megapascal und im Speziellen von größer als 1000 Megapascal aufweisen. Die Eigenspannung des Lagerbauteils und/oder der Schutzschicht ist insbesondere durch die Kugelgröße des Walzwerkzeugs einstellbar. Ferner kann durch einen Kühlflüssig-keitsdruck beim Überrollen die Eigenspannung eingestellt werden. Der Kühlflüssigkeitsdruck beim Überrollen ist insbesondere größer als 10 bar, und im Speziellen größer als 200 bar. Ferner ist es vorgesehen, dass der Kühlflüssigkeitsdruck kleiner ist als 450 bar.

Optional ist es vorgesehen, dass bei dem Überrollen der Lagerbauteilrohling schlupffrei überrollt wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass bei dem üblichen Einlaufen im Stand der Technik eines Lagerbauteilrohlings mit einer Konversionsschicht in seiner eigentlichen Anwendung ein Schlupf auftritt, wobei es durch den Schlupf zu einer ungleichmäßigen Ausbildung der Schutzschicht kommt. Durch das kontrollierte, schlupffreie Einlaufen beim gezielten Überrollen des Lagerbauteilrohlings kann so gewährleistet werden, dass die Schutzschicht gleichmäßig ausgebildet ist und es zu einer geringen Ausfallrate kommt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass dem Überrollen ein Passivierungs-schritt zur Erzeugung der Konversionsschicht des Lagerbauteilrohlings vorrangeht. In diesem Passivierungsschritt wird eine Konversionsschicht erzeugt, wobei der Eisen-Werkstoff des metallischen Substrats oberflächlich in ein Eisenoxid (Mischoxid) überführt wird. Insbesondere wird die metallische Oberfläche des metallischen Substrats bei dem Passivierungsschritt in eine amorphe Oxidschicht umgewandelt. Besonders bevorzugt ist es, dass bei dem Passivierungsschritt als amorphe Oxidschicht eine Eisenmischoxidschicht auf das Substrat erzeugt wird. Dazu wird der Lagerbauteilrohling mit einer heißen alkalischen Lösung behandelt, wobei bei dieser Behandlung das Metall des metallischen Substrats oberflächlich in ein Oxid überführt wird, das die Konversionsschicht bildet. Die Konversionsschicht, hergestellt mittels des Passivierungs-schrittes, weist vorzugsweise eine Dicke von größer oder gleich 0,5 Mikrometer auf und ferner eine Dicke kleiner als 3 Mikrometer.

Ferner ist es insbesondere vorgesehen, dass dem Überrollen ein Lagerbauteilroh-lingsherstellungsschritt vorangeht, wobei in dem Lagerbauteil-rohlingsherstellungs-schritt der Lagerbauteilrohling mit einer Rohlingsgeometrie hergestellt wird, wobei das Lagerbauteil nach dem Überrollen eine Endgeometrie aufweist. Die Rohlingsgeomet-rie ist vorzugsweise verschieden von der Endgeometrie. Insbesondere ist die Rohlingsgeometrie so gewählt, dass das Lagerbauteil nach dem Walzen des Lagerbauteilrohlings die gewünschte Endgeometrie aufweist.

Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Lagerbauteil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Das Lagerbauteil ist beispielsweise eine Wälzlagerkomponente und insbesondere eine Wälzlagerkomponente mit Laufbahn. Insbesondere ist das Lagerbauteil als ein Lagerring oder als ein Wälzkörper ausgebildet. Optional ist der Lagerring und/oder die Wälzlagerkomponente und/oder der Wälzkörper für ein Großwälzlager ausgebildet und/oder weist einen Teilkreisdurchmesser größer als 500 mm auf.

Vorzugsweise ist die Konversionsschicht ausschließlich oder mindestens auf der Laufbahn des Lagerrings aufgebracht. Insbesondere weist die gesamte Oberfläche des Wälzkörpers und/oder des Lagerrings die Konversionsschicht auf, wobei nur ein Teilabschnitt, insbesondere die Laufbahn des Lagerrings und/oder die Walzfläche des Wälzkörpers, überrollt wurde und die Schutzschicht aufweist. Besonders bevorzugt ist die Wälzlagerkomponente und/oder der Lagerring und/oder der Wälzkörper als Bauteil für eine Windkraftanlage, insbesondere für eine Rotorlagerung, ausgebildet und/oder bildet einen Bestandteil eines Kegelrollenlagers. Das Lagerbauteil weist eine Schutzschicht auf einem gehärteten metallischen Substrat auf, wobei die Schutzschicht durch das Überrollen der Konversionsschicht erzeugt ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht der Bearbeitung eines Lagerbauteilrohlings zur Herstellung des Lagerbauteils;

Figur 2 eine schematische Detailansicht des Überrollens des Lagerbauteilrohlings;

Figur 3 Randzonenbeeinflussung durch das Überrollen des Lagerbauteilrohlings;

Figur 4 Eigenspannungen nach dem Überrollen im Lagerbauteil;

Figur 5 ein Flussdiagramm des Verfahrens;

Figur 6 eine schematische Schnittansicht eines Wälzlagers.

Figur 1 zeigt schematisch ein Lägerbauteil 1 und einen Lagerbauteilrohling 2 bei der Verfahrensdurchführung zur Herstellung des Lagerbauteils 1. Figur 1 ist in zwei Ab- schnitte I und II gegliedert, wobei Abschnitt I den Lagerbauteilrohling 2 zeigt und Abschnitt II das Lagerbauteil 1 zeigt. Lagerbauteil 1 ist insbesondere aus der verfahrensgemäßen Bearbeitung des Lagerbauteilrohling 2 hervorgegangen.

Der Lagerbauteilrohling 2 umfasst ein Substrat 3, wobei das Substrat 3 ein gehärtetes metallisches Substrat 3, beispielsweise ein Stahl ist. Insbesondere ist es auch möglich, dass das metallische Substrat 3 eine andere Metalllegierung auf Eisenbasis darstellt. Das gehärtete metallische Substrat 3 bildet hier eine Zylinderform aus. Auf der Oberfläche des Substrats 3, insbesondere auf der Zylindermantelfläche des metalli-sehen Substrats 3, ist eine Konversionsschicht 4 in Form einer Brünierschicht ausgebildet. Die Konversionsschicht 4 ist hier, basierend auf dem Substrat 3 aus Stahl, aus einem Eisenmischoxid gebildet. Die Konversionsschicht 4 weist eine Dicke auf, wobei diese Dicke die Ausgangsschichtdicke db darstellt. Die Ausgangsschichtdicke db ist größer als 1 ,5 Mikrometer und im Speziellen größer als 0,5 Mikrometer. Metallisches Substrat 3 und Konversionsschicht 4 bilden zusammen den zylindrischen Lagerbauteilrohling 2, welcher einen Durchmesser dr aufweist.

Der Lagerbauteilrohling 2 wird mittels eines Walzwerkzeugs 5 überrollt. Das Walzwerkzeug 5 weist eine Kugel 6 auf, welche in direktem Kontakt mit der Konversions-Schicht 4 und damit mit dem Lagerbauteilrohling 2 steht. Das Walzwerkzeug 5 ist als ein hydrostatisches Walzwerkzeug 5 ausgebildet und weist einen hydrostatischen Teleskopausgleich 7 auf. Das Walzwerkzeug 5 beaufschlagt den Lagerbauteilrohling 2 mit einer Kraft F, wobei durch diese Beaufschlagung mit der Kraft F die Konversionsschicht 4 zur Schutzschicht 8 verdichtet wird.

Zum Überrollen des Lagerbauteilrohlings 2 wird der Lagerbauteilrohling 2 in Rotation versetzt, wobei die Rotation mit einer Drehzahl erfolgt. Insbesondere ist die Drehzahl einstellbar. Während der Rotation des Lagerbauteilrohlings 2 wird das Walzwerkzeug 5 in eine Vorschubrichtung 9 bewegt. Durch die Bewegung des Walzwerkzeuges 5 in Vorschubrichtung 9 während der Rotation des Lagerbauteilrohlings 2 wird mittels der Kugel 6 eine Oberfläche des Lagerbauteilrohlings 2 abgefahren. Als einstellbares Maß bei dem Verfahren zur Herstellung des Lagerbauteils 1 ist insbesondere der Vorschub fw anzugeben, wobei der Vorschub fw aus der Kombination von Drehzahl und Vorschubrichtung 9 bzw. Vorschubgeschwindigkeit einstellbar ist.

Durch das Überrollen des Lagerbauteilrohlings 2 wird die Konversionsschicht 4 ver-dichtet, geglättet und gehärtet. Die überrollte Konversionsschicht 4 bildet die Schutzschicht 8 aus. Die Schutzschicht 8 weist eine Dicke auf, wobei diese Dicke die Endschichtdicke de bildet. Die Endschichtdicke de ist kleiner als 80 % der Ausgangsschichtdicke db. Während die Konversionsschicht 4 des Lagerbauteilrohlings 2 verformbar und stoßempfindlich ist, ist die Schutzschicht 8 unverformbar und stoßunemp-findlich. Die Schutzschicht 8 ist damit durch die verdichtete Konversionsschicht 4 gebildet.

Zur Erzeugung der Schutzschicht 8 aus der Konversionsschicht 4 wird der Lagerbauteilrohling 2 überrollt, wobei das Überrollen mit geeigneten Parametern erfolgt, die be-nötigt werden, um beim Überrollen die gewünschten Materialeigenschaften zu erreichen. In den Figuren 2 bis 4 sind erhältliche Eigenschaften des Lagerbauteils 1 mit den entsprechenden Parametern dargestellt.

Figur 2 zeigt einen Detailausschnitt der Konversionsschicht 4, der Schutzschicht 8 und der Kugel 6. Die Konversionsschicht 4 weist eine raue Oberfläche auf, wobei diese raue Oberfläche tiefe Kerben und Gräben 10 aufweist. Nach dem Überrollen weist die gebildete Schutzschicht 8 eine relativ glatte Oberfläche mit einer geringeren Rauigkeit auf. Die Kugel 6 beaufschlagt die Oberfläche des Lagerbauteilrohlings 2 im Bereich der Konversionsschicht 4 mit einer Kraft F. Die Kraft F ist insbesondere größer als 5000 Megapascal.

Im Inneren des Lagerbauteilrohlings 2 und/oder des Lagerbauteils 1 herrscht während des Überrollens im entsprechenden Bereich eine Mehrzahl an Beanspruchungen vor. Dabei ist als eine Beanspruchung die Zugbeanspruchung 11 zu nennen, die im We-sentlichen gleichgerichtet zur Oberfläche, also zur Konversionsschicht 4 bzw. Schutzschicht 8 gerichtet ist. Die Druckbeanspruchung 12 ist gegengerichtet zur Kraft F. Ferner sind in dieser Figur Gebiete plastischer Verformung 13 eingezeichnet sowie Linien gleicher Vergleichsspannung 14 angezeichnet, wobei diese einen ähnlichen Formverlauf aufweisen.

Im rechten Teil der Figur 2 sind drei Diagramme eingezeichnet, wobei das Diagramm 15 die Vergleichsspannung σν versus den Oberflächenabstand Z zeigt, das Diagramm 16 die Eigenspannung σβ versus Oberflächenabstand Z zeigt und das Diagramm 17 die Härte HU versus den Oberflächenabstand Z zeigt.

In Diagramm 15 ist erkenntlich, dass die Vergleichsspannung σν bezüglich des Ober-flächenabstands Z einen relativ komplizierten Verlauf einnimmt. Dabei ist die Vergleichsspannung Ov relativ zu einer Fließspannung ot zu betrachten. Im Bereich der Oberfläche ist die Vergleichsspannung Ov etwas geringer als die Fließspannung ot. Mit zunehmendem Oberflächenabstand Z ist die Vergleichsspannung σν größer als die Fließspannung ot, wobei mit weiter zunehmendem Oberflächenabstand Z die Ver-gleichsspannung ov die Fließspannung ot wieder unterschreitet und sich einem Minimalwert nähert. Der Bereich des Oberflächenabstands, bei welchem die Vergleichs-spannung σν größer ist als die Fließspannung Of, stellt einen ideal elastischen Bereich dar, wobei der Bereich, in dem die Vergleichsspannung σν kleiner ist als die Fließspannung Of, einen real plastischen Bereich darstellt.

Das Diagramm 16 gibt die Eigenspannung σθ relativ zum Oberflächenabstand Z an. Dabei ist erkenntlich, dass die Eigenspannung σβ von der Oberfläche ins Innere des . Lagerbauteils 1 stets negativ ist und von einem Startwert weiter fällt und ein Minimum einnimmt, wobei von diesem Minimum sich die Eigenspannung Ge der 0 nähert. Der Punkt größter Eigenspannung oe ist damit etwas von der Oberfläche entfernt.

Das Diagramm 17 zeigt die Härte HU versus Oberflächenabstand Z. Dazu ist als Vergleichswert eine Grundhärte HUG angegeben. Die Härte ist an der Oberfläche des Lagerbauteils 1 identisch zur Grundhärte HUG, wobei von dort aus die Härte HU mit zu-nehmenden Oberflächenabstand zunimmt und ein Maximum anstrebt, wobei von diesem Maximum an die Härte HU wieder zur Grundhärte HUG strebt.

Figur 3 zeigt mehrere Diagramme 18, 19, 20 der Oberflächenrauigkeit P der Schutzschicht 8 erhalten durch Walzen der Konversionsschicht 4 mit unterschiedlicher Kraft F. Diagramm 18 zeigt die Oberflächenrauigkeit P entlang eines Vorschubwegs LF. Durch das Überrollen mit zehn Megapascal ergibt sich eine gemittelte Rautiefe von 1 ,40 Mikrometer.

Im Diagramm 19 ist die Oberflächenrauigkeit P entlang des Vorschubwegs LF für ein Lagerbauteil, überrollt mit einer Kraft F von zwanzig Megapascal, dargestellt. Hierbei ergibt sich eine gemittelte Rautiefe von 1 ,28 Mikrometer. Im Diagramm 20 ist die Oberflächenrauigkeit P für ein Lagerbauteil 1 , überrollt mit 40 Megapascal, dargestellt entlang des Vorschubweges LF. Für die Schutzschicht 8 ergibt sich eine gemittelte Rautiefe von 0,98 Mikrometer. Dabei ist ersichtlich, dass mit Zunahme der Kraft F die Oberflächenrauigkeit P, im Speziellen die gemittelte Rautiefe abnimmt.

Das Diagramm 18a zeigt den Verlauf der Eigenspannung versus den Oberflächenabstand Z für die Kraft F von zehn Megapascal, während das Diagramm 18b die Härte HU für die Überrollung mit der Kraft F von zehn Megapascal zeigt. Das Diagramm 19a zeigt die Eigenspannung für eine Kraft F von zwanzig Megapascal und das Diagramm 20a zeigt die Eigenspannung für eine Kraft F von 40 Megapascal. Dabei ist ersichtlich, dass mit Zunahme der Kraft F auch die Eigenspannung zunimmt, wobei sich das Maximum der Eigenspannung mit Zunahme der Kraft F auch in das Innere des Lagerbauteils 1 und/oder der Schutzschicht 8 verschiebt.

Das Diagramm 19b zeigt die Härte HU für die Kraft F von 20 Megapascal, während das Diagramm 20b die Härte HU für die Kraft F von 40 Megapascal zeigt. Dabei ist ersichtlich, dass mit Zunahme der Kraft F die Härte HU zunimmt und sich das Maximum der Härte HU mit Zunahme der Kraft F ins Innere des Lagerbauteils 1 und/oder der Schutzschicht 8 verschiebt.

Figur 4 zeigt die Eigenspannungen oe versus Oberflächenabstand Z für unterschiedliche Durchmesser der Kugel 6. Im Diagramm 21a ist die Eigenspannung für eine Kraft

F von zehn Megapascal bei einem Durchmesser von drei Millimetern der Kugel 6 dargestellt. Im Diagramm 21b ist die Eigenspannung σβ für eine Kraft F von 10 Megapascal bei einem Durchmesser der Kugel 6 von sechs Millimetern dargestellt und in Figur 21c ist die Eigenspannung oe für eine Kraft F von 10 Megapascal bei einem Durchmesser der Kugel 6 von 13 Millimetern dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass für die gleiche Kraft F von 10 Megapascal bei einer Zunahme des Durchmessers der Kugel 6 sich für kleine Oberflächenabstände Z eine flachere Steigung der Eigenspannung σβ ergibt und der Abfall vom Maximum der Eigenspannung oe für größere Durchmesser flacher verläuft.

Figur 5 zeigt schematisch einen Ablauf des vorgeschlagenen Verfahrens als ein Ausführungsbeispiel. In einem Herstellungsschritt 100 wird aus einem metallischen Werkstoff auf Eisenbasis ein metallisches Substrat 3 hergestellt. Dabei kann der Herstellungsschritt 100 ein Drehen, Honen, Fräßen, Stemmen und/oder Formen des Werk-Stoffs zu dem metallischen Substrat 3 umfassen. Das metallische Substrat 3 wird anschließend gehärtet. In einen Passivierungsschntt 200 wird das gehärtete metallische Substrat 3 mit einer Konversionsschicht 4 versehen. Dazu wird das metallische Substrat 3 in einer alkalischen Lösung behandelt, wobei sich die Oberfläche des metallischen Substrats 3 in ein Metalloxid umwandelt, das die Konversionsschicht 4 ausbil-det. Das metallische Substrat 3 mit Konversionsschicht 4 bildet dabei den Lagerbauteilrohling 2. In einem Überrollschritt 300 wird der Lagerbauteilrohling 2 zumindest in einem Bereich der Konversionsschicht 4 überrollt. Insbesondere werden nur Abschnitte des Lagerbauteilrohlings 2 überrollt, wie zum Beispiel nur die Lauffläche eines Wälzlagerrings oder die Walzflächen eines Wälzkörpers. Im Überrollschritt 300 wird die Konversionsschicht 4 zu der Schutzschicht 8 verdichtet, wobei durch den Überrollschritt 300 der Lagerbauteilrohling 2 in das Lagerbauteil 1 übergeht.

Figur 6 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Wälzlager 22. Das Wälzlager 22 umfasst einen Innenring 23 und einen Außenring 24. Der Innenring 23 und der Außen-ring 24 sind konzentrisch zueinander angeordnet und drehbar um eine gemeinsame Achse A relativ zueinander verdrehbar. Zwischen dem Innenring 23 und dem Außen-

ring 24 sind eine Mehrzahl von Wälzkörpern 25 angeordnet. Der Innenring 23, der Au-ßenring 24 und die Wälzkörper 25 bilden jeweils ein Lagerbauteil 26. Die Lagerbauteile 26 weisen an ihrer Oberfläche jeweils die Schutzschicht 8 auf. Der Innenring 23 und der Außenring 24 weisen die Schutzschicht 8 jeweils auf der Laufbahn auf, wobei die Laufbahn eine Abrollfläche für die Wälzkörper 25 aufweist und/oder bildet. Die Wälzkörper 25 weisen die Schutzschicht 8 auf der gesamten Wälzfläche auf, wobei für die hier kugelförmigen Wälzkörper 25 die gesamte Oberfläche der Wälzkörper 25 von der Schutzschicht 8 bedeckt ist.

Bezuqszeichenliste

1 , 26 Lagerbauteil

Lagerbauteilrohling

metallisches Substrat

Konversionsschicht

Walzwerkzeug

Kugelförmiger Körper oder Kugel Teleskopausgleich

8 Schutzschicht.

9 Vorschubrichtung

10 Gräben

11 Zugbeanspruchung

12 Druckbeanspruchung

13 Verformung

14 Vergleichsspannung

15 Diagramm

16 Diagramm

17 Diagramm

18a,b Diagramm

19a,b Diagramm

20a, Diagramm

21a,b,c Diagramm

22 Wälzlager

23 Innenring

24 Außenring

25 Wälzkörper

I erster Abschnitt

II zweiter Abschnitt

db Ausgangsschichtdicke dr Durchmesser

F Kraft

fw Vorschub

de Endschichtdicke

Ov Vergleichsspannung

Z Oberflächenabstand

Eigenspannung

HU Härte

σν Vergleichsspannung σι Fließspannung

HUG Grundhärte

LF Vorschubweg

A Achse

P Oberflächen rauigkeit