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WO2018233746A1 - Wälzlager mit schmiermittel - Google Patents

Wälzlager mit schmiermittel Download PDF

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WO2018233746A1
WO2018233746A1 PCT/DE2018/100356 DE2018100356W WO2018233746A1 WO 2018233746 A1 WO2018233746 A1 WO 2018233746A1 DE 2018100356 W DE2018100356 W DE 2018100356W WO 2018233746 A1 WO2018233746 A1 WO 2018233746A1
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WO
WIPO (PCT)
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lubricant
ring
vanadium
molybdenum
rolling bearing
Prior art date
Application number
PCT/DE2018/100356
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Pausch
Sven Claus
Walter Holweger
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority to CN201880041411.1A priority Critical patent/CN110785571B/zh
Priority to JP2019571057A priority patent/JP6884236B2/ja
Priority to EP18732639.2A priority patent/EP3642500A1/de
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    • F16C2362/52—Compressors of refrigerators, e.g. air-conditioners

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing with an inner ring and an outer ring and with spatially arranged therebetween rolling elements and lubricant for lubricating and cooling a Wälzcardes between the rolling elements and the respective bearing ring.
  • Fast rotating are speeds in excess of one million revolutions per minute, where n * dm, where n is the speed and dm is the mean bearing diameter is.
  • fast-rotating means 10,000 revolutions per minute with a mean bearing diameter of 100 mm.
  • the object of the present invention is to develop a rolling bearing and in particular to increase the service life of the lubricant contained therein. Description of the invention
  • the roller bearing according to the invention comprises an inner ring and an outer ring, which are formed from a ring material, wherein the inner ring on an outer peripheral surface and the outer ring on an inner peripheral surface each have a raceway for guiding rolling elements, wherein the rolling elements roll on the respective track, and wherein a lubricant is arranged spatially between the inner ring and the outer ring, which contacts at least the inner ring and / or the outer ring, wherein the ring material comprises at least the alloying constituents iron, carbon, chromium, molybdenum and vanadium, and wherein a ratio of the weight fractions of Chromium to molybdenum to vanadium 1 to at least 0.8 to at most 1, 5 to at least 0.5 to at most 1, 3.
  • a ratio of the weight proportions of molybdenum to vanadium is at least 1 to at most 3.
  • the weight fractions of Cr: Mo: V 1: 0.8-1.5: 0.5-1.3.
  • the weight fractions of Mo: V 1: 3.
  • Oxidation is to be understood as meaning an increase in the flowability of the lubricant or of the base oil contained therein.
  • the oxidation of the lubricant is an undesirable process, since the oxidation of the lubricant would lead to a faster bleeding of the lubricant.
  • Bleeding is the release of the base oil from the lubricant.
  • the targeted formulation of chromium, vanadium and molybdenum within the ring material the oxidation of the lubricant is controlled, whereby hardening is avoided and at the same time a slow and targeted bleeding of the lubricant is realized.
  • the lubricant contacts the ring material.
  • the ratio of the weight proportions of chromium to molybdenum to vanadium is 1 to at least 1, 1 to at most 1.3, at least 0.65 to at most 0.85.
  • the weight fractions of Cr: Mo: V 1: 1, 1 -1, 3: 0.65-0.85.
  • This preferred ratio of chromium to molybdenum to vanadium weight ratios further increases the useful life of the lubricant.
  • the ratio of the proportions by weight of molybdenum to vanadium is preferably at least 1.25 to at most 1.8.
  • the rolling elements are formed from a ceramic material or the annular material.
  • the combination of the inner ring and outer ring, which are formed from the annular material according to the invention, with rolling elements made of a ceramic material the need for lubricant is reduced, since the pairing metal-ceramic compared to metal-metal the same geometry and load forms smaller contact surfaces.
  • adhesive and abrasive wear processes are inhibited by the material combination of metal-ceramic.
  • the invention includes the technical teaching that the lubricant comprises as a base oil a poly- ⁇ -olefin or an ester oil.
  • the lubricant preferably comprises as thickener a polyarylurea, a lithium complex soap or a barium complex soap.
  • the lubricant is a spindle bearing grease with the specification KEHC3K-50 according to DIN 51825.
  • a service temperature range is -50 to 120 ° C. according to DIN 51825.
  • a base oil viscosity at 40 ° C. is 22 mm 2 / s according to DIN 51562- 1 .
  • the mill penetration (1/10 mm) according to DIN ISO 2137 is 220-250.
  • the NLGI grade according to DIN 51818 is 3.
  • a dropping point according to DIN ISO 2176 is above 250 ° C.
  • the lubricant is a spindle bearing grease with specification KPHC2 / 3K-40 according to DIN 51825.
  • a service temperature range is -40 to 120 ° C according to DIN 51825.
  • a base oil viscosity at 40 ° C is 25 mm 2 / s according to DIN 51562 -1 .
  • the mill penetration (1/10 mm) according to DIN ISO 2137 is 250 - 265.
  • the NLGI class according to DIN 51818 is 2 or 3.
  • a dropping point according to DIN ISO 2176 is above 220 ° C.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a rolling bearing according to the invention, and a schematic partial sectional view of a bearing assembly with the rolling bearing according to Figure 1 and with a shaft.
  • an inventive rolling bearing 1 for a - not shown here - machine tool comprises an inner ring 2 and an outer ring 3 and radially between the inner ring 2 and the outer ring 3 arranged balls as rolling elements 6.
  • the rolling elements 6 are guided by a cage 8.
  • the rolling bearing 1 is designed as a deep groove ball bearing.
  • the rolling bearing 1 of Figure 1 supports a shaft 9.
  • the shaft 9 is presently designed as a spindle shaft of the machine tool.
  • the inner ring 2 has on an outer circumferential surface a raceway 4 for guiding the Wälzkör- per 6.
  • the outer ring 3 on an inner circumferential surface on a raceway 5 for guiding the rolling elements 6.
  • the rolling elements 6 roll on the respective raceway 4, 5 between the inner ring 2 and the outer ring 3, wherein the rolling elements 6 are formed of a ceramic material.
  • a lubricant 7 is arranged spatially between the inner ring 2 and the outer ring 3 for lubricating and cooling the rolling contact between the inner ring 2 and the rolling elements 6 as well as between the outer ring 3 and the rolling elements 6.
  • the lubricant 7 contacts both the inner ring 2 and the outer ring 3 and the rolling elements 6.
  • the inner ring 2 and the outer ring 3 are formed from a ring material, wherein the ring material comprises at least the alloying elements iron, carbon, chromium, molybdenum and vanadium.
  • a ratio of the proportions by weight of chromium to molybdenum to vanadium is 1 to at least 0.8 to at most 1.5, at least 0.5 to at most 1.3.
  • a ratio of the weight proportions of molybdenum to vanadium is at least 1 to at most 3.
  • the lubricant 7 comprises as base oil a poly- ⁇ -olefin and as thickener a polyaryl urea.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1), umfassend einen Innenring (2) und einen Außenring (3), die aus einem Ringwerkstoff ausgebildet sind, wobei der Innenring (2) an einer Außenumfangsfläche und der Außenring (3) an einer Innenumfangsfläche jeweils eine Laufbahn (4, 5) zur Führung von Wälzkörpern (6) aufweisen, wobei die Wälzkörper (6) auf der jeweiligen Laufbahn (4, 5) abwälzen, und wobei räumlich zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) ein Schmiermittel (7) angeordnet ist, das zumindest den Innenring (2) und/oder den Außenring (3) kontaktiert, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium umfasst. Erfindungsgemäß beträgt ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1,3.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlager mit Schmiermittel Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenring und einen Außenring sowie mit räumlich dazwischen angeordneten Wälzkörpern und Schmiermittel zur Schmierung und Kühlung eines Wälzkontaktes zwischen den Wälzkörpern und dem jeweiligen Lagerring.
Hintergrund der Erfindung
Einer der maßgeblichen Ausfallmechanismen von Wälzlagern, die insbesonde- re schnelldrehende Wellen lagern, ist die geringe Gebrauchsdauer des Schmiermittels. Eine Mangelschmierung im Wälzkontakt zwischen den Wälzkörper und dem jeweiligen Lagerring erwächst insbesondere durch eine tribolo- gische Überlastung in Kombination mit hohen Betriebstemperaturen. Mechanismen, welche die Mangelschmierung begünstigen, sind beispielsweise hohe Bohr-Roll-Verhältnisse, die insbesondere zu erhöhtem Differenzialschlupf zwischen den Wälzkörpern und dem jeweiligen Lagerring führen. Insbesondere wird dadurch die Viskosität des Schmiermittels negativ verändert. Ferner führt die Alterung des Schmiermittels zu einer zunehmenden Verhärtung des Schmiermittels. Da das Schmiermittel im Wälzlager in der Regel in vom Wälz- körpersatz möglichst ungestörte Bereiche gedrängt wird, sinkt bei der Verhärtung des Schmiermittels die Abgabeneigung von Grundöl aus dem Schmiermittel an die Wälzkontakte. Dies hat eine ölabgabebedingte Mangelschmierung zur Folge. Oftmals treffen beide Mangelschmierungsursachen zusammen und führen in der Regel zu einem rapiden, sich selbst verstärkenden Zerstörungspro- zess des Schmiermittels oder zur Blockade des Wälzlagers.
Schnelldrehend sind Drehzahlen über eine Million Umdrehungen pro Minute, wobei n*dm gilt, wobei n die Drehzahl und dm der mittlerer Lagerdurchmesser ist. Beispielsweise ist unter schnelldrehend 10.000 Umdrehungen pro Minute bei einem mittlerem Lagerdurchmesser von 100 mm zu verstehen.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wälzlager weiterzuentwickeln und insbesondere die Gebrauchsdauer des darin enthaltenen Schmiermittels zu erhöhen. Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Das erfindungsgemäße Wälzlager umfasst einen Innenring und einen Außenring, die aus einem Ringwerkstoff ausgebildet sind, wobei der Innenring an einer Außenumfangsfläche und der Außenring an einer Innenumfangsfläche je- weils eine Laufbahn zur Führung von Wälzkörpern aufweisen, wobei die Wälzkörper auf der jeweiligen Laufbahn abwälzen, und wobei räumlich zwischen dem Innenring und dem Außenring ein Schmiermittel angeordnet ist, das zumindest den Innenring und/oder den Außenring kontaktiert, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Mo- lybdän und Vanadium umfasst, und wobei ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1 ,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1 ,3 beträgt. Insbesondere beträgt ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium mindestens 1 zu höchstens 3. Mit anderen Worten sind die Gewichtsanteile von Cr : Mo : V = 1 : 0,8-1 ,5 : 0,5- 1 ,3. Ferner sind die Gewichtsanteile von Mo : V = 1 : 3. Mithin kann die Gebrauchsdauer des Schmiermittels im Wälzlager, insbesondere in einem schnelldrehenden Spindellager verlängert werden, indem die Oxidation des Schmierm ittels durch die Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium, derart eingestellt wird, dass eine Steuerung des Ölflusses aus dem Schmiermittels zur Laufbahn am Innenring oder Außenring stattfindet, um den Wälzkontakt zu schmieren.
Unter Oxidation ist eine Erhöhung der Fließfähigkeit des Schmiermittels beziehungsweise des darin enthaltenen Grundöls zu verstehen. Üblicherweise ist die Oxidation des Schmiermittels ein unerwünschter Prozess, da die Oxidation des Schmiermittels zu einem schnelleren Ausbluten des Schmiermittels führen wür- de. Unter Ausbluten ist das Austreten des Grundöls aus dem Schmiermittel zu verstehen. Durch die gezielte Formulierung von Chrom, Vanadium und Molybdän innerhalb des Ringwerkstoffs, wird die Oxidation des Schmiermittels gesteuert, wobei eine Verhärtung vermieden und gleichzeitig ein langsames und gezieltes Ausbluten des Schmiermittels realisiert wird. Dazu kontaktiert das Schmiermittel den Ringwerkstoff.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 1 , 1 bis höchstens 1 ,3 zu mindestens 0,65 bis höchstens 0,85. Mit anderen Worten sind die Gewichtsanteile von Cr : Mo : V = 1 : 1 , 1 -1 ,3 : 0,65-0,85. Dieses bevorzugte Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium steigert weiter die Gebrauchsdauer des Schmiermittels.
Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadi- um mindestens 1 ,25 zu höchstens 1 ,8. Mithin sind die Gewichtsanteile von Mo : V = 1 ,25 : 1 ,8. Dieses bevorzugte Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium steigert weiter die Gebrauchsdauer des Schmiermittels.
Ferner bevorzugt sind die Wälzkörper aus einem keramischen Werkstoff oder dem Ringwerkstoff ausgebildet. Durch die Kombination des Innenrings und Außenrings, die aus dem erfindungsgemäßen Ringwerkstoff gebildet sind, mit Wälzkörper aus einem keramischen Werkstoff wird der Bedarf an Schmiermittel herabgesetzt, da die Paarung Metall-Keramik im Vergleich zu Metall-Metall bei gleicher Geometrie und Belastung kleinere Kontaktflächen ausbildet. Zudem sind adhäsive und abrasive Verschleißprozesse durch die Materialpaarung Metall-Keramik gehemmt. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Schmiermittel als Grundöl ein Poly-a-Olefin oder ein Esteröl umfasst. Bevorzugt umfasst das Schmiermittel als Verdicker ein Polyarylharnstoff, eine Lithiumkomplexseife o- der eine Bariumkomplexseife. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Schmiermittel ein Spindellagerfett mit der Spezifikation KEHC3K-50 nach DIN 51825. Ein Gebrauchstemperaturbereich beträgt -50 bis 120°C nach DIN 51825. Eine Grundölviskosi- tät bei 40°C beträgt 22 mm2/s nach DIN 51562-1 . Ferner liegt die Walkpenetration (1/10 mm) gemäß DIN ISO 2137 bei 220 - 250. Die NLGI Klasse gemäß DIN 51818 ist 3. Ein Tropfpunkt nach DIN ISO 2176 ist bei über 250°C.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Schmiermittel ein Spindellagerfett mit der Spezifikation KPHC2/3K-40 nach DIN 51825. Ein Gebrauchstemperaturbereich beträgt -40 bis 120°C nach DIN 51825. Eine Grundölviskosität bei 40°C beträgt 25 mm2/s nach DIN 51562-1 . Ferner liegt die Walkpenetration (1/10 mm) gemäß DIN ISO 2137 bei 250 - 265. Die NLGI Klasse gemäß DIN 51818 ist 2 oder 3. Ein Tropfpunkt nach DIN ISO 2176 ist bei über 220°C. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers, und eine schematische Teilschnittdarstellung einer Lageranordnung mit dem Wälzlager gemäß Figur 1 und mit einer Welle.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Gemäß Figur 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1 für eine - hier nicht dargestellte - Werkzeugmaschine einen Innenring 2 und einen Außenring 3 sowie radial zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordnete Kugeln als Wälzkörper 6. Die Wälzkörper 6 werden durch einen Käfig 8 geführt. Das Wälzlager 1 ist als Rillenkugellager ausgebildet.
In Figur 2 lagert das Wälzlager 1 aus Figur 1 eine Welle 9. Die Welle 9 ist vorliegend als Spindelwelle der Werkzeugmaschine ausgebildet. Der Innenring 2 weist an einer Außenumfangsfläche eine Laufbahn 4 zur Führung der Wälzkör- per 6 auf. Ferner weist auch der Außenring 3 an einer Innenumfangsfläche eine Laufbahn 5 zur Führung der Wälzkörper 6 auf. Die Wälzkörper 6 wälzen auf der jeweiligen Laufbahn 4, 5 zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 ab, wobei die Wälzkörper 6 aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet sind. Ferner ist räumlich zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 ein Schmiermittel 7 zur Schmierung und Kühlung des Wälzkontaktes zwischen dem Innenring 2 und den Wälzkörpern 6 ebenso wie zwischen dem Außenring 3 und den Wälzkörpern 6 angeordnet. Das Schmiermittel 7 kontaktiert sowohl den Innenring 2 als auch den Außenring 3 und die Wälzkörper 6. Der Innenring 2 und der Außenring 3 sind aus einem Ringwerkstoff ausgebildet, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium umfasst. Ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium beträgt 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1 ,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1 ,3. Ein Verhältnis der Ge- wichtsanteile von Molybdän zu Vanadium beträgt mindestens 1 zu höchstens 3. Das Schmiermittel 7 umfasst als Grundöl ein Poly-a-Olefin und als Verdicker ein Polyarylharnstoff. Durch die gezielte Formulierung der Gewichtsanteile von Chrom, Vanadium und Molybdän innerhalb des Ringwerkstoffs, wird die Oxida- tion des Schmiermittels 7 gesteuert, wobei eine Verhärtung vermieden und gleichzeitig eine gezielter Fluss des Grundöl aus dem Schmiermittel 7 realisiert wird. Dadurch verlängert sich die Gebrauchsdauer des Schmiermittels 7 im Wälzlager 1 .
Bezugszeichenliste
Wälzlager
Innenring
Außenring
Laufbahn
Laufbahn
Kugel
Schmiermittel
Käfig
Welle

Claims

Patentansprüche
1 . Wälzlager (1 ), umfassend einen Innenring (2) und einen Außenring (3), die aus einem Ringwerkstoff ausgebildet sind, wobei der Innenring (2) an einer Außenumfangsfläche und der Außenring (3) an einer Innenumfangsfläche jeweils eine Laufbahn (4, 5) zur Führung von Wälzkörpern (6) aufweisen, wobei die Wälzkörper (6) auf der jeweiligen Laufbahn (4, 5) abwälzen, und wobei räumlich zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) ein Schmiermittel (7) angeordnet ist, das zumindest den Innenring (2) und/oder den Außenring (3) kontaktiert, wobei der Ringwerkstoff zumindest die Legierungsbestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadium umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 0,8 bis höchstens 1 ,5 zu mindestens 0,5 bis höchstens 1 ,3 beträgt.
2. Wälzlager (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium mindestens 1 zu höchstens 3 beträgt. 3. Wälzlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewichtsanteile von Chrom zu Molybdän zu Vanadium 1 zu mindestens 1 , 1 bis höchstens 1 ,
3 zu mindestens 0,65 bis höchstens 0,85 beträgt.
4. Wälzlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewichtsanteile von Molybdän zu Vanadium mindestens 1 ,25 zu höchstens 1 ,8 beträgt.
5. Wälzlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wälzkörper (6) aus einem keramischen Werkstoff oder dem Ringwerkstoff ausgebildet sind.
6. Wälzlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (7) als Grundöl ein Poly-a-Olefin oder ein Esteröl umfasst.
7. Wälzlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (7) als Verdicker ein Polyarylharn- stoff, eine Lithiumkomplexseife oder eine Bariumkomplexseife umfasst.
8. Verwendung eines Wälzlagers (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Lagerung einer Spindelwelle oder zur Lagerung einer Verdichterwelle oder zur Lagerung einer Rotorwelle.
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