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Dokumentenidentifikation DE10190279B4 09.02.2006
Titel Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager
Anmelder NSK Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ueda, Koji, Kanagawa, JP;
Yamaguchi, Keijiro, Kanagawa, JP;
Tsunashima, Shinichi, Kanagawa, JP;
Murai, Takashi, Kanagawa, JP;
Fujii, Osamu, Kanagawa, JP
Vertreter Zumstein & Klingseisen, 80331 München
DE-Anmeldedatum 26.01.2001
DE-Aktenzeichen 10190279
WO-Anmeldetag 26.01.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/JP01/00535
WO-Veröffentlichungsnummer 0000155608
WO-Veröffentlichungsdatum 02.08.2001
Date of publication of WO application in German translation 29.05.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.02.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.02.2006
IPC-Hauptklasse F16C 33/44(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F16C 33/56(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      F16C 33/62(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager, und insbesondere einen Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager, das beispielsweise in üblichen Industriemaschinen, Maschinenwerkzeugen und Maschinen zur Eisen- und Stahlherstellung zum Einsatz kommt.

STAND DER TECHNIK

Weichstahl und hochfestes Messing sind als Metallmaterialien für Käfige zur Verwendung in Wälzlagern bislang eingesetzt worden. Das hochfeste Messing besitzt Selbstschmierfähigkeit, da es jedoch hohe Materialkosten mit sich bringt, hohe Bearbeitungskosten erfordert, weil es durch maschinelles Verarbeiten hergestellt wird, und weil es eine niedrige Materialausbeute bereitstellt, ist es auf den Einsatz für spezielle Anwendungen beschränkt. Aus den vorstehend erläuterten Gründen sind SPCC-Materialien als Metallmaterial für den Käfig zur Verwendung in Wälzlagern bevorzugt eingesetzt worden, und Käfige zur Verwendung in Wälzlagern sind aus Stahlplatten durch Pressformen hergestellt worden, während aus ihrer Formverarbeitbarkeit Vorteil gezogen wird.

SPCC-Materialien besitzen hohe Allzweckanwendbarkeit und sie werden in verschiedene Teile durch Pressformen verarbeitet und ihr Zusammensetzungsbereich, der in Übereinstimmung mit JIS-Standards spezifiziert ist, ist überaus breit bzw. groß mit einem C-Gehalt von 0,12 % oder weniger und mit einem Mn-Gehalt von 0,5 % oder weniger.

Käfige zur Verwendung in dem Wälzlager, das durch Pressformen aus tiefgezogenen Stahlplatten wie aus den SPCC-Materialien mit extrem verringertem C-Gehalt in der Größenordnung von 0,001 % hergestellt sind, besitzen eine niedrige Formänderungsfestigkeit auf Grund des extrem niedrigen C-Gehalts, so dass der Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager ggf. eine zu geringe Festigkeit besitzt. D. h., da die Niveaus für die Festigkeit der SPCC-Materialien sich selbst dann unterscheiden, wenn die Zusammensetzung im Bereich der JIS-Standards liegt, variiert die Festigkeit des Käfigs mitunter, so dass kein stabiles Leistungsvermögen erzielbar ist.

Da die Härte sich abhängig von der Differenz des Vergütungszustands ändert, variiert die Härte, d. h. möglicherweise die Festigkeit selbst bei identischer Zusammensetzung stark, was zu dem Problem führt, dass ein stabiles Leistungsvermögen im Falle des Käfigs zur Verwendung in einem Wälzlager nicht ohne weiteres erhalten werden kann.

Andererseits sind die Betriebsverhältnisse für Wälzlager in den zurückliegenden Jahren stringenter geworden und hochbelastbare Wälzlager sind in den zurückliegenden Jahren entwickelt worden. Um die hohe Belastbarkeit bereit zu stellen, ist ein Verfahren zum Verringern des Durchmessers einer Walze zur Erhöhung der Anzahl von Walzen angewendet worden bzw. die Form des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager ist optimal ausgelegt worden, was zu einer komplizierten Form führt.

Im Fall des Verfahrens, dass die Anzahl von Walzen durch Erhöhen der Belastbarkeit erhöht wird, ist es deshalb, weil der Raum zwischen den Walzen verringert wird, erforderlich, den Block des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager feiner zu machen. Abhängig von der Zusammensetzung und der Härte des verwendeten SPCC-Materials ist deshalb zu befürchten, dass die Festigkeit des Blocks des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager unter Hervorrufung von Verformung unzureichend wird, oder dass plastische Verformung an der Kontaktfläche mit einem Wälzelement eines Wälzlagers hervorgerufen wird, so dass die Form und die Abmessungsgenauigkeit des Käfigs zur Verwendung in dem Lager nicht mehr aufrecht erhalten werden und im ungünstigsten Fall Bruch hervorrufen kann.

Des weiteren offenbart die JP 06049623 A einen Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager, auf welchem der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert. Der Käfig aus einem kohlenstoffarmen Stahl ist in einem Wälzlager einsetzbar, das einen Außenring, einen Innenring und mehrere zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Wälzelemente aufweist, und weist mehrere Taschen zum Aufnehmen der Wälzelemente in gleichmäßiger Verteilung in der Drehrichtung der Wälzelemente auf. In den dort angeführten Ausführungsbeispielen Nr. 3 und 4 ist der kohlenstoffarme Stahl ein Stahl, der zwischen 0,02 und 0,10 Gew.-% C und zwischen 0,10 und 0,45 Gew.-% Mn enthält. Im Fall eines niedrigen Ti-Gehalts beträgt die Härte für die Käfigoberfläche Hv 400 oder mehr und die Kernhärte Hv 150 oder mehr, während im Fall eines hohen Ti-Gehalts die Oberflächenhärte Hv 500 oder mehr beträgt und die Kernhärte Hv 150 oder mehr beträgt.

Außerdem sind aus dem Stand der Technik verschiedene Maßnahmen zur Festigkeitssteigerung von kohlenstoffarmen Stählen bekannt. So beschreibt zum Beispiel die JP 11051059 A einen Käfig aus SUS304, der durch Fluoridierung bei 300 bis 400°C und Nitridieren bei 480 bis 700°C gebildet wird, wodurch eine glatte und exakte Nitridschicht auf der Oberfläche gebildet wird. Der Käfig besitzt zum Beispiel eine Oberflächenhärte von Hv 1.200 und eine Kernhärte von Hv 350. Der aus der EP 0 802 339 A2 bekannt Käfig besitzt ebenfalls eine Nitridschicht auf seiner Oberfläche, welche zu einer Oberflächenhärte von etwa Hv 450 und einer Kernhärte im Bereich von Hv 170 bis 270 führt. Das US-Patent Nr. 6,010,248 zeigt ebenfalls einen Käfig mit einer Nitridschicht auf der Oberfläche, welche durch Fluoridieren bei 300 bis 400°C und Nitridieren bei 480 bis 700°C gewonnen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht angesichts der vorstehenden Erläuterungen darin, die Probleme bei existierenden Käfigen zur Verwendung in einem Wälzlager zu überwinden und einen hochfesten Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager zu schaffen, der weniger Neigung zur Verformung oder zum Bruch zeigt und ein stabiles Leistungsvermögen hat.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch einen Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Käfig aus einem kohlenstoffarmen Stahl zur Verwendung in einem Wälzlager mit einem Außenring, einem Innenring und mehreren Wälzelementen, die drehbar zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, weist mehrere Taschen zum Aufnehmen der Wälzelemente in gleichmäßiger Verteilung in der Drehrichtung der Wälzelemente auf, wobei der kohlenstoffarme Stahl ein Stahl ist, der zwischen 0,02 und 0,10 Gew.-% C und zwischen 0,10, und 0,45 Gew.-% Mn enthält und einer plastischen Verarbeitung unterzogen wird, die Härte für die Käfigoberfläche zumindest im Kontaktabschnitt mit dem Wälzelement Hv 190 bis 270 beträgt, die Härte für einen Kernabschnitt des Käfigs Hv 1 10 bis 170 beträgt, und das Verhältnis zwischen der Formänderungsfestigkeit und der Zugfestigkeit (Formänderungsfestigkeit/Zugfestigkeit) des kohlenstoffarmen Stahls 0,65 bis 0,75 beträgt.

Mit einem derartigen Aufbau kann der Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager mit hoher Festigkeit bereitgestellt werden und eine Verformung oder ein Bruch an einem Kontaktabschnitt mit dem Wälzelement des Wälzlagers, wo Stoßlast erzeugt wird, kann unterdrückt werden.

Wenn die Härte für die Oberfläche des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager zumindest für einen Kontaktabschnitt mit dem Wälzelement kleiner als Hv 190 ist, kann eine plastische Verformung hervorgerufen werden durch Stoßlast auf Grund des Kontakts mit dem Wälzelement des Wälzlagers, was zu einer Verformung oder zu einem Bruch des Käfigs führen kann. Um den vorstehend erläuterten Nachteil zu unterbinden, beträgt die Härte für die Käfigoberfläche zumindest im Kontaktabschnitt mit dem Wälzelement Hv 190 bis 270.

Wenn die Härte für einen Kernabschnitt des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager geringer als Hv 110 ist, besteht für den Käfig die Gefahr, dass eine Verformung oder ein Bruch hervorgerufen wird, und wenn sie andererseits Hv 170 übersteigt, wird deshalb, weil die Festigkeit des Käfigs verbessert wird, die Formbarkeit verringert, was die Schwierigkeit mit sich bringt, eine vorbestimmte Abmessungsgenauigkeit zu erzielen. Zum Unterbinden der Verformung oder des Bruchs beträgt die Härte für den Kernabschnitt im Käfigabschnitt zur Verwendung in dem Wälzlager bevorzugt Hv 120 bis 170. Im Hinblick auf die Formbarkeit beim Pressformen oder dergleichen ist Hv 110 bis 160 bevorzugt.

Das Verhältnis zwischen der Formänderungsfestigkeit und der Zugfestigkeit (Formänderungsfestigkeit/Zugfestigkeit) des kohlenstoffarmen Stahls beträgt 0,65 bis 0,75. Wenn das Verhältnis zwischen der Formänderungsfestigkeit und der Zugfestigkeit des Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt geringer als 0,65 ist, mangelt es dem Käfig an Festigkeit und es ist schwierig, eine vorbestimmte Abmessungsgenauigkeit zu erzielen. Um diesen Nachteil zu überwinden, sollte das Verhältnis zwischen der Formänderungsfestigkeit und der Zugfestigkeit des Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bevorzugt 0,70 oder mehr betragen. Ein höheres Verhältnis der Formänderungsfestigkeit zur Zugfestigkeit des Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist erwünscht; 0,75 stellt jedoch einen Grenzwert (eine obere Grenze) aus einem kommerziellen Gesichtspunkt dar (siehe 1).

Bei dem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt handelt es sich um einen Stahl, der 0,02 bis 0,10 Gew.-% C und 0,10 bis 0,45 Gew.-% Mn enthält.

C hat die Wirkung, in dem Matrixferrit feststoffgelöst zu sein, wodurch die Festigkeit deutlich erhöht wird, und da diese Wirkung vollständig zum Ausdruck kommt mit 0,02 Gew.-% oder mehr, beträgt der C-Gehalt bevorzugt 0,02 Gew.-% oder mehr. Wenn C jedoch mit mehr als 0,10 Gew.-% enthalten ist, wird die Wirkung nicht verbessert, sondern zeigt Sättigung. Die Duktilität ist verringert, wodurch die Formbarkeit beeinträchtigt ist, und es ist schwierig, die Abmessungsgenauigkeit des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager nach dem Pressen im Fall des Pressformens sicherzustellen, sodass der C-Gehalt bevorzugt 0,10 Gew.-% oder weniger beträgt. Der C-Gehalt beträgt demnach bevorzugt von 0,02 bis 0,10 Gew.-%.

Mn hat die Wirkung einer Feststofflöslichkeit im Matrixferrit, wodurch das Material verfestigt wird, und weil diese Wirkung mit 0,10 Gew.-% oder mehr in vollem Umfang erzielt wird, beträgt der Mn-Gehalt bevorzugt 0,10 Gew.-% oder mehr. Wenn andererseits Mn im Übermaß oder mit größerem Gehalt zugesetzt wird, wird die Formbarkeit beeinträchtigt, und Rissbildung tritt während des Formens im Fall des Pressformens auf, so dass 0,45 Gew.-% oder weniger bevorzugt ist. Der Mn-Gehalt beträgt bevorzugt von 0,10 bis 0,45 Gew.-%.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen dem C-Gehalt und dem Festigkeitsverhältnis (Formänderungsfestigkeit/Zugfestigkeit) in Stählen.

2 zeigt eine Querschnittsansicht eines zylindrischen Wälzlagers mit einem Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager gemäß dieser Ausführungsform.

3 zeigt eine Erläuterungsansicht für das Verfahren eines Zugtests für einen Käfig.

4 zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Anzahl von wiederholten Drehvorgängen, die zum Bruch führen, und der Härte in einem Kontaktabschnitt mit einem Wälzelement eines Käfigs zur Verwendung in einem Wälzlager in einem Drehhaltbarkeitstest.

5 zeigt eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Anzahl von wiederholten Drehvorgängen, die zu einem Bruch führen, und der Härte für die Innenseite in einem Drehhaltbarkeitstest.

BESTE ART UND WEISE, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN

Eine praktische Ausführung eines Käfigs zur Verwendung in einem Wälzlager in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.

Zunächst wird das Metallmaterial für den Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager gemäß dieser Ausführungsform erläutert.

Um einen Bruch des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager während des Einsatzes zu verhindern, ist es erforderlich, ein Stahlmaterial hoher Zugfestigkeit als das Material zu verwenden, und es ist außerdem erforderlich, ein Stahlmaterial mit hoher Formänderungsfestigkeit zu verwenden, um die Abmessungsgenauigkeit des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager stabil zu halten. Die Festigkeit des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager kann durch das Verhältnis zwischen der Formänderungsfestigkeit und der Zugfestigkeit des Stahlmaterials ermittelt bzw. festgelegt werden (nachfolgend als Formänderungsfestigkeit/Zugfestigkeit bezeichnet).

Ein Zugtest wurde bezüglich acht Arten von SPCC-Materialien mit den in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen durchgeführt, und die Beziehung zwischen dem C-Gehalt und dem Formänderungsfestigkeits-/Zugfestigkeitsverhältnis wurde ermittelt. Das Ergebnis ist in der Kurvendarstellung von 1 gezeigt. Für jedes der SPCC-Materialien (Plattenmaterialien) wurde standardmäßig verfeinertes Material verwendet.

Tabelle 1

Wenn der C-Gehalt, wie aus 1 hervorgeht, kleiner als 0,02 Gew.-% ist, ist der Wert für das Formänderungsfestigkeits-/Zugfestigkeitsverhältnis klein, weil der feststoffgelöste Anteil von Kohlenstoff im Ferrit gering ist; wenn er jedoch um 0,02 Gew.-% erhöht wird bzw. wenn entsprechend mehr Kohlenstoff zugesetzt wird, ist der Wert für das Formänderungsfestigkeits-/Zugfestigkeitsverhältnis deutlich verbessert durch die Feststofflösungsfestigkeit von C. Wenn der Gehalt 0,10 Gew.-% übersteigt, ist der Wert für das Formänderungsfestigkeits-/Zugfestigkeitsverhältnis jedoch im Wesentlichen gesättigt.

Aus dem vorstehend erläuterten Ergebnis geht hervor, dass der C-Gehalt bevorzugt von 0,02 bis 0,10 Gew.-% bezüglich des Metallmaterials für den Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager beträgt. Ein derartiges Metallmaterial besitzt einen hohen Formänderungsfestigkeits-/Zugfestigkeitswert und es kann einen Bruch des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager während des Einsatzes unterbinden und die Abmessungsgenauigkeit des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager stabil halten. Wie aus 1 hervorgeht, beträgt der erzielte Formänderungsfestigkeits-/Zugfestigkeitswert des Metallmaterials von 0,65 bis 0,75 und bevorzugt von 0,70 bis 0,75.

Der Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform wird nunmehr erläutert. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines zylindrischen Wälzlagers mit einem Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager als eine Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Ein zylindrisches Wälzlager 1 (Lagernummer NJ 308, hergestellt durch die NSK Ltd.) umfasst einen Außenring 2, einen Innenring 3, mehrere Walzen, die zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 3 drehbar angeordnet sind, und einen gepressten Käfig 5, der aus einer kalt gewalzten Stahlplatte zum Rückhalten der mehreren Walzen 4 hergestellt ist. Der gepresste Käfig 5 ist ein Fensterkäfig, hergestellt aus SPCC-Materialien, die C und Mn mit in der Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzungen enthalten.

Tabelle 2
Ein sich im Kontakt mit einem Wälzelement befindlicher Oberflächenabschnitt. Last, bei der der Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager durch den Zugtest zu Bruch geht. Anzahl von wiederholten Drehungen bis zum Bruch des Käfigs zur Verwendung in dem Wälzlager durch den Drehhaltbarkeitstest. Schlechte Abmessungsgenauigkeit für den Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager.

Ein Drehhaltbarkeitstest und ein Zugtest wurden bezüglich gepresster Käfige 5 durchgeführt und das Leistungsvermögen wurde bestätigt.

Der Drehhaltbarkeitstest wurde unter der Bedingung durchgeführt, demnach von einer Vorwärtsdrehung auf eine Rückwärtsdrehung in der jeweiligen Zeiteinheit umgeschaltet wurde, und eine Beschleunigungsevaluierung wurde durchgeführt. Die Testbedingungen waren die folgenden: Drehumschaltrate: 10 Hz oder höher Schmierbedingung: Ölbadschmierung Schmiermittel: Mobile (ISO VG 68)

Ein Zugtestverfahren unter Verwendung eines Ringzugtestgeräts, hergestellt durch die NSK LTD., und in 3(a) gezeigt, wird nunmehr erläutert.

Das Ringzugtestgerät umfasst ein stationäres Substrat 10 und einen Zylinder 11, der durch Öldruck vertikal beweglich ist, wobei der Zylinder 11 sich vertikal bewegt, wenn eine flache Führungsplatte 15, die mit dem unteren Abschnitt des Zylinders 11 aneinander hängend zu liegen kommt, entlang einem vertikalen, quadratischen, zylindrischen Loch 10a in dem Substrat 10 geführt wird. Halbkreisförmige Elemente 12a, 12b sind an dem Substrat 10 bzw. am Zylinder 11 angebracht.

Nach dem Anbringen eines ringförmigen Testteils 14 an den zwei Elementen 12a und 12b, die miteinander im Wesentlichen in kreiszylindrischer Form vereinigt sind, bewegt sich das Element 12, wenn der Zylinder 11 aufwärts bewegt wird, aufwärts, und dadurch wird das Testteil 14 in der vertikalen Richtung gezogen und der Kreiszugtest kann durchgeführt werden.

Da in diesem Fall die flache Führungsplatte 15 sich entlang dem quadratischen, zylindrischen Loch 10a in dem Substrat 10 geführt bewegt, wird das Testteil 14 relativ parallel zu der Ebene senkrecht zu der Axialmitte des Testteils 14 gezogen (Zeichnungsebene in 3(b)). Vorausgesetzt, das Testteil 14 kann parallel zur Ebene des Testteils 14 senkrecht zur Axialmitte des Testteils 14 gezogen werden, ist die Struktur zum Führen der flachen Führungsplatte 15 nicht auf die Führungsstruktur mittels des quadratischen, zylindrischen Lochs 10a beschränkt; vielmehr ist es beispielsweise möglich, eine Struktur zum direkten Führen der flachen Führungsplatte 15 einzusetzen.

Der Durchmesser für den Bogen bzw. Kreisbogen des halbkreisförmigen Elementes 12a, 12b beträgt das 0,8-fache des Innendurchmessers des ringförmigen Testteils 14, und eine Führungsnut 13 zum Anbringen des Testteils 14 ist an den Bogenabschnitt des Elements 12a, 12b angeordnet (siehe 3(b)). Dies verhindert eine Verschiebung der Anbringungsposition des Testteils 14 und ein Einknicken des Testteils 14 im Zugtest.

Da davon ausgegangen wird, dass der Block bzw. die Stange und der Flansch des gepressten Käfigs 5 in Bezug aufeinander identische Festigkeit besitzen, wurde ein ringförmiger Flanschteil (Außendurchmesser 74 mm, Innendurchmesser 70 mm, Breite 2,0 mm), erhalten durch Zuschneiden bzw. Schneiden des Blocks bzw. der Stange des gepressten Käfigs 5 (Außendurchmesser 74 mm, Innendurchmesser 70 mm, Breite 21,7 mm), als Testteil 14 verwendet. Die Zuggeschwindigkeit betrug 0,2 mm/sec.

Die Anmelderin hat ermittelt, dass ein derartiger Kreiszugtest einen Test darstellt zum Evaluieren des gesamten Leistungsvermögens des Käfigs, wie etwa die Ermüdungsfließgrenze, hervorgerufen Umfangsspannung, die auf den Flanschabschnitt einwirkt, und durch eine wiederholte Spannungsbelastung desselben, und die Ermüdungsfestigkeit eines Verbindungsteils zwischen der Stange bzw. dem Block und dem Flansch bei tatsächlichen gepressten Käfigen. Das Testergebnis stimmte nicht stets überein mit demjenigen für den Zugtest für die plattenförmige Testprobe, wie in Übereinstimmung mit JIS oder dergleichen festgelegt; es handelt sich hier jedoch um einen Test, der geeignet ist für die Ermittlung des Leistungsvermögens, das den Käfigen innewohnt.

Die Härte wurde ermittelt unter Verwendung eines Block- bzw. Stangenabschnitts einer Tasche des gepressten Käfigs 5, geschnitten bzw. zugeschnitten oder durchschnitten bei der Herstellung der Testprobe 14 für den Ringzugtest. D. h., der Stangenabschnitt wurde eingegraben und poliert, um die Härte für die Innenseite zu messen und die Härte für die Oberfläche an einem Kontaktabschnitt mit der Walze 4. Die Härte für die Oberfläche wurde für einen Abschnitt von 0,02 bis 0,05 mm, ausgehend von der Oberfläche in Richtung der Tiefe, gemessen.

Die Messung der Härte der Oberfläche und der Innenseite wurde auf dem gepressten Käfig 5 durchgeführt, der wie vorstehend angeführt hergestellt worden ist. Zunächst wurden mehrere Arten von gewalzten Materialien mit einer Dicke identisch zu derjenigen des Käfigs eines fertiggestellten Produkts, und mit unterschiedlichen Formschrägen- bzw. Verstreckungsverhältnissen (angewendet auf das Vergüten nach dem Kaltwalzen) bereitgestellt und die Härte für die Oberfläche und die Innenseite der gewälzten Materialien wurde gemessen. Der Käfig wurde dafür hergestellt durch Pressen auf Grundlage des Ergebnisses der Messung und die Härte für die Oberfläche und das Innere der Stangen vollständig gefertigter Käfige, die derart erhalten wurden, wurde gemessen.

Die Testergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Die Wirkung der Härte für die Oberfläche des gepressten Käfigs 5 in einem Kontaktabschnitt mit der Walze 4 als Ergebnis des Drehhaltbarkeitstest wurde zunächst untersucht. Die Kurve in 4 zeigt die Beziehung zwischen der Härte für die Oberfläche des gepressten Käfigs 5 in einem Kontaktabschnitt mit der Walze 4 und der Anzahl wiederholter Drehungen bis zum Bruch des gepressten Käfigs 5 durch den Drehhaltbarkeitstest.

Da die Walzen 4 wiederholt gegen die Stangen der Taschen des gepressten Käfigs 5 während der Drehung des zylindrischen Wälzlager 1 kollidieren, werden wiederholte Stoßlasten auf den Kontaktabschnitt zwischen der Walze 4 und der Stange ausgeübt. Wie in den Beispielen 1 bis 8 zeigen solche mit einer Härte von Hv 190 oder mehr für die Oberfläche eines Kontaktabschnitts mit der Walze 4 eine bemerkenswert große Anzahl von wiederholten Drehungen bis zum Bruch.

Insbesondere in den Beispielen 3 bis 8, in denen die Härte für die Oberfläche in einem Kontaktabschnitt mit der Walze 4 Hv 200 oder mehr beträgt, ist die Anzahl von wiederholten Drehungen bis zum Bruch stabil mit einem bemerkenswerten Wert.

Diejenigen mit einer Oberflächenhärte Hv von weniger als 190, wie in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5, lassen jedoch zu wünschen übrig bezüglich der Festigkeit für den Kontaktabschnitt und es wird demnach davon ausgegangen, dass die Drehgenauigkeit sich ändert durch das Auftreten einer winzigen plastischen Verformung durch die Stoßlast, was zu einem früheren Bruch führt.

Da für die Beispiele 1 bis 8 die Härte durch Härtungsbehandlung o. dgl. Hv 190 oder mehr beträgt, und da die Festigkeit im Kontaktabschnitt mit dem gepressten Käfig 5 sichergestellt wird, kann eine winzige plastische Verformung auf Grund der Stoßlast verhindert werden, wodurch die Anzahl von wiederholten Drehungen bis zum Bruch erhöht wird.

Während andererseits in den Vergleichsbeispielen 6 und 7 die Härte auf der Oberfläche von dem Kontaktabschnitt zwischen der Walze 4 und dem gepressten Käfig 5 Hv 190 übersteigt, leiden diese an dem Nachteil eines frühzeitigen Bruchs. Dies ist deshalb der Fall, weil jeder der gepressten Käfige 5 aus Stahlplatten mit extrem geringem Kohlenstoffgehalt hergestellt ist, weil die Härte für die Innenseite, d. h. die Härte des Rohmaterials vor dem Pressformen, klein ist, und weil der gepresste Käfig 5 an Festigkeit zu wünschen übrig lässt. Um dem gepressten Käfig 5 ausreichende Festigkeit zu verleihen, ist es notwendig, sicherzustellen, dass nicht nur die Härte für die Oberfläche im Kontaktabschnitt zwischen der Walze 4 und dem gepressten Käfig 5, sondern auch die Härte in der Innenseite sichergestellt wird.

Die Kurvendarstellung in 5 zeigt die Beziehung zwischen der Härte für die Innenseite des gepressten Käfigs 5 und der Anzahl von wiederholten Drehungen, bis der gepresste Käfig 5 zu Bruch geht, und zwar auf Grund des Drehhaltbarkeitstests.

Wenn die Härte für die Innenseite weniger als Hv 110 beträgt, wird ein früher Bruch hervorgerufen für jeden Fall in dem Drehhaltbarkeitstest; wenn jedoch die Härte für die Innenseite Hv 110 oder mehr beträgt, ist die Anzahl von wiederholten Drehungen bis zum Bruch deutlich verbessert. Insbesondere in den Beispielen 3 bis 8 mit einer Härte für die Innenseite von Hv 120 oder mehr ist die Anzahl von wiederholten Drehungen bis zum Bruch bzw. bis Bruchauftritt mit einem hervorragenden Wert stabil.

Die vorstehend erläuterten Ergebnisse zeigen, dass, während die Härte für die Oberfläche im Kontaktabschnitt zwischen der Walze 4 und dem gepressten Käfig 5 durch plastische Bearbeitung, wie etwa Flächenpressen, erzielt werden kann, die Härte für die Innenseite nicht infolge hiervon erzielt werden kann, so dass Material mit extrem geringem Kohlenstoffgehalt, das hervorragende Tiefzieheigenschaften aufweist, wie in den Vergleichsbeispielen 6 und 7 nicht in geeigneter Weise verwendet werden kann, weil die Härte für die Innenseite gering und die Festigkeit des Käfigs selbst unzureichend ist.

Wie in den Beispielen 1 bis 8 gezeigt, ist für Materialien mit einer Härte für die Innenweite von Hv 110 oder mehr die Bruchlast des Käfigs beim Zugtest ebenfalls groß und die Wirkung ist selbsterklärend.

Auch in dem Fall, das der C-Gehalt 0,02 Gew.-% oder mehr beträgt, und bei identischem Kohlenstoffgehalt, kann die Festigkeit des gepressten Käfigs 5 deshalb, weil die Härte sich ändert abhängig von der Vergütungstemperatur bei der Herstellung der Stahlplatte, problemlos verbessert werden, indem die Härte für die Innenseite sichergestellt wird durch Verwendung des harten Materials. Wenn jedoch, wie im Vergleichsbeispiel 2 gezeigt, ein hartes Material mit einer Härte größer Hv 170 verwendet wird, wird die Pressformbarkeit beeinträchtigt und eine vorbestimmte Abmessungsgenauigkeit kann nicht erzielt werden.

Da ferner im Vergleichsbeispiel 1 der Gehalt an C und der Gehalt an Mn die oberen Grenzwerte für den erfindungsgemäß festgelegten Bereich übersteigt, und da die Härte für die Innenseite Hv 170 oder höher ist, wird die Pressformbarkeit des Rohmaterials beeinträchtigt und eine vorbestimmte Abmessungsgenauigkeit kann ebenso nicht erzielt werden wie im Vergleichsbeispiel 2.

Wie vorstehend erläutert, rufen die Käfige zur Verwendung in dem Wälzlager gemäß dieser Ausführungsform (Beispiele 1 bis 8) eine geringere Verformung bzw. eine geringere Bruchrate auf und sie besitzen eine gute Pressformbarkeit und eine gute Abmessungsgenauigkeit.

Die vorstehend erläuterte Ausführungsform bzw. die Ausführungsformen zeigen lediglich ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, und diese ist nicht hierauf beschränkt. Während beispielsweise ein Käfig zur Verwendung in dem zylindrischen Wälzlager beispielhaft dargestellt und erläutert wurde als Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager, ist der Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auch auf zahlreiche andere Arten von Wälzlagern anwendbar. Beispielsweise ist die Erfindung anwendbar auf ein Nadelwälzlager, auf ein selbstausrichtendes Wälzlager, auf ein Tiefnutenkugellager, auf ein Winkelkugellager und auf ein Kugellager.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Wie vorstehend erläutert, handelt es sich bei dem Käfig zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Wälzlager um einen hochfesten Käfig zur Verwendung in dem Wälzlager, unter Bereitstellung einer geringen Verformung bzw. einer geringen Bruchrate und mit einer stabilen Funktion.


Anspruch[de]
  1. Käfig (5) aus einem kohlenstoffarmen Stahl zur Verwendung in einem Wälzlager (1) mit einem Außenring (2), einem Innenring (3) und mehreren Wälzelementen (4), die drehbar zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, wobei der Käfig (5) mehrere Taschen zum Aufnehmen der Wälzelemente (4) in gleichmäßiger Verteilung in der Drehrichtung der Wälzelemente aufweist, wobei der kohlenstoffarme Stahl ein Stahl ist, der 0,02 bis 0,10 Gew.-% C und 0,10, bis 0,45 Gew.-% Mn enthält und der kohlenstoffarme Stahl einer plastischen Verarbeitung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte für die Käfigoberfläche zumindest im Kontaktabschnitt mit dem Wälzelement Hv 190 bis 270 beträgt, die Härte für einen Kernabschnitt des Käfigs Hv 110 bis 170 beträgt, und das Verhältnis zwischen der Formänderungsfestigkeit und der Zugfestigkeit (Formänderungsfestigkeit/Zugfestigkeit) des kohlenstoffarmen Stahls 0,65 bis 0,75 beträgt.
  2. Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager nach Anspruch 1, bei welchem die Härte für die Taschenoberfläche zumindest im Kontaktabschnitt mit dem Wälzelement Hv 200 bis 270 beträgt und die Härte für den Kernabschnitt im Käfigabschnitt Hv 120 bis 170 beträgt.
  3. Käfig zur Verwendung in einem Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Verhältnis zwischen der Formänderungsfestigkeit und der Zugfestigkeit (Formänderungsfestigkeit/Zugfestigkeit) des kohlenstoffarmen Stahls 0,70 bis 0,75 beträgt.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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