DE19654545A1 - Friction-free bearing - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft reibungsfreie Lager, und insbesondere reibungsfreie Lager, die für sich drehende Teile von Präzisionsvorrichtungen verwendet werden.The invention relates to frictionless bearings, and especially friction-free bearings that are used for rotating parts of precision devices.
Ein herkömmliches reibungsfreies Lager weist einen Innenring, einen Außenring und Wälzkörper auf. Diese Bauelemente sind herkömmlich aus ein und demselben Werkstoff hergestellt. Als Werkstoff werden hochlegierter Kohlenstoff- Chrom-Lagerstahl und martensitischer rostfreier Stahl nach der Güte "SUS440C" (JIS-Norm) verwendet, wobei rostfreier Stahl für reibungsfreie Lagerteile verwendet wird, die eine Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen.A conventional frictionless bearing has one Inner ring, an outer ring and rolling elements. This Components are conventionally made of one and the same material produced. High-alloy carbon Chrome bearing steel and martensitic stainless steel after the Grade "SUS440C" (JIS standard) is used, with stainless steel for frictionless bearing parts are used, the one Must have corrosion resistance.
Rostfreier Stahl ist ausreichend korrosionsbeständig. Der rostfreie Stahl enthält jedoch solche Teilchen mit großem Durchmesser, wie eutektische Karbide, die durch eutektische Reaktionen erzeugt werden, die während des Erstarrens der Stahlschmelze stattfinden, und Aluminiumoxid und andere nichtmetallische Substanzen, die als Ergebnis der chemischen Reaktionen von Verunreinigungen erzeugt werden, die in dem Rohmaterial der Stahlschmelze enthalten sind. Derartige eutektische Karbide und nichtmetallische Substanzen führen vom Stahl-Gefügeaufbau her zu unterschiedlichen Stahleigenschaften hinsichtlich spanender Bearbeitbarkeit und ermöglichen kein hochgenaues spanendes Bearbeiten des Stahls. Insbesondere machen sie eine hochgenaue Endbearbeitung der Laufrillen an dem Außen- und Innenring der reibungsfreien Lager unmöglich. Folglich ist es nicht möglich, die Rundlaufgenauigkeit zu verbessern, wobei laute Geräusche durch Schwingungen erzeugt werden, die aufgrund der Rotation auftreten. Daher ist es unmöglich, diesen rostfreien Stahl für sich drehende Teile von Präzisionsvorrichtungen, wie Präzisionsmeßinstrumenten oder Computer-Peripherievorrichtungen, zu verwenden.Stainless steel is sufficiently corrosion-resistant. Of the however, stainless steel contains such particles with large Diameter, such as eutectic carbides, by eutectic Reactions are generated that solidify during the Melting steel takes place, and alumina and others non-metallic substances as a result of chemical Reactions of impurities that are generated in the Raw material of the molten steel are included. Such eutectic carbides and non-metallic substances lead from Steel structure to different steel properties regarding machinability and do not allow high-precision machining of steel. Especially make a highly precise finishing of the grooves on the Outer and inner ring of the frictionless bearings impossible. As a result, it is not possible to increase concentricity improve, whereby loud noises are generated by vibrations that occur due to the rotation. Therefore, it is impossible to use this stainless steel for rotating parts of Precision devices, such as precision measuring instruments or Computer peripherals to use.
Um die Fertigungsgenauigkeit des rostfreien Stahls bei der Verwendung für reibungsfreie Lager nach dem Stand der Technik zu verbessern, wird der Durchmesser der eutektischen Karbidteilchen durch eine Wärmebehandlung beim Stahlherstellungsvorgang verringert, zum Beispiel auf etwa 10 µm. Es ist jedoch kein rostfreier Stahl erhältlich, wobei die Erzeugung von nichtmetallischen Substanzen weitgehend unterdrückt ist. Jedenfalls ist es nicht möglich, hochgenaue reibungsfreie Lager herzustellen.To ensure the manufacturing accuracy of the stainless steel at Use for state-of-the-art friction-free bearings improve the diameter of the eutectic Carbide particles through a heat treatment at Steel manufacturing process is reduced, for example to about 10 µm. However, no stainless steel is available, the Production of non-metallic substances largely is suppressed. In any case, it is not possible to be highly accurate to produce frictionless bearings.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein reibungsfreies Lager mit einer ausgezeichneten Laufruhe durch Herstellung seines Außen- und Innenrings aus rostfreiem Stahl zu schaffen, der eine homogene und dichte Struktur aufweist und bei dem eutektische Karbidteilchen, die in dem Stahl enthalten sind, in den Abmessungen verringert werden und die Erzeugung nichtmetallischer Substanzen in dem Stahl auf ein extrem niedriges Niveau herabgesenkt wird.An object of the invention is to have a smooth bearing with excellent smoothness by manufacturing its To create outer and inner rings made of stainless steel, the has a homogeneous and dense structure and in which eutectic carbide particles contained in the steel in the dimensions are reduced and the generation non-metallic substances in the steel to an extreme low level is lowered.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein reibungsfreies Lager vorgesehen, mit Wälzkörpern, die in Laufrillen angeordnet sind, die in einem Außenring und einem Innenring geformt sind, wobei zumindest entweder der Außenring oder der Innenring aus einem martensitischen, rostfreien Stahl hergestellt ist, der im wesentlichen in Gewichtsprozent besteht aus 0,60 bis 0,75% Kohlenstoff, 10,5 bis 13,5% Chrom, 1,0% oder weniger Silizium und 0,3 bis 0,8% Magnesium, wobei der Rest der Zusammensetzung Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei der rostfreie Stahl eine Härte von HRC 85 oder mehr aufweist, aus eutektischen Karbidteilchen mit einem Durchmesser von 10 µm und weniger besteht, und einen Sauerstoff- und Titangehalt von jeweils 10 ppm oder weniger aufweist.To achieve this goal is after a first aspect the invention provided a frictionless bearing with Rolling elements, which are arranged in grooves, which in one Outer ring and an inner ring are formed, at least either the outer ring or the inner ring from one martensitic, stainless steel, which is made in essentially in weight percent consists of 0.60 to 0.75% Carbon, 10.5 to 13.5% chromium, 1.0% or less silicon and 0.3-0.8% magnesium, with the rest of the composition Iron and unavoidable impurities are, the stainless steel has a hardness of HRC 85 or more eutectic carbide particles with a diameter of 10 µm and less, and an oxygen and titanium content of each has 10 ppm or less.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein reibungsfreies Lager vorgesehen, mit einer Welle, die eine Laufrille in ihrer äußeren Umfangsfläche aufweist, einem Außenring, der eine Laufrille in seiner inneren Umfangsfläche aufweist, und einer Mehrzahl von Wälzkörpern, die in den Laufrillen der Welle und des Außenrings angeordnet sind, wobei zumindest entweder die Welle oder der Außenring aus einem martensitischen, rostfreien Stahl hergestellt ist, der im wesentlichen in Gewichtsprozent besteht aus 0,60 bis 0,75% Kohlenstoff, 10,5 bis 13,5% Chrom, 1,0% oder weniger Silizium und 0,3 bis 0,8% Magnesium, wobei der Rest der Zusammensetzung Eisen und unvermeidbar eingelagerte Verunreinigungen sind, wobei der rostfreie Stahl eine Härte von HRC 85 oder mehr aufweist, aus eutektischen Karbidteilchen mit einem Durchmesser von 10 µm und weniger besteht, und einen Sauerstoff- und Titangehalt von jeweils 10 ppm oder weniger aufweist.According to a second aspect of the invention is a frictionless bearing provided with a shaft that a Has groove in its outer peripheral surface, one Outer ring, which has a raceway in its inner peripheral surface has, and a plurality of rolling elements in the Grooves of the shaft and the outer ring are arranged, wherein at least either the shaft or the outer ring from one martensitic, stainless steel, which is made in essentially in weight percent consists of 0.60 to 0.75% Carbon, 10.5 to 13.5% chromium, 1.0% or less silicon and 0.3-0.8% magnesium, with the rest of the composition Are iron and inevitably stored impurities, the stainless steel having a hardness of HRC 85 or more comprises eutectic carbide particles with a diameter of 10 microns and less, and an oxygen and Titanium content of 10 ppm or less.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Wälzkörper aus hochlegiertem Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt.According to one embodiment of the invention Rolling elements made of high-alloy carbon-chrome bearing steel produced.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:Preferred embodiments of the Invention explained with reference to the drawings. In the Drawings show:
Fig. 1 einen Schnitt, aus dem eine Ausführungsform eines reibungsfreien Lagers ersichtlich ist. Fig. 1 shows a section from which an embodiment of a frictionless bearing can be seen.
Fig. 2 einen Schnitt, aus dem eine andere Ausführungsform des reibungsfreien Lagers ersichtlich ist. Fig. 2 shows a section from which another embodiment of the frictionless bearing can be seen.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Außenring, der eine Laufrille 1a aufweist, die in der inneren Umfangsfläche geformt ist, und das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Innenring, der eine Laufrille 2a aufweist, die in der äußeren Umfangsfläche geformt ist. Eine Mehrzahl von Kugeln 3 sind als Wälzkörper zwischen den Laufrillen des Innen- und Außenrings angeordnet.In Fig. 1, reference numeral 1 denotes an outer ring having a raceway surface 1a, which is formed in the inner circumferential surface, and reference numeral 2 denotes an inner ring having a raceway surface 2a which is formed in the outer peripheral surface. A plurality of balls 3 are arranged as rolling elements between the grooves of the inner and outer rings.
Bei diesem Beispiel sind der Außenring 1 und der Innenring 2 des Kugellagers aus einem besonderen rostfreien Stahl hergestellt, wie oben beschrieben ist, wobei die Kugeln 3 aus einem hochlegierten Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt sind.In this example, the outer ring 1 and the inner ring 2 of the ball bearing are made of a special stainless steel, as described above, the balls 3 being made of a high-alloy carbon-chromium bearing steel.
Der rostfreie Stahl, aus dem der Außenring 1 und der Innenring 2 hergestellt sind, weist in Gewichtsprozent auf: 0,60 bis 0,75% Kohlenstoff, 10,5 bis 13,5% Chrom, 1,0% oder weniger Silizium und 0,3 bis 0,8% Mangan, wobei der Rest der Zusammensetzung Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind. Der rostfreie Stahl weist eine Härte von HRC 58 oder mehr auf, enthält eutektische Karbidteilchen mit einem Durchmesser von 10 µm und weniger, wie sie durch den Wärmebehandlungsvorgang gebildet werden, und weist einen Sauerstoff- und Titangehalt von jeweils 10 ppm oder weniger auf.The stainless steel from which the outer ring 1 and the inner ring 2 are made has, in percent by weight: 0.60 to 0.75% carbon, 10.5 to 13.5% chromium, 1.0% or less silicon and 0 , 3 to 0.8% manganese, the rest of the composition being iron and unavoidable impurities. The stainless steel has a hardness of HRC 58 or more, contains eutectic carbide particles with a diameter of 10 µm and less as formed by the heat treatment process, and has an oxygen and titanium content of 10 ppm or less, respectively.
Der Titangehalt des rostfreien Stahls wird auf 10 ppm oder weniger unter Verwendung eines Rohmaterials mit einem extrem niedrigen Gehalt an Titan als Beimengung gebracht, und daher wird die Erzeugung von nichtmetallischen Substanzen, die aus Titan bestehen, wie Titannitrid, das durch Verbindung von Titan und Stickstoff in der Stahlschmelze erzeugt wird, auf ein extrem niedriges Niveau herabgesenkt.The titanium content of the stainless steel is set to 10 ppm or less using a raw material with an extreme brought low content of titanium as an admixture, and therefore is the production of non-metallic substances that come from Titanium, like titanium nitride, is made by joining titanium and nitrogen is generated in the molten steel lowered extremely low level.
Bei dem Vorgang der Herstellung des rostfreien Stahls gemäß der Erfindung wird der Sauerstoffgehalt des rostfreien Stahls auf 10 ppm oder weniger durch Verlängerung der Zeitdauer für das Entweichen der Gase aus der Stahlschmelze reduziert. Auf diese Weise wird auch die Erzeugung von nichtmetallischen Substanzen, wie Aluminiumoxid, das durch Verbindung einer geringen Menge an Aluminium , das in dem Rohmaterial des rostfreien Stahls enthalten ist, und Sauerstoff entsteht, verhindert. Ebenso wird die Erzeugung von Siliziumnitrid, das durch Verbindung von Silizium aus dem Rohmaterial und Stickstoff erzeugt wird, auf ein extrem niedriges Niveau herabgesenkt.In the process of manufacturing stainless steel According to the invention, the oxygen content of the stainless Steel to 10 ppm or less by extending the time period reduced for the escape of the gases from the molten steel. In this way, the production of non-metallic Substances, such as aluminum oxide, which are formed by combining a small amount of aluminum that is in the raw material of the stainless steel and oxygen is produced, prevented. Likewise, the production of silicon nitride by combining silicon from the raw material and Nitrogen is produced at an extremely low level lowered.
Da der rostfreie Stahl, aus dem der Außen- und Innenring des Kugellagers bestehen, wie oben beschrieben ist, eutektische Karbidteilchen mit kleinem Durchmesser aufweist und ein extrem niedriges Niveau von erzeugten nichtmetallischen Substanzen enthält, weist der rostfreie Stahl eine homogene und dichte metallische Struktur auf und ermöglicht eine hochgenaue maschinelle Fertigung, wodurch eine Verbesserung der Laufruhe und der Rotationsgenauigkeit des Kugellagers ermöglicht wird.Because the stainless steel from which the outer and inner ring of the ball bearing, as described above, are eutectic Has small diameter carbide particles and is extremely low level of non-metallic substances produced contains, the stainless steel has a homogeneous and dense metallic structure and enables a highly accurate machine manufacturing, which improves smoothness and the rotational accuracy of the ball bearing is made possible.
Aus der untenstehenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse von Versuchen ersichtlich, die an einem Kugellager nach dieser Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wurden, um Schwingungen und Geräusche (oder die Laufruhe) zu bestimmen. Die Versuche wurden in Übereinstimmung mit den AFBMA-Normen (Anti-Friction Bearing Manufacturing Association, Inc.) durchgeführt. Die Tabelle zeigt auch zum Vergleich die Ergebnisse der Versuche, die an einem Kugellager aus herkömmlichem rostfreien Stahl nach der Güte "SUS440C" (JIS-Normen) durchgeführt wurden. Die Versuchsergebnisse sind als Andelon-Werte gezeigt.From Table 1 below are the results of Try it on a ball bearing after this Embodiment of the invention were carried out to Determine vibrations and noises (or smoothness). The trials were in accordance with the AFBMA standards (Anti-Friction Bearing Manufacturing Association, Inc.) carried out. The table also shows the comparison Results of experiments on a ball bearing conventional stainless steel according to the quality "SUS440C" (JIS standards) were carried out. The test results are as Andelon values shown.
Wie bei dem Kugellager gemäß der Erfindung wurde bei dem Kugellager aus rostfreiem Stahl nach dem Stand der Technik der hochlegierte Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl für die Kugeln verwendet.As with the ball bearing according to the invention, the Ball bearings made of stainless steel according to the prior art high-alloy carbon-chromium bearing steel for the balls used.
In Tabelle 1 sind die Spalten der Andelon-Werte M und H jeweils Meßfrequenzbereichen zugeordnet, wobei die Spalte M einem mittleren Frequenzbereich (300 bis 1,800 Hz) und die Spalte H einem hohen Frequenzbereich (1,800 bis 10,000 Hz) zugeordnet ist. Wie ersichtlich ist, sind bei dem kleineren Andelon-Wert die Schwingungen und die Geräusche geringer und die Laufruhe höher.In Table 1, the columns of the Andelon values are M and H each assigned measuring frequency ranges, the column M a medium frequency range (300 to 1,800 Hz) and the Column H a high frequency range (1,800 to 10,000 Hz) assigned. As can be seen, the smaller ones Andelon value the vibrations and noise less and the smoothness higher.
Aus Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, bei der eine Mehrzahl von Kugeln in einer inneren Laufrille 4a, die an der äußeren Umfangsfläche einer Welle 4 ausgebildet ist, und in einer äußeren Laufrille 1a vorgesehen sind, die an der inneren Umfangsfläche eines Außenrings 1 ausgebildet ist.From Fig. 2 another embodiment of the invention can be seen, in which a plurality of balls in an inner race 4 a, which is formed on the outer peripheral surface of a shaft 4 , and in an outer race 1 a are provided, which on the inner Circumferential surface of an outer ring 1 is formed.
Wie bei der oben genannten ersten Ausführungsform, die aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind bei dieser Ausführungsform der Außenring 1 und die Welle 4 aus dem oben genannten rostfreien Stahl hergestellt, wobei die Kugeln 3 aus hochlegiertem Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt sind.As in the above-mentioned first embodiment, which can be seen from FIG. 1, in this embodiment the outer ring 1 and the shaft 4 are made of the above-mentioned stainless steel, the balls 3 being made of high-alloy carbon-chromium bearing steel.
Bei der oben genannten ersten Ausführungsform wurden sowohl der Außenring 1 als auch der Innenring 2 und bei der zweiten Ausführungsform sowohl der Außenring 1 als auch die Welle 4 aus dem rostfreien Stahl hergestellt. In Abhängigkeit von der Verwendung können jedoch nur eines der beiden Bauelemente (d. h., der Außenring 1 und der Innenring 2 oder der Außenring 1 und die Welle 4), bei dem eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Tragfähigkeit erforderlich ist, aus dem rostfreien Stahl hergestellt sein, während der andere Ring aus hochlegiertem Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl ist.In the above-mentioned first embodiment, both the outer ring 1 and the inner ring 2 and in the second embodiment, both the outer ring 1 and the shaft 4 were made of the stainless steel. Depending on the use, however, only one of the two components (ie, the outer ring 1 and the inner ring 2 or the outer ring 1 and the shaft 4 ), which requires high corrosion resistance and a high load-bearing capacity, can be made from the stainless steel while the other ring is made of high-alloy carbon-chrome bearing steel.
Der rostfreie Stahl für reibungsfreie Lager gemäß der Erfindung mit der oben genannten Zusammensetzung weist folgende Funktionen und Wirkungen auf. Da der Titan- und Sauerstoffgehalt des rostfreien Stahls auf jeweils 10 ppm oder weniger gebracht wird, während die Erzeugung von nichtmetallischen Substanzen auf ein extrem niedriges Niveau herabgesenkt wird, weist der rostfreie Stahl eine homogene und dichte Struktur auf und ermöglicht eine hochgenaue Endbearbeitung der Laufrillen, wenn der rostfreie Stahl als Werkstoff für das reibungsfreie Lager verwendet wird, wodurch eine erhebliche Verbesserung der Lauf ruhe und der Rundlaufgenauigkeit des reibungsfreien Lagers ermöglicht wird.The stainless steel for frictionless bearings according to the Invention with the above composition has the following Functions and effects on. Since the titanium and Oxygen content of the stainless steel to 10 ppm each or is brought less while generating non-metallic substances to an extremely low level is lowered, the stainless steel has a homogeneous and dense structure and enables a highly precise Finishing the grooves when the stainless steel as Material used for the frictionless bearing, which a significant improvement in running smoothness and Concentricity of the friction-free bearing is made possible.
Die nichtmetallischen Substanzen, die in dem herkömmlichen rostfreien Stahl enthalten sind, sind hart im Vergleich zu dem Stahl, in welchem sie eingebettet sind, wodurch bei herkömmlichem rostfreiem Stahl die nichtmetallischen Substanzen, die an der Oberfläche der Laufrillen des reibungsfreien Lagers vorliegen, eine Abnutzung der Oberfläche der Wälzkörper bewirken. Bei dem rostfreien Stahl gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Werkstoff für das reibungsfreie Lager werden im Gegensatz dazu extrem wenig nichtmetallische Substanzen erzeugt, wodurch die Wälzkörper weniger abgenutzt werden und die Lebensdauer der reibungsfreien Lager verlängert werden kann.The non-metallic substances used in the conventional stainless steel are hard compared to that Steel in which they are embedded, which means that conventional stainless steel the non-metallic Substances on the surface of the grooves of the friction-free bearing, wear of the surface the rolling elements cause. For the stainless steel according to the preferred embodiment as a material for the In contrast, friction-free bearings become extremely little creates non-metallic substances, causing the rolling elements be less worn and the life of the frictionless Warehouse can be extended.
Darüberhinaus können, da der Außen- und Innenring und die Welle, die die Laufflächen des reibungsfreien Lagers aufweisen und korrosionsbeständig sind, aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, die Wälzkörper, die an der Innenseite des Lagers vorgesehen sind und keine Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen, aus dem hochlegierten Kohlenstoff-Chrom-Lagerstahl hergestellt sein, der maschinell leicht hochgenau bearbeitet werden kann und im Vergleich zu dem rostfreien Stahl preiswerter ist, wodurch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, Rundlaufgenauigkeit und Laufruhe geschaffen wird und auch die Kosten im Vergleich zu einem reibungsfreien Lager, bei dem alle Teile aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, verringert werden.In addition, since the outer and inner ring and the Shaft that have the running surfaces of the frictionless bearing and are corrosion resistant, made of stainless steel are the rolling elements that are on the inside of the bearing are provided and have no corrosion resistance from the high-alloy carbon-chromium bearing steel be produced that easily machined with high precision can be compared to the stainless steel is cheaper, which makes it excellent Corrosion resistance, concentricity and smooth running is created and also the costs compared to one smooth bearing, where all parts are made of stainless steel are produced, are reduced.
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