DE10137785A1

DE10137785A1 - Elektrokorrosionsbeständiger Wälzlageraufbau

Info

Publication number: DE10137785A1
Application number: DE10137785A
Authority: DE
Inventors: Hideji Ito; Akihiko Tomiya; Takahiro Kanamoto
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2003-02-20
Also published as: JP2002048145A

Abstract

Mit dem Ziel, eine gegen Elektrokorrosion widerstandsfähige Wälzlageranordnung zu schaffen, die mit einer minimierten Anzahl von Herstellungsschritten, auf einfache Weise und zu verminderten Kosten hergestellt werden kann, während sie eine hinreichende Haftfähigkeit einer Isolationsschicht mit einem Lagerelement sicherstellt und hinreichend widerstandsfähig hinsichtlich einer Abtrennung der Isolationsschicht während eines Presspassvorganges ist, sind Oberflächen (a bis c) des Lagerelements (1; 2), das zum engen Kontakt mit einem Gehäuse (12) ausgebildet ist, mit einer doppelschichtigen Auskleidung (5; 5A) beschichtet, die eine keramische Isolationsschicht (6) und eine Metallschicht (7; 8) aufweist. Die Oberflächen (a bis c) der Lagerelemente (1; 2) sind durch eine die Haftfähigkeit erhöhende Behandlung wie Oberflächenaufrauhungsbehandlung behandelt. Die Isolationsschicht (6; 6A) weist eine Dicke im Bereich zwischen 0,15 und 0,45 mm auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wälzlageraufbau zur Verwendung in einem Primärmotor (prime motor), einem Antriebsmechanismus, Achsen und anderen beweglichen Komponenten von Bahnwaggons, und insbesondere auf einen Wälzlageraufbau, der in einem Umfeld benutzt wird, wo eine den Wälzlageraufbau aufnehmende Struktur erfordert, dass der Wälzlageraufbau gegen Elektrokorrosion beständig ist, mit der Absicht, den Fluss von elektrischem Strom durch den Wälzlageraufbau zu beseitigen.
Wenn ein Erdungsschuh zur Verbindung des Hauptmotors mit den Schienen über die Räder unvollständig ist, erlaubt es das Wälzlager, das im allgemeinen im Primärmotor benutzt wird, dass elektrischer Strom zwischen den Rädern und der Schiene über Komponenten des Wälzlageraufbaus wie der inneren und äußeren Rille (Rillen- bzw. Lagerelement, race) und den Wälzkörpern fließt. Aus diesem Grund beobachtet man oft, dass Funken zwischen den Wälzlagern und einer Laufrille der äußeren Rille und/oder zwischen dem Wälzkörper und einer Laufrille der inneren Rille auftreten, was zur Elektrokorrosion führt, und was schließlich die Lebenszeit des Lageraufbaus reduziert.
Angesichts des Vorangehenden ist ein Wälzlageraufbau vorgeschlagen worden, bei welchem eine aus Kunstharz hergestellte Isolierungs-Auskleidung (lining) angewandt wird und auf die passende Oberfläche der äußeren Rillen angepasst wird, um einen Kontakt zu einem Gehäuse herzustellen. Da die harzige Isolierungsauskleidung jedoch einen relativ großen linearen Wärmeausdehnungskoeffizient besitzt, entsteht in einem Einbaubereich zwischen der äußeren Rille und dem Gehäuse unter Einfluss von Wärme, die sich während des Betriebes des Wälzlageraufbaus entwickelt, ein Größen- bzw. Dimensionierungsfehler.
Unter Berücksichtigung, dass ein Keramikmaterial als Material für die Isolierungs-Auskleidung bevorzugt wird, da es einen kleineren linearen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten und höhere elektrische Isolationseigenschaften besitzt, ist vorgeschlagen worden, eine keramische Auskleidung als Isolierungsschicht durch Verwendung eines thermischen Sprühverfahrens zu bilden. Allerdings ist es schwierig, das Keramikmaterial in Verbindung mit einem Material zu bringen, das benutzt wird, um Lagerringe des Wälzlageraufbaus herzustellen, und, da es schwierig ist, thermisch gespritzt zu werden, bringt die Benutzung des Keramikmaterials ein Problem im Hinblick auf die Haftfähigkeit mit der äußeren Rille. Auch hat es sich als problematisch herausgestellt, dass, wenn die äußere Rille mittels einer Presspassung mit dem Gehäuse verbunden wird, die keramische Auskleidung dazu neigt, sich abzulösen.
Um die vorgenannten Probleme wesentlich zu überwinden, offenbart die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 2-46119 beispielsweise eine dreischichtige Auskleidung, die aus einer äußeren Metallschicht, einer keramischen Isolationsschicht und einer inneren Metallschicht hergestellt ist, und die auf eine Oberfläche der äußeren Rille aufgebracht wird, die an das Gehäuse angepasst ist. Jede dieser Schichten wird durch ein thermisches Sprühverfahren gebildet. Von den drei Schichten wird die innere Metallschicht zum Erhöhen der Haftfähigkeit des keramischen Materials mit der äußeren Rille benutzt, wobei das keramische Material weniger gut an der äußeren Rille haftet und nicht einfach thermisch gespritzt werden kann. Die äußere Metallschicht wird benutzt, um ein Abschälen (Abpellen) der Isolierschicht zu minimieren, was ansonsten geschehen würde, wenn die äußere Rille mit dem Gehäuse mittels einer Presspassung verbunden werden würde.
Wie oben beschrieben, sind die innere und äußere Metallschicht sowie die Isolationsschicht der dreischichtigen Auskleidung sämtlichst durch die Benutzung eines thermischen Sprüh-(Spritz-)Verfahrens gebildet. Insbesondere ist die dreischichtige Auskleidung durch die Benutzung des thermischen Spritzverfahrens in der Abfolge Bildung der inneren Metallschicht, gefolgt von einer Bildung der Isolationsschicht, gefolgt von der Bildung der äußeren Metallschicht, gebildet. Der thermische Spritzbetrieb benötigt das zyklische Montieren und Entfernen von Maskierungslehren (jigs) und daher komplizierte Verfahren. Wenn daher das thermische Spritzen zum Bilden einer Mehrzahl von Schichten durchgeführt wird, steigt die Anzahl von Montage- und Demontagezyklen der Maskierungslehren entsprechend, und benötigt dabei eine Anzahl von Verfahrensschritten, eingeschlossen beispielhaft das Ersetzen von thermisch zu sprühenden Materialien und das Ändern der thermischen Spritzbedingungen. Aus diesem Grund nehmen die durch das Durchführen des thermischen Spritzens entstehenden Kosten den größten Teil der beim Herstellen des Wälzlageraufbaus entstehenden Herstellungskosten ein, was zu einem erhöhten Preis der Wälzlageranordnung führt.
Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gegen Elektrokorrosion widerstandsfähigen Wälzlageraufbau zu schaffen, welcher exzellente elektrische Isolationseigenschaften gegen Elektrokorrosion besitzt, welcher ferner im wesentlichen frei von Dimensionsfehlern bzw. Toleranzen im Montagebereich ist, das ansonsten durch Wärme erzeugt werden würden, welcher ferner eine befriedigende Haftung zwischen der Isolationsschicht und dem Lagerring oder eine Widerstandsfähigkeit gegen ein Abpellen besitzt, das ansonsten bei einer Presspassung entstehen würde, und welcher einfach mit einer minimierten Anzahl von Verfahrensschritten und damit mit verminderten Kosten montiert werden kann.
Weiteres wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen gegen Elektrokorrosion beständigen Wälzlageraufbau zu schaffen, welcher eine befriedigende Haftfähigkeit zwischen der Isolationsschicht und dem Lagerring oder eine Widerstandsfähigkeit gegen Abpellen der Isolationsschicht besitzt, die ansonsten während einer Presspassung entstehen kann, und welcher einfach mit einer minimierten Anzahl von Verfahrensschritten und daher mit reduzierten Kosten montiert werden kann.
Ein weiteres wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen gegen Elektrokorrosion widerstandsfähigen Wälzlageraufbau mit herausragender Widerstandsfähigkeit gegen Elektrokorrosion zu schaffen, welcher mit verminderter Verarbeitungszeit und reduzierten Materialkosten hergestellt werden kann, und welcher deutlich verbesserte Wärmeleitungseigenschaften (dissipative Eigenschaften für Wärme) besitzt.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 5 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein gegen Elektrokorrosion widerstandsfähiger Wälzlageraufbau geschaffen, der eine auf einer Oberfläche eines Rillenelements gebildete Auskleidung besitzt, die so ausgebildet ist, dass sie in engem Kontakt mit einem Gehäuse oder einer Achse sitzt. Um die dem Stand der Technik innewohnenden Probleme im wesentlichen zu überwinden, ist der gegen Elektrokorrosion widerstandsfähige Wälzlageraufbau dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung einen zweischichtigen Aufbau mit einer Isolationsschicht und einer Metallschicht aufweist.
Da das exzellente Isolationseigenschaften aufweisende keramische Material auch einen kleinen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt und für die Isolationsschicht benutzt wird, kann gemäß der Erfindung eine unerwünschte Wirkung, bei welcher als Ergebnis der während des Betriebes des Lageraufbaus entstehende Hitze einen Größen- bzw. Dimensionsfehler zwischen dem äußeren Lagerring und der Isolationsschicht erzeugt, vermieden werden. Da ferner die Auskleidung auf dem Rillenelement aus der doppelschichtigen Struktur mit Isolationsschicht und Metallschicht besteht, wobei eine die andere überlappt, kann eine hinreichende Haftfähigkeit der Isolationsschicht mit dem Rillenelement erreicht werden, genau wie ein effektives Verhindern, dass die Isolationsschicht abgeschält oder abgepellt wird, wenn der Lageraufbau mittels Presspassung in das Gehäuse oder auf eine Achse gesetzt wird, und wobei eine Metallschicht vorliegt. Verglichen mit der im Stand der Technik benutzten dreischichtigen Auskleidung ist die Anzahl der Herstellungsschritte gering, entsprechend das Herstellen einfach, und die Kosten können verringert werden.
Bevorzugt besteht die Auskleidung aus einer doppelschichtigen Struktur, eingeschlossen die keramische Isolationsschicht und die die keramische Isolationsschicht bedeckende Metallschicht, und die mit der keramischen Isolationsschicht in Verbindung stehende Oberfläche des Rillenelements ist durch eine Haftfähigkeit erhöhende Behandlung oberflächenbehandelt, zum Erhöhen der Haftfähigkeit der keramischen Isolationsschicht. Das Rillenelement kann entweder ein äußerer Lagerring sein, welcher eine äußere Rille (Laufbahn) aufweist, oder ein innerer Lagerring, welcher eine innere Rille aufweist.
Da die Oberfläche des Rillenelements, auf welchem die Isolationsschicht aufgebracht ist, mit der die Haftfähigkeit erhöhenden Behandlung oberflächenbehandelt ist, kann durch dieses Merkmal die hinreichende Haftfähigkeit sichergestellt werden, obwohl das keramische Material, das exzellente Isolationseigenschaften aufweist, für die Isolationsschicht benutzt ist und direkt auf dem Rillenelement gebildet ist. Aus diesem Grund ist die innere Metallschicht aus der dreischichtigen Auskleidung nach dem Stand der Technik, die für eine Verbesserung der Haftfähigkeit vorgesehen war, bei der vorliegenden Erfindung nicht mehr notwendig, und die Herstellungsschritte zum Bilden der beschichteten Auskleidung können verringert werden. Entsprechend können die komplizierten und arbeitsintensiven Herstellungsschritte vermindert werden, und dementsprechend verringern sich die Herstellungskosten in vorteilhafter Weise. Auch ist hinsichtlich der Presspassung des Rillenelements mit dem Gehäuse oder auf die Achse das Vorliegen der die Isolationsschicht bedeckenden Metallschicht wirksam, um ein Abtrennen der Isolationsschicht zu verhindern. Während auf diesem Wege eine hinreichende Haftfähigkeit der Isolationsschicht an dem Rillenelement und ein Vermeiden der Trennung der Isolationsschicht während der Presspassung sichergestellt werden können, bringt die vorliegende Erfindung wirksam einen gegen Elektrokorrosion widerstandsfähigen Wälzlageraufbau, der einfach und mit verminderten Kosten hergestellt werden kann.
Das oben erwähnte Rillenelement (raceway member) weist vorteilhaft einen inneren und einen äußeren Lagerring auf, wobei in diesem Fall die zweischichtige, die Isolationsschicht und die Metallschicht aufweisende Auskleidung auf dem äußeren Lagerring vorgesehen sein kann, wobei hier die Oberfläche des äußeren Lagerelements, welche der die Haftfähigkeit erhöhenden Behandlung ausgesetzt ist, eine Aufrauhung der Oberfläche sein kann. Die Oberflächenrauhigkeit, die von dieser die Oberfläche aufrauhenden Behandlung resultiert, ist bevorzugt dergestalt, dass eine mittlere Rauheit entlang einer Mittel- bzw. Zentrierlinie (center line mean roughness) gleich oder rauher als 3,2 Ra ist, oder dass eine größtmögliche Höhe gleich oder rauher als 25 S beträgt.
Wenn die die Haftfähigkeit erhöhende Behandlung in der Art einer Oberflächen-Aufrauhungsbehandlung durchgeführt wird, kann die Haftfähigkeit auf einfache Weise mit einem vereinfachten Verfahren erhalten werden.
Die oben erwähnte keramische Isolationsschicht weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,15 und 0,45 mm auf.
Wenn die Dicke der Isolationsschicht zu klein ist, kann keine ausreichende Isolationseigenschaft sichergestellt werden, aber wenn sie zu groß ist, kann nicht nur das verwendete Material verschwendet sein, sondern auch die zum Bilden des Films benötigte Zeit wird zu lang, und zusätzlich wird durch die geringe thermische Leitfähigkeit des keramischen Materials die thermische Wärme- Dissipationseigenschaft verringert. Wenn ferner die Isolationsschicht eine zu große Dicke aufweist, besteht die Möglichkeit des Auftretens von Rissen in der Isolationsschicht durch die Materialeigenschaften des keramischen Materials, was zu einer Verringerung der Isolationsfähigkeit führt. Aus diesem Grunde, basierend auf durchgeführten Experimenten zum Bestimmen einer geeigneten Dicke, haben sich etwa 0,3 mm als besonders bevorzugt herausgestellt, und die Dicke kann zwischen 0,15 und 0,45 angesichts der Bearbeitungseigenschaften üblicher thermischer Spritzverfahren od. dgl. variieren. Obwohl eine hochgenaue Steuerung der Dicke möglich ist, wird eine derart hochpräzise Steuerung in einem Anstieg der Kosten eines Dünnfilm- Herstellungsapparates wie einer thermischen Sprühvorrichtung resultieren. Daher hat es sich als bevorzugt herausgestellt, die Dicke der keramischen Isolationsschicht in einem Bereich zwischen 0,15 und 0,45 mm einzustellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung schafft die vorliegende Erfindung eine gegen Elektrokorrosion widerstandsfähige Wälzlageranordnung mit einer Auskleidung, welche eine auf einer Oberfläche eines Rillenelementes gebildete keramische Isolationsschicht aufweist, wobei das Rillenelement so ausgebildet ist, dass es in engem Kontakt mit einem Gehäuse oder einer Achse gehalten ist. Dabei ist die die keramische Isolationsschicht kontaktierende Oberfläche des Rillenelementes durch eine die Haftfähigkeit erhöhende Behandlung oberflächenbehandelt, zum Erhöhen der Haftfähigkeit der keramischen Isolationsschicht.
Obwohl die einer Separation entgegenwirkende Eigenschaft der Isolationsschicht während der Presspassung nach diesem Merkmal geringer sein kann als nach dem einen Aspekt der Erfindung, wonach die doppelschichtige Auskleidung benutzt wird, kann dadurch die Herstellung weiter vereinfacht werden und dadurch eine weitere Kostenreduzierung erreichen, da die Auskleidung nunmehr ausschließlich durch die Isolationsschicht realisiert wird. Selbst mit der einschichtigen Auskleidung kann die Haftfähigkeit der Isolationsschicht relativ zum Rillenelement durch die haftfähigkeitserhöhende Behandlung des Rillenelements sichergestellt werden. Auch in diesem Fall weist die keramische Isolationsschicht bevorzugt eine Dicke im Bereich zwischen 0,15 und 0,45 mm auf.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie der Zeichnungen.
Fig. 1 ist ein teilweiser Längsschnitt, der einen Teil eines elektrokorrosionsbeständigen Wälzlageraufbaus entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein teilweiser Längsschnitt, der einen Teil eines elektrokorrosionsbeständigen Wälzlageraufbaus gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt und
Fig. 3 ist ein teilweiser Längsschnitt, der einen Teil eines elektrokorrosionsbeständigen Wälzlageraufbaus gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie zunächst in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein dort gezeigter elektrokorrosionsbeständiger Wälzlageraufbau einen inneren und einen äußeren Lagerring 1, 2 als Rillenelemente sowie eine Mehrzahl von zwischen dem inneren und äußeren Lagerring 1, 2 angeordneten Wälzkörpern 3 auf. Während der innere Lagerring 1 durch eine innere Rille dargestellt ist, wird der äußere Lagerring 2 durch eine äußere Rille dargestellt, dessen gegenüberliegende Enden mit jeweiligen radialen Grenzen 2 _a so ausgebildet sind, dass sie sich radial davon einwärts erstrecken. Eine doppelschichtige Auskleidung 5 ist auf einer gesamten äußeren Oberfläche des äußeren Lagerrings 2 gebildet, d. h. auf den jeweiligen äußeren Endflächen der äußeren Rille 2, eingeschlossen der radialen Grenze (Kragen) 2 _a, sowie der äußeren peripheren Oberfläche der Rille 2. Die so gezeigte Wälzlageranordnung ist von einem Typ, wie er als Trägerlager zum Tragen eines Rotors oder einer Achse 11 benutzt wird, in einem Primärantrieb oder einem Motor von einem Bahnwaggon. Die dargestellte Lageranordnung (Lageraufbau) liegt in der Form eines zylindrischen Wälzlagers vor, und das Wälzlagerelement 3 kann rollbar in zugehörigen Taschen (Aufnahmen) gehalten sein, die durch einen Käfig oder eine Aufnahme (nicht gezeigt) definiert sind. Allerdings kann die Aufnahme oder der Käfig dann nicht notwendig sein, wenn der Wälzlageraufbau ein sog. Wälzlager vom Volltyp (full type) ist, bei welchem jeder Wälzkörper mit einem benachbarten Wälzkörper auf beiden Seiten in Kontakt steht. Sowohl der innere als auch der äußere Lagerring 1, 2 sowie die Wälzkörper 3, welche zylindrische Wälzkörper sein können, bestehen aus einem metallischen Material, z. B. aus für ein Lager geeignetem Stahl.
Die doppelschichtige Auskleidung 5 weist eine aus einem keramischen Material gebildete Isolationsschicht 6 auf, die direkt auf der gesamten äußeren Oberfläche des äußeren Lagerrings 2 gebildet ist, sowie eine Metallschicht 7, die so gebildet ist, dass sie nach außen die Isolationsschicht 6 bedeckt. Die Fläche, auf welcher die doppelschichtige Auskleidung 5 gebildet ist, ist für eine Oberfläche des äußeren Lagerrings 2 ausreichend, welcher, in Benutzung, in das Gehäuse 12 eingepasst ist, und beim dargestellten Ausführungsbeispiel sich durchgehend von einer der ringförmigen Außenflächen B des äußeren Ringes 2 mit den gegenüberliegenden radialen Grenzen 2 _a zu dem anderen der äußeren ringförmigen Endflächen B über die äußere periphere Oberfläche a des äußeren Lagerringes 2 erstreckt. Daher erstreckt sich die doppelschichtige Auskleidung 5 kontinuierlich von einem radialen Kranz (Kragen) 2 _a zum gegenüberliegenden radialen Kranz 2 _a über den äußeren Lagerring 2, eingeschlossen abgeschrägte Oberflächenbereiche, die durch c gekennzeichnet sind.
Es wird darauf verwiesen, dass vor einer Bildung der Isolationsschicht 6 auf der gesamten äußeren Oberfläche des äußeren Lagerrings 2 die gesamte äußere Oberfläche des äußeren Lagerrings 2 mit einer die Haftfähigkeit erhöhenden Behandlung behandelt worden ist, zum Erhöhen der Haftfähigkeit. Diese Oberflächenbehandlung, die zum Erhöhen der Haftfähigkeit (bondability) durchgeführt wurde, kann z. B. eine die Oberfläche aufrauhende Behandlung sein, was z. B. durch die Benutzung eines Sandstrahlverfahrens durchgeführt sein kann.
Die Isolationsschicht 6 und die Metallschicht 7 sind beide durch die Benutzung eines beliebigen bekannten thermischen Sprühverfahrens (Spritzverfahrens) gebildet. Die Metallschicht 7 kann eine mechanisch bearbeitete Oberfläche aufweisen. Mit anderen Worten, die Metallschicht 7 ist durch die Benutzung eines thermischen Sprühverfahrens auf eine Schichtdicke mit einem Übermaß (margin) gebracht worden, und ist daraufhin gewalzt oder geschliffen worden, zum Entfernen des Übermaßes, so dass ringförmige Endflächenbereiche und ein äußerer Außenflächenbereich einer solchen Metallschicht 7, eingeschlossen oder ausgenommen abgeschrägte Oberflächenbereiche c von diesem, in die geeignete Abmessung fertig behandelt werden können.
Während das thermische Sprühen (Spritzen) durchgeführt wird, indem bei sehr hoher Temperatur ein thermisch zu spritzendes Material (in Pulverform oder in Form eines Stabes) geschmolzen wird und dann das geschmolzene Material so gespritzt wird, dass es auf ein Werkstück aufprallt und damit einen Oberflächenfilm bildet, ist es notwendig, ein thermisches Spritzgerät zu verwenden, das in der Lage ist, einen relativen Hochgeschwindigkeitsstrahl bei sehr hoher Temperatur zu erzeugen, und geeignete Spritzbedingungen erlaubt, um die Haftfähigkeit zu verbessern.
Die Dicke der Isolationsschicht 6 liegt bevorzugt innerhalb des Bereiches zwischen 0,15 und 0,45 mm und weiter bevorzugt bei etwa 0,3 mm. Wenn beispielsweise die Dicke der Isolationsschicht 6 einen Zielwert von 0,3 mm haben soll, kann sie auf eine Dicke gebracht werden, die der Summe der Zieldicke von 0,3 mm plus/minus einer Abweichung entspricht, die etwaigen Genauigkeitstoleranzen des thermischen Spritzgerätes hinsichtlich der Spritzdicke entspricht, was zu einem Wert innerhalb des Bereiches zwischen 0,15 bis 0,45 mm führen kann. Mit anderen Worten, die Isolationsschicht 6 kann durch die Benutzung des thermischen Spritzgerätes gebildet werden, welches typischerweise zu einer Variation von etwa plus/minus 0,15 mm führt, bezogen auf die gewünschte Dicke (Zieldicke) von etwa 0,3 mm.
Die Dicke der Metallschicht 7 liegt bevorzugt gleich oder größer als 0,1 mm. Es bleibt festzuhalten, dass dort, wo ein Schleifvorgang auf die Metallschicht 7 ausgeübt wird, die spezielle Dicke der Metallschicht 7 der Wert ist, welcher erreicht werden soll, nachdem die Metallschicht 7 geschliffen worden ist.
Die Isolationsschicht 6 und die Metallschicht 7, die beide durch die Benutzung des thermischen Spritzverfahrens gebildet worden sind, weisen eine Vielzahl von Mikroporen auf, und daher wird eine Dichtbehandlung zum Schließen der Mikroporen durchgeführt, so dass nach dem thermischen Spritzen keine Feuchtigkeit in die Mikroporen eindringen kann. Diese Versiegelungsbehandlung kann durchgeführt werden, indem sowohl die Isolationsschicht 6 als auch die Metallschicht 7 mit einem Verbundmittel mit exzellenten Durchdringungseigenschaften imprägniert werden.
Um die Haftfähigkeit der Oberflächenbereiche a und b des äußeren Lagerrings 2, wo die Installationsschicht 6 aufgebracht ist und wo eine Oberflächenaufrauhung durchgeführt wurde, zu verbessern, liegt die mittlere Rauhigkeit entlang einer Mittellinie (Zentrierlinie) (center line mean roughness) bevorzugt gleich oder höher als 3,2 Ra, und weist eine maximale Höhe gleich oder rauher als 25 S auf.
Das keramische Material für die Isolationsschicht 6 kann ein Metalloxid sein, wie etwa beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Graualuminium (gray alumina), Titanoxid (TiO₂) oder Chromoxid (Cr₂O₃), oder ein Verbundmetalloxid, welches zumindest eines dieser Verbindungen als Basismaterial aufweist.
Das Material für die Metallschicht 7 kann in Form von Al, Ni, Cr oder Fe eingesetzt werden, oder als Verbundmaterial, welches durch Mischen dieser Materialien hergestellt ist. Die Metallschicht 7 weist vergleichsweise weiche Eigenschaften auf, mit einer Härte nicht größer als Hv 450, und bevorzugt nicht größer als Hv 300, wie nach dem thermischen Spritzen (Sprühen) gemessen. Auch ist es bevorzugt, dass die Metallschicht 7 elektrische Leitfähigkeit besitzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, liegt die keramische Isolationsschicht 6 zwischen dem äußeren Lagerring 2 und dem Gehäuse 12, wodurch sie eine elektrische Isolation erreicht, und wodurch eine Achse 11, die durch den inneren Lagerring 1 geführt ist, elektrisch von dem Gehäuse 12 isoliert werden kann. Gemäß Ergebnissen von durchgeführten Experimenten hat es sich herausgestellt, dass der gegen Elektrokorrosion widerstandsfähige Wälzlageraufbau der gemäß dem vorhergehend diskutierten Ausführungsbeispiel beschriebenen Struktur der vorliegenden Erfindung eine notwendige Isolierungseigenschaft (10 MΩ oder höher bei 500 V Last) aufweist. Es hat sich auch herausgestellt, dass selbst dann, wenn der Wälzlageraufbau gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf eine Temperatur angewärmt wird, welche der Temperatur entspricht, welcher der Wälzlageraufbau in Benutzung ausgesetzt ist, wenn der Wälzlageraufbau in einem Achslagergehäuse in Eingriffsbedingungen entsprechend einer tatsächlichen Maschine eingesetzt ist, keine Fehler in den Montageabmessungen auftreten und eine vorbestimmte Isolationswirkung sich zeigt, die selbst dann, wenn die Isolationsschicht auf eine Dicke innerhalb des oben beschriebenen Bereiches von 0,15 bis 0,45 reduziert wird, dem Wälzlageraufbau der vorliegenden Erfindung einen befriedigenden Einsatz in der Praxis ermöglicht. Wenn die Dicke der Isolationsschicht 6 auf diesen Bereich reduziert ist, verglichen mit dem Fall, wenn sie erhöht ist, besteht keine Wahrscheinlichkeit des Auftretens von beispielsweise Rissen, und stabile Isolationseigenschaften können sichergestellt werden.
Da ferner zum Erhöhen der Haftfähigkeit die Oberflächenbereiche a, b und c des äußeren Lagerrings 2, wo die Isolationsschicht 6 aufgebracht ist, in ihrer Oberfläche aufgerreiht wurden, zum Zeigen einer mittleren Rauhigkeit entlang der Mittellinie gleich oder mehr als 3,2 Ra und einer maximalen (Rauheits-)Höhe gleich oder rauher als 25 S, kann die Haftfähigkeit der Isolationsschicht 6 mit dem äußeren Lagerring 2 sichergestellt werden, obwohl das keramische Material für die Isolationsschicht 6 eingesetzt wird. Es wird darauf verwiesen, dass selbst mit der jüngsten thermischen Spritztechnik eine sichere Haftfähigkeit der Isolationsschicht 6 auf dem äußeren Lagerring 2 leicht erreicht werden kann. Wenn die Haftfähigkeit der Isolationsschicht 6 nach Verfahren gemessen wurde, die einem Haftfähigkeitsmessverfahren nach JIS entsprechen, wurde ein Resultat von nicht weniger 44.8 Mpa erhalten, was auf eine hinreichende praktische Anwendbarkeit der Isolationsschicht 6 hindeutet. Aus diesem Grund ist die innere Metallschicht der dreischichtigen Auskleidung nach dem Stand der Technik, welche zur Verbesserung der Haftfähigkeit vorgesehen war, bei der vorliegenden Erfindung nicht länger notwendig, und die Verarbeitungsschritte zum Bilden der beschichteten Auskleidung können um einen Schritt reduziert werden, der benötigt ist, um eine Schicht zu schaffen, was in einer Reduktion der Herstellungskosten resultiert.
Im Hinblick auf die Presspassung zwischen dem äußeren Lagerring 2 und dem Gehäuse 12 kann jede mögliche Trennung der Isolationsschicht 6 durch das Vorliegen der Metallschicht 7 verhindert werden, die die Isolationsschicht 6 überlappt. Die Metallschicht 7 kann bevorzugt aus einem relativ weichen Material mit Hv 450 oder kleiner, wie oben diskutiert, realisiert sein, und die Benutzung eines derartigen relativ weichen Materials für die Metallschicht ist wirksam, so dass es für eine extern wirkende Last schwierig ist, auf die Isolationsschicht 6 übertragen zu werden, wodurch eine mögliche Gefahr für die Isolationsschicht 6 vermieden wird. Wenn ferner die Metallschicht 7 eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, kann die Isolationswirkung bestimmt werden, indem Anschlüsse eines Isolations- Widerstandsmessgerätes mit einem Bereich der thermisch gespritzten Metallschicht 7 und einem Teil der Oberfläche des äußeren Lagerrings 2 verbunden werden, wodurch es möglich wird, eine einfache Organisation der Messung durchzuführen.
Die Tatsache, dass der Wälzlageraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung die doppelte Auskleidung 5, bestehend aus der Isolationsschicht 6 und der Metallschicht 7, aufweist, ermöglicht die folgenden Vorteile verglichen mit der dreischichtigen Auskleidung nach dem Stand der Technik, wie oben diskutiert: In der Durchführung des thermischen Sprüh- (Spritz-)Verfahrens, ist eine vorbestimmte maskierende Lehre notwendig, die während des thermischen Spritzens zum Bilden jeder der Schichten notwendig ist, so dass nur ein benötigter Bereich mit einer thermisch gespritzten Schicht gebildet werden kann. Da bei der dargestellten Ausführungsform für die Auskleidung 5 zwei Schichten ausreichend sind, kann nicht nur die Anzahl von zyklischen Montage- und Entfernungsschritten der Maskierungslehren vermindert werden, sondern auch die Anzahl von Prozessschritten, wie die Anzahl von Beladungswechseln des thermischen Spritzmaterials (Pulver) für den thermischen Spritzapparat, kann entsprechend vermindert werden. Da ferner die Dicke der Isolationsschicht 6 so klein gemacht wird, dass sie in den Bereich von 0,15 bis 0,45 mm fällt, ist die Zeit zum Durchführen des thermischen Spritzens und entsprechend die Menge des benutzten Materials reduziert, wodurch es möglich wird, beträchtlich die Herstellungskosten durch eine Reduktion in der Anzahl der Prozessschritte und in der Dicke der Isolationsschicht 6 zu reduzieren, und ferner macht eine Reduktion in der Dicke der Isolationsschicht 6 mit einer relativ geringen thermischen Leitfähigkeit verglichen mit dem Lagerstahl es möglich, die Wärme-dissipativen Eigenschaften zu erhöhen.
Wie oben beschrieben, ermöglicht es die Vereinfachung der Isolationsstruktur und die Verringerung der Dicke der Isolationsschicht 6, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, die Anzahl von Prozessschritten, die Verarbeitungszeit und die Menge von benötigten Materials zu reduzieren, was zu einer beträchtlichen Reduktion in Herstellungskosten führt.
Fig. 2 illustriert eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die auf dem äußeren Lagerring 2 vorgesehene Auskleidung 5A von einer Doppelschichtstruktur, die aus der keramischen Isolationsschicht 6 und einer Metallschicht 8 gebildet ist, welche zwischen der Isolationsschicht 6 und dem äußeren Lagerring 2 liegt. Die Metallschicht 8 kann mit demselben Material wie das für die Metallschicht 7 bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 benutzte Material gebildet sein. Sowohl die Metallschicht 8 als auch die Isolationsschicht 6 sind als thermisch gespritzte (gesprühte) Schichten unter Benutzung eines thermischen Spritzverfahrens gebildet. Im Gegensatz zur in Fig. 1 gezeigten vorhergehenden Ausführungsform ist jedoch die Oberfläche des äußeren Lagerrings 2, auf welchem die Metallschicht 8 aufgebracht ist, nicht zur Haftfähigkeitserhöhung oberflächenbehandelt. Andere strukturelle Merkmale des Wälzlageraufbaus gemäß der zweiten beschriebenen Ausführungsform mit Ausnahme der doppelten Schichtstruktur 5a entsprechen denen der ersten Ausführungsform in Fig. 1.
Gemäß der zweiten beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie im Fall des ersten beschriebenen Ausführungsbeispiels, liegt die keramische Isolationsschicht zwischen dem äußeren Lagerring 2 und dem Gehäuse, um dazwischen eine Isolation zu bilden. Während die Isolationsschicht 6 in der Form der thermisch gesprühten Schicht aus keramischem Material, was ein hartes Material ist, vorliegt, bewirkt die Metallschicht 8, welche als einwärts der keramischen Isolationsschicht 6 bezogen auf den äußeren Lagerring 2 positionierte Unterschicht dient, eine Adhäsion zum äußeren Lagerring 2. Da ferner die Auskleidung 5a eine doppelte Schichtstruktur aufweist, ist, verglichen mit der dreischichtigen Auskleidung, die Anzahl von Verfahrensschritten kleiner und daher ist die Herstellung vereinfacht und kann mit verringerten Kosten ermöglicht werden.
Fig. 3 illustriert eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist eine ausschließlich eine keramisch Isolationsschicht 6A aufweisende Auskleidung auf dem äußeren Lagerring 2 so gebildet, dass sie die gesamte Oberfläche des äußeren Lagerrings 2 bedeckt, d. h. die Oberflächenbereiche B der jeweiligen äußeren ringförmigen Endflächen des äußeren Lagerrings 2, eingeschlossen die radialen Kragen 2a sowie die äußere periphere Oberfläche a des äußeren Lagerrings 2. Die Oberflächen des äußeren Lagerrings 2, auf welchen die Isolationsschicht 6A gebildet ist, sind mit der Behandlung zum Erhöhen der Haftfähigkeit behandelt worden, zum Verbessern der Haftfähigkeit entsprechend der Oberflächen-Aufrauhungsbehandlung, wie sie bei der Durchführung des ersten beschriebenen Ausführungsbeispiels angewandt wurde. Die Isolationsschicht 6A ist aus demselben Material wie die Isolationsschicht 6 in beliebigen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele gebildet.
Gemäß der dritten beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt, kann die Herstellung weiter vereinfacht werden und damit eine Kostenreduktion erreicht werden, da die Isolationsschicht 6A ausschließlich die Auskleidung bildet, obwohl die einer Separation entgegenwirkende Kraft der Isolationsschicht 6A während des Presspassens niedriger sein kann als in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Selbst mit der einschichtigen Auskleidung kann die Haftfähigkeit der Isolationsschicht 6A relativ zum äußeren Lagerring 2 durch die die Haftfähigkeit erhöhende Behandlung, die auf den äußeren Lagerring 2 angewandt wird, sichergestellt werden.
Selbst im Fall einer einschichtigen Auskleidung, wie in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, weist die Isolationsschicht 6A bevorzugt eine Dicke innerhalb des Bereiches von 0,15 bis 0,45 mm auf.
Andere strukturelle Merkmale des Wälzlageraufbaus gemäß der dritten Ausführungsform mit Ausnahme der einschichtigen Auskleidung entsprechen denen der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele, wie beschrieben.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben worden ist, ist dies nur für Zwecke der Illustration, und der einschlägige Fachmann wird erkennen, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens liegen. Während beispielsweise in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Auskleidung so beschrieben wurde, dass sie auf dem äußeren Lagerring gebildet ist, kann die entweder die keramische Isolationsschicht und die Metallschicht oder lediglich das keramische Material aufweisende Auskleidung auf dem inneren Lagerring 1 vorgesehen sein. Wenn die Auskleidung auf dem inneren Lagerring 1 gebildet ist, sollte die Auskleidung so gebildet sein, dass sie eine innere periphere Oberfläche der inneren Rille bedeckt, die in Kontakt mit der Achse steht, oder Oberflächenbereiche von äußeren ringförmigen Enden und einem inneren peripheren Oberflächenbereich des inneren Rillenelements.
Es gelten daher derartige Änderungen und Modifikationen, sofern sie nicht von dem in den Ansprüchen definierten Schutzumfang abweichen, als von der vorliegenden Offenbarung umfasst.

Claims

1. Gegen Elektrokorrosion widerstandsfähiger Wälzlageraufbau mit
einer auf einer Oberfläche eines Lagerelements, welches in Kontakt mit einem Gehäuse oder einer Achse steht, gebildeten Auskleidung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auskleidung (5', 5A) eine doppelschichtige Struktur besitzt und eine keramische Isolationsschicht (6', 6A) sowie eine Metallschicht (7; 8) aufweist.

2. Wälzlageraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (5', 5A) eine Doppelschichtstruktur mit der keramischen Isolationsschicht (6) und der Metallschicht (7), welche die keramische Isolationsschicht (6) bedeckt, aufweist und dass die Oberfläche (a; b; c) des Lagerelements (1; 2), welches die keramische Isolationsschicht (6) berührt, durch eine Haftfähigkeit erhöhende Behandlung oberflächenbehandelt ist, zum Erhöhen der Haftfähigkeit der keramischen Isolationsschicht (6).

3. Wälzlageraufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement einen ersten und einen zweiten Lagerring (1; 2) aufweist und die die Isolationsschicht (6) und die Metallschicht (7) aufweisende doppelschichtige Auskleidung (5) auf dem äußeren Lagerring (2) vorgesehen ist, und dass die die Haftfähigkeit erhöhende Behandlung eine Oberflächenaufrauhungsbehandlung zum Aufrauhen der Oberfläche des äußeren Lagerelements (2) ist, auf eine mittlere Rauheit entlang einer Mittellinie (Zentrierlinie) von gleich oder rauher als 3,2 Ra, oder auf eine maximale Höhe gleich oder rauher als 25 S. bestimmt gemäß JIS B0601.

4. Wälzlageraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Isolationsschicht (6; 6A) eine Dicke im Bereich zwischen 0,15 und 0,45 mm aufweist.

5. Gegen Elektrokorrosion widerstandsfähiger Wälzlageraufbau mit einer auf einer Oberfläche eines Lagerelements gebildeten Auskleidung, welches so ausgebildet ist, dass es in einem engen Kontakt mit einem Gehäuse oder einer Achse steht, dadurch gekennzeichnet, dass
die Auskleidung eine Einschichtstruktur mit einer keramischen Isolationsschicht (6A) aufweist,
und dass die Oberfläche (a; b; c) des Lagerelements (1; 2), welches die keramische Isolationsschicht (6A) kontaktiert, durch eine Haftfähigkeit erhöhende Behandlung oberflächenbehandelt ist, zum Erhöhen der Haftfähigkeit der keramischen Isolationsschicht (6A).

6. Wälzlageraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Isolationsschicht (6A) eine Dicke im Bereich zwischen 0,15 und 0,45 mm aufweist.