滚动轴承
阅读：780发布：2021-06-15
专利汇可以提供滚动轴承专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种 滚动 轴承 (1)，其包括 内圈 (2)和 外圈 (4)，滚动元件(6)被可旋转地布置在所述内圈(2)与所述外圈(4)之间，其中所述内圈(2)的 滚道 (8)和/或所述外圈(4)的滚道(10)至少部分地涂覆有第一涂层，所述滚动元件(6)至少部分地涂覆有第二涂层，所述第一涂层与所述第二涂层彼此不同，即优选为 磷酸 盐 涂层和烤蓝。，下面是滚动轴承专利的具体信息内容。
1.一种滚动轴承(1)，其包括内圈(2)和外圈(4)，滚动元件(6)被可旋转地布置在所述内圈(2)与所述外圈(4)之间，
其特征在于，所述内圈(2)的滚道(8)和/或所述外圈(4)的滚道(10)涂覆有第一涂层，所述滚动元件(6)至少部分地涂覆有第二涂层，其中所述第一涂层与所述第二涂层彼此不同。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述第一涂层或所述第二涂层为磷酸盐涂层。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述磷酸盐涂层为磷酸锰涂层、磷酸锌涂层、磷酸锌钙涂层或三磷酸盐涂层。
4.根据权利要求2或3所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述第一涂层为磷酸盐涂层，所述第二涂层具有比所述第一涂层大的硬度。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述第一涂层的厚度为1至6μm，特别是2至4μm。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述第二涂层为烤蓝。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述第二涂层为碳层。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述滚动元件(6)被完全用所述第二涂层涂覆。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述内圈(2)的滚道(8)和/或所述外圈(4)的滚道(10)被完全用所述第一涂层涂覆。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的滚动轴承(1)，其特征在于，所述内圈(2)和/或所述外圈(4)被完全用所述第一涂层涂覆。
滚动轴承
技术领域
背景技术
[0002] 在滚动轴承中，圈(或滚道)的表面以及滚动元件的表面经常被涂覆，以实现表面的保护或滚动轴承的改善的功能。
[0003] 例如，表面(特别是滚动元件的表面)可以受到黑色氧化处理(诸如烤蓝)，以便产生保护滚动元件的多功能层。这经常与完全烤蓝的轴承有关地发生。烤蓝提供了损坏机制的减少，例如表面的腐蚀保护。另外，烤蓝改善了表面的磨合特性。
[0004] 此外，存在为滚动元件和轴承圈提供磷酸盐涂层的可能性。通过在滚动轴承的相互摩擦表面(rubbing surfaces)之间(即在滚动元件与滚道之间)的这种磷酸盐涂层，产生了滑动或分离层。
[0005] 均涂覆烤蓝和磷酸盐涂层，轴承圈的滚道和滚动元件的对立滚道各自均涂覆有相同的系统，假设所有的表面均被涂覆。这里烤蓝以碱性方式产生，因此可溶于酸，而磷酸盐涂层被酸性地产生，因此是碱溶性的。因此，包括了烤蓝或磷酸盐的表面的轴承仅为耐碱或仅为耐酸的。如果滚动轴承暴露于相应的酸性或碱性环境中，则表面的涂层被因此损坏或消除，因此轴承圈的表面和滚动元件的表面可能根据化学作用而不再保持彼此分离，即它们直接抵靠彼此摩擦或者有金属接触。因此轴承或单个组成部件的使用寿命可能减少。
发明内容
[0006] 因此，本发明的目的是提供一种滚动轴承，其中在最不同的使用状况下，保护层保留在滚动轴承的相对于彼此运动的表面之间。
[0007] 该目的通过根据本专利技术方案1的滚动轴承实现，该滚动轴承包括内圈和外圈，滚动元件可旋转地布置在内圈与外圈之间。滚动轴承可以是圆锥滚子轴承、球面滚子轴承、圆环滚子轴承(CARB)、球轴承或圆柱滚子轴承。
[0008] 为了在最多样化的使用状况下确保在滚动元件的表面与滚道的表面之间存在分离表面，根据所提出的滚动轴承，提出了：内圈的滚道和/或外圈的滚道涂覆有第一涂层，滚动元件至少部分地涂覆有第二涂层，其中第一涂层与第二涂层彼此不同。
[0009] 由于使用两种不同的涂层，因此能够确保在滚动轴承的所有使用状况下(例如，碱性或酸性环境)两个涂层中的一个涂层比另一个涂层磨损少。例如，第一涂层可以被构造成耐碱、第二涂层(可以被构造成)耐酸。因此，保护层始终保留在相对于彼此运动的轴承圈的表面或滚动元件的表面之间。
[0010] 此外，可以组合提供了不同优点的涂层，由此可以将两种涂层的保护机制用于滚动轴承。
[0011] 根据一个实施方式，第一涂层或第二涂层为磷酸盐涂层。磷酸盐涂层例如可以是磷酸锰涂层、磷酸锌涂层、磷酸锌钙涂层或三磷酸盐涂层(tricationic phosphate coating)。
[0012] 磷酸盐涂层可以通过快速热工艺(rapid and hot process)施加到轴承圈的滚道上或滚动元件的表面上。通过随着施加该涂层相应地适配工艺参数，能够减少点蚀(所谓的点蚀)，而点蚀可能导致微裂纹形成。
[0013] 根据另一实施方式，第一涂层为磷酸盐涂层，第二涂层具有比第一涂层高的硬度。
[0014] 这具有以下优点：(稍微较厚的)磷酸盐涂层被施加到轴承圈上，而可以被构造得较薄的第二涂层被施加到滚动元件上。如果这被施加到滚动元件上而不是圈滚道上，则随着磷酸盐涂层的厚度减小，滚动元件将具有过多的间隙；如此轴承间隙将会增大。这将非常迅速地发生这种情况，这是因为与较硬的第二涂层的厚度相比，软的磷酸盐涂层的厚度将更快速地减小。
[0015] 第二涂层例如可以是黑色氧化物涂层，诸如烤蓝。烤蓝可以具有在大约1μm的范围内的较小的厚度，并且具有更加稳定因而更不可压缩的结构。另外，它是基底(substrate)的纯氧化而不是覆盖层(/重叠层)(overlying layer)。另一方面，磷酸盐涂层具有通常为多个微米的较高的厚度，并且由包括了空腔和缺陷(cavities and imperfections)的覆盖晶体层(/重叠晶体层)构成，由此其能够在压力下压缩并能够部分地移位(displaceable)以及抗脏污性较小。由此得到，与磷酸盐涂层相比，烤蓝更硬。因此，以下始终提到烤蓝的较大的硬度。
[0016] 磷酸盐涂层形成了多孔层，其像海绵一样保持好润滑剂。磷酸盐涂层也可以用作滑动层，这是因为它形成了由多个(至少两个)晶体层构成的软层，其能够在磨损下在高载荷的情况下在自身内移位并因此是滑的(slippery)。除了滑动层之外，磷酸盐涂层还用作防止(against)金属接触的分离层。与烤蓝相比，磷酸盐涂层提供了显著更高的防锈保护。此外，磷酸盐涂层通过填充表面的粗糙结构的不均匀(部)(unevennesses)而改善了滚道的磨合行为(running-in behavior)。
[0017] 此外，通过不同的涂层能够实现涂层中的一个涂层用作滑动和分离层。同时，滚动元件涂覆有具有不同硬度的薄的不同型式的涂层。这里，滚动元件的涂层不应磨损，或者至少在磨损的情况下不产生显著的尺寸变化。以这种方式，能够确保即使在涂层磨损的情况下轴承间隙也不会显著增大。
[0018] 根据一个实施方式，第一涂层的厚度为1至6μm，特别是2至4μm。该涂层厚度足以确保表面的保护，但同时足够薄，以使得即使在磷酸盐涂层磨损或减少的情况下也能够将轴承间隙增大保持在可接受的量。
[0019] 根据一个实施方式，第二涂层为碳层。碳层例如可以是DLC层(类金刚石碳)(diamond-like carbon)，例如石墨层、金刚石层或无定形碳层(amorphous carbon layer)。还可以提供WC/C层(碳化钨碳)，其中它是金属层和类金刚石碳的组合。由于这种涂层，保护了滚动元件免受损坏机制，并且具有例如磨损保护、污垢耐受和有利的摩擦特性。
[0020] 根据一优选实施方式，滚动元件的第二涂层可以是烤蓝。在烤蓝的情况下，滚动元件被浸入碱性溶液中，由此形成转化层(conversion layer)。转化层是金属表面上非常薄的层，其通过水性处理溶液(在本情况下是碱性溶液)与金属基(即滚动元件的表面)的化学反应而产生。由于该涂层，也保护了滚动元件免受损坏机制。
[0021] 烤蓝提供了没有尺寸或公差改变的非常薄的涂层。与磷酸盐涂层不同，该涂层的厚度在运行时基本上不减小。因此，烤蓝被优选用于滚动元件，这是因为涂层的厚度以及进而滚动元件的尺寸在运行时基本上没有变化，因此轴承间隙不会增大。
[0022] 此外，通过烤蓝提供了改善的油粘附(通过在表面上粘附)。由于表面的粗糙结构的平滑化，因此烤蓝还确保了涂覆表面的轻的(light)防锈保护、减小的摩擦和改善的磨合行为。另外，防止了滚动元件的钢表面与圈的滚道的钢表面之间的冷焊接，并且防止了撕开润滑膜的损坏机制。此外，烤蓝减少了微点蚀、脏污(/弄脏)(smearing)、剥离、摩擦腐蚀、裂缝形成和粘附磨损。烤蓝还用作氢屏障(/氢阻挡)(hydrogen barrier)，并防止EP添加剂(极压添加剂)的侵蚀(/攻击)(attack)。
[0023] 根据另一实施方式，优选的是滚动元件被完全用第二涂层涂覆。以这种方式，可以保护滚动元件整体免受损坏机制(的影响)。此外，完全涂覆的滚动元件的制造更简单。由于烤蓝和/或碳层可以被构造得非常薄，因此即使在涂层因磨损而减少的情况下，也能够基本上保持滚动元件的尺寸。
[0024] 根据另一实施方式，内圈的滚道和/或外圈的滚道被完全用第一涂层涂覆。由于一个或多个滚道的完全涂覆，因此通过磷酸盐涂层，能够在相对于彼此运动的轴承圈的表面与滚动元件的表面之间提供特别好的滑动和分离层。
[0025] 优选的是，内圈和/或外圈被完全用第一涂层涂覆。通过完全地涂覆圈，能够提供更好地保护圈免受损坏机制(例如防锈/免受锈)，进而更好地保护整个滚动轴承(免受损坏机制)。此外，具有完整涂层的轴承圈能够被更容易地和更成本有效地制造。
[0026] 由于用于滚动轴承的润滑油中的水，因此可能发生表面疲劳、滚子凸缘微动磨损(fretting)和脏污。这是由于水不形成分离润滑膜的事实导致，缺少润滑膜或润滑膜厚度减小促进了这种磨损现象。由于包括了第一涂层(即磷酸盐涂层)的滚道与包括了第二涂层(即具有比第一涂层高的硬度的黑色氧化物涂层或烤蓝)的滚动元件的组合，润滑油中的水的负面影响可以被最小化。例如，润滑油的pH值可能因水而变化。由于滚动轴承包括禁受不同(酸性或碱性)状况的涂层，因此这些涂层中只有一个涂层受改变的pH值影响(attack)。因此，至少一个保护层(被)保留在相对于彼此运动的轴承圈的表面与滚动元件的表面之间。
[0027] 此外，通过磷酸盐涂层，提供了良好的滑动和分离层，同时由于涂覆的滚动元件，能够避免脏污(/弄脏)(smearing)。因此能够增大轴承的使用寿命。
[0028] 确切地说，通过两种不同涂层的组合，尤其是磷酸盐涂层和烤蓝的组合，能够实现以下优点。与磷酸盐表面相对于另一磷酸盐表面相比，(上述)涂层的组合提供了显著更低的摩擦。此外，在运行时轴承的间隙增大远小于使用两个磷酸盐涂层的情况，这是因为滚动元件列仍能向间隙添加不利的四倍(/四重)(four-fold)层厚度。
[0029] 由于磷酸盐涂层，位于外侧的圈能够得到更高的防锈保护；由于烤蓝，位于内侧的滚动元件能够得到稍微较低的防锈保护。由于这两个涂层具有两种不同的用于保持润滑剂的机制，因此润滑剂能够被以改进的方式保持在接触区中。表面的分离也受两种不同原理的影响(effected)。
[0030] 由于两种不同的效果(/影响)(effects)，因此不同的涂层还导致进入(intake)的改善和紧急运行性能的改善。此外，表面的保护一次(once)是通过钝化层(passive layer)(烤蓝)实现(effected)，一次是通过重叠保护层(磷酸盐涂层)实现。
[0031] 由于两种涂层系统的组合，因此两种涂层型式的保护系统被结合。以这种方式，尤其是在极端使用状况下能够导致轴承使用寿命的改善。
附图说明
[0033] 以下使用附图中绘出的示例性实施方式更详细地描述本发明。这里，示例性实施方式和在示例性实施方式中示出的组合纯粹是示例性的，并且不意在限定本发明的范围。本发明的范围仅由待定的权利要求限定。
[0034] 图1示出包括了内圈和外圈的滚动轴承的截面图。
[0035] 附图标记说明
[0036] 1 滚动轴承(/滚动元件轴承)
[0037] 2 内圈
[0038] 4 外圈
[0039] 6 滚动元件
[0040] 8 滚道
[0041] 10 滚道
具体实施方式
[0042] 以下，相同的或功能上等同的元件由相同的附图标记表示。
[0043] 在图1中，以非常简化的轮廓绘出了滚动轴承1。滚动轴承1包括内圈2和外圈4。滚动元件6可旋转地布置在这两个圈2、4之间。这里，滚动元件6抵靠内圈2的外表面8以及外圈4的内表面10运行(run)。为了保护滚道8、10以及滚动元件6免受磨损，这些(组成部件)各自设置有涂层。这里，滚动元件6的涂层可以具有比滚道8、10的涂层大的硬度。滚动元件6的涂层例如可以是烤蓝(bluing)。
[0044] 圈滚道8、10(优选是整个圈2、4)设置有磷酸盐涂层(phosphate coating)，以便提供用于滚动元件6的滑动层。特别地，可以通过滚动元件6的涂层来防止滚动元件6的脏污(smearing)。
[0045] 这里，磷酸盐涂层和滚动元件6的涂层这两者可以被构造得如此薄，以使得即使在涂层磨损的情况下，滚动轴承中的轴承间隙也仅在可接受的范围内增大。由于滚动元件6的涂层比磷酸盐涂层硬，因此滚动元件6的涂层优选不磨损，因而即使在磷酸盐涂层的厚度减小的情况下，滚动元件6的涂层也作为分离层(separating layer)保留在滚动元件6与滚道8、10之间。
[0046] 此外，烤蓝优选被提供用于滚动元件6，这是因为其可以被非常薄地施加。与之相比，磷酸盐涂层较厚。如果将磷酸盐涂层施加到滚动元件6上，随着磷酸盐涂层的厚度减小(由于在运行时磷酸盐涂层的柔软性，这非常快地发生)，滚动元件6的层厚度将减小，并将在滚动元件6之间存在间隙(clearance)。为了防止在运行时磷酸盐涂层快速地失去层厚度(这将使轴承间隙不可接受地增大)，磷酸盐涂层可以不被施加到所有的组成部件上。在圈和滚子上的磷酸盐会产生过大的间隙变化。因此，优选将磷酸盐涂层施加到圈上，这是因为在圈上主要需要磷酸盐的基本效果(/本质效果)(essential effects)，尤其是腐蚀保护和防止微动磨损腐蚀(fretting corrosion)。因此，滚子设置有薄的且尺寸稳定的层，优选为烤蓝。以这种方式，滚子的涂层不会额外促使磷酸盐典型的间隙扩大。
[0047] 由于所提出的滚动轴承，因此能够提供一种滚动轴承，该滚动轴承能够在最多样化的使用状况(/条件)下减少滚动轴承的磨损，例如，即使在酸性或碱性环境中，由于所使用的层中的至少一个层(被)保留(remains)，因此保护层(被)保留在相对于彼此运动的轴承圈的表面与滚动元件的表面之间。此外，由于两种不同的涂层，因此能够改善滚动轴承的运行性能，这是因为可以利用两种涂层的优点。
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