DE102008027764A1 - Cage for antifriction bearing i.e. ball bearing, for use in dentistry, has reinforced composite material composed of epoxy resin and ceramic glass fibers, where ceramic glass fibers are provided in form of yarn, fabric or loose short fiber - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig bzw. Käfig für Wälzlager, insbesondere Kugellager, dessen Verwendung in einem hochtourigen Kugellager (Drehzahlkennwert n × dm > 1.000.000 mm/min), insbesondere für industrielle Spindellageranwendungen und im medizinischen Bereich, insbesondere in der Dentaltechnik.The The present invention relates to a rolling bearing cage or cage for rolling bearings, in particular Ball bearing whose use in a high-speed ball bearing (speed characteristic n × dm> 1,000,000 mm / min), especially for industrial spindle bearing applications and in the medical field, in particular in dental technology.
Im Stand der Technik sind als geeignete Käfigmaterialien Verbundwerkstoffe beschrieben, die auf einer Kombination aus einem Baumwoll-, Papier- bzw. Viskosegewebe und einem duroplastischen Kunststoff basieren. Bei der Anwendung in Spindelkugellagern ist als Käfigmaterial ein baumwollverstärktes Phenolharz sehr stark verbreitet. Die beschriebenen Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch einen minimal abrasiven Verschleiß in Hochgeschwindigkeitsanwendungen aus und verfügen zusätzlich über eine gewisse Ölspeicherfähigkeit innerhalb des Gewebes, so daß sie auch in Applikationen, in denen eine Mangelschmierungssituation herrscht, sehr gut funktionieren. Im medizinischen Bereich, insbesondere in der Dentaltechnik, werden Sterilisationsbehandlungen mit gesättigtem Heißdampf bei ca. 136°C durchgeführt, die für alle bisher bekannten Verbundwerkstoffe eine Materialschädigung zur Folge haben.in the State of the art are composites as suitable cage materials described on a combination of a cotton, paper or Viscose fabric and a thermosetting plastic based. at The application in spindle ball bearings is as a cage material a cotton-reinforced phenolic resin is very widely used. The composite materials described are characterized by a minimal abrasive wear in high speed applications and additionally have one certain oil storage capacity within the tissue, so they also in applications where a lack of lubrication situation prevails, work very well. In the medical field, in particular in dental technology, are sterilization treatments with saturated Superheated steam at approx. 136 ° C, the material damage for all previously known composite materials have as a consequence.
In
Andere Kombinationen aus thermoplastischen Werkstoffen in Verbindung mit Kunstfasern (z. B. Aramid-, Glas- oder Kohlefaser) können teilweise diese in der Medizintechnik üblichen Behandlungen ohne Schädigung überstehen, sind jedoch in Bezug auf die geforderten Lebensdauerwerte aufgrund abrasiven Verhaltens nicht empfehlenswert.Other Combinations of thermoplastic materials in conjunction with Synthetic fibers (eg aramide, glass or carbon fiber) can partly this usual in medical technology treatments without However, in terms of damage the required lifetime values due to abrasive behavior not recommended.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Käfig für ein Wälzlager, insbesondere ein Kugellager, aus einem Verbundwerkstoff bereitzustellen, der einer Sterilisationsbehandlung unterzogen werden kann, ohne die Festigkeit des Werkstoffs signifikant zu verschlechtern, und darüber hinaus eine verbesserte Lebensdauer und eine Eignung zur Verwendung in hochtourigen Wälz- bzw. Kugellagern, insbesondere im medizinischen Bereich, aufweisen soll.Of the The present invention is therefore based on the object, a cage for a rolling bearing, in particular a ball bearing, from a composite material that undergoes a sterilization treatment can be subjected without the strength of the material significantly to deteriorate, and beyond that an improved Lifespan and suitability for use in high-speed rolling or Ball bearings, especially in the medical field, should have.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen gelöst.These The object is characterized by that in the claims Embodiments solved.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Wälzlagerkäfig bzw. Käfig für Wälzlager, insbesondere Kugellager, bereit, welcher einen verstärkten Verbundwerkstoff umfasst, der aus Epoxidharz und Ramie-Fasern oder davon abgeleiteten Mischfasern aufgebaut ist. Ramiefasern sind leinenähnliche Bastfasern, die mit ca. 1,50 g/cm3 eine vergleichsweise hohe Dichte aufweisen. Unter davon abgeleiteten Mischfasern sind solche Fasern zu verstehen, die einen Anteil an Ramie-Fasern von mindestens 80% aufweisen.The present invention provides a roller bearing cage, in particular ball bearings, comprising a reinforced composite composed of epoxy resin and ramie fibers or mixed fibers derived therefrom. Ramie fibers are linen-like bast fibers which have a comparatively high density of about 1.50 g / cm 3 . By mixed fibers derived therefrom, those fibers are to be understood which have a content of ramie fibers of at least 80%.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Ramie-Fasern oder davon abgeleitete Mischfasern eingesetzt, die mit einer Qualität von Ne 30/1 bis Ne 70/1, vorzugsweise Ne 40/1 bis Ne 60/1 verarbeitet sind. Die erfindungsgemäß eingesetzten Ramie-Fasern weisen üblicherweise eine Feinheits-Festigkeit von 4 bis 7 cN/dtex auf. Die erfindungsgemäß eingesetzten Ramie-Fasern können in der Form eines Garns, aber auch in Form eines Gewebes oder in der Form loser Kurzfasern eingesetzt werden. Bevorzugt ist der Einsatz eines Garns aus Ramie- Fasern.In a preferred embodiment of the present invention Ramie fibers or mixed fibers derived from them are used, those with a quality from Ne 30/1 to Ne 70/1, preferably Ne 40/1 to Ne 60/1 are processed. The inventively used Ramie fibers usually have a fineness strength from 4 to 7 cN / dtex. The inventively used Ramie fibers can be in the shape of a yarn, as well used in the form of a fabric or in the form of loose short fibers become. The use of a yarn of ramie fibers is preferred.
Optional kann der verstärkte Verbundwerkstoff als Additiv zur Verringerung des Reibwerts mindestens ein sterilisationsfestes Öl enthalten.optional The reinforced composite material can be used as an additive to reduce of the coefficient of friction contain at least one sterilization-resistant oil.
Der erfindungsgemäße Käfig bzw. das erfindungsgemäß vorgesehene Käfigmaterial ist für eine Verwendung in hochtourigen Kugellagern, insbesondere für spezielle Spindellageranwendungen und im medizinischen Bereich, insbesondere in der Dentaltechnik besonders geeignet. Als Beispiel für ein derartiges Wälzlager kann ein Kugellager vorgesehen werden, das üblicherweise einen Innenring, einen Außenring, Kugeln und einen Käfig umfasst, wobei sich die Kugeln auf sogenannten Laufbahnen bewegen. Die Aufgabe eines Kugellagerkäfigs besteht im allgemeinen darin zu verhindern, dass die Rollkörper aneinander reiben und in einem gleichmäßigen Abstand zueinander gehalten werden. Kugellager mit Drehzahlkennwerten n × dm > 1.000.000 mm/min, die als Spindellager in industriellen Anwendungen oder im medizinischen Bereich, insbesondere in der Dentaltechnik laufen, werden entweder ohne Abdeckungen bzw. ein- oder beidseitig abgedeckt gefertigt. Bei den hochtourigen Anwendungen kommen allerdings aus Gründen des zu hohen Kugellager-Reibmomentes keine Dichtscheiben, sondern Abdeckungen in Form von Deckscheiben aus Metall bzw. Kunststoff zum Einsatz.Of the Cage according to the invention or the inventively provided Cage material is for high speed use Ball bearings, especially for special spindle bearing applications and in the medical field, in particular in dental technology particularly suitable. As an example of such a rolling bearing a ball bearing can be provided, which is usually an inner ring, an outer ring, balls and a cage includes, wherein the balls move on so-called tracks. The task of a ball bearing cage is generally to prevent the rolling elements from rubbing against each other and at a regular distance from each other being held. Ball bearings with speed characteristics n × dm> 1,000,000 mm / min, the as a spindle bearing in industrial applications or in the medical field Range, especially in dental technology, are either made without covers or covered on one or both sides. For the high-speed applications, however, come for reasons the high ball bearing friction torque no sealing washers, but Covers in the form of cover plates made of metal or plastic for use.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann optional zur Verringerung des Reibwertes als Additiv ein sterilisationsfestes Öl vorgesehen werden, welches vorzugsweise auf Mineralöl, Silikonöl, Esteröl, synthetischen Kohlenwasserstoffen (Poly-α-olefine) oder perfluoriertem Polyetheröl basiert. Derartige Öle weisen üblicherweise eine Viskosität in einem Bereich von bis zu 100 mm2/s bei 40°C auf. Durch diese sterilisationsfeste Öle werden nach Austritt des Schmiermittels aus dem Lager-Innenraum Notlaufeigenschaften generiert, um den Käfig auch im Grenzreibungsbereich mit minimalem Verschleiß betreiben zu können. Ein Fachmann ist in der Lage, aus den vorstehenden Ölen ein solches auszuwählen, das dem Erfordernis der Sterilisationsfestigkeit genügt. Unter sterilisationsfest ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, daß das eingesetzte Öl für eine Dampfdrucksterilisation bei ca. 136°C geeignet ist. Des weiteren sollte das zur Verringerung des Reibwertes vorgesehene sterilisationsfeste Öl mit dem in das Wälz- bzw. Kugellager eingebrachten Schmieröl bzw. mit dem Grundöl des in das Wälz- bzw. Kugellager eingebrachten Schmierfettes verträglich sein. Derartige sterilisationsfeste Öle sind im Handel erhältlich. Beispielhaft können hier Turmotempoil 400-02 VAC, erhältlich von Lubcon (Beispiel für perfluoriertes Polyetheröl), Nye Synthetic Oil 182S, erhältlich von Nye (Beispiel für Poly-α-olefin), Nye Delicate Machinery Oil 154, erhältlich von Nye (Beispiel für Mineralöl), bzw. Klübersynth D2-46, erhältlich von Klüber (Beispiel für Esteröl), genannt werden.According to the present invention may optionally be provided to reduce the coefficient of friction as an additive, a sterilization-resistant oil, which is preferably based on mineral oil, silicone oil, ester oil, synthetic hydrocarbons (poly-α-olefins) or perfluorinated polyether oil. Such oils usually have a viscosity in a range of up to 100 mm 2 / s at 40 ° C. These sterilization-resistant oils generate run-flat properties after discharge of the lubricant from the bearing interior in order to be able to operate the cage with minimal wear even in the boundary friction region. One skilled in the art will be able to select from the above oils one which satisfies the sterilization resistance requirement. Sterilization in the context of the present invention is to be understood that the oil used for a steam pressure sterilization at about 136 ° C is suitable. Furthermore, intended to reduce the coefficient of friction sterilization-resistant oil should be compatible with the introduced into the rolling or ball bearing lubricating oil or with the base oil of the introduced into the rolling or ball bearing grease. Such sterilization-resistant oils are commercially available. By way of example, Turmotempoil 400-02 VAC, available from Lubcon (example of perfluorinated polyether oil), Nye Synthetic Oil 182S, available from Nye (example of poly-α-olefin), Nye Delicate Machinery Oil 154, available from Nye (example of mineral oil ), or Klübersynth D2-46, available from Klüber (example of ester oil).
Des weiteren kann als Additiv zur Verringerung des Reibwertes neben dem vorstehenden sterilisationsfesten Öl ein Fluorpolymer, vorzugsweise ein perfluoriertes Polymer, als Festschmierstoff vorgesehen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist als Festschmierstoff Polytetrafluorethylen (PTFE) besonders bevorzugt, vorzugsweise ein solches mit einem Molekulargewicht von 500.000 bis 10.000.000 g/mol. Copolymere von Polytetrafluorethylen mit anderen geeigneten fluorhaltigen oder geeigneten nicht-fluorhaltigen Monomeren, die eine reibungsverringernde Wirkung aufweisen, können auch verwendet werden.Of Another can be used as an additive to reduce the coefficient of friction the above sterilization-resistant oil is a fluoropolymer, preferably a perfluorinated polymer, provided as a solid lubricant become. In the context of the present invention is as a solid lubricant Polytetrafluoroethylene (PTFE) particularly preferred, preferably one such having a molecular weight of 500,000 to 10,000,000 g / mol. Copolymers of polytetrafluoroethylene with other suitable fluorine-containing or suitable non-fluorine-containing monomers which are friction-reducing May also be used.
Unter einem Epoxidharz werden handelsübliche Epoxidharze verstanden, die im wesentlichen flüssige, viskose, glasige Substanzen sind, die vor einer entsprechenden Verarbeitung mit geeigneten Härtern und gegebenenfalls mit Lösungsmitteln oder reaktiven Verdünnern versetzt werden. Das hier beschriebene Epoxidharz kann kalt, d. h. bei etwa Raumtemperatur, oder heiß gehärtet werden, d. h. bei etwa 80°C oder mehr. Härter für die Epoxidharzverarbeitung bzw. -härtung sind Härter auf Aminbasis für die Kalt- und Warmhärtung oder Härter auf Säureanhydridbasis für die Warmhärtung. Eine Härtung ohne Zusatz eines Härters ausschließlich durch Wärmebehandlung ist jedoch auch denkbar.Under an epoxy resin is understood to be commercially available epoxy resins, the essentially liquid, viscous, glassy substances that are before appropriate processing with suitable hardeners and optionally with solvents or reactive diluents be offset. The epoxy described here may be cold, d. H. at about room temperature, or hot cured be, d. H. at about 80 ° C or more. Harder for the epoxy resin processing or hardening Hardeners based on amine for cold and hot curing or acid anhydride based hardener for the hot curing. A cure without the addition of a Hardener exclusively by heat treatment is however also conceivable.
Härter auf Aminbasis umfassen polyfunktionelle aliphatische Amine, insbesondere Diethylentriamin, Dimethylaminopropylamin, Isophorondiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan sowie die entsprechenden hydrierten Derivate davon, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.Harder amine-based include polyfunctional aliphatic amines, in particular Diethylenetriamine, dimethylaminopropylamine, isophoronediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane and the corresponding hydrogenated derivatives thereof, however not limited to this.
Härter auf Säureanhydridbasis umfassen Dicarbonsäureanhydride, wie Phthalsäureanhydrid, Hexahydro- und Tetrahydrophthalsäureanhydrid sowie deren alkylsubstituierten Derivate, die in Gegenwart üblicher basischer Katalysatoren verwendet werden, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.Acid anhydride hardeners include di However, carboxylic acid anhydrides such as phthalic anhydride, hexahydro- and tetrahydrophthalic anhydride and their alkyl-substituted derivatives used in the presence of conventional basic catalysts are not limited thereto.
Epoxidharze schließen oligomere Verbindungen mit mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül, vorzugsweise zwei Epoxidgruppen pro Molekül, die zur Herstellung von Duroplasten eingesetzt werden, oder die entsprechenden Duroplaste selbst ein. Die Umwandlung der Epoxidharze in Duroplaste erfolgt durch Polyadditionsreaktion mit den vorstehend beschriebenen, auf dem Fachgebiet bekannten Härtern.epoxy resins include oligomeric compounds having more than one epoxide group per molecule, preferably two epoxide groups per molecule, which are used for the production of thermosets, or the corresponding thermosets themselves. The conversion of the epoxy resins in thermosets carried out by polyaddition reaction with the above described in the art known hardeners.
In der vorliegenden Erfindung geeignete Epoxidharze sind beispielsweise Umsetzungsprodukte von Eisphenol A mit Epichlorhydrin, o-, m- oder p-Kresol mit Epichlorhydrin und Phenol-Novolaken (d. h. Methylol-Gruppen-freie Phenolharze, deren aromatische Ringe über Methylengruppen verknüpft sind, die ein Molekulargewicht von etwa 500 bis 5000 g/mol aufweisen) mit Epichlorhydrin, sind jedoch nicht darauf beschränkt.In Examples of suitable epoxy resins of the present invention are Reaction products of bisphenol A with epichlorohydrin, o-, m- or p-cresol with epichlorohydrin and phenolic novolacs (i.e., methylol group-free Phenolic resins whose aromatic rings are above methylene groups are linked, which have a molecular weight of about 500 to 5000 g / mol) with epichlorohydrin, but are not limited.
Der verstärkte Verbundwerkstoff kann ferner je nach den individuellen Anforderungen übliche, auf dem Fachgebiet bekannte Hilfsstoffe, Füllstoffe und Pigmente enthalten.Of the Reinforced composite material may also vary depending on the individual Requirements customary excipients known in the art, Fillers and pigments included.
Der Anteil der für die Bildung des erfindungsgemäß eingesetzten, verstärkten Verbundwerkstoffs erforderlichen Komponenten wird nach den geforderten Eigenschaften des gehärteten Epoxidharzes passend ausgewählt. Der Anteil (in Volumenprozent) an Epoxidharz bzw. Ramie-Fasern beträgt üblicherweise jeweils 20 bis 60 Vol.-%, vorzugsweise jeweils 40 bis 50 Vol.-%. Das niederviskose Öl, wenn vorgesehen, wird in der Regel erst nach der mechanischen Fertigung in den Käfigwerkstoff eingelagert. Der Anteil des eingelagerten Öls liegt dann üblicherweise bei 0,5 bis 6, vorzugsweise 1,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf den Käfigwerkstoff.Of the Proportion of the components used for the formation of the invention, reinforced composite required components is hardened according to the required properties Epoxy resin suitably selected. The proportion (in volume percent) to epoxy or ramie fibers is usually in each case 20 to 60% by volume, preferably in each case 40 to 50% by volume. The low-viscosity oil, if provided, is usually only after the mechanical manufacturing in the cage material stored. The proportion of stored oil is then usually included 0.5 to 6, preferably 1.5 to 3 wt .-%, based on the cage material.
Der erfindungsgemäß eingesetzte, verstärkte Verbundwerkstoff umfaßt Ramie-Fasern, vorzugsweise in der Form eines Garns, die den Verbundwerkstoff mechanisch belastbarer und verschleißärmer machen. Der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete, verstärkte Verbundwerkstoff weist den Vorteil einer guten thermischen Belastbarkeit bis etwa 180°C auf und ist demgemäß für eine entsprechende Sterilisationsbehandlung gut geeignet. Die Kombination des Verbundwerkstoffes, d. h. dem „faserverstärkten Epoxidharz”, verleiht dem Käfigwerkstoff die Eigenschaft, selbst bei Mangelschmierung nur geringfügig abrasiv zu verschleißen, ganz im Gegensatz zu den in der Medizintechnik verbreiteten Käfigwerkstoffen Polyimid (Handelsbez.: Vespel (Fa. Dupont), Meldin (Fa. Saint-Gobain), Sintimid (Fa. Ensinger)), Polyamidimid (Handelbez.: Torlon (Fa. Solvay Advanced Polymers)) und Polyetheretherketon (Handelsbez.: Tecapeek (Fa. Ensinger)).Of the used according to the invention, reinforced Composite comprises ramie fibers, preferably in the Form of a yarn that mechanically strengthens the composite material and wear less. The according to the used in the present invention, reinforced composite has the advantage of good thermal stability up to about 180 ° C and is accordingly for a suitable sterilization treatment well suited. The combination of the composite, d. H. the "fiber reinforced Epoxy resin ", gives the cage material the property of even with insufficient lubrication only slightly abrasive too wear out, in contrast to those in medical technology widespread cage materials polyimide (trade name: Vespel (Dupont), Meldin (Saint-Gobain), Sintimid (Ensinger)), Polyamideimide (trade name: Torlon (Solvay Advanced Polymers)) and polyetheretherketone (trade name: Tecapeek (Ensinger)).
- 11
- Außenringouter ring
- 22
- Innenringinner ring
- 33
- Wälzlagerkäfig (insbesondere Kugellagerkäfig)Rolling bearing cage (in particular ball bearing cage)
- 44
- Deckscheibecover disc
- 55
- Sprengringsnap ring
- 66
- Kugelnroll
- 77
- Außenring-SchulterOuter ring shoulder
- 88th
- Innenring-SchulterInner ring shoulder
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