DE102008038578A1

DE102008038578A1 - Kunststoffteil, speziell Käfig für ein Lager, aus einem strahlen-vernetzbaren Kunststoff, und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102008038578A1
Application number: DE102008038578A
Authority: DE
Inventors: Arbogast Dr. Grunau; Sergej Dr. Schwarz
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-02-25
Also published as: EP2315956A1; WO2010020238A1; CN102124239B; US8633271B2; US20110216994A1; CN102124239A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil, insbesondere Lagerteil, speziell Käfig zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Lagers, wobei das Korpus (1) des Kunststoffteils im Wesentlichen aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff besteht. Die Aufgabe, eine einfache Möglichkeit anzugeben, um den Bestrahlungszustand des strahlenvernetzbaren Kunststoffs bei der Herstellung der Kunststoffteile, speziell des Käfigs für das Wälzlager, zu erkennen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Kunststoff Pigmente (3, 4) beigemischt sind, die bei der Bestrahlung eine optisch nachweisbare Änderung erfahren. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils, insbesondere eines Lagerteils, speziell eines Käfigs zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Lagers, wobei das Kunststoffteil ein Korpus (1) aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil, insbesondere ein Lagerteil, speziell einen Käfig zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Lagers, speziell eines Wälzlagers, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei das Korpus des Kunststoffteils im wesentlichen aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff besteht. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung eines Kunststoffteils, insbesondere eines Lagerteils, speziell eines Käfigs zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Lagers, wobei das Kunststoffteil ein Korpus aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff aufweist.
Sofern im folgenden bei der Beschreibung der Erfindung auf einen Käfig aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff bzw. auf ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs Bezug genommen wird, versteht es sich, dass anstelle des Käfigs auch ein Lagerteil, beispielsweise ein Lagerring eines Wälz- oder Gleitlagers oder ein Gleitbelag eines Gleitlagers oder ein Belag einer Lauf bahn eines Wälzlagers oder eine Kunststoff-Dichtung, beispielsweise für ein Lager, oder allgemein ein Kunststoffteil von der Erfindung erfasst ist.
Bei der Herstellung eines Käfigs für ein Lager bewirkt die Bestrahlung mit hochenergetischer ionisierender Strahlung, beispielsweise mit Röntgen- oder UV-Strahlung bzw. mittels Teilchenstrahlung (wie beispielsweise Beta-Strahlung) eine chemische Vernetzung des Materials des Korpus des Käfigs, der sich als Ergebnis der Bestrahlung deutlich bezüglich der Verschleißfestigkeit verbessert. In der Praxis erweist es sich als schwierig, ohne zusätzliche Hilfsmittel festzustellen, ob eine ausreichende Bestrahlungsvorbehandlung des Materials des Käfigs erfolgt ist. Die fehlende Möglichkeit, den Bestrahlungszustand des Kunststoffs auf einfache Weise erkennen zu können, insbesondere unter den Bedingungen einer Massenfertigung, erschwert zur Zeit die Herstellung von Käfigen oder allgemeiner von Kunststoffteilen aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff. Bei der Fertigung sind aufwendige und teure Maßnahmen in der Prozesskette erforderlich, um sicher feststellen zu können, ob der Kunststoff bestrahlt ist.
Aus der DE 10 2004 053 376 A1 und den dort genannten Druckschriften sowie aus der JP 08276506 AA (Abstract) ist bekannt, lasersensitive Pigmente einem Kunststoff zuzusetzen, so dass der mit den Pigmenten versehene Kunststoff bei einer Laserbehandlung eine Markierung oder Beschriftung erhält.
Bekannt ist ferner beispielsweise aus der DE 103 51 813 B4 oder auch der DE 103 51 812 B4 die Aktivierung von Kunststoffen wie PTFE mittels ionisierender Strahlung, um an den aktivierten Kunststoff organische Moleküle wie Polyamid unter Ausbildung einer kovalenten Bindung anzukoppeln.
EP 0 644 344 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzkörper aufnehmenden Käfigs eines Wälzlagers, wobei das Korpus des Käfigs aus einem unter Einwirkung von Strahlung, insbesondere unter Einwirken von Beta-Strahlung, vernetzbaren Kunststoff bereitgestellt wird, und wobei das Korpus des Käfigs im weiteren Verlauf des Verfahrens mit Wälzkörpern bestückt wird. Bei der Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das bereitgestellte Korpus des Käfigs zuerst mit den Wälzkörpern bestückt wird und anschließend der Strahlung ausgesetzt wird. Hierbei erweist sich als nachteilig, dass die in dem Korpus aufgenommenen Wälzkörper den angrenzenden Bereich des Korpus teilweise vor der Strahlung abschirmen, so dass die Verfestigung des Korpus gerade in der Nähe der Wälzkörper unvollständig ist. Dem Käfig ist nicht anzusehen, ob die Bestrahlung erfolgt ist, und zwar unabhängig davon, ob der Käfig vor oder nach der Bestrahlung mit den Wälzkörpern bestückt wird. Die Fertigung von strahlenvernetzbaren Kunststoff-Käfigen erfordert daher eine aufwendige Kontrolle zur Qualitätssicherung. Weiter ist vorgesehen, eine eher zu hoch gewählte Dosis für die Bestrahlung anzuwenden um sicherzustellen, dass die Käfige entlang des gesamten Korpus vollständig vernetzt und daher verfestigt sind. Das läuft einer Forderung nach einer möglichst geringen Strahlenbelastung zuwider.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache Möglichkeit anzugeben, um den Bestrahlungszustand des strahlenvernetzbaren Kunststoffs bei der Herstellung der Kunststoffteile, speziell des Käfigs für das Wälzlager, zu erkennen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. nach Anspruch 6 und durch ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.
Die dem strahlenvernetzbaren Kunststoff des Korpus des Kunststoffteils, speziell des Käfigs, beigemischten Pigmente erfahren bei der Bestrahlung eine optisch erkennbare Änderung, die leicht erfassbar ist und schnell festgestellt werden kann.
Die optisch erkennbare Änderung der Pigmente kann beispielsweise ein Farbumschlag sein, den die Pigmente aufgrund der Bestrahlung erfahren und der die Farbe der Pigmente und damit die Farbe des Korpus des Käfigs ändert. Dabei lässt sich leicht feststellen, ob das Korpus des Käfigs ausreichend bestrahlt wurde, so dass eine erforderliche Festigkeit erzielt ist, sowie weiter, ob es Bereiche an dem Korpus des Käfigs gibt, die eine nicht ausreichende Bestrahlung, beispielsweise aufgrund einer Abschattung der Strahlung, erhalten haben. Beispielsweise kann vorgesehen sein, kritische Bereiche, beispielsweise solche, die eine besonders hohe mechanische Festigkeit erfordern bzw. die bei der ersten Bestrahlung abgeschattet wurden, einer weiteren zielgerichteten Bestrahlung als Nachbehandlung zu unterziehen.
Es bietet sich weiter die Möglichkeit, die Bestrahlung zielgerichtet durchzuführen und insbesondere die Strahlendosis möglichst gering zu wählen und speziell an den Herstellungsprozess anzupassen.
Die Verwendung von Pigmenten bei der Herstellung von Kunststoffteilen aus strahlenvernetzbaren Kunststoff als Indikator der Bestrahlung lässt sich leicht in eine Großserienfertigung integrieren und bietet den weiteren Vorteil, dass die Pigmente die mechanischen Eigenschaften des Kunststoff-Korpus allenfalls gering beeinflussen.
Es versteht sich weiter, dass die Pigmente ebenfalls anzeigen können, ob das Korpus des Käfigs einer Wärmebehandlung unterzogen wurden. Bei Bedarf können zwei Arten von Pigmenten vorgesehen sein, wobei die erste Art einen Farbumschlag bei einer Bestrahlung mit der hochenergetischen Strahlung, speziell mit Röntgen- oder UV-Strahlung, anzeigt, und die zweite Art der Pigmente einen Farbumschlag bei einer Wärmezufuhr aufweist, beispielsweise bei einer Wärmebehandlung nach der Bestrahlung oder einem Wärmeeintrag bei Betrieb des Käfigs. Aufgrund der Wärmezufuhr kann die optische Änderung der Pigmente, beispielsweise der Farbumschlag, rückgängig gemacht werden, oder die Pigmente können eine weitere optische Änderung, beispielsweise einen weiteren Farbumschlag, erfahren.
Die Auswahl der Pigmente, die Anordnung der Pigmente an der Oberfläche bzw. in der Tiefe des Korpus des Käfigs sowie die Bedingungen, unter denen die Pigmente den Farbumschlag aufweisen, ermöglicht weiter, eine durch die Pigmente dargestellte Codierung des Käfigs derart zu ermöglichen, dass ein bestimmter Käfig bzw. eine bestimmte Charge von Käfigen leicht identifizierbar ist und Fälschungen einfach nachweisbar sind, da ein Fälscher zwar einfach eine Farbe des Käfigs nachahmen kann, allerdings die Auswahl und Anordnung der Pigmente vor dem Farbumschlag geheim gehalten werden kann und im Bedarfsfall kurzfristig und einfach abzuändern ist, ohne dass sich die Farbe des Käfigs nach dem Farbumschlag der Pigmente wesentlich ändert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Pigmente ein Pulver von Gläsern, Edelsteinen oder Halbedelsteinen umfassen. Die feinen Pulverpartikel verändern die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes des Korpus des Käfigs nur unwesentlich. Allerdings ist beispielsweise für Gläser bekannt, dass diese unter Einwirkung von energiereicher, ionisierender Strahlung wie Röntgen-, UV- oder Teilchenstrahlung eintrüben (sofern die Gläser transparent waren) und/oder eine Verfärbung, beispielsweise eine Verdunklung, erfahren. Entsprechend gilt für ein Korpus eines Käfigs, das als Spritzgussteil hergestellt wurde und dessen Korpus im wesentlichen aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff besteht, dem feine Partikel von Gläsern beigemischt wurden, dass das Korpus bei der Bestrahlung eine Farbänderung, beispielsweise eine Graufärbung, erfährt, die anzeigt, an welcher Stelle des Korpus die Vernetzung des Kunststoffs im welchem Umfang fortgeschritten ist. Entsprechendes gilt für Pulver aus feinen Partikeln aus einem Edelstein oder einem Halbedelstein, wie beispielsweise Beryll, Diamant, Quarz, Sa phir, Spodumen, Topas, Turmalin oder Zirkon, die jeweils vor der Bestrahlung entweder farblos sind und durch die Bestrahlung eine definierte Farbe erhalten oder vor der Bestrahlung eine Farbe aufweisen, die von der Farbe nach der Bestrahlung deutlich erkennbar abweicht.
Als Alternative zu den genannten anorganischen Pigmenten können die Pigmente auch organische Pigmente umfassen, beispielsweise organische Komplexe, die bei Temperaturen bis ca. 100°C stabil sind und unter Bestrahlung mit ionisierender energiereicher Strahlung einen Farbwechsel zeigen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ausschnittsweise schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kunststoffteils.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ausschnittsweise ein Korpus 1 eines nicht weiter dargestellten Kunststoffteils, insbesondere eines Lagerteils, speziell eines Käfigs zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Wälzlagers. Das Korpus 1 weist eine Oberfläche 2 auf und besteht im wesentlichen aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff, beispielsweise PA66 mit PTFE. Ein derartiger Kunststoff ist unter Einwirkung hochenergetischer Strahlung, bevorzugt insbesondere von Röntgenstrahlung, vernetzbar, so dass das Korpus 1 des Käfigs bezüglich der Verschleißbeständigkeit verfestigt wird.
Dem Kunststoff des Korpus 1 des Käfigs sind Pigmente 3, 4 beigemischt, die so ausgewählt wurden, dass diese Pigmente 3, 4 bei der Bestrahlung einen Farbumschlag durchführen, der gegenüber dem übrigen Material des Korpus 1 eine von außen sichtbare Änderung der optischen Erscheinung des Korpus 1 des Käfigs, insbesondere eine farbliche Veränderung des Korpus 1 des Käfigs, ermöglicht.
Der Kunststoff kann als heller, insbesondere weißlicher Kunststoff vorgesehen sein. Die Pigmente 3, 4 sind als Partikel eines Pulvers aus Zirkon ausgebildet, wobei die Größenverhältnisse in 1 für die Abmessungen der Partikel nicht maßstäblich sind. Zirkon ist im unbestrahlten Zustand im wesentlichen farblos. Das Korpus 1 des Käfigs ist im Zustand vor der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen im wesentlichen weißlich-hell. Durch die Bestrahlung erhalten die Zirkon-Partikel 3, 4 einen Farbumschlag nach blau bzw. braun, so dass das Korpus 1 nach der Bestrahlung dunkler wird. Die ortsabhängige Verdunklung des Korpus 1 des Käfigs ist dabei ein Maß für die an diesem Ort eingewirkte Strahlungsdosis und damit ein Indikator für den Grad der Vernetzung des Kunststoffs.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung von Zirkon-Partikeln als Pigmente beschränkt ist. Als Möglichkeiten für andere Pigmente, speziell anorganische Pigmente, bieten sich Partikeln von Gläsern, Halbedelsteinen oder Edelsteinen wie Beryll (Farbumschlag von blassgelb bis blassrosa durch Bestrahlung zu grün bzw. dunkelblau), Diamant (Farbumschlag von gelblich, bräunlich oder farblos durch Bestrahlung zu blau, rot, grün oder schwarz), Quarz (Farbumschlag von farblos durch Bestrahlung zu braun oder schwarz), Saphir (Farbumschlag von farblos, rosa oder blassgrün durch Bestrahlung zu grün), Spodumen (Farbumschlag von rosa durch Bestrahlung zu gelb oder grün) oder Topas (Farbumschlag von farblos durch Bestrahlung zu blau, braun, grün, oder orange) an.
Die Erfindung ist ebenfalls nicht auf die Verwendung anorganischer Pigmente beschränkt; es könnten ebenfalls organische Pigmente vorgesehen sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die der Oberfläche 2 des Korpus 1 nahen Pigmente 3 aus dem gleichen Material wie die der Oberfläche 2 entfernten Pigmente 4. Es versteht sich, dass abhängig von dem Abstand zu der Oberfläche 2 verschiedenartige Pigmente vorgesehen sein können. Da die Intensität der Strahlung mit dem Abstand von der Oberfläche 2 in dem Korpus 1 abnimmt, werden die der Oberfläche 2 nahen Pigmente 3 zuerst einen Farbumschlag zeigen, später dann die der Oberfläche 2 entfernteren Pigmente 4. Beispielsweise können als Pigmente 3 Zirkon-Partikel eines Zirkon-Pulvers vorgesehen sein und als von der Oberfläche 2 entferntere Pigmente 4 Partikel eines Saphir-Pulvers, wobei sowohl die Zirkon- als auch die Saphir-Partikel im unbestrahlten Zustand im wesentlichen farblos sind und das Korpus 1 des Kunststoff-Käfigs weißlich erscheint. Bei der Bestrahlung verändern erst die Pigmente 3 ihre Farbe von farblos zu blau oder braun, so dass das Korpus 1 des Käfigs insgesamt dunkler wird. Mit dem Fortschreiten der Bestrahlung ändern auch die Pigmente 4 ihre Farbe von farblos zu grün, so dass das Korpus 1 des Käfigs insgesamt dunkelgrün wird.
Es versteht sich ferner, dass an verschiedenen Stellen des Korpus 1 des Kunststoffteils verschiedene Pigmente 3, 4 vorhanden sein können. Die Pigmente 3, 4 können auch ausschließlich an solchen Bereichen des Korpus 1 vorgesehen sein, bei denen eine ausreichende Festigkeit unbedingt sicherzustellen ist, beispielweise im Bereich der Käfigstege des Korpus 1.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem das Korpus 1 des Käfigs aus PA66 mit PTFE bestand. Es versteht sich, dass auch andere strahlenvernetzbare Kunststoff, wie andere Polyamidarten, Polyether-Etherketonarten, Polypropylen, Polyethylen oder Polyurethan oder PTFE als Kunststoff vorgesehen sein können. Weiter kann vorgesehen sein, dass der strahlenvernetzbare Kunststoff zusätzlich zu dem Pigment 3, 4 Plastifiziermittel oder Vernetzungs-Förderer als Beimischungen enthält. Weiter kann auch vorgesehen sein, dass der Kunststoff weitere Zusätze wie verstärkende Fasern enthalten kann.
Der Begriff ,Pigment' im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst nicht nur solche Materialien, die bei Bestrahlung einen im Bereich des sichtbaren Lichtes erkennbaren Farbumschlag aufweisen. Als Pigmente können auch solche Materialien vorgesehen sein, die bei der Bestrahlung nicht unmittelbar eine Farbänderung erfahren, sondern Lumineszenz zeigen, speziell auch durch die Bestrahlung zu Phosphoreszenz oder Fluoreszenz angeregt werden können, insbesondere bei einer nachträglichen Beleuchtung mittels beispielsweise UV-Strahlung. Ein Korpus, das mit einem fluoreszierenden Pigment versetzt ist, braucht bei der der die Vernetzung des Kunststoffes bewirkenden Bestrahlung keinen im Bereich des sichtbaren Lichtes wesentlichen Farbumschlag aufzuweisen, kann allerdings bei einer nachträglichen UV-Beleuchtung die zuvor durchgeführte Bestrahlung optisch nachweisbar machen.

1: Korpus
2: Oberfläche
3: Pigment
4: Pigment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004053376 A1 [0004]
- JP 08276506 AA [0004]
- DE 10351813 B4 [0005]
- DE 10351812 B4 [0005]
- EP 0644344 B1 [0006]

Claims

Kunststoffteil, insbesondere Lagerteil, speziell Käfig zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Lagers, wobei das Korpus (1) des Kunststoffteils im wesentlichen aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff Pigmente (3, 4) beigemischt sind, die bei der Bestrahlung eine optisch nachweisbare Änderung erfahren.
Kunststoffteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente (3, 4) ein Pulver von Gläsern, Edelsteinen oder Halbedelsteinen umfassen.
Kunststoffteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmente organische Pigmente umfassen.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abstand von der Oberfläche (2) des Korpus (1) die Art der Pigmente (3, 4) variiert.
Kunststoffteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Pigmente durch die Bestrahlung zur Lumineszenz, insbesondere zur Phosphoreszenz oder zur Fluoreszenz, anregbar sind.
Verwendung von Pigmenten (3, 4) bei der Herstellung von Kunststoffteilen, insbesondere Lagerteilen, speziell Käfigen von Lagern, aus strahlenvernetzbaren Kunststoff als Indikator der Bestrahlung.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils, insbesondere eines Lagerteils, speziell eines Käfigs zur Aufnahme von Wälzkörpern eines Lagers, wobei das Kunststoffteil ein Korpus (1) aus einem strahlenvernetzbaren Kunststoff aufweist, umfassend die Schritte Bereitstellen einer Mischung aus dem strahlenvernetzbaren Kunststoff und einem Pigment (3, 4), und Strahlenvernetzen der Mischung.