DE102009032961A1 - Rolling bearing cage - Google Patents
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Abstract
Wälzlagerkäfig aus einem Faserverbundwerkstoff, umfassend ein thermoplastisches Kunststoffmaterial mit darin eingebetteten Fasern, wobei der Wälzlagerkäfig (1, 3) durch Spritzgießen hergestellt ist.Rolling bearing cage made of a fiber composite material, comprising a thermoplastic material with fibers embedded therein, the rolling bearing cage (1, 3) being produced by injection molding.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig aus einem Faserverbundwerkstoff, umfassend ein thermoplastisches Kunststoffmaterial mit darin eingebetteten Fasern.The The invention relates to a roller bearing cage of a A fiber composite material comprising a thermoplastic material with fibers embedded therein.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Wälzlagerkäfige dieser Art sind Bestandteile von Wälzlagern für mit hoher Drehzahl rotierende Geräte, die beispielsweise in der Medizintechnik eingesetzt werden. Ein typisches Anwendungsgebiet sind zahnärztliche Instrumente, bei denen eine Luftturbine verwendet wird, um eine Rotorwelle anzutreiben, an der sich ein zahnärztliches Bearbeitungswerkzeug befindet. Die für die Lagerung der Luftturbine eingesetzten Wälzlager werden mit Drehzahlen von 200.000 U/min bis 500.000 U/min betrieben, dementsprechend treten sehr hohe Fliehkräfte auf, die extreme Anforderungen an die verwendeten Bauteile und Materialien stellen. Darüber hinaus werden derartige zahnärztliche Instrumente regelmäßig in Autoklaven bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck sterilisiert, wodurch das Wälzlager ebenfalls belastet wird.Ball bearing cages this type are components of rolling bearings for high-speed rotating equipment, for example be used in medical technology. A typical field of application are Dental instruments using an air turbine is used to drive a rotor shaft, which is a dental Editing tool is located. The for the storage of Air turbine used bearings are at speeds of Operated 200,000 rpm to 500,000 rev / min, accordingly occur very high centrifugal forces, the extreme demands on put the used components and materials. About that In addition, such dental instruments become regular in autoclave at elevated temperature and pressure sterilized, whereby the rolling bearing also loaded becomes.
Neben dieser Anwendung bei einem zahnärztlichen Instrument sind derartige Wälzlagerkäfige auch bei anderen wartungsfreien Lagerungen einsetzbar, die bei sehr hohen Drehzahlen betrieben werden. Darüber hinaus kommen Wälzlagerkäfige dieser Art auch bei Spindellagern zum Einsatz.Next this application to a dental instrument Such rolling bearing cages and other maintenance-free Storages can be used, which are operated at very high speeds. In addition, rolling bearing cages come this Type also used in spindle bearings.
In
der
Aus
der
Obwohl derartige Wälzlagerkäfige bereits seit längerer Zeit verwendet werden, ist ihr Einsatz mit einigen Nachteilen verbunden. Beispielsweise weisen herkömmliche Wälzlagerkäfige keine oder nur sehr schlechte Notlaufeigenschaften auf, insbesondere bei mangelhafter Schmierung. Durch die hohen Drehzahlen kann es bei mangelhafter oder fehlender Schmierung nach kurzer Zeit zu einem Ausfall des Wälzlagerkäfigs und damit des Wälzlagers kommen. Ebenso werden die Werkstoffeigenschaften durch die bereits erwähnte Sterilisierung in einem Autoklaven bei Temperaturen von etwa 135°C bei Überdruck und in einer Wasserdampfatmosphäre beeinträchtigt. Schließlich wird auch der hohe Preis herkömmlicher Wälzlagerkäfige als nachteilig angesehen.Even though Such rolling bearing cages for some time Time are used, their use is associated with some disadvantages. For example, have conventional rolling bearing cages no or only very poor emergency running properties, in particular with insufficient lubrication. Due to the high speeds it can in case of insufficient or missing lubrication after a short time to one Failure of the rolling bearing cage and thus the rolling bearing come. Likewise, the material properties by the already mentioned sterilization in an autoclave at temperatures of about 135 ° C at overpressure and in a steam atmosphere impaired. Finally, the high will be Price of conventional rolling bearing cages as considered disadvantageous.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wälzlagerkäfig aus einem Faserverbundwerkstoff anzugeben, der bei sehr hohen Drehzahlen einsetzbar und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.Of the Invention is therefore the object of a rolling bearing cage specify from a fiber composite, which at very high speeds can be used and at the same time inexpensive to produce.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Wälzlagerkäfig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er durch Spritzgießen hergestellt ist.to Solution to this problem is in a rolling bearing cage of the type mentioned above provided according to the invention, that it is made by injection molding.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Spritzgießen des thermoplastischen Kunststoffmaterials mit den darin eingebetteten Fasern kann der Wälzlagerkäfig besonders effizient und kostengünstig hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig zeichnet sich durch eine gute Hochtemperaturbeständigkeit, eine geringe Wasseraufnahme und eine gute Dimensionsstabilität aus. Zudem ist der Wälzlagerkäfig gegen organische und anorganische Chemikalien beständig. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Herstellung des Wälzlagerkäfigs im Spritzgießverfahren wird ein Produkt erhalten, das die sehr hohen Anforderungen an die Festigkeit und Temperaturbeständigkeit erfüllt.By the inventively provided injection molding the thermoplastic resin material having embedded therein Fibers, the rolling bearing cage can be particularly efficient and manufactured inexpensively. The inventive Rolling bearing cage is characterized by a good high temperature resistance, a low water absorption and a good dimensional stability out. In addition, the rolling bearing cage against organic and inorganic chemicals resistant. By inventively provided Production of rolling bearing cage by injection molding will receive a product that meets the very high demands on the Strength and temperature resistance met.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig kann es vorgesehen sein, dass das Kunststoffmaterial aus der Gruppe umfassend Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), und Flüssigkristallpolymere (Liquid Chrystal Polymer, LCP) ausgewählt ist. diese Kunststoffmaterialien, die auch als Hochleistungskunststoffe bezeichnet werden, zeichnen sich durch hohe Schmelztemperaturen aus, sodass die guten mechanischen Eigenschaften auch bei Temperaturen über 200°C erhalten bleiben. Bestimmte Hochleistungskunststoffe, beispielsweise PPS, sind chemisch beständig gegenüber nahezu allen Lösemitteln, vielen Säuren und Laugen sowie bedingt auch gegenüber Sauerstoff bei hohen Temperaturen.at the rolling bearing cage according to the invention can it may be provided that the plastic material is comprised of the group Polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), Polyetherimide (PEI), and liquid crystal polymers (Liquid Chrystal Polymer, LCP). these plastic materials, which are also referred to as high performance plastics draw characterized by high melting temperatures, so that the good mechanical Properties even at temperatures above 200 ° C remain. Certain high performance plastics, for example PPS, are chemically resistant to almost all solvents, many acids and alkalis as well conditioned also to oxygen at high temperatures.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig aus einem Kunststoffmaterial besteht, das wenigstens eine der folgenden Mischungen umfasst: PEEK und PES, PEEK und PPS, PEEK und PEI. Die Bezeichnung PEEK wird in dieser Anmeldung als Gattungsbegriff für Polyetheretherketone verwendet, zu denen auch die folgenden PEEK-Abkömmlinge zählen: PEK, PEEEK, PEEKEK, PEKEKK, PAEK oder PEKK. Auch diese PEEK-Abkömmlinge können als Kunststoffmaterial für den Wälzlagerkäfig verwendet werden, entweder als einziges Kunststoffmaterial oder in einer Mischung, beispielsweise mit PES, PPS oder PEI. Wenn eine Mischung von wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffmaterialien verwendet wird, können die Werkstoffeigenschaften gezielt beeinflusst werden, um diese an die technischen Anforderungen anzupassen, die der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig erfüllen muss.It is also within the scope of the invention that the roller bearing cage according to the invention consists of a plastic material, the at least one of mixtures include: PEEK and PES, PEEK and PPS, PEEK and PEI. The term PEEK is used in this application as a generic term for polyetheretherketones, which also include the following PEEK derivatives: PEK, PEEEK, PEEKEK, PEKEKK, PAEK or PEKK. These PEEK derivatives can also be used as plastic material for the roller bearing cage, either as a single plastic material or in a mixture, for example with PES, PPS or PEI. If a mixture of at least two different plastic materials is used, the material properties can be specifically influenced in order to adapt them to the technical requirements which the rolling bearing cage according to the invention has to fulfill.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig können die Fasern aus der Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlenstofffasern (Karbonfasern), Aramidfasern und PTFE-Fasern ausgewählt sein. Jedes dieser Fasern hat bestimmte vorteilhafte Eigenschaften, beispielsweise weisen Glas- und in noch größerem Maße Kohlenstofffasern eine hohe Steifigkeit auf, wenn sie mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial als Matrix zu einem Faserverbundwerkstoff verbunden sind. Aramidfasern wiederum besitzen eine hohe Zähigkeit, sodass die Notlaufeigenschaften des Wälzlagerkäfigs verbessert werden. In ähnlicher Weise erhöhen PTFE-Fasern die Notlaufeigenschaften, da sie als Festschmierstoff wirken.at the rolling bearing cage according to the invention can the fibers from the group comprising glass fibers, carbon fibers (Carbon fibers), aramid fibers and PTFE fibers selected be. Each of these fibers has certain advantageous properties, for example show glass and to an even greater extent Carbon fibers have a high rigidity when combined with the thermoplastic Plastic material connected as a matrix to a fiber composite material are. Aramid fibers in turn have high toughness, so that the emergency running properties of the rolling bearing cage be improved. Similarly, increase PTFE fibers runflat as they act as a solid lubricant Act.
Es sind auch Ausführungen des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs denkbar, bei denen wenigstens zwei verschiedene Faserarten eingesetzt werden. Beispielsweise können Glasfasern mit Aramidfasern kombiniert werden, ebenso könnten Kohlenstofffasern mit Aramidfasern kombiniert werden. Auch eine Kombination von Glasfasern mit PTFE-Fasern ist denkbar.It are also embodiments of the invention Rolling bearing cage conceivable in which at least two different types of fibers are used. For example, you can Glass fibers could be combined with aramid fibers, as well Carbon fibers are combined with aramid fibers. Also one Combination of glass fibers with PTFE fibers is conceivable.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig kann der Anteil der Fasern bezogen auf die Masse des Wälzlagerkäfigs 5 bis 50% betragen, besonders bevorzugt wird es, wenn der Anteil 10 bis 20% beträgt.at the rolling bearing cage according to the invention can the proportion of fibers based on the mass of the rolling bearing cage 5 to 50%, it is particularly preferred if the proportion 10 to 20%.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs kann es vorgesehen sein, dass er wenigstens einen Festschmierstoff enthält, der aus der Gruppe umfassend Polytetrafluorethylen (PTFE), Graphit und Molybdändisulfid, gewählt ist. Diese Festschmierstoffe verbessern die Notlaufeigenschaften, wenn das herkömmliche Schmiermittel, beispielsweise ein Fett oder ein Öl, nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Vorzugsweise kann der Anteil des Festschmierstoffs bezogen auf die Masse des Wälzlagerkäfigs bis zu 30% betragen, besonders bevorzugt wird es, wenn der Anteil des Festschmierstoffs bis zu 15% beträgt.According to one Further development of the rolling bearing cage according to the invention it can be provided that he at least one solid lubricant containing from the group comprising polytetrafluoroethylene (PTFE), Graphite and molybdenum disulfide. These Solid lubricants improve the emergency running properties, if that conventional lubricants, such as a grease or an oil, not available in sufficient quantity stands. Preferably, the proportion of the solid lubricant is related to the mass of the rolling bearing cage up to 30%, especially it is preferred if the proportion of the solid lubricant up to 15%.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig kann das Kunststoffmaterial einen oder mehrere Füllstoffe enthalten, der oder die aus der folgenden Gruppe gewählt ist oder sind: Ruß, Graphit, nanoskalige Füllstoffe aus der Gruppe der Oxide, Oxidhydrat, Hydroxid, Carbonat, Nitrate oder Nitrite eines Elements, wobei das Element aus der Gruppe umfassend Bor, Aluminium, Barium, Magnesium, Calcium, Gallium, Indium, Silizium, Germanium, Zinn, Titan, Zirkonium, Zink, Yttrium oder Eisen gewählt ist.at the rolling bearing cage according to the invention can the plastic material contains one or more fillers, the one selected from the following group or are: carbon black, graphite, nanoscale fillers the group of oxides, hydrated oxide, hydroxide, carbonate, nitrates or Nitrites of an element, wherein the element is selected from the group Boron, aluminum, barium, magnesium, calcium, gallium, indium, silicon, Germanium, tin, titanium, zirconium, zinc, yttrium or iron is.
Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig der nanoskalige Füllstoff aus der folgenden Gruppe gewählt sein: synthetische oder natürliche Schichtsilikate, Tonminerale wie Allevardit, Amesit, Beidellit, Bentonit, Feldspat, Fluorhectorit, Fluorvermiculit, Glimmer, Halloysit, Hectorit, Kaolin, Montmorillonit, Muscovit, Nontronit, Palygorskit, Saponit, Sepiolit, Smectit, Stevensit, Talkum, Vermicullit und synthetische Talkum-Typen, sowie aus den Alkalisilikaten Maghemit, Magadiit, Kenyait, Makatit, Silinait, Grumantit, Revdit sowie deren hydratisierte Formen und den kristallinen Kieselsäuren.Especially can in the rolling bearing cage according to the invention the nanoscale filler selected from the following group be: synthetic or natural phyllosilicates, clay minerals like allevardite, amesite, beidellite, bentonite, feldspar, fluorhectorite, Fluoro-vermiculite, mica, halloysite, hectorite, kaolin, montmorillonite, Muscovite, nontronite, palygorskite, saponite, sepiolite, smectite, stevensite, Talcum, vermicullite and synthetic talcum types, as well as from the alkali metal silicates Maghemite, Magadiite, Kenyaite, Makatite, Silinaite, Grumantite, Revdit and their hydrated forms and crystalline silicas.
Alternativ kann der nanoskalige Füllstoff aus der folgenden Gruppe gewählt sein: anorganische Schichtverbindungen wie Hydrotalcite, Doppelhydroxide und Heteropolysäuren.alternative The nanoscale filler can be selected from the following group be selected: inorganic layer compounds such as hydrotalcites, Double hydroxides and heteropolyacids.
Der Anteil des Füllstoffs oder der Füllstoffe kann bei dem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs bis zu 20% der Masse des Wälzlagerkäfigs betragen.Of the Proportion of filler or fillers in the rolling bearing cage according to the invention until amount to 20% of the mass of the rolling bearing cage.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description the drawing
Der
in
Der
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Der Fensterkäfig wird im thermoplastischen Spritzgussverfahren mit Zwangsentformung hergestellt, wodurch auch komplexe Geometrien in einem einzigen Verfahrensschritt herstellbar sind, ohne dass eine spanende Nachbearbeitung erforderlich ist.Of the Window cage is using thermoplastic injection molding produced by forced removal, which also allows complex geometries can be produced in a single process step, without a subsequent machining is required.
Der
in
Der
Wälzlagerkäfig
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WälzlagerkäfigRolling bearing cage
- 22
- Ausnehmungrecess
- 33
- WälzlagerkäfigRolling bearing cage
- 44
- Ausnehmungrecess
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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