DE102010017855A1 - Lagerelement, insbesondere Lagerring oder Lagerkäfig, für ein Wälzlager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lagerelement, insbesondere Lagerring (1; 8) oder Lagerkäfig, für ein Wälzlager, umfassend ein Korpus (2). Die Aufgabe, ein insbesondere mit den Methoden der Kunststoff-Technologie, speziell mittels Spritzgießen, herstellbares Lagerelement für ein Wälzlager anzugeben, wobei das Lagerelement aus einem nicht auf Rohöl basierenden Ausgangsmaterial mit verbesserter Umweltverträglichkeit basiert, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Material des Korpus (2) Lignin umfasst.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Lagerelement nach Anspruch 1, insbesondere einen Lagerring oder einen Lagerkäfig, für ein Wälzlager, sowie ein Wälzlager nach Anspruch 8.
• Aus dem Stand der Technik ist ein Lagerring als Lagerelement eines Wälzlagers bekannt. Dabei ist die in dem Wälzlager aufgenommene Welle direkt in dem Lagerring gelagert, so dass ein Rollkontakt zwischen der Welle und dem Lagerring auftritt. Zusätzlich zu dem die Welle aufnehmenden, inneren Lagerring weist ein Wälzlager einen weiteren, äußeren Lagerring auf, der an einer Lageraufnahme befestigt ist. Zwischen den beiden Lagerringen befinden sich Wälzkörper, die die relative Bewegung der beiden Lagerringe ermöglichen. Es ist bekannt, die Wälzkörper in einem Lagerkäfig zu führen. Weiter ist es bekannt, dass ein Wälzlager eine Dichtung aufweist, bei der ein Dichtungselement den Zwischenraum zwischen den beiden Lagerringen dichtend abdeckt. Der Begriff Lagerelement bezieht sich im folgenden insbesondere auf einen Lagerring oder einen Lagerkäfig eines Wälzlagers, schließt jedoch einen Wälzkörper bzw. ein Dichtungselement eines Wälzlagers mit ein.
• Aus dem Stand der Technik sind Lagerelemente bekannt, die aus Kunststoff hergestellt sind. Bei dem Kunststoff handelt es sich um ein letztlich auf Rohöl basierenden Ausgangsmaterial, so dass hier eine Abhängigkeit von Rohöl besteht. Weiter weisen Kunststoffe eine ungünstige CO₂-Bilanz auf.
• Somit sind Lagerelemente von Interesse, deren Korpus ganz oder teilweise aus einem zu Kunststoff alternativen, umweltverträglichen Material besteht. Derartige Lagerelemente sind insbesondere für Gleitlager bekannt: DE 869 714 B beschreibt ein Blocklager, dessen Korpus entweder aus mit Kunstharz verbundenen Zellulose- bzw. Papierlagern, oder aus einem mit Gewebeeinlagen versehenen Pressstoff, oder aus Textil- oder Schnitzelbasis gepresstem Material ausgebildet ist. Die gleiche Druckschrift beschreibt ein Blocklager, bei dem Zwischenschichten aus Holz- und/oder Gewebelagen bzw. aus Papier- und/oder Gewebelagen vorgesehen sind. Die Fertigung solcher Lager ist mit den Methoden der Kunststoff-Technologie wie beispielsweise mittels Spritzgießen nicht möglich.
• DE 919 918 B nennt ein selbstschmierendes Lager mit einem Korpus aus einem ölgetränkten Hartholz als Stand der Technik. Die gleiche Druckschrift betrifft eine Laufrolle mit einem Korpus, das aus Sintermetall und Hartholz besteht. Die Fertigung solcher Lager ist mit den Methoden der Kunststoff-Technologie wie beispielsweise mittels Spritzgießen nicht möglich.
• DE 846 803 B beschreibt ein Lager, dessen Korpus aus mit Kunstharz getränkten Papier mit Graphit besteht. Die Fertigung solcher Lager ist mit den Methoden der Kunststoff-Technologie wie beispielsweise mittels Spritzgießen nicht möglich.
• Für Wälzlager ist bekannt, dem Lagerelement, beispielsweise dem Lagerkäfig oder dem Lagerring, organische Zusätze beizufügen, beispielsweise Naturfasern wie Baumwollfasern oder Wollfasern.
• DE 103 51 346 A1 beschreibt einen Lagerkäfig für ein Kugellager, wobei das Korpus des Lagerkäfigs aus einem Epoxidharz besteht, dem Naturfasern, insbesondere Fasern aus Baumwolle oder aus Wolle, zugesetzt sind. Das Epoxidharz als überwiegender Bestandteil des Korpus des Lagerkäfigs ist ein auf Erdöl als Rohstoff basierendes Material mit einer ungünstigen CO₂-Bilanz.
• Aufgabe der Erfindung
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein insbesondere mit den Methoden der Kunststoff-Technologie, speziell mittels Spritzgießen, herstellbares Lagerelement für ein Wälzlager anzugeben, wobei das Lagerelement aus einem nicht auf Rohöl basierenden Ausgangsmaterial mit verbesserter Umweltverträglichkeit basiert.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Material des Korpus des Lagerelementes Lignin umfasst.
• Das als Material des Korpus des Lagerelementes vorgesehene Lignin ist aus einem Naturprodukt wie Holz zuvor mittels eines chemisch-technischen, insbesondere biotechnologischen Aufbereitungsschrittes gewonnen worden. Dabei erhält Lignin eine deutlich höhere Konzentration als die maximal ca. 30%, mit der es in der Trockenmasse von Holz enthalten ist.
• Lignin ist ein bei der Herstellung von Papier aus Holz neben Zellulose anfallendes Naturprodukt, das in Form von einem Granulat verfügbar ist und mit den Methoden der modernen Kunststoff-Technologie, insbesondere mittels Spritzgießens, formgebend zu beispielsweise eines Lagerrings, eines Lagerkäfigs oder eines anderen Lagerelementes eines Wälzlagers verarbeitet werden kann. Lignin basiert nicht auf Rohöl als Grundmaterial und weist bei der Entsorgung, beispielsweise der Verbrennung oder Zersetzung, eine mindestens neutrale, in vielen Fälle günstige CO₂-Bilanz auf.
• Vorzugsweise ist für das Material des Korpus des Lagerelementes vorgesehen, dass das Lignin faserverstärkt, insbesondere mit Naturfasern verstärkt, ausgebildet ist. Die Fasern stabilisieren das Korpus mechanisch, ohne die Verarbeitbarkeit des faserverstärkten Lignins mittels beispielsweise Spritzgießen negativ zu beeinflussen. Die Fasern können beispielsweise Glasfasern oder Kohlefasern sein, besonders bevorzugt jedoch Naturfasern, also Fasern aus einem biologisch abbaubaren Material, insbesondere Hanffasern oder Flachsfasern bzw. Fasern aus Zellulose.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Korpus vollständig aus Lignin, insbesondere aus faserverstärktem Lignin, ausgebildet ist. Damit lassen sich die Lagerelemente in einem einzigen Fertigungszug herstellen, der bereits aus der Kunststoff-Technologie bei der Herstellung von Lagerelementen mit einem Kunststoff-Korpus bekannt ist.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Material des Korpus des Lagerelementes zusätzlich reibungsmindernde Partikel umfasst. Die reibungsmindernden Partikel können bei der Herstellung entweder bereits dem Granulat zugesetzt sein, oder in einem späteren Fertigungsschritt bei der Formgebung mit dem Spritzgießen. Als reibungsmindernde Partikel kommen beispielsweise Partikel von Festschmierstoffen wie PTFE (Polytetrafluorethylen, Teflon), Graphit, Molybdändisulfid oder von Zink- bzw. Zinn-Sulfiden in Frage, wobei die reibungsmindernden Partikel als Pulver oder als Fasern vorliegen können.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Material zusätzlich verschleißmindernde Partikel umfasst. Die verschleißmindernden Partikel können bei der Herstellung entweder bereits dem Granulat zugesetzt sein, oder in einem späteren Fertigungsschritt bei der Formgebung mit dem Spritzgießen. Als Material für die verschleißmindernden Partikel kommen beispielsweise oxidische, nitridische oder karbidische Keramiken oder Metalle wie Chrom, Nickel oder Eisen bzw. Kunststoffe wie PEEK (Polyetherketone), POM (Polyoxymethylen) oder PA (Polyamid) sowie Gläser in Frage. Die verschleißmindernden Partikel können sowohl als Pulver oder auch als Fasern vorliegen. Die verschleißmindernden Partikel reduzieren nicht nur den Verschleiß des Korpus des Lagerelementes, sondern verbessern ebenfalls mechanische Eigenschaften wie die Steifigkeit, die Druckbelastbarkeit oder die Zugfestigkeit des Korpus des Lagerelementes.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Material zusätzlich die physikalischen Eigenschaften des Materials verbessernde, insbesondere die thermische Leitfähigkeit des Materials verbessernde Zusätze aufweist. Das Material der Zusätze kann insbesondere dahingehend gewählt sein, dass das Korpus des Lagerelementes im Betrieb verbesserte Betriebseigenschaften erhält, so dass beispielsweise thermische Spitzen durch eine verbesserte thermische Leitfähigkeit, einen angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine verbesserte thermische Stabilität des Materials des Korpus des Lagerelementes aufgefangen werden können. Auf die vorgesehenen verbesserten Betriebseigenschaften des Lagerelementes abgestimmte Materialien umfassen beispielsweise Kupfer-, Messing- oder Bronze-Zusätze, die als Pulver oder als Fasern in dem Material des Korpus des Lagerelementes vorgesehen sein können.
• Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Korpus ausgehend von einem Lignin-haltigen Granulat mit einem formgebenden Verfahren der Kunststoff-Technologie, insbesondere mittels Kunststoff-Spritzgießen, hergestellt ist. Bei der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Korpus des Lagerelementes wird das Lignin-haltige Granulat, ggf. versehen mit einem Harz als Zugabestoff, in eine plastisch verformbare Masse überführt, die in einem anschließenden Schritt die Form des Lagerelementes erhält, beispielsweise mittels des Spritzgießens der verformbaren Masse. Die vorerwähnten reibungsmindernden bzw. verschleißmindernden Partikel bzw. die vorerwähnten die physikalischen Eigenschaften des Materials des Korpus verbessernden Zusätze können bereits dem Granulat beigemischt sein oder in einem späteren Schritt des Verfahrens, beispielsweise erst bei der Durchführung des formgebenden Spritzgießens, zugegeben werden.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
• Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagerelementes eines erfindungsgemäßen Wälzlagers, und
• 2 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagerelementes eines erfindungsgemäßen Wälzlagers.
• Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt ein als erster Lagerring 1 ausgebildetes Lagerelement eines Wälzlagers 7. Der Lagerring 1 ist als Außenring des Wälzlagers 7 ausgebildet. Das Wälzlager 7 umfasst als zweiten, weiteren Lagerring 8 einen Innenring sowie einen Wälzkörper 9 und einen in 1 bildlich nicht dargestellten Lagerkäfig für die Wälzkörper 9. Beide Lagerringe 1, 8 sind aus dem gleichen Material ausgebildet, so dass im folgenden nur der als Außenring ausgebildete erste Lagerring 1 näher beschrieben wird.
• Ein Korpus 2 des Lagerrings 1 ist vollständig aus einem Material ausgebildet, das Lignin umfasst, wobei das Korpus 2 des Lagerrings 1 ausgehend von einem Lignin-haltigen Granulat mittels Kunststoff-Spritzgießens hergestellt ist.
• Das Material des Korpus 2 des ersten Lagerrings 1 ist mittels Naturfasern 3, nämlich Hanf- und Flachsfasern, versehen, so dass das Korpus 2 mechanisch verstärkt ist. Das Material des Korpus 2 weist zusätzlich reibungsmindernde Partikel 4, nämlich als feinkörniges Pulver ausgebildete PTFE- und Graphit-Pulverteilchen, auf, deren Größe übertrieben dargestellt ist, und deren Konzentration hin zu einer Lauffläche auf einer Innenseite 10 zunimmt. Das Material des Korpus 2 des ersten Lagerrings 1 weist zusätzlich verschleißmindernde Partikel 6 auf, deren Größe ebenfalls übertrieben dargestellt ist und deren Konzentration hin zu der Innenseite 5 zunimmt. Als verschleißmindernde Partikel 6 sind feinkörnige Pulverteilchen einer oxidischen Keramik vorgesehen.
• Das Material des Korpus 2 des Lagerrings 1 weist zusätzlich Zusätze auf, die die Betriebseigenschaften insbesondere bei Mangelschmierung das Betriebsverhalten des Lagerrings 1 verbessern, insbesondere bildlich nicht dargestellte Bronze-Fasern, die eine verbesserte thermische Leitfähigkeit, einen angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine verbesserte thermische Stabilität des Materials des Korpus 2 des Lagerrings 1 bewirken.
• 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel ein als Lagerkäfig 10 ausgebildetes Lagerelement eines nicht weiter dargestellten Wälzlagers, wobei der Lagerkäfig 10 zur Aufnahme von zylindrischen Wälzkörpern vorgesehen ist.
• Ein Korpus 11 des Lagerkäfigs 10 ist vollständig aus einem mittels Kunststoffspritzens geformten Lignin-Granulats hergestellt.
• In dem Korpus 11 sind Naturfasern 3, nämlich Wollfasern, im wesentlichen homogen verteilt. Das Material des Korpus 11 weist weiter reibungsmindernde Partikel, nämlich PTFE-Fasern 12 auf, deren Konzentration hin zu einer Innenfläche 13, an der der Kontakt mit dem Wälzkörper stattfindet, zunimmt. Das Korpus weist weiter verschleißmindernde Partikel 14, nämlich Fasern eines Kunststoffes, auf, deren Konzentration ebenfalls zu der Innenfläche 13 zunimmt.
• Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem das Korpus 2 des ersten Lagerrings 1 vollständig aus dem Lignin-haltigen Material ausgebildet war. Es versteht sich, dass das Lignin-haltige Material nur abschnittsweise vorgesehen sein kann, insbesondere kann der Lagerring 1 bzw. allgemeiner das Lagerelement aus zwei verschiedenen Materialien bestehen, beispielsweise an einer Innenseite 10 aus dem Lignin-haltigen Material, die die Kontaktfläche mit den Wälzkörpern 9 bildet, und aus einem Trägerelement aus beispielsweise einem Metall, so dass das Lignin-haltige Material als Auskleidung des Trägerelementes oder als Einlage in dem Trägerelement ausgebildet ist. Die genannten Wälzkörper oder das genannte Dichtungselement als weitere Möglichkeit eines Lagerelementes können ebenfalls nur abschnittsweise aus dem Lignin-haltigen Material bestehen. Insbesondere kann das Lignin-haltige Material bei dem Lagerelement nur als Füllmaterial vorgesehen sein und die Funktionsflächen, insbesondere die Kontaktfläche des Lagerrings 1, 8 zu dem Wälzkörper 9, bzw. die Kontaktfläche des Lagerkäfigs 10 zu dem Wälzkörper, aus einem anderen, insbesondere gut thermisch leitenden und verschleißfesten Metall, bestehen.
• Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines als erster Lagerring 1 ausgebildeten Lagerelementes eines Wälzlagers 7 beschrieben. Es versteht sich, dass das Lagerelement auch als Wälzkörper 9 oder als bildlich nicht dargestelltes Dichtungselement ausgebildet sein kann, dessen Korpus Lignin umfasst. Insbesondere kann das Dichtungselement eine starre Einlage aus Lignin umfassen, die von einem Elastomer umspritzt ist.
• Es versteht sich weiter, dass der Lagerkäfig auch Teil eines Freilaufs sein kann.
• Bezugszeichenliste

1

erster Lagerring

2

Korpus

3

Naturfaser

4

reibungsmindernde Partikel

5

Innenseite des ersten Lagerrings 1

6

verschleißmindernde Partikel

7

Wälzlager

8

weiterer, zweiter Lagerring

9

Wälzkörper

10

Lagerkäfig

11

Korpus des Lagerkäfigs 10

12

reibungsmindernde Partikel

13

Innenfläche

14

verschleißmindernde Partikel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 869714 B [0004]
• DE 919918 B [0005]
• DE 846803 B [0006]
• DE 10351346 A1 [0008]

Claims (8)

1. Lagerelement, insbesondere Lagerring (1; 8) oder Lagerkäfig (10), für ein Wälzlager, umfassend ein Korpus (2; 11), dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Korpus (2; 11) Lignin umfasst.
2. Lagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lignin faserverstärkt, insbesondere mit Naturfasern (3) verstärkt, ausgebildet ist.
3. Lagerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus (2; 11) vollständig aus Lignin ausgebildet ist.
4. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zusätzlich reibungsmindernde Partikel (4; 12) umfasst.
5. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zusätzlich verschleißmindernde Partikel (6; 14) umfasst.
6. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zusätzlich die physikalischen Eigenschaften des Materials verbessernde, insbesondere die thermische Leitfähigkeit des Materials verbessernde Zusätze aufweist.
7. Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus (2; 11) ausgehend von einem Ligninhaltigen Granulat mit einem formgebenden Verfahren der Kunststoff-Technologie, insbesondere mittels Kunststoff-Spritzgießen, hergestellt ist.
8. Wälzlager, umfassend ein Lagerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

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