DE102010046803B4

DE102010046803B4 - Cage for rolling elements of a bearing

Info

Publication number: DE102010046803B4
Application number: DE102010046803.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Grehn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: DE102010046803A1

Abstract

Käfig (1, 9) für Wälzkörper eines Lagers, umfassend einen Grundkörper (5) aus Kunststoff und eine mindestens abschnittweise an den Grundkörper (5) angebrachte Beschichtung (8, 10) aus einem Metall mit einem Gefüge mit einer nanokristallinen Körnung von weniger als 100 nm, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Metallbeschichtung (8, 10) 10 µm bis 200 µm beträgt und die Metallbeschichtung (8, 10) nicht als Legierung ausgeführt ist.Cage (1, 9) for rolling elements of a bearing, comprising a base body (5) made of plastic and a coating (8, 10) made of a metal with a structure with a nanocrystalline grain size of less than 100, which is attached at least in sections to the base body (5) nm, characterized in that the layer thickness of the metal coating (8, 10) is 10 µm to 200 µm and the metal coating (8, 10) is not designed as an alloy.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft einen Käfig für Wälzkörper eines Lagers, umfassend einen Grundkörper aus Kunststoff und eine mindestens abschnittweise an dem Grundkörper angebrachte Beschichtung aus einem Metall mit einem Gefüge mit einer monokristallinen Körnung von weniger als 100 nm.The invention relates to a cage for rolling elements of a bearing, comprising a base body made of plastic and a coating made of metal with a structure with a structure with a monocrystalline grain size of less than 100 nm, which is attached at least in sections to the base body.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Käfige für Wälzlager werden mit geschlossenen Taschen als Fensterkäfige oder mit offenen Taschen als Kammkäfige ausgeführt. Fensterkäfige und Kammkäfige aus Kunststoff werden häufig aus Polyamid, einem hochwertigen technischen Kunststoff, hergestellt. Diese Käfige lassen sich kostengünstig in großen Stückzahlen und mit günstiger Formgebung herstellen. Beim Zusammenbau des Wälzlagers werden die Wälzkörper radial oder axial in die Taschen eingeschnappt, und elastische Stege halten die Wälzkörper und führen sie.Cages for rolling bearings are designed with closed pockets as window cages or with open pockets as comb cages. Window cages and comb cages made of plastic are often made from polyamide, a high-quality engineering plastic. These cages can be manufactured inexpensively in large quantities and with a favorable shape. When assembling the rolling bearing, the rolling elements are snapped into the pockets radially or axially, and elastic webs hold and guide the rolling elements.

Da es sich bei den in der Regel verwendeten Kunststoffen wie Polyamid um hochwertige Kunststoffe handelt, die auch bei höheren Temperaturen brauchbar sind, ohne einen Festigkeitsverlust zu erleiden und die Formstabilität zu verlieren, aber insbesondere Beeinträchtigung der Kunststoffeigenschaften durch chemische Einwirkungen, beispielsweise durch die Schmierstoffe und deren Additive erleiden, wurde bereits in der DE 10 2008 022 311 A1 vorgeschlagen, einen Kunststoffkäfig für Wälzkörper eines Lagers bereichsweise oder vollflächig mit einer Beschichtung aus einer Metalllegierung zu beschichten. Diese Beschichtung ist als eine Eisenlegierung oder einer Legierung auf der Basis von Titan oder Nickel ausgeführt, wobei die Schichtdicke weniger als ca. 300 µm und die Körnung der nanokristallinen Körnung des Gefüges eine maximale Abmessung von weniger als ca. 100 nm aufweisen soll. Dieser Käfig hat sich im Wesentlichen bewährt, lässt sich aber für spezielle Anwendungsfälle optimieren.Since the plastics used in general, such as polyamide, are high-quality plastics that can also be used at higher temperatures without suffering a loss of strength and losing shape stability, but in particular impairment of the plastic properties by chemical effects, for example by the lubricants and their additives suffer was already in the DE 10 2008 022 311 A1 proposed to coat a plastic cage for rolling elements of a bearing in areas or over the entire area with a coating made of a metal alloy. This coating is designed as an iron alloy or an alloy based on titanium or nickel, the layer thickness being less than approximately 300 μm and the grain size of the nanocrystalline grain size of the structure having a maximum dimension of less than approximately 100 nm. This cage has largely proven itself, but can be optimized for special applications.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Käfig für Wälzkörper eines Lagers der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass er hinsichtlich seiner Festigkeit und Formstabilität bei höheren Temperaturen verbessert ist und einen geringen Festigkeitsverlust durch chemische Einwirkungen erleidet.Against this background, the invention has for its object to improve a cage for rolling elements of a bearing of the type mentioned in such a way that it is improved in terms of its strength and dimensional stability at higher temperatures and suffers little loss of strength due to chemical effects.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Ausgehend von dieser Aufgabe besteht die Erfindung bei einem Käfig für Wälzkörper eines Lagers der eingangs erwähnten Art darin, dass die Schichtdicke der Metallbeschichtung 10 µm bis 200 µm beträgt und die Metallbeschichtung nicht als Legierung ausgeführt ist.Based on this object, the invention for a cage for rolling elements of a bearing of the type mentioned at the outset is that the layer thickness of the metal coating is 10 μm to 200 μm and the metal coating is not designed as an alloy.

Durch die Schichtdicke der Metallbeschichtung von 10 µm bis 200 µm wird eine optimierte Festigkeit und Formstabilität bei höheren Temperaturen auch bei Verwendung eines Kunststoffs mit geringen temperaturabhängigen Festigkeits- und Formstabilitätseigenschaften erreicht, da der Kunststoff im Wesentlichen nur als Kern zur Herstellung des Käfigs dient.The layer thickness of the metal coating from 10 µm to 200 µm ensures optimized strength and dimensional stability at higher temperatures even when using a plastic with low temperature-dependent strength and dimensional stability properties, since the plastic essentially only serves as the core for the manufacture of the cage.

Um günstige Gleiteigenschaften und eine Verminderung des Laufgeräuschs zu erreichen, kann die Metallbeschichtung aus Chrom oder aus Nickel bestehen. To achieve good sliding properties and a reduction in running noise, the metal coating can be made of chrome or nickel.

Chrom oder Nickel mit einer nanokristallinen Struktur und mit einer nanokristallinen Körnung von weniger als 100 nm verleihen dem Käfig bei der genannten Schichtdicke eine ausreichende Festigkeit sowie Formstabilität, und sie verhindern auch bei höheren Temperaturen einen Festigkeitsverlust durch chemische Einwirkung, insbesondere von Schmierstoffen und deren Additiven. Des Weiteren verleihen diese Metalle dem damit beschichteten Käfig günstige Gleiteigenschaften und tragen zur Reduzierung des Laufgeräusches des Wälzlagers bei.Chromium or nickel with a nanocrystalline structure and with a nanocrystalline grain size of less than 100 nm give the cage sufficient strength and dimensional stability at the layer thickness mentioned, and they prevent loss of strength due to chemical action, in particular of lubricants and their additives, even at higher temperatures. Furthermore, these metals give the cage coated with it good sliding properties and contribute to reducing the running noise of the rolling bearing.

Vorzugsweise kann der Grundkörper mit einer vollflächigen Metallbeschichtung versehen sein.The base body can preferably be provided with a full-surface metal coating.

Im Einzelnen kann der Käfig als Fensterkäfig oder als Kammkäfig zum Einschnappen der Wälzkörper ausgebildet sein. Sein Grundkörper besteht aus einem einfachen technischen Kunststoff, der verminderten Ansprüchen an Festigkeit und Formstabilität bei höheren Temperaturen sowie an die Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einwirkung genügt. Die Oberfläche des Käfigs weist eine vollflächige Metallbeschichtung auf, wobei die Schichtdicke so gewählt ist, dass dadurch höhere Ansprüche an Festigkeit, Formstabilität und Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einwirkungen erfüllt werden. Außerdem können sich die Käfigelemente bei einer solchen Beschichtung beim Einschnappen der Wälzkörper elastisch ohne Beschädigung des Grundkörpers und/oder der Beschichtung verformen.In detail, the cage can be designed as a window cage or as a comb cage for snapping the rolling elements. Its basic body consists of a simple technical plastic that meets reduced demands for strength and dimensional stability at higher temperatures as well as for resistance to chemical influences. The surface of the cage has a full-surface metal coating, the layer thickness being selected in such a way that it meets higher demands for strength, dimensional stability and resistance to chemical influences. In addition, with such a coating, the cage elements can deform elastically when the rolling bodies snap in, without damaging the base body and / or the coating.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung des vorstehend definierten Käfigs für ein Rollenlager, beispielsweise für ein Pendelrollenlager. Hierdurch wird eine kostengünstige Variante eines Käfigs für Pendelrollenlager bereitgestellt, die einen Metallkäfig ersetzen kann und die spezielle Anforderungen nach niedrigem Laufgeräusch, beispielsweise bei Personenaufzügen, erfüllt.It is particularly preferred to use the cage defined above for a roller bearing, for example for a spherical roller bearing. This provides an inexpensive variant of a cage for spherical roller bearings which can replace a metal cage and which meets the special requirements for low running noise, for example in the case of passenger elevators.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 eine ausschnittweise, perspektivische Darstellung eines Fensterkäfigs für ein Zylinderrollenlager mit einer bereichsweise angebrachten Metallbeschichtung, und
2 eine ausschnittweise, perspektivische Darstellung eines Fensterkäfigs für ein Zylinderrollenlager mit einer vollflächigen Metallbeschichtung.

The invention is explained below with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing. In the drawing shows

1 a partial, perspective view of a window cage for a cylindrical roller bearing with a metal coating applied in some areas, and
2 a fragmentary, perspective view of a window cage for a cylindrical roller bearing with a full-surface metal coating.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Käfig 1 für ein Wälzlager, beispielsweise einen Fensterkäfig für ein Zylinderrollenlager, der einen ersten Ring 2 und einen zweiten Ring 3 sowie die beiden Ringe 2, 3 verbindende Stege 4 umfasst. 1 shows a section of a cage 1 for a rolling bearing, for example a window cage for a cylindrical roller bearing, the first ring 2 and a second ring 3 as well as the two rings 2 . 3 connecting bars 4 includes.

Der Grundkörper 5 des Käfigs 1 ist einteilig als Spritzgussteil aus einem technischen Kunststoff hergestellt. Eine erste Seitenfläche 6 des ersten Rings 2 und eine erste Seitenfläche 7 des zweiten Rings 3 sind jeweils als Kontaktflächen des Käfigs 1 mit einem Lagerring eines nicht näher dargestellten Wälzlagers ausgebildet.The basic body 5 of the cage 1 is made in one piece as an injection molded part from a technical plastic. A first face 6 of the first ring 2 and a first side surface 7 of the second ring 3 are each as contact surfaces of the cage 1 formed with a bearing ring of a rolling bearing, not shown.

Im Bereich der beiden Kontaktflächen 6, 7 ist jeweils eine Metallbeschichtung 8 vorgesehen, die mit einer Schichtdicke von 10 µm bis 20 µm über den angrenzenden, nicht beschichteten Bereich der jeweiligen Seitenflächen 6, 7 hinausragt. Ein Kontakt zwischen den beiden Ringen 2, 3 und dem Lagerring des Wälzlagers tritt dadurch nicht mehr entlang der gesamten Seitenflächen 6, 7 auf, sondern nur noch im Bereich der Beschichtung 8, wo die verschleißmindernden Eigenschaften des Gefüges mit der nanokristallinen Körnung von weniger als 100 nm wirksam werden.In the area of the two contact surfaces 6 . 7 is a metal coating 8th provided that with a layer thickness of 10 microns to 20 microns over the adjacent, uncoated area of the respective side surfaces 6 . 7 protrudes. A contact between the two rings 2 . 3 and the bearing ring of the rolling bearing no longer occurs along the entire side surfaces 6 . 7 on, but only in the area of the coating 8th , where the wear-reducing properties of the structure with the nanocrystalline grain size of less than 100 nm take effect.

Obwohl die Beschichtung 8 den Grundkörper 5 des Käfigs nur abschnittsweise umgibt, wirkt sie nach Art eines Stützrings, wodurch der Grundkörper 5 und dadurch der Käfig 1 insgesamt mechanisch stabilisiert sind.Although the coating 8th the basic body 5 surrounds the cage only in sections, it acts like a support ring, whereby the base body 5 and thereby the cage 1 are mechanically stabilized overall.

2 zeigt einen Käfig 9 mit einem Grundkörper 5 aus Kunststoff, dessen gesamte Oberfläche vollflächig mit einer Metallbeschichtung 10 aus Chrom oder Nickel versehen ist. Die Schichtdicke zwischen 10 µm und 200 µm ist so gewählt, dass dadurch höhere Ansprüche an Festigkeit, Formstabilität und Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einwirkungen erfüllt werden, sich die Käfigelemente 2, 3, 4 jedoch beim Einschnappen der Wälzkörper elastisch ohne Beschädigung des Grundkörpers 5 und/oder der Beschichtung 10 verformen lassen. Je kleiner die Abmessungen des Käfigs 9 sind, desto kleiner kann auch die Schichtdicke gewählt werden und umgekehrt. 2 shows a cage 9 with a basic body 5 made of plastic, the entire surface of which is covered with a metal coating 10 is made of chrome or nickel. The layer thickness between 10 µm and 200 µm is selected in such a way that the cage elements meet higher demands for strength, dimensional stability and resistance to chemical influences 2 . 3 . 4 however, when the rolling elements snap into place, it is elastic without damaging the basic body 5 and / or the coating 10 deformed. The smaller the dimensions of the cage 9 the smaller the layer thickness can be chosen and vice versa.

Die Beschichtung 8, 10 lässt sich durch ein elektrochemisches Verfahren durch Abscheidung aus der Gasphase oder durch Sputtern aufbringen, wobei in Abhängigkeit vom verwendeten Kunststoff für den Grundkörper 5 vorgesehen sein kann, dass zunächst eine Haftschicht und danach die Metallschicht aufgebracht werden.The coating 8th . 10 can be applied by an electrochemical process by deposition from the gas phase or by sputtering, depending on the plastic used for the base body 5 it can be provided that an adhesive layer is applied first and then the metal layer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KäfigCage
22: Erster RingFirst ring
33: Zweiter RingSecond ring
44: Stegweb
55: Grundkörperbody
66: Erste Seitenfläche des ersten RingsFirst side surface of the first ring
77: Erste Seitenfläche des zweiten RingsFirst side surface of the second ring
88th: Beschichtungsbereichcoating area
99: KäfigCage
1010: Vollflächige BeschichtungFull surface coating

Claims

Cage (1, 9) for rolling elements of a bearing, comprising a base body (5) made of plastic and a coating (8, 10) made of a metal with a structure with a nanocrystalline grain size of less than 100, which is attached at least in sections to the base body (5) nm, characterized in that the layer thickness of the metal coating (8, 10) is 10 µm to 200 µm and the metal coating (8, 10) is not designed as an alloy.

Cage after Claim 1 , characterized in that the metal coating (8, 10) consists of chrome.

Cage after Claim 1 , characterized in that the metal coating (8, 10) consists of nickel.

Cage after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the base body (5) is provided with a full-surface metal coating (10).

Cage after one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the cage (9) is designed as a window cage or as a comb cage for snapping the rolling elements, that the base body (5) made of plastic has a full-surface metal coating (10), and the cage elements (2, 3, 4) can be deformed elastically when the rolling bodies snap in without damaging the base body (5) and / or the coating (10).

Use of the cage according to one of the Claims 1 to 5 for a roller bearing.