DE102012216650A1

DE102012216650A1 - Käfig für ein Wälzlager

Info

Publication number: DE102012216650A1
Application number: DE201210216650
Authority: DE
Inventors: Martin Schreiber; Nico Kirchhoff
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, umfassend ein Grundkorpus (2) aus einem Kunststoff, und eine an dem Grundkorpus (2) befestigte metallische Beschichtung (3), insbesondere aus einem Metall mit einem nanokristallinen Gefüge. Die Aufgabe, einen leichtbauenden Käfig insbesondere für Anwendungen bei höheren Temperaturen anzugeben, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Beschichtung (3) im Bereich der Taschen des Käfigs ausgespart ist, und dass das Grundkorpus (2) des Käfigs einen in den Kunststoff eingelagerten Festschmierstoff enthält.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Käfig nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Wälzlager nach Anspruch 9.
Anwendungen bei höheren Temperaturen, insbesondere mehr als ca. 200 °C, sowie bei Mangelschmierung stellen erhöhte Anforderungen insbesondere an das Material der Käfige, die die Wälzkörper von Wälzlagern in Taschen führen.
Ein Käfig, dessen Korpus vollständig aus Graphit ausgebildet ist, ist insbesondere aufgrund der Sprödigkeit des Korpus nur bedingt geeignet.
WO 2009/135477 A1 beschreibt einen Käfig zur Führung der Wälzkörper eines Wälzlagers in Käfigtaschen, wobei das Korpus des Käfigs ein Grundkorpus aus einem Kunststoff umfasst, und eine an dem Grundkorpus befestigte metallische Beschichtung, die aus einem Metall mit einem nanokristallinen Gefüge ausgebildet ist. Die nanokristalline metallische Beschichtung ist dort vorgesehen, wo Reibung auftritt, nämlich im Bereich der Umfangsflächen des Käfigs sowie im Bereich der Taschen des Korpus, um die Reibung zwischen dem Wälzkörper und der Wandung der Tasche des Korpus zu vermindern. Insbesondere ist vorgesehen und beschrieben, dass die Beschichtung das Grundkorpus des Korpus des Käfigs vollständig bedeckt.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen leichtbauenden Käfig insbesondere für Anwendungen bei höheren Temperaturen anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für den eingangs genannten Käfig dadurch gelöst, dass die Beschichtung im Bereich der Taschen des Käfigs ausgespart ist, und dass das Grundkorpus des Käfigs einen in den Kunststoff eingelagerten Festschmierstoff enthält.
Der Festschmierstoff stellt im Bereich der Taschen aufgrund der dort fortgelassenen metallischen Beschichtung die Schmierung der Wälzkörper sicher. Die metallische Beschichtung ist insbesondere in solchen Abschnitten der auf den Wälzkörper weisenden Wandung der Taschen ausgespart, bei denen ein Kontakt des Wälzkörpers mit der Wandung der Tasche auftritt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung ausschließlich im Bereich der Tasche ausgespart ist, und dass die Beschichtung die übrige Oberfläche des Käfigs bedeckt. Die Beschichtung ist insbesondere im Bereich der Seiten- und Umfangsflächen des Korpus des Käfigs vorgesehen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Festschmierstoff Graphit, PTFE oder Aramid umfasst. Die beispielhaft genannten Festschmierstoffe können als Partikel oder Fasern in der Kunststoff-Matrix des Grundkorpus des Käfigs vorliegen; insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Festschmierstoff ausschließlich in der Nähe der von der Beschichtung ausgesparten Abschnitte der Wandung der Tasche vorliegt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mittlere Korngröße der nanokristallinen Beschichtung weniger als ca. 300 Nanometer beträgt. Hierbei entsteht ein dichtes, mechanisch stabiles Gefüge ohne Poren, so dass die nanokristalline Beschichtung das Korpus des Käfigs stabilisiert, insbesondere auch dann, wenn bei höheren Temperaturen der Kunststoff des Grundkorpus etwas erweicht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Korpus des Käfigs eine Oberflächenhärte von mehr als ca. 300 HV aufweist. Die Oberflächenhärte lässt sich beispielsweise durch die Wahl des Materials der nanokristallinen Beschichtung sowie der Schichtdicke der Beschichtung einstellen und ist im wesentlichen unabhängig von der Wahl des Materials des Kunststoffs des Grundkorpus.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Metall der Beschichtung ausgewählt ist aus: Nickel, Kobalt, Eisen, Silber, Titan, Kupfer und Legierungen dieser Elemente.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung als chemische NiP-Beschichtung, insbesondere als nanokristalline chemische NiP-Beschichtung, ausgebildet ist. Die Beschichtung ist dabei als sogenannte ‚chemisches Nickel’ ausgebildet und weist im wesentlichen metallische Eigenschaften auf; dabei handelt es sich um eine naßchemisch, nichtgalvanisch abgeschiedene Nickel-Phosphor-Legierung.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die metallische Beschichtung eine Schichtdicke von ca. 20 Mikrometern bis ca. 500 Mikrometern aufweist.
Die Erfindung betrifft weiter ein Wälzlager mit einem erfindungsgemäßen Käfig, wobei ein derartiges Wälzlager für Anwendungen bei der Stahl- oder Aluminiumherstellung, bzw. bei der Verarbeitung von Stahl oder Aluminium in Härteöfen, bei Folienkalandern, in Ofenwagen oder Chargierwagen bzw. in Backvorrichtungen wie Waffelbackautomaten vorgesehen sein kann.
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 Figuren
1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer geschnittenen Ansicht eines erfindungsgemäßen Käfigs.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
1 zeigt einen Käfig, dessen Korpus 1 ein Grundkorpus 2 aus einem Kunststoff, insbesondere aus PEEK, sowie eine an dem Grundkorpus 2 befestigte metallische Beschichtung 3 umfasst, wobei die metallische Beschichtung 3 ein nanokristallines Gefüge umfasst.
Es ist vorgesehen, dass das Grundkorpus 2 des Käfigs einen in den Kunststoff eingelagerten Festschmierstoff enthält; der Festschmierstoff umfasst Partikel aus Graphit, deren einer mit dem Bezugszeichen ‚4’ versehen ist.
Das Grundkorpus 2 des Korpus 1 des Käfigs umfasst zwei Seitenringe 5, 6 sowie Stege 7, die die Seitenringe 5, 6 miteinander verbinden, und wobei zwei in Umfangsrichtung des Käfigs benachbarte Stege 7 jeweils eine Tasche begrenzen, in der ein Wälzkörper aufgenommen ist.
Die Schnittebene der Darstellung in 1 ist so gelegt, dass die Fläche einer auf den Wälzkörper weisenden Wandung 8 des Stegs 7 erkennbar ist, weiter wird die Tasche durch Seitenflächen 9, 10 begrenzt, an denen jeweils eine Stirnfläche des Wälzkörpers geführt wird. Im Betrieb kommt der Wälzkörper mit seiner im wesentlichen zylindrischen Mantelfläche mit der Wandung 8 des Stegs 7 sowie mit seinen Stirnflächen mit den beiden Seitenflächen 9, 10 in Kontakt, so dass die Tasche durch die Wandung 8 des Stegs 7 und die beiden Seitenflächen 9, 10 (sowie eine außerhalb der Papierebene befindliche weitere Wandung eines weiteren Stegs) begrenzt wird.
Für die Beschichtung 3 ist vorgesehen, dass die Beschichtung 3 im Bereich der Taschen des Käfigs ausgespart ist, so dass die Wandung 8 sowie die beiden Seitenfläche 9, 10 der Tasche gerade keine Beschichtung aufweisen. Der Wälzkörper kommt im Bereich der Wandung 8 sowie der beiden Seitenflächen 9, 10 direkt mit dem Kunststoff-Material des Grundkorpus 2 in Kontakt, insbesondere auch mit dem Partikeln 4 des Kunststoffs.
Für die Beschichtung 3 ist weiter vorgesehen, dass die Beschichtung 3 ausschließlich im Bereich der Tasche, also an den Flächen der Wandung 8 sowie der Seitenflächen 9, 10, ausgespart ist, und dass die Beschichtung 3 die übrige Oberfläche des Käfigs bedeckt. Die Beschichtung 3 überdeckt damit die Seitenflächen bzw. die Stirnflächen der beiden Seitenringe 5, 6 sowie die Stirnfläche 11 des Stegs 7.
Die auf das Grundkorpus 2 insbesondere nass-chemisch abgeschiedene Beschichtung 3 ist so ausgebildet, dass die mittlere Korngröße der Kristallite der nanokristallinen Beschichtung weniger als ca. 300 Nanometer beträgt. Weiter ist vorgesehen, dass das Korpus 1 des Käfigs in den mit der Beschichtung 3 versehenen Oberflächenabschnitten eine Oberflächenhärte von mehr als ca. 300 HV aufweist. Die Beschichtung ist insbesondere aus Nickel ausgebildet, kann aber beispielsweise auch aus einem Metall mit selbstschmierenden Eigenschaften wie Silber oder Gold ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung als chemische NiP-Beschichtung, insbesondere als nanokristalline chemische NiP-Beschichtung, ausgebildet ist, wobei sog. ‚chemisches Nickel’ naßchemisch, aber nicht galvanisch, als Nickel-Phosphor-Legierung mit metallischen Eigenschaften abgeschieden ist.
Die Beschichtung 3 weist eine Schichtdicke von ca. 20 Mikrometern bis ca. 500 Mikrometern auf, insbesondere eine im wesentlichen konstante Schichtdicke von ca. 250 Mikrometern.
In einer Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels könnten andere Festschmierstoffe, wie Partikel oder Fasern von PTFE oder Aramid, ergänzend oder anstelle der Graphit-Partikel 4 in dem Kunststoff des Grundkorpus 2 vorgesehen sein.
In einer weiteren Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels könnten andere Metalle als Material der nanokristallinen Beschichtung, insbesondere Kobalt, Eisen, Kupfer oder eine Legierung, insbesondere eine Legierung der drei vorgenannten Metalle oder eine Nickellegierung, als Material der Beschichtung vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Korpus
2: Grundkorpus
3: Beschichtung
4: Partikel Festschmierstoff
5: Seitenring
6: Seitenring
7: Steg
8: Wandung
9: Seitenfläche
10: Seitenfläche
11: Stirnfläche des Stegs 7

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/135477 A1 [0004]

Claims

Käfig für ein Wälzlager, umfassend ein Grundkorpus (2) aus einem Kunststoff, und eine an dem Grundkorpus (2) befestigte metallische Beschichtung (3), insbesondere aus einem Metall mit einem nanokristallinen Gefüge, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) im Bereich der Taschen des Käfigs ausgespart ist, und dass das Grundkorpus (2) des Käfigs einen in den Kunststoff eingelagerten Festschmierstoff enthält.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) ausschließlich im Bereich der Tasche ausgespart ist, und dass die Beschichtung (3) die übrige Oberfläche des Käfigs bedeckt.
Käfig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff Graphit, PTFE oder Aramid umfasst.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße der nanokristallinen Beschichtung weniger als ca. 300 Nanometer beträgt.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus (1) des Käfigs eine Oberflächenhärte von mehr als ca. 300 HV aufweist.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Beschichtung (3) ausgewählt ist aus: Nickel, Kobalt, Eisen, Silber, Titan, Kupfer und Legierungen dieser Elemente.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als chemische NiP-Beschichtung, insbesondere als nanokristalline chemische NiP-Beschichtung, ausgebildet ist.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (3) eine Schichtdicke von ca. 20 Mikrometern bis ca. 500 Mikrometern aufweist.
Wälzlager, umfassend einen Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8.