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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Wälzlager nach Anspruch 7 mit einem Käfig.
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Aus dem Stand der Technik sind Käfige zur Führung der Wälzkörper eines Wälzlagers bekannt. Es ist weiter bekannt, dem Material des Korpus eines Käfigs Beimischungen wie Graphit, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Molybdändisulfid zuzugeben, die im Fall einer Mangelschmierung des Wälzlagers als Trockenschmierstoff wirken und eine gewisse Schmierwirkung entfalten können.
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Eine verbesserte Schmierwirkung, insbesondere in Fall einer Mangelschmierung, sollte sich jedoch durch flüssige Schmierstoffe erzielen lassen, deren Einlagerung in das Material des Korpus des Käfigs problematisch ist.
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DE 10 2004 058 518 A1 beschreibt einen Käfig für ein Wälzlager, umfassend ein Korpus aus einer Matrix eines Duroplasten, nämlich aus einer faserverstärkten Matrix eines ausgehärteten Epoxid-Harzes, wobei in das Korpus ein Fest-Schmierstoff eingelagert ist, nämlich insbesondere PTFE, sowie ein niederviskoses Öl, das eine Schmierwirkung erzeugt, eingelagert ist, wobei das niederviskose Öl unmittelbar in der ausgehärteten Matrix eingelagert ist, wozu die ausgehärtete Matrix des Korpus des Käfigs nachträglich in einem Vakuum in einem Reaktor zu behandeln ist, so dass das Öl durch die Kapillaren von Baumwollfasern in das Korpus des Käfigs eingelagert wird.
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DE 24 47 389 C3 beschreibt ein Material für ein Lager, nämlich einen Gleitbelag für ein Gleitlager, das aus einem ausgehärteten, faserverstärkten Harz ausgebildet ist, wobei in die faserverstärkte Matrix des Harzes ein in Kapseln von ca. 50 Mikrometern aufgenommener, mikroverkapselter Schmierstoff wie ein Schmieröl oder ein Schmierfett aufgenommen ist.
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JP 2008 169925 AA beschreibt einen Axiallagerkäfig aus einem Thermoplasten, nämlich einem Polyamid 66 (Absatz 0020), wobei der Thermoplast beispielsweise aus einem Granulat hergestellt sein kann, in das Glasfasern eingelagert sind (Absatz 0017), wobei in dem Thermoplasten, nämlich dem Polyamid 66 mit einem Massenanteil von 2 bis 55 Prozent Kapseln mit einem Schmiermittel, nämlich Poly-alpha-Olefin, eingelagert sind. Der Thermoplast, nämlich das glasfaserverstärkte Polyamid-66, wird in dem Abstract mit der missverständlichen Bezeichnung ‚synthetic resin’ versehen.
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Der Einsatz verkapselter Duftstoffe für beispielsweise Wäsche ist beispielsweise aus der
US 2010/0009893 A1 grundsätzlich bekannt. Weiter beschreibt die
WO 2007/110383 A1 die Verwendung von mikro-verkapselten lipophilen Stoffen in Kosmetika.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen einfach herzustellenden Käfig anzugeben, der im Fall einer Mangelschmierung verbesserte Schmiereigenschaften aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für den eingangs genannten Käfig dadurch gelöst, dass der Schmierstoff in nanoverkapselter Form in dem Korpus angeordnet ist.
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Die Nanokapseln lassen sich in hoher Volumendichte, ohne die mechanischen Eigenschaften des Käfigs wesentlich zu beeinflussen, in der Matrix aufnehmen, insbesondere lassen sich die Nanokapseln dort konzentrieren, wo im Fall einer Mangelschmierung eine erhöhte Reibung und somit ein erhöhter Bedarf an einem Schmierstoff auftritt.
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Die Nanokapseln weisen dabei eine längste Abmessung von weniger als ca. 3 Mikrometer auf, insbesondere ca. einige Hundert Nanometer, und schließen in einer temperaturbeständigen, druck-, insbesondere formstabilen, harten Wandung von beispielsweise ca. 200 Nanometer Dicke aus einem Material wie beispielsweise Melaminformaldehyd, Polymethacrylat, Polyethersulfon oder dergleichen einen Schmierstoff, beispielsweise ein Schmieröl, von im wesentlichen flüssiger Konsistenz, das jedoch unterschiedliche Viskosität aufweisen kann.
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Die Nanokapseln lassen sich während der Herstellung des Käfigs einfach einfügen, beispielsweise, indem eine Dispersion aus den Nanokapseln und einer Trägerflüssigkeit wie Wasser oder Ethanol, in der die Nanokapseln in hoher Konzentration vorliegen, in das noch flüssige Harz eingebracht wird, bevor die Mischung aus dem Harz und der Dispersion die Fasern benetzt. Nach dem Benetzen verflüchtigt sich die Trägerflüssigkeit.
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Alternativ ist es auch möglich, die Fasern mit den Nanokapseln zu versehen, beispielsweise die Fasern mit einer Dispersion aus den Nanokapseln und einer flüchtigen Trägerflüssigkeit wie Wasser oder Ethanol zu benetzen, so dass die Nanokapseln durch kurzreichweitige molekulare Kräfte an den Fasern gehalten werden, und danach die mit den Nanokapseln versehenen Fasern mit Harz zu benetzen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Nanokapseln einen Durchmesser von weniger als ca. 3 Mikrometern und eine Wandstärke von ca. 200 Nanometern aufweisen. Derartige Nanokapseln lassen sich so herstellen, dass ein für Wälzlager geeignetes Schmieröl aufgenommen werden kann und behalten unter den Betriebsbedingungen des Wälzlagers ihre Dichtigkeit, bis die Wandung der Nanokapsel mechanisch, durch ein Abschleifen bei dem Einsetzen einer Reibung mit abrasiven Verschleiß, insbesondere im Fall einer Mangelschmierung, aufgebrochen wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schmierstoff ein Schmieröl, insbesondere ein hochviskoses Schmieröl, umfasst.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Nanokapseln einen Volumenanteil von ca. 3 Volumenprozent bis ca. 20 Volumenprozent, insbesondere von ca. 5 Volumenprozent, aufweisen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Konzentration der Nanokapseln zu der Oberfläche des Korpus des Käfigs hin zunimmt. Die Nanokapseln lassen sich insbesondere in solchen Abschnitten der Oberfläche konzentrieren, bei denen eine verstärkte Reibung auftritt, beispielsweise in den Wandungen der Taschen, bei denen die Wälzkörper in Kontakt mit der Wandung der Tasche treten, oder solchen Abschnitten der Seitenfläche des Käfigs, an denen der Käfig an den Lagerringen geführt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Nanokapseln nur gegen Ende des Wickelprozesses der Harzmatrix bzw. den Fasern zugesetzt werden, so dass die Nanokapseln in den zuletzt gewickelten Lagen der Matrix vorgesehen sind, also insbesondere an der Außenfläche des Korpus des Käfigs.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Konzentration der Nanokapseln zu den Fasern der Matrix des ausgehärteten Harzes hin zunimmt. Wird durch Reibung eine der Fasern der Matrix freigelegt, tritt aus den an die freigelegte Fasern benachbarten Nanokapseln der Schmierstoff aus und stellt sicher, dass zwischen der freigelegten Faser und der Gegenfläche ein Schmierstofffilm ausgebildet wird, so dass das unterschiedliche Reibverhalten des Materials der Faser und der ausgehärteten Matrix sich nicht ungünstig bemerkbar macht.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt ausschnittsweise schematisch eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Käfigs für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers.
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Detaillierte Beschreibung der Figuren
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1 zeigt einen Käfig zur Aufnahme von kugelförmigen Wälzkörpern eines nicht weiter dargestellten Wälzlagers, wobei die Wälzkörper in Taschen aufgenommen sind, deren eine mit dem Bezugszeichen ‚1’ ausgewiesen ist. Die Taschen 1 sind in das Korpus 2 des Käfigs beispielsweise spanend eingearbeitet.
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Das Korpus 2 ist aus einer Matrix eines Duroplasten, nämlich aus einer faserverstärkten Matrix eines ausgehärteten Harzes, ausgebildet, wobei bei der Herstellung des Korpus 2 des Käfigs vorgesehen war, dass Fasern, die insbesondere auch als Gewebe vorliegen können, mit dem flüssigen Harz getränkt werden und der noch feuchte Verbund um einen Dorn gewickelt wird, an dem das Harz der Matrix aushärtet, wonach in das Zwischenteil aus der ausgehärteten, faserverstärkten Matrix beispielsweise die Taschen 1 eingearbeitet werden.
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Von den Fasern ist eine mit dem Bezugszeichen ‚3’ ausgewiesen und wird durch ein dreieckiges Symbol wiedergegeben. Die für das Ausführungsbeispiel vorgesehenen Fasern 3 weisen einen Durchmesser von ca. 50 Mikrometern sowie einen im wesentlichen runden Querschnitt. Die Fasern 3 sind als Einzelstränge vorgesehen, könnten jedoch, in einer Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels, auch als Teile eines Gewebes oder Gespinstes vorgesehen sein.
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In das Korpus 2 des Käfigs ist ein Schmierstoff eingelagert; der Schmierstoff ist ein Schmieröl, insbesondere ein hochviskoses Schmieröl, wobei der Schmierstoff in nanoverkapselter Form in dem Korpus 2 des Käfigs angeordnet und aufgenommen ist.
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Der Schmierstoff, insbesondere das hochviskose Schmieröl, ist in Nanokapseln aufgenommen, deren eine mit dem Bezugszeichen ‚4’ ausgewiesen ist, wobei die schematisch ausgewiesenen Nanokapseln 4 zur Unterscheidung von den Fasern 3 durch ein rundes Symbol ausgewiesen sind.
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Für die Nanokapseln 4 ist vorgesehen, dass diese einen Durchmesser von weniger als ca. 3 Mikrometern und eine Wandstärke von ca. 200 Nanometern aufweisen. Der Durchmesser der Nanokapseln 4 ist damit deutlich geringer, um insbesondere eine Größenordnung, also um einen Faktor von mindestens ca. 10, geringer, als der Durchmesser der Fasern 3.
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Weiter ist vorgesehen, dass die Nanokapseln 4 einen Volumenanteil von ca. 3 Volumenprozent bis ca. 20 Volumenprozent, nämlich von ca. 5 Volumenprozent, aufweisen, und mit diesem Volumenanteil von ca. 5 Volumenprozent in der durch die Fasern 3 verstärkten ausgehärteten Harz-Matrix aufgenommen sind.
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1 zeigt weiter, dass die Konzentration der Nanokapseln 4, nämlich die Anzahl der Nanokapseln 4 pro Volumeneinheit, zu einem Abschnitt der Oberfläche 5 des Korpus 2, nämlich zu der oberen Seitenfläche 6 des Korpus 2 des Käfigs hin, zunimmt. Dabei ist der Käfig so ausgebildet, dass im Fall von Mangelschmierung eine verstärkte Reibung an dieser oberen Seitenfläche 6 auftritt.
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Weiter war bei der Herstellung des Korpus 2 des Käfigs vorgesehen, dass die Fasern 3 vor dem Benetzen mit dem Harz mit den Nanokapseln 4 bestäubt wurden, so dass für das Korpus 2 nach dem Aushärten des Harzes erreicht wird, dass die Konzentration, also die Anzahl der Nanokapseln 4 pro Volumeneinheit, zu den Fasern 3 der Matrix des ausgehärteten Harzes hin zunimmt.
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Das den Käfig mit dem Korpus 2 aufweisende Wälzlager kann insbesondere als Fanglager für eine beispielsweise magnetgelagerte Welle vorgesehen sein, so dass bei einem Ausfall der Magnetlager die Welle in das Fanglager mit dem Käfig fällt, und der in den Nanokapseln 4 aufgenommene Schmierstoff über einen langen Zeitraum, während des Stillstands des Fanglagers, insbesondere unter Luftabschluss erhalten bleibt und bei Bedarf, nämlich bei Ausfall des Magnetlagers, kurzfristig freigesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tasche
- 2
- Korpus des Käfigs
- 3
- Faser
- 4
- Nanokapsel
- 5
- Oberfläche
- 6
- obere Seitenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004058518 A1 [0004]
- DE 2447389 C3 [0005]
- JP 2008169925 AA [0006]
- US 2010/0009893 A1 [0007]
- WO 2007/110383 A1 [0007]
