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Vorliegende Ausführungsbeispiele liegen auf dem Gebiet der Lagerkäfigelemente und der Verfahren zum Herstellen eines Lagerkäfigelements.
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In vielen Bereichen der Technik werden Wälzlager eingesetzt, welche zumeist einen Lagerkäfig zum Führen von Wälzkörpern aufweisen. Je nach Einsatzgebiet können dabei unterschiedlich starke Kräfte oder abrupte Änderungen von wirkenden Kräften auf den Lagerkäfig wirken. Lagerkäfige können dabei aus verschiedenen Materialien gefertigt sein, beispielsweise Metalle oder Legierungen wie etwa Stahl, oder auch aus Kunststoffen, sodass materialtechnische Eigenschaften, wie z. B. Bruch- oder Zugfestigkeit, oder Temperaturbeständigkeit einem jeweiligen Anwendungsgebiet individuell angepasst werden können. Dennoch können überhöhte Belastungen, die unter anderem zu Brüchen von Lagerkäfigen führen können, in vielen Fällen nicht vermieden werden, da die Lagerkäfige mechanische Schwachstellen aufweisen können, beispielsweise an Anschnitten, Bindenähten oder Übergängen zwischen Käfigstegen und Käfigborden. Diese Schwachstellen können beispielsweise fertigungsbedingt bei gegossenen Lagerkäfigen auftreten. Ferner können die durch derartige Schwachstellen möglicherweise eintretenden Folgen auch bei anderen Bauteilen oder Strukturen auftreten, welche mit einem Gussverfahren hergestellt werden.
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Es ist daher wünschenswert, verbesserte Belastungseigenschaften bei Lagerkäfigen, und somit eine längere Lebensdauer und verringerten Wartungsaufwand, zu bewirken.
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Diesen Anforderungen tragen ein Lagerkäfigelement und ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerkäfigelements gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.
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Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Lagerkäfigelement, welches einen Polymerwerkstoff mit einer Mehrzahl von entlang einer gemeinsamen Vorzugsrichtung ausgerichteten Fasern und/oder Makromolekülen aufweist. Dies kann eine größere Stabilität des Käfigs gegen Zugspannungen, Schläge oder andere Belastungen bewirken, wodurch sich eine Lebensdauer des Käfigs verlängern kann. Wartungsprozesse können so reduziert werden.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Lagerkäfigelement wenigstens einen Käfigsteg auf. Dabei ist die Vorzugsrichtung der Fasern und/oder Makromoleküle innerhalb des wenigstens einen Käfigstegs eine Axialrichtung. Die Vorzugsrichtung kann so an einen Verlauf einer Käfigstruktur angepasst werden, wodurch eine Verbesserung der Stabilität des Käfigs im Bereich des Käfigstegs ermöglicht werden kann.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen weist das Lagerkäfigelement wenigstens ein Käfigbord auf. Dabei ist die Vorzugsrichtung der Fasern und/oder Makromoleküle innerhalb des wenigstens einen Käfigbords eine Umfangsrichtung. Die Vorzugsrichtung kann so an einen Verlauf einer Käfigstruktur angepasst werden, wodurch eine Verbesserung der Stabilität des Käfigs auch im Bereich des Käfigbords ermöglicht werden kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen sind wenigstens 50 Prozent der Fasern und/oder Makromoleküle parallel zu der Vorzugsrichtung orientiert. Somit kann eine weitere Verbesserung der Stabilität erzielt werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Fasern eine Länge von mindestens 0,1 mm und höchstens 15 mm auf. Ein Ausrichten der Fasern in Vorzugsrichtung kann so ggf. erleichtert, und ein Verwirren von Fasern vermieden werden, wodurch möglicherweise ein Kompromiss aus vereinfachter Ausrichtung und Stabilität verbessert werden kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Polymerwerkstoff ein thermoplastischer Kunststoff. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der Polymerwerkstoff ein duroplastischer Kunststoff.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Fasern einen von dem Polymerwerkstoff verschiedenen Werkstoff auf. Somit kann der Werkstoff der Fasern entsprechend einer gewünschten Belastbarkeit oder einer anderen Eigenschaft des Käfigs wählbar sein.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen umfassen die Fasern Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kunststofffasern oder Metallfasern. Somit kann der Werkstoff der Fasern entsprechend einer gewünschten Belastbarkeit oder einer anderen Eigenschaft des Käfigs wählbar sein.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann eine belastungssteigernde Wirkung auch durch gezielte Orientierung der Makromoleküle des Polymers in die Vorzugsrichtung gebildet werden (Eigenverstärkung). Dadurch kann eine Beimengung eines weiteren Stoffes möglicherweise entfallen, wodurch sich ein Herstellungsprozess vereinfachen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerkäfigelements aus einem Polymerwerkstoff mit einer Mehrzahl von Fasern. Das Verfahren umfasst ein Einbringen des Polymerwerkstoffs in flüssigem Zustand in eine Spritzgussform. Das Verfahren umfasst zudem ein Ausbilden einer gemeinsamen Vorzugsrichtung der Fasern und/oder Makromoleküle vor einem Aushärten des Polymerwerkstoffs in der Spritzgussform. Dies kann unter Umständen ein Bereitstellen eines Lagerkäfigelements mit verbesserten Belastungseigenschaften bewirken. Eine Lebensdauer eines Käfigs oder eines Wälzlagers kann so erhöht werden.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen weist der Polymerwerkstoff bereits beim Einbringen Fasern aus einem von dem Polymerwerkstoff verschiedenen Werkstoff auf. Somit kann der Werkstoff der Fasern entsprechend einer gewünschten Belastbarkeit oder einer anderen Eigenschaft des Käfigs wählbar sein.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen erfolgt das Ausbilden der Vorzugsrichtung durch ein Erzeugen einer Strömung innerhalb des flüssigen Polymerwerkstoffs in die Vorzugsrichtung. Dies kann eine Möglichkeit bieten, Fasern und/oder Makromoleküle durch mechanische Hilfsmittel entlang der Vorzugsrichtung auszurichten.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Strömung durch ein Ausüben einer Druckkraft oder Trägheitskraft erzeugt.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird die Strömung durch ein Heben und Senken wenigstens eines an die Spritzgussform angebundenen Kolbens erzeugt.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Strömung durch ein phasenversetztes Heben und Senken von vier Kolben erzeugt. Dabei liegen sich zwei der vier Kolben im Bereich des Käfigbordes, und zwei weitere der vier Kolben im Bereich eines weiteren Käfigbordes einander gegenüber. Dies kann beispielhaft eine konkrete Implementierung darstellen, durch die ggf. die Strömung auch umkehrbar sein kann. Anders ausgedrückt kann ein Hin- und Herbewegen der Spritzgussmasse entlang der Vorzugsrichtung möglich werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfassen die von der Spritzgussmasse umfassten Fasern einen ferromagnetischen Stoff. Dabei erfolgt das Ausbilden der gemeinsamen Vorzugsrichtung der Fasern der Spritzgussmasse durch ein Anlegen eines magnetischen Feldes. Dadurch kann ein Erzeugen einer Strömung möglicherweise entfallen, und eine Ausrichtung der Fasern vereinfacht werden. Somit kann beispielsweise eine Implementierung möglich werden, bei der zusätzliche Hilfsmittel wie Druckvorrichtungen an der Spritzgussform unter Umständen entfallen können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
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1 eine Seitenansicht eines Lagerkäfigelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Lagerkäfigelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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3 eine Seitenansicht einer Spritzgussform zum Herstellen eines Lagerkäfigelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
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Herkömmliche thermoplastische oder duroplastische Kunststoffkäfige für Wälzlager, welche z. B. in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden können, können prozessbedingt aufgrund von ungünstiger Orientierung von Makromolekülen und Verstärkungsfasern an verschiedenen Käfigpositionen mechanische Schwachstellen aufweisen. Dies kann beispielsweise Käfigpositionen im Bereich der Anschnitte, Bindenähte oder Übergänge der Käfigstege zu den Käfigborden betreffen. In Folge können solche Käfige im Bereich der mechanischen Schwachstellen möglicherweise nur einen Bruchteil, z. B. 50–70 % ihrer sonstigen Materialfestigkeit erreichen. Bei starker mechanischer Beanspruchung können herkömmliche Kunststoffkäfige deshalb bevorzugt im Bereich dieser mechanischen Schwachstellen brechen. Konventionell bei manchen Fensterkäfigen installierte Überläufe im Bereich der Bindenähte können hingegen zusätzlichen Materialabfall erzeugen und lediglich geringfügig die Bindenahtfestigkeit durch minimale Verschiebung der Bindenahtgrenzen verbessern.
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Durch Ausführungsbeispiele kann es möglich werden, eine um 10–100 % erhöhte Festigkeit, Bruchdehnung oder Schlagzähigkeit eines Lagerkäfigelements insbesondere im Bereich von Anschnitten, Bindenähten oder Übergängen zwischen Käfigstegen und Käfigborden zu erreichen. 1 zeigt ein Lagerkäfigelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches einen Polymerwerkstoff mit einer Mehrzahl von entlang einer gemeinsamen Vorzugsrichtung ausgerichteten Fasern 105 aufweist. Alternativ oder zusätzlich zu den Fasern 105 können auch Makromoleküle des Polymerwerkstoffes entlang der Vorzugsrichtung ausgerichtet sein. Dies kann eine größere Stabilität des Käfigs bewirken, die Lebensdauer des Käfigs verlängern, und so eine Häufigkeit von Wartungsprozessen möglicherweise reduzieren.
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Das Lagerkäfigelement 100 ist in 1 beispielhaft als vollständiger Käfig gezeigt, kann jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen auch lediglich ein Käfigsegment sein. Das Käfigsegment kann dabei ein Kreissegment sein, welches sich z. B. über 120° oder 180° erstreckt, und welches mit einem oder mehreren gleichartigen oder komplementären Segmenten zu einem vollständigen Käfig zusammengesetzt werden kann. Das Käfigsegment kann ferner auch lediglich ein Käfigbord und/oder mehrere Käfigstegabschnitte umfassen, und mit einem weiteren Käfigsegment, welches ein weiteres Käfigbord und/oder mehrere weitere Käfigstegabschnitte umfasst, zu einem vollständigen Käfig zusammengesetzt werden. Anders ausgedrückt kann der Käfig entlang einer Ebene teilbar sein, welche eine Symmetrieachse 110 des Käfigs umfasst, oder welche eine Radialrichtung 115 umfasst.
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Ein Käfigbord kann beispielsweise durch eine in Umfangrichtung verlaufende Struktur gebildet werden, welche eine axiale Bewegung von Wälzkörpern begrenzt, und von der mehrere Käfigstege in axialer Richtung abzweigen. Ein Käfigsteg kann eine Struktur sein, welches eine Bewegung von Wälzkörpern in Umfangsrichtung begrenzt, die Wälzkörper führt oder eine Kollision zwischen Wälzkörpern untereinander verhindert.
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Eine Faser kann z. B. ein Element oder ein Bauteil sein, das in eine Richtung, beispielsweise eine Haupterstreckungsrichtung, eine wesentlich größere Ausdehnung aufweist als in eine zweite und in eine dritte Richtung, welche mit der ersten Richtung gemeinsam ein Koordinatensystem aufspannen. Die Ausdehnung der Faser kann eventuell in die erste Richtung um mindestens einen Faktor 10, 100, 1.000, 10.000 oder 100.000 größer sein, als in die beiden anderen Richtungen. Die Faser kann dabei senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung, also der ersten Richtung, jedweden Querschnitt aufweisen, beispielsweise Kreis, Rechtecke, Viereck, Oval oder dergleichen. Die Faser kann entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung eine Mehrzahl von Faserabschnitten aufweisen. Ein Faserabschnitt kann zum Beispiel jedwede Länge, die gleich oder kleiner als die Faserlänge ist, aufweisen. Einzelne Faserabschnitte der Faser können dabei gegebenenfalls parallel zueinander angeordnet sein, sich kreuzen oder zu einer Masche geformt sein. Die Faser kann unter Umständen als Einzelfaser oder auch in einem Faserbündel angeordnet sein. Die Mehrzahl an Fasern 105 kann weiterhin einen Werkstoff umfassen, der von dem Polymerwerkstoff verschieden ist. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Fasern 105 vor einem Spritzgussverfahren dem Polymerwerkstoff beigemengt werden.
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Dass die Mehrzahl an Fasern 105 entlang einer gemeinsamen Vorzugsrichtung ausgerichtet ist, kann hierbei beispielsweise bedeuten, dass, bezogen auf wenigstens einen Abschnitt einer Faser, bis zu 5°, 10° oder 20° Abweichung der Haupterstreckungsrichtung von einer Parallelen der Vorzugsrichtung möglich sein können. Der Begriff „Vorzugsrichtung“ kann ferner bedeuten, dass die Ausrichtung der Mehrzahl an Fasern 105 entlang dieser Richtung kein zufälliges Ergebnis, sondern bewusst herbeigeführt ist. Mit anderen Worten können mehr Fasern entlang der Vorzugsrichtung (mit einer vorgegebenen Abweichung von x°) orientiert sein, als in eine beliebige andere Richtung (mit ebendieser Abweichung von x°). Oder anders ausgedrückt kann ein Maximum einer statistischen Verteilungsfunktion, welche die Orientierungswahrscheinlichkeit einer Faser angibt, ein absolutes Maximum im Bereich der Vorzugsrichtung aufweisen. Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel sind wenigstens 50 Prozent der Fasern parallel zu der Vorzugsrichtung orientiert. Dabei kann eine Abweichung von der Parallele, z.B. fertigungsbedingt, höchstens 5°, 10° oder 20° betragen. Ferner kann die Vorzugsrichtung durch einen Hersteller bei einem Herstellungsprozess festgelegt worden sein. „Entlang der Vorzugsrichtung“ kann weiterhin bedeuten, dass (z. B. bei Fasern oder Makromolekülen mit einem Anfangsabschnitt, der sich von einem diesem entgegen gerichteten Endabschnitt unterscheidet) zusätzlich eine Anordnung der Faser in eine Gegenrichtung der Vorzugsrichtung möglich ist. Anders ausgedrückt können sowohl eine parallel zu der Vorzugsrichtung liegende Faser, als auch eine antiparallel zu der Vorzugsrichtung liegende Faser als „entlang der Vorzugsrichtung angeordnet“ betrachtet werden.
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Der Polymerwerkstoff oder das Polymer kann ein chemischer Stoff sein, der Makromoleküle umfasst. Die Makromoleküle können aus einer oder mehreren Struktureinheiten mit zueinander identischen Strukturformeln, den sogenannten konstitutionellen Repetiereinheiten oder Wiederholeinheiten, aufgebaut sein. Ein Makromolekül kann dabei eine Molekülmasse von z. B. wenigstens 10000 g/mol aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Wiederholeinheiten innerhalb eines gemeinsamen Makromoleküls linear entlang der Vorzugsrichtung angeordnet sein. Bei einem Aushärten des Polymerwerkstoffes kann diese Orientierung erhalten bleiben. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können Verzweigungen bei einem Makromolekül auftreten. Dabei umfasst eine Hauptrichtung des Makromoleküls mehr Wiederholeinheiten als eine Nebenrichtung. Die Hauptrichtung kann bereits vor dem Aushärten entlang der Vorzugsrichtung orientiert werden, und Nebenrichtungen während dem Aushärten gebildet werden. Die Nebenrichtungen können dabei möglicherweise auch von der Vorzugsrichtung abweichen, oder auch Makromoleküle untereinander verbinden. Eine Anzahl von Wiederholeinheiten kann dabei von einem Makromolekül zu einem weiteren Makromolekül verschieden sein. Die Fasern 105 können aus einem von dem Polymer des Lagerkäfigelements 100 verschiedenen Werkstoff vorgefertigt, und dem Polymer anschließend beigemengt worden sein. Weiterhin können die Fasern 105 auch Makromoleküle des Polymers umfassen. Das Polymer kann ein Thermoplast umfassen, beispielsweise Polyamid, teilaromatisiertes Polyamid, Polyetheretherketon, Polyethersulfon, Polyetherimid, ein Polyaryletherketon, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polylactat, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyphthalamid, Polyacetal, Polyphenylensulfid, Polyimid, Polyamidimid, Polysulfon, Polyphenylenether, Polyarylamid, Polybenzimidazol, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder flüssigkristalline Polymere. Das Polymer kann auch ein Duroplast umfassen, beispielsweise Epoxidharz, Phenolharz, Melaminharz oder Polyesterharz.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Lagerkäfigelement 100, wie in 1 gezeigt, wenigstens einen Käfigsteg 120 auf. Dabei ist die Vorzugsrichtung der Fasern 105 innerhalb des wenigstens einen Käfigstegs 120 eine Axialrichtung. Die Axialrichtung ist beispielsweise parallel zu der Mittel- oder Symmetrieachse 110 des Käfigs. Bei manchen Ausführungsbeispielen weist das Lagerkäfigelement 100 ferner wenigstens ein Käfigbord 125 auf. Dabei ist die Vorzugsrichtung der Fasern 105 innerhalb des wenigstens einen Käfigbords 125 eine Umfangsrichtung. Die Umfangsrichtung steht dabei orthogonal zu der Axialrichtung und der Radialrichtung 115. Die Vorzugsrichtung kann so an einen Verlauf einer Käfigstruktur angepasst werden. Eine Verbesserung der Stabilität des Käfigs kann so in verschiedenen Strukturen des Käfigs, die jeweils in verschiedene Richtungen orientiert sein können, ermöglicht werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Fasern 105 eine Länge von mindestens 0,1 mm und höchstens 10 mm auf. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Länge auch höchstens 1,0 mm oder sogar 15 mm betragen. Eine Verkürzung der Höchstlänge kann unter Umständen ein Ausrichten der Fasern in Vorzugsrichtung erleichtern, und so ein Verwirren von Fasern vermieden werden. Eine Erhöhung der Höchstlänge kann möglicherweise die Stabilität weiter erhöhen. Entsprechend einer Wahl der Höchstlänge kann ein Kompromiss beider Eigenschaften möglicherweise verbessert werden.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Polymerwerkstoff ein thermoplastischer Kunststoff. Thermoplaste können Stoffe umfassen, die bei einer Erhöhung der Temperatur schmelzen oder zumindest erweichen können, und somit formbar sind. Dabei kann ein wiederholtes Aufschmelzen bzw. Erweichen und Aushärten möglich sein.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Polymerwerkstoff ein duroplastischer Kunststoff. Duroplaste können Stoffe umfassen, die als Harz zunächst in flüssiger Form vorliegen und durch Zugabe von Härtern und ggfls. Beschleunigern bei Erhöhung der Temperatur im Werkzeug aushärten können und somit formbar sind.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen weisen die Fasern 105 einen von dem Polymerwerkstoff verschiedenen Werkstoff auf. Dies können z. B. Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kunststofffasern oder Metallfasern sein. Somit kann der Werkstoff der Fasern 105 entsprechend einer gewünschten Belastbarkeit oder einer anderen Eigenschaft des Käfigs wählbar sein. Alternativ oder zusätzlich werden die Fasern 105 durch Makromoleküle des Polymers gebildet. Dadurch kann eine Beimengung eines weiteren Stoffes möglicherweise auch sogar entfallen, wodurch sich ein Herstellungsprozess vereinfachen kann.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Herstellen eines Lagerkäfigelements aus einem Polymerwerkstoff mit einer Mehrzahl von Fasern gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 200 umfasst ein Einbringen 210 des Polymerwerkstoffs in flüssigem Zustand in eine Spritzgussform. Das Verfahren 200 umfasst zudem ein Ausbilden 220 einer gemeinsamen Vorzugsrichtung der Fasern vor einem Aushärten des Polymerwerkstoffs in der Spritzgussform. Dies kann unter Umständen ein Bereitstellen eines Lagerkäfigelements mit verbesserten Belastungseigenschaften bewirken. Eine Lebensdauer eines Käfigs oder eines Wälzlagers kann so erhöht werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist der Polymerwerkstoff optional bereits beim Einbringen 210 Fasern aus einem von dem Polymerwerkstoff verschiedenen Werkstoff auf.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Spritzgussform 300 gezeigt, welche zum Ausführen des Verfahrens 200 beispielsweise verwendet werden kann. Die Spritzgussform 300 dient im hier gezeigten Ausführungsbeispiel einer Fertigung eines vollständigen Lagerkäfigs, wie ihn beispielsweise 1 zeigt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine Spritzgussform auch einer Fertigung eines Käfigsegments dienen und entsprechend ausgebildet sein, z. B. mit lediglich einem Käfigbord-Formabschnitt oder als 180°-Segment eines Käfigs. Die Spritzgussform 300 weist eine Angussstange 305 auf, durch die eine Spritzgussmasse in eine Käfigkavität 310 eingeführt werden kann. Die Käfigkavität 310 ist dabei unterteilt in zwei Käfigbord-Formabschnitte 315-1; 315-2 und eine Mehrzahl an Käfigsteg-Formabschnitten 320-1; 320-2; ... 320-n. Die Angussstange 305 kann beispielsweise durch einen oder mehrere Querstege an einen der Käfigbord-Formabschnitte 315-1; 315-2 angebunden sein, durch die die Spritzgussmasse in die Käfigkavität 310 vordringen kann, und die in 3 – darstellungsbedingt nicht sichtbar – in einer gemeinsamen Radialebene mit dem Käfigbord-Formabschnitt 315-1 liegen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen erfolgt das Ausbilden der Vorzugsrichtung durch ein Erzeugen einer Strömung innerhalb des flüssigen Polymerwerkstoffs in die Vorzugsrichtung. Die Spritzgussmasse kann wenigstens den flüssigen Polymerwerkstoff, und optional weitere Stoffe aufweisen, und ist bei Erzeugen der Strömung bereits in die Käfigkavität 310 eingebracht. Dies kann eine Möglichkeit bieten, Fasern durch mechanische Hilfsmittel entlang der Vorzugsrichtung auszurichten. Beispielsweise kann eine Bewegung, z. B. Drehbeschleunigung der Spritzgussform 300 in Umfangsrichtung eine Strömung entlang der Käfigbord-Formabschnitte 315-1; 315-2 bewirken, oder ein axiales Hin- und Herbewegen der Spritzgussform 300 eine Strömung entlang der Käfigsteg-Formabschnitte 320-1; ... 320-n bewirken. Oder es können beliebig geartete Druckbehälter an die Käfigkavität angebunden sein, und ein Strömen der Spritzgussmasse durch einen inneren Druck bewirken. Somit kann bei einigen Ausführungsbeispielen die Strömung durch ein Ausüben einer Druckkraft oder Trägheitskraft erzeugt werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird die Strömung durch ein Heben und Senken wenigstens eines an die Spritzgussform 310 angebundenen Kolbens 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 erzeugt. Lediglich beispielhaft sind in 3 vier Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 gezeigt, wohingegen bei anderen Ausführungsbeispielen auch weniger oder mehr Kolben vorhanden sein können. Die Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 weisen je einen mit Spritzgussmasse füllbaren, z. B. zylindrisch ausgestalteten Hubraum 330-1; 330-2; 330-3; 330-4 auf, der über einen Anschnittkanal 335-1; 335-2; 335-3; 335-4 an die Käfigkavität 310 angebunden ist. Durch Heben des Kolbens 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 kann so ein Unterdruck, und durch Senken des Kolbens 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 ein Überdruck erzeugt werden, der die Spritzgussmasse in Bewegung versetzen kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Strömung durch ein phasenversetztes Heben und Senken von vier Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 erzeugt. Dabei liegen sich zwei der vier Kolben 325-3; 325-4 im Bereich des Käfigbordes (oder an dem Käfigbord-Formabschnitt 315-1), und zwei weitere der vier Kolben 325-1; 325-2; im Bereich eines weiteren Käfigbordes (oder an dem Käfigbord-Formabschnitt 315-2) einander gegenüber, oder anders ausgedrückt, binden mit im Wesentlichen 180° Abstand voneinander an dem Käfigbord-Formabschnitt 315-1 oder 315-2 an. Diese konkrete Implementierung, durch die ggf. die Strömung auch umkehrbar sein kann, ist dabei lediglich beispielhaft zu verstehen. Es kann so ein Hin- und Herbewegen der Spritzgussmasse entlang der Vorzugsrichtung möglich werden. Der Phasenversatz zwischen den Kolbenbewegungen kann dabei z.B. 90° betragen. Mit anderen Worten können sich, wenn Kolben 325-1 eine maximal gehobene Position einnimmt, Kolben 325-2 am Mittelpunkt einer Senkbewegung, Kolben 325-4 im maximal abgesenktem Zustand und Kolben 325-3 am Mittelpunkt einer Hubbewegung befinden. So könnte eine Zirkulationsbewegung der Spritzgussmasse durch die Käfigkavität 310 hervorgerufen werden. Anders könnte durch ein Absenken der Kolben 325-1 und 325-2 und gleichzeitiges Heben der Kolben 325-3 und 325-4 (entspricht einem Phasenversatz von 180° zwischen ebendiesen Kolbenpaaren) ein Strömen der Spritzgussmasse von dem Käfigbord-Formabschnitt 315-2 durch die Käfigsteg-Formabschnitte 320-1; ... 320-n in den Käfigbord-Formabschnitt 315-1 bewirkt werden. Weiterhin könnte durch ein Absenken der Kolben 325-1 und 325-3 und gleichzeitiges Heben der Kolben 325-2 und 325-4 ein Strömen der Spritzgussmasse entlang der Käfigbord-Formabschnitte 315-1; 315-2 bewirkt werden.
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Mit anderen Worten können an das Spritzwerkzeug oder die Spritzgussform 300 eines herzustellenden Wälzlagerkäfigs, z. B. aus thermoplastischem Kunststoff, zusätzlich mehrere (bevorzugt vier) bewegliche Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 in Zylindern installiert sein. Die Zylindervolumina vor den Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 können mit der Käfigkavität 310 des Spritzwerkzeugs über Anschnittkanäle 335-1; 335-2; 335-3; 335-4 verbunden sein. Die Positionierung der Zylinder mit Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 kann im Werkzeug paarweise im Bereich der beiden Käfigborde erfolgen. Beim Einspritzen der Schmelze in die Käfigkavität 310 können nun auch die Hubräume vor den Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 mit Schmelze gefüllt werden. Nach dem Einspritzen der Schmelze können die Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 axial oszillierend bewegt werden und dabei das komplette in der Käfigkavität 310 vorhandene noch flüssige Schmelzevolumen mit den Verstärkungsfasern hin und her verschieben. Durch die oszillierende Bewegung der Schmelze können die ungünstig orientierten Makromoleküle und Verstärkungsfasern im gesamten Käfig gezielt in Richtung der später auf den Käfig einwirkenden Kräfte umorientiert werden. Hierdurch kann beispielsweise die Bruchspannung, Bruchdehnung und Schlagzähigkeit des gesamten Kunststoffkäfigs, z. B. in den Bereichen der Anschnitte, Bindenähte und Übergänge der Käfigstege zu den Käfigborden verbessert werden. Die Steuerung der Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 kann sowohl einzeln als auch paarweise oder gemeinsam erfolgen. Am Ende des oszillierenden Prozesses können alle Kolben vollständig in Richtung der Käfigkavität 310 ausgelenkt werden, und so möglicherweise verhindern, dass zusätzliches Schmelzevolumen vor den Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 verbleibt, welches nach dem Erkalten der Schmelze unter Umständen nicht mehr aus den Zylindern entfernt werden könnte. Die Kolbenoberflächen können hierzu auch Erhöhungen in Form der jeweiligen Anschnittkanäle 335-1; 335-2; 335-3; 335-4 enthalten, um den Hubraum vor den Kolben 325-1; 325-2; 325-3; 325-4 zu reduzieren oder sogar zu minimieren. Somit kann ein Anfallen zusätzlicher Materialabfälle vermieden werden.
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Bei manchen weiteren Ausführungsbeispielen umfassen die von der Spritzgussmasse umfassten Fasern einen ferromagnetischen Stoff. Dabei erfolgt das Ausbilden der gemeinsamen Vorzugsrichtung der Fasern der Spritzgussmasse durch ein Anlegen eines magnetischen Feldes. Dadurch kann ein Erzeugen einer Strömung möglicherweise entfallen, und das Ausbilden der gemeinsamen Vorzugsrichtung der Fasern vereinfacht werden. Somit kann beispielsweise eine Implementierung möglich werden, bei der zusätzliche Hilfsmittel wie Druckvorrichtungen an der Spritzgussform unter Umständen sogar entfallen können.
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Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Kunststoffkäfig mit verbesserter Festigkeit. Die Schmelze von Wälzlagerkäfigen aus thermoplastischem Kunststoff kann während der Herstellung im Spritzgussverfahren mittels mehrerer im Spritzwerkzeug installierter Kolben derart hin- und herbewegt werden, dass sich die Makromoleküle und Verstärkungsfasern gezielt in eine spätere Beanspruchungsrichtung des Käfigs ausrichten. Ausführungsbeispiele können unter Umständen bei einem Lagerkäfig eine Erhöhung der mechanischen Eigenschaften Bruchspannung, Festigkeit, Bruchdehnung und Schlagzähigkeit des Käfigs bewirken. Dadurch kann es möglich werden, eine Lagerbeanspruchung zu steigern, Kundenreklamation wegen Käfigbrüchen zu reduzieren, eine Lagerlebensdauer oder Lager-Wartungsintervalle zu verlängern.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lagerkäfigelement
- 105
- Mehrzahl von Fasern
- 110
- Symmetrieachse
- 115
- Radialrichtung
- 120
- Käfigsteg
- 125
- Käfigbord
- 200
- Verfahren
- 210
- Einbringen
- 220
- Ausbilden
- 300
- Spritzgussform
- 305
- Angussstange
- 310
- Käfigkavität
- 315-1; 315-2
- Käfigbord-Formabschnitt
- 320-1; 320-2; ... 320-n
- Käfigsteg-Formabschnitt
- 325-1; 325-2; 325-3; 325-4
- Kolben
- 330-1; 330-2; 330-3; 330-4
- Hubraum
- 335-1; 335-2; 335-3; 335-4
- Anschnittkanal
