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Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, umfassend einen metallischen Grundkorpus sowie eine zumindest teilweise an dem Grundkorpus ausgebildete Beschichtung zur Verringerung von Verschleiß, Korrosion und Reibung.
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Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälzlager, wobei ein Grundkorpus des Käfigs aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird.
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Käfige für Wälzlager, die zur Führung von Wälzkörper in Taschen vorgesehen sind, unterliegen im Einsatz verschiedenen Belastungen, insbesondere mechanischer und thermischer Art, sowie einem daraus erwachsenden Verschleiß. Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik sind Käfige aus Metall, speziell aus Messing oder Blech, bekannt.
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Aus der
DE 10 2012 101 651 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein Wälzlager mit zumindest einer Reihe von Wälzkörpern hervor. Ein Ring oder Ringsegmente wird bzw. werden aus einem metallischen Vollmaterial bereitgestellt. Durch einen Umformprozess und/oder einen schneidenden, materialabtragenden Prozess wird ein ringförmiger bzw. segmentierter Grundkörper des Wälzlagerkäfigs gebildet, der Öffnungen für die Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers aufweist. Der Grundkörper wird zum thermischen Beschichten mit einem thermoplastischen Kunststoffpulver auf eine Temperatur oberhalb einer minimalen Beschichtungstemperatur erwärmt, wobei der Grundkörper nachfolgend in ein Wirbelbett mit dem thermoplastischen Kunststoffpulver getaucht wird. Während des Verweilens des Grundkörpers in dem Wirbelbett schmilzt das Kunststoffpulver auf und bildet eine durchgehende Beschichtung an dem Grundkörper. Der Grundkörper wird nach der Beschichtung aus dem Wirbelbett entnommen. Das Wirbelbettverfahren ist im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren, wie Tauchen oder Spritzen sehr aufwendig, bietet aber den Vorteil, die Beschichtung gut am Käfig anzubinden.
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Kunststoffbeschichtungen von metallischen Käfigen von Wälzlager werden in der Regel aus Polyamidwerkstoffen, insbesondere PA6, PA12 oder Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Diese Werkstoffe weisen in manchen Einsatzsituationen Nachteile auf. PA6 und PA12 sind relativ weiche Polymerwerkstoffe und weisen jeweils eine hohe Dehnbarkeit und eine relativ hohe Flexibilität, besonders im feuchten Zustand auf. Nachteilig an PA6 ist insbesondere die Neigung zum Quellen in bestimmten Medien und die daraus erwachsenden starken Maßabweichungen. Insbesondere wird dadurch ein Führungsspiel verändert, was wiederum zu erhöhten Verschleiß führt. Der Medieneinfluss auf PA6 und PA12 kann zu Alterung, Spannungsrissen, Versprödung und letztendlich zum Versagen der Kunststoffbeschichtung führen.
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Polyetheretherketon weist eine hohe Chemikalienbeständigkeit und einen hohen Schmelzpunkt auf, wobei der hohe Schmelzpunkt beim Wirbelbeschichten zu hohen Beschichtungstemperaturen führt. Zudem ist Polyetheretherketon im Vergleich zu PA6 und PA12 relativ spröde und weist eine geringe Dehnung und eine hohe Härte auf. Aufgrund dieser Sprödigkeit und dem geringen Dämpfungsvermögen resultiert eine erhöhte Geräuschentwicklung im Betrieb.
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Des Weiteren sind auch Hybridpolymere aus dem Stand der Technik bekannt. Hybridpolymere sind Polymerwerkstoffe, die sowohl anorganische als auch organische Netzwerkstrukturen aufweisen, welche auf molekularer Ebene miteinander verknüpft sind. Der Aufbau der anorganischen silikatischen Netzwerkstruktur erfolgt im Sol-Gel- Prozess über die gesteuerte Hydrolyse und Kondensation von Alkoxysilanen. Indem zusätzlich Metallalkoxide in den Sol-Gel-Prozess einbezogen werden, lässt sich das silikatische Netzwerk gezielt modifizieren. Durch Polymerisation von organofunktionellen Gruppen, welche durch die Organoalkoxylane in das Material eingebracht werden, wird zusätzlich ein organisches Netzwerk aufgebaut. Reaktive Methacrylat-, Epoxy- oder Vinylgruppen werden durch thermische oder photochemische Induktion polymerisiert. Das auf diese Weise hergestellte Hybridpolymer, insbesondere Ormocer kann mittels herkömmlicher Applikationstechniken, wie beispielsweise Sprühen, Streichen und Tauchen, auf das Substrat aufgetragen werden.
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Eine derartige Hybridpolymerbeschichtung geht beispielsweise aus der
EP 0 792 846 A1 hervor. Dabei dient die Hybridpolymerbeschichtung als Barriereschicht mit einer Sperrwirkung gegenüber Gasen und Wasserdampf. Insbesondere kommen solche Barriereschichten in Lebensmittelverpackungen in Form von Folien zum Einsatz.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen metallischen Käfig für ein Wälzlager zu optimieren.
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Erfindungsgemäß weist ein metallischer Grundkorpus des Käfigs eines Wälzlagers zumindest teilweise eine Beschichtung aus einem anorganischen-organischen Hybridpolymerwerkstoff auf. Mit anderen Worten ist zumindest ein Teilabschnitt des Grundkorpus mit einem anorganisch-organischen Hybridpolymerwerkstoff beschichtet. Besonders bevorzugt ist der Grundkorpus vollständig beschichtet. Der anorganisch-organische Hybridpolymerwerkstoff zeichnet sich durch starke kovalente Bindungen zwischen anorganischen und organischen Phasen aus. Dadurch werden die Eigenschaften sehr gegensätzlicher Materialien wie Glas oder Keramik mit denen organischer Polymere oder Silicone auf molekularer Ebene verbunden. Ferner weist die Beschichtung aus dem anorganischen-organischen Hybridpolymerwerkstoff eine hohe Beständigkeit gegenüber jeglicher Schmiermittel auf, sodass die mit dem Schmiermittel in Kontakt kommende Beschichtung nicht durch Quellung oder Versprödung geschädigt wird.
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Vorzugsweise wird der anorganisch-organische Hybridpolymerwerkstoff chemisch durch Temperatureinwirkung oder der Einwirkung von UV-Strahlung mit dem Grundkorpus gekoppelt. Die chemische Anbindung weist eine besonders lange Haltbarkeit, sowie eine hohe Härte und Temperaturbeständigkeit auf. Der anorganisch-organische Hybridpolymerwerkstoff ermöglicht durch kovalente Bindungen eine thermisch und chemisch haltbare Verbindung zum metallischen Käfig. Der anorganisch-organische- Hybridpolymerwerkstoff kann durch vielfältige Modifizierungsmöglichkeiten mit verschiedenen Metallen und deren Legierungen eine dauerhafte, beständige Verbindung eingehen.
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Des Weiteren bevorzugt ist der anorganische-organische Hybridpolymerwerkstoff aus einem Ormocer ausgebildet. Ormocere sind anorganische-organische Hybridpolymerwerkstoffe, die aus atomaren Keramik- und Kunststoff-Netzen bestehen, welche sich chemisch miteinander verbinden. Der Name ORMOCER® ist ein Kürzel für "ORganically MOdifiedCERamics" und ist Markenrechtlich geschützt.
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Ormocere haben eine hohe Temperaturbeständigkeit und sind bis mind. 300°C einsetzbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Käfigs für das Wälzlager beinhaltet im Wesentlichen zwei Verfahrensschritte. Zunächst wird der Grundkorpus des Käfigs aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Eisen oder Nichteisenmetall hergestellt. Insbesondere wird der Käfig umformtechnisch oder spanend hergestellt. Der Käfig kann dabei entweder aus mehreren Käfigsegmenten oder einteilig ausgebildet sein. Auf dem Grundkorpus wird eine Beschichtung aus einem anorganischen-organischen Hybridpolymerwerkstoff aufgebracht, um Verschleiß, Korrosion und Reibung am Käfig zu verringern. Eine vollflächige Beschichtung des Grundkorpus mit dem anorganisch-organischen Hybridpolymerwerkstoff schützt den gesamten Käfig. Es ist aber auch denkbar lediglich ein Teil des Käfigs, insbesondere die Aussparungen zur Aufnahme der Wälzkörper zu beschichten. Ferner werden durch eine solche Beschichtung die Gleiteigenschaften, insbesondere zwischen dem Käfig und den Wälzkörpern verbessert.
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Insbesondere weist der anorganisch-organische Hybridpolymerwerkstoff eine Bifunktionalität auf. Die erste Funktionalität des anorganisch-organischen- Hybridpolymerwerkstoffs ist zur Anbindung an den metallischen Käfig, insbesondere über Metall-Hydroxid-Gruppen vorgesehen. Die zweite Funktionalität des anorganisch-organischen-Hybridpolymerwerkstoffs ist zur Erhöhung der Vernetzungsdichte des anorganisch-organischen-Hybridpolymerwerkstoffs vorgesehen. Über die Einstellung der Vernetzungsdichte des anorganisch-organischen-Hybridpolymerwerkstoffs erfolgt, insbesondere die Einstellung der Härte und somit auch die Einstellung der Sprödigkeit und der Dämpfungseigenschaften der Beschichtung. Je höher die Vernetzungsdichte ist, umso härter und spröder ist die Beschichtung und umso geringer ist ihr Dämpfungsvermögen.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Wälzlagers mit einem erfindungsgemäßen Käfig,
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2 eine schematische Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Käfigs gemäß 1, und
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3 eine schematische Perspektivdarstellung eines Käfigsegments des erfindungsgemäßen Käfigs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein teilweise dargestelltes Wälzlager, das als Kugellager ausgebildet ist, umfassend einen Außenring 4 und einen Innenring 5 sowie einer Vielzahl radial dazwischen angeordneter Wälzkörper 6. Die Wälzkörper 4 werden durch den Käfig 1a zueinander positioniert gehalten.
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Gemäß 2 weist der Käfig 1a einen Grundkorpus 1 aus einem metallischen Werkstoff auf, der eine Vielzahl von Aussparungen 7 zur Aufnahme eines jeweiligen – hier nicht dargestellten – Wälzkörpers aufweist. Der Grundkorpus 1 weist eine vollständige Beschichtung 2 aus einem anorganisch-organischen Hybridpolymerwerkstoff zur Verringerung von Verschleiß, Korrosion und Reibung auf. Insbesondere ist der anorganische-organische Hybridpolymerwerkstoff ein Ormocer. Der Käfig 1a ist einteilig ausgebildet.
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In 3 ist eins von vielen Käfigsegmenten 3 dargestellt, die in Summe einen – hier nicht dargestellten – Käfig bilden. Das Käfigsegment 3 weist an dem Grundkorpus 1 eine vollständige Beschichtung 2 aus dem anorganisch-organischen Hybridpolymerwerkstoff zur Verringerung von Verschleiß, Korrosion und Reibung auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- Käfig
- 1
- Grundkorpus
- 2
- Beschichtung
- 3
- Käfigsegment
- 4
- Außenring
- 5
- Innenring
- 6
- Wälzkörper
- 7
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012101651 A1 [0004]
- EP 0792846 A1 [0008]
