DE102016202850A1

DE102016202850A1 - Käfig für ein Wälzlager mit einer Beschichtung

Info

Publication number: DE102016202850A1
Application number: DE102016202850.2A
Authority: DE
Inventors: Patrick Schmitt; Christoph Meder
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: DE102016202850B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, umfassend einen Grundkorpus (1) aus einem metallischen Werkstoff sowie eine zumindest mittelbar an dem Grundkorpus (1) angeordnete Beschichtung (2) aus Polyketon, die dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen den Korrosions- und Verschleißschutz des Käfigs zu erhöhen. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung des zuvor genannten Käfigs.

Description

Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Wälzlager, umfassend einen Grundkorpus aus einem metallischen Werkstoff sowie eine Beschichtung. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung des zuvor genannten Käfigs für ein Wälzlager.
Käfige für Wälzlager, die Wälzkörper von Wälzlager in Taschen führen, 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. In der Regel werden die Käfige zur Erhöhung des Korrosionswiderstandes mit einer Beschichtung aus einem Polymerwerkstoff überzogen.
Aus der DE 10 2012 101 651 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerkäfigs für ein Wälzlager bekannt. Dabei wird ein Ring oder Ringsegmente aus einem metallischen Vollmaterial bereitgestellt, wobei durch einen Umformprozess und/oder einen schneidenden, materialabtragenden Prozess ein ringförmiger bzw. segmentierter Grundkörper des Wälzlagerkäfigs gebildet wird, 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 und nachfolgend in ein Wirbelbett mit dem thermoplastischen Kunststoffpulver getaucht. Während des Verweilens des Grundkörpers in dem Wirbelbett bildet das Kunststoffpulver eine durchgehende Beschichtung auf dem Grundkörper. Das thermoplastische Kunststoffpulver ist aus einem Polyamid (PA) oder einem Polyetherketon (PEK) gebildet. Polyetherketone sind Polymere, in deren molekularen Rückgrat abwechselnd Keton- und Etherfunktionalitäten vorkommen. Ferner wird der Grundkörper vor der Beschichtung mit einer Haftvermittlerschicht als Grundierung versehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Käfig für ein Wälzlager weiterzuentwickeln, und insbesondere den Korrosions- und Verschleißschutz des Käfigs zu erhöhen.
Ein erfindungsgemäßer Käfig für ein Wälzlager weist an einem metallischen Grundkorpus eine Beschichtung aus Polyketon (PK) auf, die dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen den Korrosions- und Verschleißschutz des Käfigs zu erhöhen. Durch die Beschichtung mit Polyketon wird der Grundkorpus dauerhaft vor Korrosion geschützt, zudem wird Abrieb und Verschleiß an den Wälzkörpern des Wälzlagers durch den Kontakt mit dem metallischen Käfig vermieden.
Polyketon ist ein thermoplastischer Kunststoff und besitzt im Vergleich zu Polyamid, insbesondere PA12 einen um ca. 40°C höheren Schmelzpunkt. Dadurch können mit Polyketon beschichtete Käfige höheren Einsatztemperaturen ausgesetzt werden, als die mit PA12 beschichteten Käfige. Ferner weist Polyketon eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit auf und hat unter den thermoplastischen Kunststoffen im trockenen Zustand die höchste Dehnung und damit auch die höchste Flexibilität. Aufgrund der sehr guten Chemikalienbeständigkeit von Polyketon im Vergleich zu Polyamid kann die Palette der einsetzbaren Schmierstoffe für ein Wälzlager, das mit Polyketon beschichtete Käfige aufweist, deutlich erweitert werden. Dies rührt daher, dass Polyketon aus bis zu 50% Kohlenstoffmonoxid polymerisiert wird und es somit kein artverwandtes Lösemittel oder artverwandte Chemikalie gibt, die das Polyketon angreifen kann. Des Weiteren weist Polyketon eine höhere Dämpfung und somit eine geringere Geräuschentwicklung als Polyamid auf. Insbesondere hat Polyketon sowohl im trockenen als auch im feuchten Zustand gleiche Eigenschaften, Polyamide hingegen zeigen eine starke bis sehr starke Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften vom Feuchtigkeitsgehalt. Des Weiteren weist Polyketon im Vergleich zu Polyamiden eine deutlich höhere Hydrolysebeständigkeit und ein besseres Haftvermögen an Metallen auf.
Vorzugsweise ist zwischen dem Grundkorpus und der Beschichtung aus Polyketon eine Primerschicht zur Erhöhung der Haftfestigkeit angeordnet. Bevorzugt ist die Primerschicht aus einem anorganisch-organischen-Hybridpolymerwerkstoff ausgebildet. Mit anderen Worten wird der anorganisch-organische-Hybridpolymerwerkstoff als Primerschicht zur Herstellung einer chemischen Verbindung zwischen dem metallischen Grundkorpus und dem Polyketon verwendet. Eine solche Primerschicht ermöglicht, insbesondere durch kovalente Bindungen eine thermisch und chemisch haltbare Verbindung zwischen dem metallischen Grundkorpus und dem Polyketon.
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 Primerschicht aus dem anorganisch-organischen-Hybridpolymerwerkstoff eine hohe Medienbeständigkeit auf.
Der anorganisch-organische-Hybridpolymerwerkstoff weist zumindest eine Bifunktionalität auf. Die erste Funktionalität des anorganisch-organischen-Hybridpolymerwerkstoffs ist zur Anbindung an dem metallischen Grundkorpus, insbesondere über Metall-Hydroxid-Gruppen vorgesehen. Die zweite Funktionalität des anorganisch-organische-Hybridpolymerwerkstoffs ist zur Anbindung an das Polyketon, insbesondere über radikalbildungsaffine Gruppen sowie 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 Primerschicht. Je höher die Vernetzungsdichte ist, umso härter und spröder ist die Primerschicht und umso geringer ist ihr Dämpfungsvermögen.
Des Weiteren bevorzugt ist der anorganisch-organische Hybridpolymerwerkstoff aus einem Ormocer ausgebildet. Ormocere sind anorganisch-organische Hybridpolymerwerkstoffe, die aus atomaren Keramik- und Kunststoff-Netzen bestehen, welche sich chemisch miteinander verbinden. Der Name ORMOCER ist markenrechtlich geschützt und dient als Kürzel für "ORganically MOdifiedCERamics".
Alternativ ist die Primerschicht aus einem Harzsystem ausgebildet. Vorteilhafterweise umfasst das Harzsystem Phenolharze, Epoxidharze und/oder Polyurethanharze oder Silane. Ferner ist es denkbar, eine Vorbehandlung durch eine Phosphatierung vorzusehen, die die Haftung des Primers oder auch des Polyketon, bei Nichtverwendung eines Primers am Metall verbessert. Mit anderen Worten wird der metallische Grundkorpus vor der Beschichtung mit dem Polyketon und/oder dem Primer phosphatiert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des zuvor genannten Käfigs für ein Wälzlager wird auf dem Grundkorpus zumindest mittelbar eine Beschichtung aus Polyketon aufgebracht, um im Wesentlichen den Korrosions- und Verschleißschutz des Käfigs zu erhöhen. Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass die Beschichtung entweder direkt und somit unmittelbar auf dem Grundkorpus angeordnet werden kann, oder mittelbar auf einer Zwischenschicht, insbesondere auf einer Primerschicht, die ihrerseits unmittelbar auf dem Grundkorpus angeordnet ist. Vorzugsweise wird somit zwischen dem Grundkorpus und der mindestens einen Beschichtung aus Polyketon eine Primerschicht zur Erhöhung der Haftfestigkeit aufgebracht.
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung aus Polyketon durch ein Wirbelsinterverfahren zumindest mittelbar auf dem Grundkorpus aufgebracht. Dabei wird der metallische Käfig vorgeheizt und in ein Bad aus pulverförmigen Polyketon eingetaucht. Das pulverförmige Polyketon wird dabei durch einen Luftstrom verwirbelt. Beim Auftreffen des pulverförmigen Polyketons auf den aufgeheizten Käfig bleiben die pulverförmigen Partikel an dem Käfig haften. Durch das Wirbelsinterverfahren wird eine Schichtdicke von vorzugsweise 150 bis 1500 µm erzeugt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung aus Polyketon durch eine wässrige Dispersion zumindest mittelbar auf dem Grundkorpus aufgebracht. Dieses nasschemische Beschichtungsverfahren wird vorzugsweise durch Tauchen oder Lackieren durchgeführt. Vorzugsweise wird der metallische Käfig nach der nasschemischen Beschichtung, insbesondere in einem Ofen oder durch Induktion erhitzt, um die am Grundkorpus angeordneten Partikel aufzuschmelzen.
Nach einem dritten Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung aus Polyketon durch ein Pulverbeschichtungsverfahren zumindest mittelbar auf dem Grundkorpus aufgebracht. Dazu wird insbesondere ein Füllstoff-Kunststoff-Compound-Pulver verwendet.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen
1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Grundkorpus, und
2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Käfigs.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Grundkorpus 1 aus einem metallischen Werkstoff, an dessen Oberfläche eine Primerschicht 3 ausgebildet ist. Ferner ist auf der Primerschicht 3, und somit mittelbar an dem Grundkorpus 1 eine Beschichtung 2 aus Polyketon ausgebildet. Die Primerschicht 3 ist dazu vorgesehen, eine chemische Verbindung zwischen dem Grundkorpus 1 und der Beschichtung 2 aus Polyketon zu schaffen und somit die Haftfestigkeit zwischen der Beschichtung 2 aus Polyketon und dem Grundkorpus 1 zu erhöhen. Dabei besteht die Primerschicht 3 aus einem anorganisch-organischen-Hybridpolymerwerkstoff.
Gemäß 2 weist ein erfindungsgemäßer Käfig für ein – hier nicht dargestelltes – Wälzlager einen Grundkorpus 1 aus einem metallischen Werkstoff und eine an dem Grundkorpus 1 angeordneten Beschichtung 2 aus Polyketon auf, wobei die Beschichtung 2 aus Polyketon dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen den Korrosions- und Verschleißschutz des Käfigs zu erhöhen. Die Beschichtung 2 aus Polyketon wurde vorzugsweise in einem Wirbelsinterverfahren auf dem Grundkorpus 1 aufgebracht.
Bezugszeichenliste

1: Grundkorpus
2: Beschichtung
3: Primerschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012101651 A1 [0003]

Claims

Käfig für ein Wälzlager, umfassend einen Grundkorpus (1) aus einem metallischen Werkstoff sowie eine zumindest mittelbar an dem Grundkorpus (1) angeordnete Beschichtung (2) aus Polyketon, die dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen den Korrosions- und Verschleißschutz des Käfigs zu erhöhen.
Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkorpus (1) und der Beschichtung (2) aus Polyketon eine Primerschicht (3) zur Erhöhung der Haftfestigkeit angeordnet ist.
Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primerschicht (3) aus einem anorganischorganischen-Hybridpolymerwerkstoff ausgebildet ist.
Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primerschicht (3) aus einem Harzsystem ausgebildet ist.
Käfig nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primerschicht (3) als Phosphatierung ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Wälzlager, wobei ein Grundkorpus (1) des Käfigs aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Grundkorpus (1) zumindest mittelbar eine Beschichtung (2) aus Polyketon aufgebracht wird, um im Wesentlichen den Korrosions- und Verschleißschutz des Käfigs zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) aus Polyketon durch ein Wirbelsinterverfahren zumindest mittelbar auf dem Grundkorpus (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) aus Polyketon durch eine wässrige Dispersion zumindest mittelbar auf dem Grundkorpus (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) aus Polyketon durch ein Pulverbeschichtungsverfahren zumindest mittelbar auf dem Grundkorpus (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkorpus (1) und der mindestens einen Beschichtung (2) aus Polyketon eine Primerschicht (3) zur Erhöhung der Haftfestigkeit aufgebracht wird.