DE19742939A1

DE19742939A1 - Lager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung

Info

Publication number: DE19742939A1
Application number: DE19742939A
Authority: DE
Inventors: Akira Matsui; Yoshinori Morita; Masahiro Kato; Masaharu Hori
Original assignee: NTN Corp; J Morita Manufaturing Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1998-04-02
Also published as: US5918986A; JP3016735B2; JPH10103357A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung, die in einem Bereich eingesetzt wird, wo hohe Drehzahl und hohe Sicher heit erforderlich sind, beispielsweise bei medizinischen Geräten, Geräten der Lebens mittelverarbeitung oder Raumfahrtgeräten.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Wälzlager, das eine wesentliche Baugruppe einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, beispiels weise einer zahnärztlichen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (zahnärztliches Luftturbinen-Handstück) darstellt, wobei das Wälzlager eine stabile Rotation mit hoher Drehzahl sicherstellt, eine hohe Biosicherheit hat und eine ausreichende Dauerhaftigkeit aufweist, um einer Sterilisationsbehandlung (Autoklaven) bei hoher Temperatur und hohem Druck zu widerstehen.

Eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung, beispielsweise eine Hochgeschwindig keits-Schneidvorrichtung mit einem mit hoher Drehzahl rotierenden Schneidwerkzeug, weist typischerweise eine rotierende Welle, auf der verschiedenartige Schneidwerk zeuge festgehalten werden können, eine Antriebseinheit zum Drehen der Welle sowie eine Lagereinheit auf, mittels der die Welle drehbar abgestützt ist.

Als Hochgeschwindigkeits- Schneidvorrichtung dieser Art ist beispielsweise eine odon totherapeutische Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (d. h. ein Luftturbinen- Handstück) zu nennen.

Es ist bekannt, daß zu Lagereinheiten für die vorstehend genannten odontotherapeuti schen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtungen (d. h. Luftturbinen-Handstücke) Kugellagersysteme, die von Kugeln (Wälzkörpern) Gebrauch machen, und mit einem Luftlager arbeitende (kontaktfreie) Luftlagersysteme gehören.

Was beispielsweise die Lageranordnungen von zahnärztlichen Luftturbinen-Hand stücken anbelangt, sind zwei Arten von Luftturbinen-Handstücken bekannt, nämlich Handstücke mit kugelgelagerter Turbine und Handstücke mit luftgelagerter Turbine.

Handstücke mit kugelgelagerter Turbine lassen sich als Anordnungen mit hoher Dreh zahl von etwa 200 000 bis 400 000 U/min ansehen, während Handstücke mit luftgela gerter Turbine als Anordnungen mit superhoher Drehzahl von etwa 300 000 bis 500 000 U/min bezeichnet werden können.

Es ist jedoch festzuhalten, daß die vorstehend genannten Drehzahlen für kugelgelagerte Turbinen und luftgelagerte Turbinen nur als beispielhafte Näherungswerte anzusehen sind. Beispielsweise handelt es sich bei dem aus der US-PS 5 562 446 bekamen zahn ärztlichen Luftturbinen-Handstück um ein Handstück mit kugelgelagerter Turbine. Gleichwohl können mit diesem Hochleistungs-Handstück superhohe Drehzahlen erzielt werden.

Um das Verständnis des Standes der Technik und der vorliegenden Erfindung zu er leichtern, sei im Folgenden der Aufbau einer Anordnung erläutert, bei der ein Lager gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Schmieröl und einem porösen Käfig benutzt wird, nämlich einer zahnärztlichen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (d. h. eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks).

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Konstruktion des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks. Dabei handelt es sich bei Fig. 1 um eine perspektivische Ansicht, die den Gesamtaufbau des Handstücks erkennen läßt, während Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die im einzelnen den Innenaufbau des Kopfes und des Halsteils des Handstücks zeigt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht das insgesamt mit A bezeichnete zahnärztliche Luftturbinen-Handstück aus einem Kopf H, welcher ein Schneidwerkzeug B(5) trägt, das fest auf einer Rotorwelle (Antriebswelle) einer Luftturbine gehalten ist, und aus einem Griffabschnitt G.

Ein Halsteil N des Griffabschnitts G ist mit dem Kopf H verbunden. Im Inneren des Halsteils N befinden sich Mittel zur Zufuhr von Druckluft zu der in dem Kopf H unter gebrachten Luftturbine sowie zum Ableiten von Druckluft von der Luftturbine.

Fig. 2 zeigt den Innenaufbau des Kopfes H und des Halsteils N des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks A.

Wie in dieser Figur dargestellt ist, ist bei dem Kopf H eine Turbinenrotorwelle 3, die an ihrem Umfang Turbinenschaufeln 2 trägt, innerhalb einer Kammer 11 eines Kopfstücks 1 untergebracht. Die Turbinenrotorwelle 3 ist innerhalb des Kopfstücks 1 über eine Lagereinheit 4 drehbar abgestützt.

Das Kopfstück 1 besteht aus einem Kopfhauptteil 12 und einer Kappe 13. Innerhalb des Kopfhauptteils 12 ist die Lagereinheit 4 so angeordnet, daß sie die Turbinenrotorwelle 3 drehbar abstützt. Um eine Behandlung durchzuführen, wird ein Schneidwerkzeug 5 in einer Bohrung gehalten, die sich durch die Turbinenrotorwelle 3 entlang deren Mittel achse erstreckt. Das Schneidwerkzeug 5 ist umfangsseitig von einer Spannhülse 51 um geben, um das Schneidwerkzeug 5 innerhalb der Bohrung der Turbinenrotorwelle zu halten.

Die Lagereinheit 4 ist als Kugellager ausgebildet, und sie weist einen Innenring 41, einen Außenring 42, Wälzkörper 43 und einen Käfig 44 auf. Am Außenumfang der Lagereinheit 4 oder einer Seitenwand derselben können O-Ringe vorgesehen sein, um für eine Selbstzentrierung der Lagereinheit zu sorgen. Statt dessen oder zusätzlich kön nen dort bekannte Wellenscheiben angeordnet sein, um die Steifigkeit der Welle zu verbessern.

Ein Hauptabschnitt 6 des Halsteils N ist mit einem Luftzuführkanal 7 und einem Lufteinlaß 71 zur Zufuhr von Druckluft zu den innerhalb der Kammer 11 untergebrach ten Turbinenschaufeln 2 sowie mit Luftauslaßkanälen 8, 9 und Luftauslässen 81, 91 zum Herausleiten von Druckluft aus der Kammer 11 versehen.

Bei dem vorstehend erläuterten Innenaufbau des zahnärztlichen Luftturbinen-Hand stücks A gemäß Fig. 2 kann die Anordnung zum Einspeisen und Ableiten von Druckluft insbesondere in der aus der US-PS 5 562 446 bekannten Weise ausgestaltet sein.

Das mit den Lufteinlaß- und -auslaßmitteln gemäß US-PS 5 562 446 ausgestattete zahn ärztliche Luftturbinen-Handstück A gehört zu der Gruppe konventioneller Handstücke mit eingebauten Wälzlagern; es erlaubt es jedoch, eine extrem hohe Drehzahl und damit ein großes Drehmoment zu erzielen.

Bei dem vorstehend erläuterten kugelgelagerten zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück liegt die Lagereinheit in Form einer Miniaturlagereinheit vor. Weil die Turbinenrotor welle mit einer hohen Drehzahl von etwa 200 000 bis 400 000 U/min rotiert, nimmt die in der Lagereinheit herrschende Temperatur hohe Werte an; außerdem ist die Lagerein heit hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Es ist daher extrem wichtig, Güte und Eigen schaften eines Schmieröls zu steuern, das bei einem Lager angewendet wird, das unter den vorstehend erläuterten harten Einsatzbedingungen verwendet wird.

Hinzu kommt, daß ein kugelgelagertes zahnärztliches Luftturbinen-Handstück der vor stehend beschriebenen Art in der Mundhöhle eingesetzt wird. Dabei wird ein Schmieröl auf die Lagereinheit des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks aufgesprüht oder auf getropft. Mit anderen Worten, das zahnärztliche Luftturbinen-Handstück wird mit mi nimaler Schmierung angewendet, und es erfährt eine Hochdruck- und Hochtemperatur- Behandlung zwecks Sterilisation und Desinfektion (die auch als "Autoklaven" bezeich net wird und die beispielsweise unter den folgenden Bedingungen erfolgt: Dampfdruck 2,4 kg/cm²; Temperatur 135°C; Zeitdauer 5 min).

Ein zur Verwendung in dem vorstehend erläuterten zahnärztlichen Luftturbinen-Hand stück bestimmtes Wälzlager muß daher Anforderungen erfüllen, die ähnlich den oben erwähnten sind. Dies gilt insbesondere für den Käfig des Wälzlagers, der ein wichtiges Element des Schmiersystems bildet.

Ferner muß das zur Verwendung bei einer solchen Lagereinheit bestimmte Schmieröl Eigenschaften aufweisen, die ausreichen, um solchen harten Einsatzbedingungen zu widerstehen, beispielsweise eine entsprechend hohe Oxidationsbeständigkeit.

Zu Beispielen konventioneller Käfige für Wälzkörper (Kugeln) der oben genannten Art gehören im Hinblick auf die genannten Erfordernisse Käfige aus Polyimidharzen oder Käfige aus Phenolharzen mit eingelagerter Faserschicht. Diese konventionellen Käfige lassen jedoch zu wünschen übrig.

Als Schmieröle für Wälzlager in mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen wurden verschiedenartige Schmieröle benutzt oder vorgeschlagen.

Beispielsweise besteht eine in großem Umfang angewendete Praxis darin, ein Schmieröl mit verflüssigtem Erdölgas oder dergleichen aufzusprühen. Unter den Schmierölen sind solche bekannt, bei denen raffinierte Mineralöle, wie Paraffin, als Basisöle vorgesehen sind.

Die vorstehend genannten Schmieröle sind typischerweise Öle auf Erdölbasis, und sie werden in der Weise hergestellt, daß Erdöl in verschiedene Fraktionen fraktioniert und raffiniert wird sowie Zusatzstoffe, wie ein Oxidationsinhibitor bedarfsweise zugesetzt werden.

Als Basisölkomponenten der genannten Schmieröle sind neben natürlichen Mineralölen bekannte synthetische Öle zu nennen, wie Glykolester und Polyolefine mit niedrigem Molekulargewicht. Es ist auch bekannt, eßbare Öle, wie tierische Öle und pflanzliche Öle als Schmieröle für Präzisionsmaschinen, Werkzeugmaschinen, Schiffsmotore und dergleichen zu benutzen. Der Einsatz dieser eßbaren Öle erfolgt jedoch allgemein in der Weise, daß sie in Anteilen von 10 bis 20 Gew.% dem Schmieröl auf Mineralölbasis zu gesetzt werden. Bei diesen eßbaren Ölen besteht ein Problem hinsichtlich der Oxida tionsbeständigkeit. Es ist daher allgemeine Praxis, solche eßbaren Öle in Kombination mit einem oder mehreren einer Reihe von Oxidationsinhibitoren zu benutzen.

Im Hinblick auf die oben erläuterten harten Einsatzbedingungen für zahnärztliche Luft turbinen-Handstücke wurden vor kurzem in JP-Patentveröffentlichung (Kokoku) HEI 5- 43 884 und der JP-GM-Offenlegungsschrift (Kokai) HEI 7-10553 zahnärztliche Lufttur binen-Handstücke vorgeschlagen, die mit Käfigen ausgestattet sind, die mit fluorierten Ölen imprägniert sind, die eine hervorragende Wärmebeständigkeit haben, Sterilisation und Desinfektion (Autoklaven) gestatten und sich durch hervorragendes Schmierver mögen auszeichnen.

Dabei liegen die Käfige in Form von porösen Bauteilen vor, die durch Sintern eines Pulvers aus einem Polyimidharz erhalten werden.

Die fluorierten Öle haben die Eigenschaft, daß sie inaktiv sind, hervorragende Wärme beständigkeit, chemische Beständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit aufweisen und selbst dann, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, keine festen Degenera tionsstoffe bilden.

Des weiteren offenbart die JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-165790 eine Ausführungsform, bei der ein Schnappkäfig eines Kugellagers in einem zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück mit einem Schmieröl imprägniert wird, obwohl der unmittel bare Gegenstand der Schnappkäfig selbst ist. Dieser bekannte Kugellagerkäfig eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß:

(i) der Käfig ein Schnappkäfig ist, bei dem eine Kugelhaltetasche an einer Seite eines Kunstharzzylinders ausgebildet ist, in den eine Faserschicht eingela gert ist, wobei abgeschrägte Teile an den öffnungsseitigen Endkanten der Tasche ausgebildet sind; und
(ii) die Faserschicht des Käfigs mit einem Schmieröl imprägniert ist.

Bei dem Schnappkäfig des in der JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-165790 offenbarten Kugellagers geht es darum, durch das Merkmal (i) das Rotationsgleichge wicht zu verbessern, wodurch der Käfig gegen Verschleiß geschützt werden kann, sowie einen Anstieg des Drehmoments zu vermeiden, wobei es zu beiden unerwünschten Wir kungen andernfalls aufgrund eines Kontakts zwischen dem Käfig und dem Außenring kommen würde.

Die spezielle Zusammensetzung des Schmieröls, mit dem der Käfig gemäß JP-Patent offenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-165790 imprägniert ist, ist jedoch nicht klar. So be schreibt zwar die JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-165790 bei der Erläu terung des Standes der Technik eine Ausführungsform, bei der ein eßbares Öl in ein Gehäuse eingebracht wird; die spezielle Zusammensetzung des eßbaren Öls ist jedoch nicht angegeben. Angesichts des technischen Standes auf dem vorliegenden Fachgebiet ist jedoch anzunehmen, daß das in der JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-165790 angegebene Schmieröl oder eßbare Öl konventionellen Schmierölen nicht überlegen ist.

Aus der JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-212179 ist es bekannt, ein kerami sches Pulver in ein Schmieröl einzumischen, um die Nachfüllhäufigkeit von Schmieröl bei einem Lager einer zahnärztlichen Luftturbine herabzusetzen. Dieser Vorschlag basiert auf der Feststellung, daß ein vorhergehendes Einmischen eines keramischen Pul vers in ein Schmieröl die Standzeit des Schmieröls verbessern kann.

Die verschiedenen vorstehend erläuterten, bis jetzt vorgeschlagenen Schmieröle sind noch immer mit verschiedenen Mängeln behaftet und sollten verbessert werden, um ihren Einsatz bei mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen zu erlauben, beispiels weise bei odontotherapeutischen Luftturbinen-Handstücken, die mit Wälzlagern ausge stattet sind.

Beispielsweise sind die oben genannten Schmieröle auf Mineralölbasis, wie auf der Basis von flüssigem Paraffin, oder die Schmieröle auf der Basis von Syntheseöl oder die durch Zugabe von eßbaren Ölen erhaltenen Schmieröle insbesondere im Hinblick auf die Biosicherheit und den Umweltschutz weiter verbesserungsbedürftig.

Die in der oben genannten JP-Patentveröffentlichung (Kokoku) HEI 5-43884 und in der JP-Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift (Kokai) HEI 7-10553 vorgeschlagenen flu orierten Öle wie Perfluorpolyether (PFPE) und Perfluorpolyalkylether (PFAE) sind her vorragend hinsichtlich ihrer Wärmebeständigkeit, chemischen Beständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit, und sie bilden selbst dann, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, keine festen Degenerationsstoffe. Sie werden demgemäß als Schmieröle für mit hoher Drehzahl rotierende Anordnungen bevorzugt, sind jedoch gleichfalls im Hinblick auf den Umweltschutz und die Biosicherheit verbesserungs bedürftig.

Die oben genannte JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-165790 offenbart zwar das Imprägnieren eines Käfigs eines Wälzlagers, der aus einem Phenolharz-Formteil mit eingelagerter Faserschicht besteht, mit einem Schmieröl und schlägt die Verwendung eines eßbaren Öls als Schmieröl vor. Wie jedoch nachstehend im einzelnen erläutert ist, handelt es sich bei der überwiegenden Mehrzahl von generell eßbaren Ölen um trock nende Öle, die, wenn sie trocken werden, in die Form von harzartigen Feststoffen über gehen. Sie sind daher als dauerhafte Schmieröle für Lager nicht geeignet.

Die meisten der generell eßbaren Öle sind trocknende Öle, die eine Oxidation erfahren. Es ist daher üblich, sie mit einem Zusatz eines synthetischen Oxidationsinhibitors zu verwenden. Bei einem Schmieröl auf der Basis eines eßbaren Öls und im wesentlichen bestehend aus dem genannten trocknenden Öl und einem Zusatz an Oxidationsinhibitor muß das potentielle Risiko beachtet werden, daß zwischen dem Oxidationsinhibitor und einem aus einem Lagersystem herausgelösten Metall ein Reaktionsprodukt gebildet wird, bei dem es sich um einen für den Körper schädlichen Stoff handeln kann.

Entsprechend der oben genannten JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-212179 wird Keramikpulver in ein Schmieröl eingemischt, um die Lebensdauer des Schmieröls zu verbessern, so daß die Nachfüllhäufigkeit des Schmieröls bei einem Schmiersystem herabgesetzt werden kann. Bei einer mit hoher Drehzahl rotierenden odontotherapeuti schen Schneidvorrichtung (Luftturbinen-Handstück) werden jedoch die Laufbahnen (der Käfig) und die Kugeln des Lagers durch das Keramikpulver abgeschliffen, so daß ein für den Körper schädliches Metall herausgelöst werden kann oder der Lagermechanis mus ernsthaften Schaden erleiden kann, wenn bei minimaler Schmierung nur eine ge ringe Schmierölmenge verbleibt.

Es ist daher festzuhalten, daß die konventionellen Schmieröle für Wälzlager, die in mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen verwendet werden, beispielsweise in odonto therapeutischen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtungen (Luftturbinen-Handstü cken) noch immer mit Mängeln hinsichtlich der folgenden Eigenschaften behaftet sind:

(i) Biosicherheit (reduzierte Schädigung des Körpers),
(ii) Umweltverträglichkeit (Sicherheit),
(iii) Wärmebeständigkeit (die Möglichkeit der Sterilisation und Desinfektion durch Autoklaven), und
(iv) dauerhaftes Schmiersystem.

Unmittelbarer Anlaß für die vorliegende Erfindung war das Fehlen eines Schmieröls mit ausgezeichneten Eigenschaften für das zahnärztliche Hochleistungs- und Hoch geschwindigkeits-Luftturbinen-Handstück mit kugelgelagerter Turbine entsprechend US-PS 5 562 446.

Es wurde gefunden, daß bei einem Wälzlager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung und insbesondere bei einem ein wichtiges Element des Lagers darstellenden Käfig für Wälzkörper (Kugeln) ein Schmiersystem mit bei bekannten Anordnung nicht anzutreffenden hervorragenden Eigenschaften erzielt werden kann, wenn der Käfig aus einem Formkörper eines besonderen porösen Harzes besteht und der Käfig mit einem speziellen Schmieröl, insbesondere einem nichttrocknenden pflanzlichen Öl, imprä gniert ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Hochleistungs-Wälzlager geschaffen, das bei hohen Drehzahlen in einer Hochgeschwindigkeits- Schneidvorrichtung, wie einem zahn ärztlichen Luftturbinen-Handstück, ausreichende Dauerhaftigkeit hat, das genügende Wärmebeständigkeit besitzt, um hohen Temperaturen und hohen Drücken zu widerste hen, wie sie beispielsweise beim Sterilisieren durch Autoklaven auftreten, und das eine hervorragende Biosicherheit hat.

Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung stellt ein Wälzläger als wesentlichen Bestandteil einer mit hoher Drehzahl rotierenden, kugelgelagerten Anordnung bereit, die bei Drehzahlen von 200 000 U/min oder höher, oder sogar bei 300 000 U/min oder höher betrieben werden kann, wie dies beispielsweise bei einer odontotherapeutischen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung der Fall ist, wobei das Schmieröl in der Lage ist, ein dauerhaftes Schmiersystem bereitzustellen, ohne daß bei der mit hoher Drehzahl arbeitenden Anordnung eine Herabsetzung der Drehzahl erforderlich wird. Mit der Erfindung wird ferner ein mit diesem Schmieröl geschmiertes Wälzlager geschaffen.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Wälzlager für eine mit hoher Dreh zahl rotierende Anordnung, wobei das Wälzlager mindestens einen Außenring, einen Innenring, Wälzkörper und einen Käfig aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß:

(i) der Käfig aus einem porösen Kunstharz-Formkörper besteht, der in minde stens einem Bereich des Formkörpers einen porösen Teil mit einer Anord nung von untereinander verbundenen Poren aufweist, und
(ii) der poröse Teil des Käfigs mit der Anordnung von untereinander verbunde nen Poren mit einem Schmieröl imprägniert ist, das ein nichttrocknendes pflanzliches Öl aufweist.

Das erfindungsgemäße Wälzlager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung, beispielsweise eine odontotherapeutische Hochgeschwindigkeits- Schneidvorrichtung (Luftturbinen-Handstück) weist bereits im Hinblick auf das in erster Linie aus dem nichttrocknenden pflanzlichen Öl bestehende Schmieröl besondere Vorteile auf, wie dies nachstehend näher erläutert ist.

(i) Das Schmieröl nach der Erfindung, das ein nichttrocknendes pflanzliches Öl aufweist, ist hervorragend hinsichtlich verschiedener Eigenschaften, wie insbe sondere Biosicherheit, Umweltschutz, Wärmebeständigkeit (Beständigkeit gegen Autoklaven) und Dauerhaftigkeit der damit geschmierten Lager.
Es ist ferner besonders wirtschaftlich, da seine Kosten niedriger sind als die von konventionellen Schmierölen auf der Basis von fluoriertem Öl.
(ii) Es zeigt sich, daß andere pflanzliche Öle als nichttrocknende pflanzliche Öle, wie halbtrocknende Öle und trocknende Öle sowie Paraffinöl (Flüssigparaffin), erhebliche Farbänderungen erfahren, wenn sie bei 135°C für eine Zeitspanne von 175 h in Luft belassen werden. Mit anderen Worten, diese verschiedenartigen Öle haben eine unbefriedigende Oxidationsbeständigkeit.
Im Gegensatz dazu zeigen im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete nichttrocknende pflanzliche Öle, wie Olivenöl und Arachisöl, bei dem vorste hend genannten Test keine Farbänderungen; sie haben eine ausgezeichnete Oxi dationsbeständigkeit.
(iii) Das erfindungsgemäße Schmieröl, das in erster Linie aus einem nichttrocknen den pflanzlichen Öl besteht und bei einem Wälzlager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, beispielsweise einem zahnärztlichen Luftturbinen- Handstück anwendbar ist, hat eine hohe biologische Abbaugeschwindigkeit und ist auch bei einer Beurteilung gemäß den "Interim Water Quality Standards for Effluents" (einer Verordnung des japanischen "Office of the Prime Minister") im Vergleich zu konventionellen Mineralölen zu bevorzugen. Entsprechend den ge nannten "Interim Water Quality Standards for Effluents" ist im Falle von eßba ren Ölen der zulässige Grenzwert für ablaufendes Abwasser 30 mg/l im Gegen satz zu 5 mg/l für konventionelle Mineralöle.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks, das mit einem Wälzlager entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kopf und den Halsteil des zahnärztlichen Lufttur binen-Handstücks gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines in Fig. 2 dargestellten Käfigs;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 2 für ein abgewandeltes zahnärztliches Luftturbinen-Handstück mit einem Wälzlager gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung; und

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines Käfigs, wie er bei der Anordnung nach Fig. 4 vorgesehen ist.

Das erste wesentliche Merkmal des vorliegenden Wälzlagers für eine mit hoher Dreh zahl rotierende Anordnung besteht darin, daß der ein Hauptelement des Wälzlagers bil dende Käfig für die Wälzkörper (Kugeln) aus dem porösen Formkörper aus dem spezi ellen Matrixmaterial besteht.

Das zweite Merkmal des vorliegenden Wälzlagers für eine mit hoher Drehzahl rotie rende Anordnung besteht darin, daß der poröse Formkörper des Käfigs aus dem spezi ellen Matrixmaterial mit dem speziellen Schmieröl imprägniert ist, d. h. mit dem das nichttrocknende pflanzliche Öl aufweisenden Schmieröl.

Die technische Ausgestaltung des vorliegenden Wälzlagers wird nachstehend in der Reihenfolge der genannten ersten und zweiten Merkmale näher erläutert.

Zunächst sei daher der Aufbau des Käfigs beschrieben, was das erste Merkmal anbe langt.

Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel besteht der Käfig aus einem Formkör per aus einem porösen Polyimidharz. Eine perspektivische Anschicht eines solchen Käfigs 44 ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei sind mit 44a der Hauptteil des Käfigs und mit 44b Poren bezeichnet. Der Käfig 44 ist beispielsweise bei dem kugelgelagerten zahn ärztlichen Luftturbinen-Handstück vorgesehen, das anhand der Fig. 1 und 2 erläutert wurde.

Bei dem aus einem porösen Polyimidharz-Formkörper bestehenden Käfig handelt es sich bei dem Polyimidharz (nachstehend kurz als "PI-Harz" bezeichnet) um ein Harz, das durch Kondensationspolymerisation einer aromatischen Carboxylsäure und eines aromatischen Amins erhalten wird und in dessen Hauptkette Imidbindungen vorliegen (die entweder thermoplastisch oder duroplastisch sein können). Dieses Polyimidharz hat eine hervorragende Wärmebeständigkeit und chemische Beständigkeit, und es zeichnet sich durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften aus.

Unter den vorliegenden Begriff "PI-Harz" sollen auch Polyamidimidharze (im folgen den abgekürzt als "PAI-Harze" bezeichnet) fallen, in deren Hauptkette sich Imidbindun gen und Amidbindungen finden.

Ein handelsüblich verfügbares PI-Harz oder PAI-Harz kann zur Fertigung des Käfigs verwendet werden. Als handelsüblich verfügbare PI-Harze und PAI-Harze kommen bei spielsweise die folgenden Harze in Betracht.

(i) PI-Harze
- (1) "P94-HT" [Handelsname; Produkt der Lenzing AG, Österreich; dar gestellt durch die unten stehende chemische Formel (1) in der R eine Alkylengruppe bedeutet];
- (2) "TI-3000" [Handelsname; Produkt der Toray Industries, Inc.; darge stellt durch die unten stehende chemische Formel (2)];
- (3) "UIP-S" [Handelsname; Produkt der Ube Industries, Ltd.; dargestellt durch die unten stehende chemische Formel (3)];
- (4) "Vespel" [Handelsname; Produkt der E.I. du Pont de Nemours & Co., Ltd.; dargestellt durch die unten stehende chemische Formel (2)];
- (5) "Aurum" [Handelsname; Produkt der Mitsui-Toatsu Chemicals Inc.; dargestellt durch die unten stehende chemische Formel (4)]; und
- (6) andere, einschließlich "Meldin 8100" und "Meldin 900", Produkte von Furon, U.S.A.
(ii) PAI-Harze
- (1) "Torlon 4000 TF" [Handelsname; Produkt der Amoco Chemical Corp.; dargestellt durch die unten stehende chemische Formel (5), bei der mit Ph eine Phenylengruppe bezeichnet ist]. Chemische Formel (1) Chemische Formel (2) Chemische Formel (3) Chemische Formel (4) Chemische Formel (5)

Der aus dem vorstehend angegebenen porösen PAI-Harz-Formkörper bestehende Käfig kann gefertigt werden, indem PAI-Harzpulver, dessen mittlere Teilchengröße durch Klassieren und Sieben auf 15 bis 50 µm eingestellt wurde, gepreßt und gesintert wird.

Durch Einstellen der mittleren Teilchengröße, des Drucks und gegebenenfalls weiterer Parameter des Harzpulvers in dem genannten Sinterformkörper wird ein Käfig von poröser Struktur erhalten, der zu 5 bis 20 Vol.-% aus untereinander verbundenen Poren besteht. Die untereinander verbundenen Poren werden dann mit einem speziellen Schmieröl imprägniert (Basisöl: nichttrocknendes pflanzliches Öl), um den vorliegen den Käfig zu erhalten.

Wenn Pulver mit einer Teilchengröße von weniger als 15 µm in das als Ausgangswerk stoff benutzte Harzpulver eingemischt wird, werden die Poren oder Zwischenräume in dem aus dem porösen Polyamidimid-Körper bestehenden Käfig mit solchem feinen Pulver gefüllt. Dies führt zu Variationen der Porositätswerte der Produkte. Infolge dessen erfolgen die vorstehend genannte Klassierung und Siebung.

Wenn dagegen Pulver mit Teilchengrößen über 50 µm eingemischt werden, entstehen große Räume zwischen einzelnen Teilchen, so daß die prozentuale Rückhaltung des zum Imprägnieren verwendeten Öls während eines Betriebs mit hoher Drehzahl ver mindert wird und die Festigkeit des Käfigs reduziert wird. Das Einmischen von derart großen Pulverteilchen ist daher vorzugsweise zu vermeiden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Käfigs 44 aus einem porösen PAI-Harz-Formkörper.

In Fig. 4 ist ein zahnärztliches Luftturbinen-Handstück mit von dem oben erläuterten Handstück gemäß Fig. 2 abweichendem Aufbau als Anwendungsbeispiel für einen Käfig 44 dargestellt. Der Aufbau des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück gemäß Fig. 4 bedarf keiner näheren Erläuterung; er ergibt sich ohne weiteres aus der Beschrei bung der Fig. 2. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann das Lager mit einer Dichtung versehen sein.

Die Fig. 5 zeigt den Aufbau und die Form des Käfigs 44. Ebenso wie in Fig. 3 sind mit 44a der Hauptteil des Käfigs und mit 44b Poren bezeichnet.

Die zweite Ausführungsform des vorliegenden Käfigs besteht aus einem porösen PI-Harz-Formkörper. Ein solcher Formkörper kann in ähnlicher Weise hergestellt wer den, wie dies oben für das Sintern und Formen des PAI-Harzpulvers erläutert ist. Insbe sondere kann ein poröser PI-Harz-Formkörper, der untereinander in Verbindung stehende Poren in einem Anteil von 5 bis 20 Vol.-% aufweist, gefertigt werden, indem PI-Harzpulver, dessen mittlere Teilchengröße durch Klassieren und Sieben auf 15 bis 50 µm eingestellt wurde, gepreßt und gesintert wird.

Bei den vorstehend erläuterten ersten und zweiten Ausführungsbeispielen waren die Käfige durch Sintern geformt worden. Der Formgebungsprozeß ist jedoch darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann ein Käfig auch entsprechend dem nachfolgend erläu terten Verfahren geformt werden.

Ein PI-Harz, welches als ein poröses Matrixmaterial dienen soll, wird mit einem weite ren wärmebeständigen Harz gemischt. Dieses weitere wärmebeständige Harz hat einen Formtemperaturbereich, der denjenigen des PI-Harzes ähnlich ist. Bei Behandeln mit einem Lösungsmittel in Gegenwart des PI-Harzes wird nur das weitere wärmebestän dige Harz herausgelöst. Das Gemisch wird dann in schmelzflüssigen Zustand überge bracht und zu einem Käfig mit der gewünschten Gestalt geformt. Aus dem so geformten Käfig wird nur das weitere wärmebeständige Harz mit dem Lösungsmittel herausgelöst, wodurch ein poröser Käfig erhalten werden kann.

Bei dem vorstehend erläuterten Formverfahren für den Käfig umfaßt der Begriff "PI- Harz" auch PAI-Harze.

Bei dem weiteren wärmebeständigen Harz kann es sich beispielsweise insbesondere um Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), Polyarylat (PAR) und Polysulfon (PSF) handeln. Zu Beispielen von geeigneten Lösungsmitteln gehören Methylenchlorid (Dichlormethan), Chloroform, Methylethylketon, Tetrahydrofuran, N-Methylpyrolidon und N,N-Dimethlyformamid.

Im Vergleich zu dem oben beschriebenen, aus dem porösen PAI-Harz hergestellten Käfig hat der erläuterte Käfig aus porösem PI-Harz den Vorteil, daß der Käfig nicht schmilzt, wenn ihm das Schmieröl ausgeht, so daß das Lager nicht unbrauchbar wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß das PI-Harz eine geringe Feuchtigkeitsabsorptionsge schwindigkeit hat, so daß die Feuchtigkeitsaufnahme des Rohmaterialpulvers und der Formkörper leicht beherrscht werden kann. Aus den genannten Gründen wird das PAI- Harz als schmelzbares Harz klassifiziert.

In den letzten Jahren ist eine Sterilisationsbehandlung (Autoklaven) notwendig gewor den, um Infektionen, insbesondere H1V-Infektionen, zu verhindern. Die Behandlung muß daher unter schwierigeren Bedingungen (beispielsweise 2,4 kg/cm², 135°C, 5 min) als früher durchgeführt werden. Trotz solcher schwerer Bedingungen kann der erläu terte, aus porösem PI-Harz hergestellte Käfig Temperaturen bis zu etwa 200°C wider stehen.

Bei einer dritten Ausführungsform des vorliegenden Käfigs besteht dieser aus einem Phenolharz-Formkörper mit einer Faserschicht, die als Schicht mit untereinander ver bundenen Poren angesehen werden kann. Ein mit einer Faserschicht dieser Art ausge statteter Phenolharz-Formkörper kann unter Ausnutzung der Faserschicht mit einem Schmieröl imprägniert werden. Bei dem vorliegenden Phenolharz-Formkörper mit ein gelagerter Faserschicht (nachstehend auch kurz als "poröser PR" bezeichnet), erfolgt die Imprägnierung mit einem Schmieröl über die Faserschicht (Stoffschicht), wobei sich diese Funktion von der Art der Imprägnierung des vorstehend erläuterten porösen PI- oder PAI-Harzkörpers (nachstehend kurz als "poröser PI/PAI·R" bezeichnet) unter scheidet, wo die Imprägnierung mit Schmieröl über die untereinander verbundenen Poren erfolgt. Der erläuterte Phenolharz-Formkörper mit eingelagerter Faserschicht (Stofflage) stellt infolgedessen ein Ausführungsbeispiel für einen Harzformkörper mit einem porösen Teil (untereinander in Verbindung stehenden Poren) dar, obwohl dieser Begriff nicht vollständig korrekt sein mag.

Der mit einer Faserschicht versehene Phenolharz-Käfig kann beispielsweise durch das in der JP-Patentoffenlegungsschrift (Kokai) HEI 6-165790 offenbarte Verfahren herge stellt werden.

Beispielsweise läßt sich der Phenolharz-Formkörper mit eingelagerten Fasern fertigen durch

(i) ein Verfahren, bei dem die Stofflage mehrfach in rohrartige Form gerollt und die gerollte Stofflage bei Unterdruck oder Vakuum mit einem Phenol harz imprägniert wird, wobei das Phenolharz dann aushärtet, um einen porö sen zylindrischen Körper zu bilden, oder
(ii) ein Verfahren, bei welchem die mit einem Phenolharz imprägnierte Stoff lage mehrfach gerollt wird und der gerollte Stoff dann unter Druck erhitzt wird, um einen porösen zylindrischen Körper zu erhalten.

Die Porosität des Phenolharz-Formkörpers mit eingelagerter Stofflage kann ähnlich sein wie die des zuvor beschriebenen PI-Harzes; insbesondere kann eine Porosität von 5 bis 20 Vol.-% vorgesehen werden.

Als nächstes sei die Zusammensetzung des entsprechend dem zweiten Merkmal des vorliegenden Wälzlagers verwendeten Schmieröls näher erläutert, mit dem der poröse Formkörper imprägniert ist.

Diese zweite Merkmal beruht darin, daß bei einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung [beispielsweise einer Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (Luftturbi nen-Handstück)], die eine Wälzlagereinheit bestehend aus einem Außenring, einem Innenring, Wälzkörpern (Lagerkugeln) und einem porösen Käfig aus einem wärme festen Kunstharz zur drehbaren Abstützung einer mit Luftturbinenschaufeln verbunde nen drehbaren Welle an Stelle eines konventionellen Schmieröls auf Mineralölbasis oder der Basis von synthetischem Öl für die Wälzlagereinheit ein Schmieröl verwendet wird, das aus einem nichttrocknenden Öl aus pflanzlichen Ölen mit hervorragender Biosicherheit und Umweltschutzeigenschaften, hervorragender Wärmebeständigkeit (so daß eine Sterilisation und Desinfektion durch Autoklaven möglich ist) und guter Haltbarkeit verwendet wird.

Pflanzliche Öle lassen sich grob in die drei folgenden Typen unterteilen:

(i) Nichttrocknende Öle:
Unter dem Begriff "nichttrocknendes Öl" wird ein Öl verstanden, das selbst beim Trocknen (Oxidieren) in Form einer dünnen Schicht in Luft keinen film artigen Stoff (Harzfeststoff) bildet.
Ein nichttrocknendes Öl dieser Art enthält ungesättigte Fettsäuren mit zwei oder mehr Doppelbindungen pro Molekül (im folgenden als "mehrfach ungesättigte Fettsäuren" bezeichnet) nur in kleinen Mengen; vielmehr besteht es vorzugs weise in erster Linie aus dem Glycerid (Glycerolester) der Ölsäure (die eine Doppelbindung pro Molekül enthält), und sein Jodwert (ein Maß für die Unge sättigtheit eines Öls) ist 100 oder kleiner.
Zu repräsentativen Beispielen von nichttrocknenden Ölen dieser Art gehören Olivenöl, Arachisöl und Oleysolöl.
(ii) Halbtrocknende Öle:
Unter dem Begriff "halbtrocknendes Öl" wird ein Öl verstanden, das Eigen schaften zeigt, die zwischen denen eines nichttrocknenden Öls und eines trock nenden Öls (nachstehend erläutert) liegen. Sein Jodwert liegt zwischen 100 und 130.
Zu repräsentativen Beispielen von halbtrocknenden Ölen dieser Art gehören Rapsöl, Sesamöl und Baumwollsaatöl.
(iii) Trocknende Öle:
Mit dem Begriff "trocknendes Öl" wird ein Öl bezeichnet, das einen Film (Harz feststoff) bildet, wenn es in der Form einer dünnen Schicht in Luft getrocknet (oxidiert) wird. Ein trocknendes Öl dieser Art besteht aus Glyceriden von Fett säuren mit einem hohen Grad an Ungesättigtheit (beispielsweise weist Linol säure zwei Doppelbindungen auf, und Linolensäure enthält drei Doppelbindun gen). Diese Glyceride absorbieren Luftsauerstoff und erfahren eine oxidative Polymerisation, wodurch leicht filmartige Stoffe gebildet werden. Der Jodwert eines solchen trocknenden Öls liegt bei 130 oder mehr.
Zu typischen Beispielen von trocknenden Ölen dieser Art gehören Leinöl und Tungöl.
Die verschiedenen vorstehend genannten nichttrocknenden pflanzlichen Öle schließen Öle und Fette (Glycerolester von Fettsäuren) ein, die auch beim Trocknen (Oxidieren) in Form einer dünnen Schicht keinen filmartigen Stoff (Harzfeststoff) bilden. Da sie eine hervorragende Wärmebeständigkeit (so daß Sterilisation und Desinfektion durch Autoklaven möglich sind) und Dauerhaftig keit haben, eignen sie sich als Schmieröle für Wälzlager in mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen, wie zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücken.

Vorliegend wird aus den pflanzlichen Ölen speziell ein nichttrocknendes Öl als Schmieröl für ein Wälzlager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung wie einem zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück benutzt.

Als Ausführungsbeispiel sei nachstehend Olivenöl näher erläutert, das ein repräsentati ves Beispiel für die nichttrocknenden pflanzlichen Öle ist.

Olivenöl stellt ein Öl (Glycerolester) dar, das aus den Früchten von Olea Europaea gewonnen wird. Seine Komponenten lassen sich grob entsprechend den drei folgenden Typen klassifizieren:

(i) ungesättigte Harzsäuren;
(ii) gesättigte Harzsäuren; und
(iii) verschiedene Spurenkomponenten.

Die ungesättigten Harzsäuren in Olivenöl bestehen im wesentlichen aus einfach unge sättigten und zwei- und höher- ungesättigten (mehrfach ungesättigten) Harzsäuren.

Insbesondere liegen in Olivenöl die folgenden ungesättigten Harzsäuren in den angege benen Mengen vor:

1) Ölsäure (einfach ungesättigt) 56,0 bis 83,0%
CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH
2) Linolsäure (mehrfach ungesättigt) 3,5 bis 20,0%
CH₃(CH₂)₄CH=CHCH₂CH=CH(CH₂)₇COOH
3) Palmitoleinsäure (einfach ungesättigt) 0,3 bis 3,5%
CH₃(CH₂)₅CH=CH(CH₂)₇COOH
4) Linolensäure (mehrfach ungesättigt) 0,0 bis 1,5%
CH₃CH₂CH=CHCH₂CH=CHCH₂CH=CH(CH₂)₇COOH
5) Gadoleinsäure (einfach ungesättigt) 0,0 bis 0,05%
CH₃(CH₂)₉CH=CH(CH₂)₇COOH

Olivenöl enthält also überwiegend Ölsäure, bei der es sich um eine einfach ungesättigte Fettsäure handelt. In Olivenöl finden sich auch mehrfach ungesättigte Fettsäuren, wie Linolsäure, in geringen Mengen.

Eine mehrfach ungesättigte Fettsäure neigt zu Oxidation. Gleichwohl hat Olivenöl als Ganzes eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, weil Olivenöl Tocopherole (Vita min E) als Spurenkomponenten enthält und mehrfach ungesättigte Fettsäuren wie Lino lensäure gegen oxidative Verschlechterung aufgrund der Antioxidationswirkung der Tocopherole (Vitamin E) geschützt sind.

In Olivenöl finden sich ferner die nachstehenden Arten von gesättigten Fettsäuren in den angegebenen Mengen:

1) Palmitinsäure CH₃(CH₂)₁₄COOH 7,5 bis 20,0%
2) Stearinsäure CH₃(CH₂)₁₆COOH 0,5 bis 3,5%
3) Myristinsäure CH₃(CH₂)₁₂COOH 0,0 bis 0,05%
4) Arachinsäure CH₃(CH₂)₁₈COOH 0,0 bis 0,05%
5) Behensäure CH₃(CH₂)₂₀COOH 0,0 bis 0,05%
6) Lignocerinsäure CH₃(CH₂)₂₂COOH 0,0 bis 0,05%

Aus dem Vorstehenden folgt, daß Olivenöl als ein Öl anzusehen ist, das niedrige Gehalte an gesättigten Fettsäuren hat, die Hypercholesterolämie verursachen.

Als nächstes seien die Arten der verschiedenen Spurerkomponenten in Olivenöl zusammen mit ihren Eigenschaften und Funktionen erläutert.

(1) Unverseifbare Stoffe:
- (a) Sterole
- (b) Kohlenwasserstoffe
  - - Squalen
  - - Aromatische Kohlenwasserstoffe (die inhärent Aroma und Geschmack verleihen)
- (c) Tocopherole (mit Oxidation verhindernder Funktion)
  - - α-Tocopherol (Vitamin E) (Verhindern von Schwärzung und Polyme risation)
  - - β,γ,δ-Tocopherole (Verhindern von Ranzigkeit, die andernfalls durch das Vorhandensein eines oder mehrerer Schwermetalle verursacht würde)
- (d) Triterpenalkohole
  - - Cycloartenol
  - - Erythrodiol
- (e) fettlösliche Vitamine
  - - Vitamine A, D (Antioxidationseffekte)
(2) Phospholipide, Chlorophyll und Derivate:
- (a) Phospholipide
- (b) Chlorophyll (Antioxidationseffekt)
(3) Phenolverbindungen:
- (a) Phenolverbindungen (Antioxidationseffekte)
- (b) Polyphenole (Antioxidationswirkungen)

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß Olivenöl höhere Gehalte an verschiede nen einer Oxidation von Ölen und Fetten entgegenwirkenden Spurenkomponenten auf weist als andere nichttrocknende Öle und trocknende Öle und daher zu einem Schmieröl führen kann, das eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit (so daß eine Sterilisation und Desinfektion durch Autoklaven möglich ist) und Dauerhaftigkeit hat.

Als nächstes seien weitere nichttrocknende pflanzliche Öle beschrieben, aus denen das vorliegende Schmieröl für ein Lager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anord nung, beispielsweise einem zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück, hergestellt werden kann.

(i) Ein anderes nichttrocknendes Öl als das vorstehend erläuterte Olivenöl ist Ara chisöl.
Arachisöl findet sich mit einem Gehalt von 40 bis 50% in Samen von Arachis hypogaea, und es wird aus diesen Samen durch Pressen gewonnen.
(ii) Ein anderes nichttrocknendes Öl als Olivenöl ist ferner Oleysolöl.

Oleysolöl kann aus einer Sonnenblumenmutante gewonnen werden, die einen hohen Gehalt an (mehrfach ungesättigter) Linolsäure hat; es handelt sich dabei um ein nicht trocknendes Öl. Aufgrund der Bemühungen von Agrochemikern ist es gelungen, eine Sonnenblumenmutante zu züchten, die reichlich Ölsäure (einfach ungesättigte Fettsäure) enthält. Aus dieser Mutante wird das als "Oleysolöl" bezeichnete Öl produziert. Oley solöl ist ein nichttrocknendes Öl, das dem vorstehend erläuterten Olivenöl ähnlich ist.

Unterschiede zwischen bestimmten nichttrocknenden pflanzlichen Ölen, die vorliegend als Schmieröle für Wälzlager von mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen wie zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücken geeignet sind, und einigen halbtrocknenden pflanzlichen Ölen sowie anderen eßbaren Ölen sind in der untenstehenden Tabelle 1 aufgelistet. In der Tabelle 1 sind Olivenöl, Arachisöl und Oleysolöl für die vorliegenden Wälzlager geeignete nichttrocknende pflanzliche Öle, während es sich bei den übrigen Ölen um halbtrocknende pflanzliche Öle und trocknende Öle als Vergleichsbeispiele handelt.

In der Tabelle 1 haben die Anmerkungen die folgenden Bedeutungen:

(1) in erster Linie aus Ölsäure bestehend und Palmitoleinsäure enthaltend,
(2) Linolsäure,
(3) Linolensäure, und
(4) zusammengesetzt aus Palmitinsäure, Stearinsäure, Laurinsäure und Myristin säure.

In der Tabelle 1 sind mit dem Stern (*) als Vergleichsbeispiele angegebene pflanzliche Öle bezeichnet.

Aus Tabelle 1 ergeben sich die folgenden Tendenzen:

(i) Ein nichttrocknendes pflanzliches Öl enthält oxidationsbeständige, einfach unge sättigte Fettsäuren in einer großen Gesamtmenge.
(ii) Ein nichttrocknendes pflanzliches Öl enthält oxidationsempfindliche zweifach- oder dreifach ungesättigte Fettsäuren, d. h. mehrfach ungesättigte Fettsäuren, in einer geringen Gesamtmenge.
(iii) Ein nichttrocknendes pflanzliches Öl enthält Tocopherole (Vitamin E und derglei chen), die Antioxidationswirkungen haben, in einem hohen Verhältnis mit Bezug auf mehrfach ungesättigte Fettsäuren.

Bei nichttrocknenden pflanzlichen Ölen (Olivenöl, Arachisöl, Oleysolöl und derglei chen) aus denen die vorliegenden Schmieröle für Wälzlager in mit hoher Drehzahl rotie renden Anordnungen, wie zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücken, hergestellt werden können, werden die Schmiereigenschaften besser, wenn der Gesamtgehalt an freien Fettsäuren (gesättigt und ungesättigt) niedriger wird.

Diese Tendenzen wurden bei dem Versuch gefunden, die Schmiereigenschaften von nichttrocknenden pflanzlichen Ölen zu verbessern, und sie werden, wie nachstehend erläutert, durch erhärtende Daten gestützt.

Was die oben erwähnten Fettsäuren anbelangt (die nachstehend als "freie Fettsäuren" bezeichnet werden können), die in ein nichttrocknendes pflanzliches Öl freigesetzt wer den, ist folgendes festzuhalten.

Im allgemeinen ist ein Öl oder Fett (ein Fett wie Rindertalg, Schweineschmalz oder Butter, oder ein Fettöl wie Rapsöl, Tungöl oder Leinöl) aus Glycerolestern von höheren Fettsäuren zusammengesetzt.

In einem für das vorliegende Wälzlager brauchbaren nichttrocknenden pflanzlichen Öl liegen verschiedene Fettsäuren (gesättigt und ungesättigt) als Ester vor, welche durch die folgende Formel (1) repräsentiert werden:

3 Moleküle Fettsäure + 1 Molekül Glycerol → 1 Molekül Triglycerid (Ester) (1)

Das nichttrocknende pflanzliche Öl enthält jedoch auch verschiedene Fettsäuren (freie Fettsäuren) die nicht mit Glycerol (CH₂OH-CHOH-CH₂OH) kombiniert sind. Drückt man den Gesamtgehalt der erwähnten freien Fettsäuren als freien Säurewert aus, ist die Acidität um so niedriger und ist die Viskosität um so mehr in Richtung auf die Seite höherer Viskosität verschoben, je niedriger dieser Wert ist. Ein nichttrocknendes pflanzliches Öl mit einem niedrigeren freien Säurewert hat daher bei Verwendung als Schmieröl für ein Wälzlager eine hervorragende Dauerhaftigkeit.

Basierend auf dem vorstehend erläuterten freien Säurewert ist die Güte von Olivenöl in der nachstehend in Tabelle 2 gezeigten Weise zu klassifizieren. Wie aus Tabelle 2 folgt, hat Olivenöl höherer Qualität einen niedrigeren freien Säurewert, und es zeigt, wie nachstehend erläutert, bessere Schmiereigenschaften (siehe Tabelle 3).

Um den freien Säurewert eines nichttrocknenden pflanzlichen Öls wie Olivenöl zu sen ken, kann beispielsweise das folgende Verfahren angewendet werden. Wenn Olivenöl nach Zugabe einer 5 bis 10%igen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid erhitzt wird, wird das Olivenöl verseift, wobei Glycerol und die Natriumsalze von Fettsäuren gebil det werden. Das resultierende Glycerol verestert freie Fettsäuren. Durch anschließende Beseitigung von Ölen und Fetten durch Zentrifugieren kann ein Olivenöl mit einem niedrigen freien Säurewert erhalten werden.

In der Tabelle 2 sind die Bezeichnungen von verschiedenen Sorten von Olivenöl Han delsnamen von Olivenölen, die von der Firma Golden Eagle Olive Products, U.S.A., hergestellt werden.

Tabelle 2

Freie Säurewerte von Olivenöl

Schmiersysteme der vorliegenden Art, von denen jedes einen Käfig in Form eines porö sen Harzformkörpers und ein überwiegend aus einem nichttrocknenden pflanzlichen Öl bestehendes Schmieröl aufwies, wurden mit konventionelle Schmieröle verwendenden Schmiersystemen in einem Wälzlager eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks verglichen, um die Überlegenheit der vorliegenden Schmiersysteme zu demonstrieren.

(i) Gesamtaufbau der Käfige:
Ein Wälzlager eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks (siehe Fig. 1 und 2), das für einen Test gemäß diesem Beispiel benutzt wurde, hatte den folgenden Aufbau:
offenes Miniaturwälzlager mit einem Schnappkäfig und folgenden Abmessun gen:
- (i) Innendurchmesser eines Außenringes: 6,350 mm
- (ii) Innendurchmesser eines Innenringes: 3,175 mm
- iii) Breite: 2,380 mm.

Dieses Lager wurde in das zahnärztliche Luftturbinen-Handstück eingebaut, und der Test wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Luftversorgungs druck 2,5 kg/cm²; zugeführte Luftmenge 26 l/min; Drehzahl etwa 400 000 U/min.

(ii) Arten von Käfigen:
- (1) Nichtporöser PI/PAI·R:
  Dies bedeutet einen nichtporösen Käfig auf Polyimid (PI)-Basis oder Polyamidimid (PAI)-Basis.
  Der nichtporöse PI·R wurde erhalten, indem "Vespel SP-1" (Handelsname, Produkt der E.I. du Pont de Nemours & Co., Ltd.) in Käfigform gebracht wurde.
  Der nichtporöse PAI·R wurde erhalten, indem "Torlon 4203" (Handels name, Produkt der Teÿin-Amoco Engineering Plastics, Ltd.) in Käfigförm gebracht wurde.
- (2) Poröser P·R:
  Dies bedeutet einen porösen Käfig auf Phenolharzbasis. Der poröse P·R wurde erhalten, indem die zwischen den Fäden liegenden Hohlräume eines Webstoffes, der mehrmals in rohrförmige Form gerollt wurde, im Vakuum mit einem Phenolharz imprägniert wurden, eine Formgebung des so impräg nierten Stoffes unter Wärme erfolgte und der geformte Stoff dann durch maschinelles Bearbeiten in die Gestalt eines Käfigs gebracht wurde.
- (3) Poröser PI/PAI·R:
  Dies bedeutet einen porösen Käfig aus einem Sinterkörper auf Polyimid (PI)-Basis oder Polyamidimid (PAI)-Basis.
  Der poröse PI·R wurde erhalten, indem "UIP-S" (Handelsname, Produkt der Ube Industries, Ltd.) unter einem Formdruck von 4000 kgf/cm² druck geformt wurde, der grüne Preßkörper bei 400°C in einer Stickstoffgas atmosphäre gesintert wurde und der gesinterte Preßkörper dann durch maschinelles Bearbeiten in die Form eines Käfigs gebracht wurde (Porosität: etwa 13 Vol.-%).
  Der poröse PAI·R wurde erhalten, indem "Torlon 4000TF" (Handelsname, Produkt der Amoco Chemical Corp., U.S.A.) auf eine mittlere Teilchen größe von 20 µm klassiert und gesiebt wurde, das so gesiebte Pulver unter einem Vorformdruck von 2800 kgf/cm² preßgeformt wurde, der grüne Preß körper bei 300°C gesintert wurde und der gesinterte Preßkörper dann durch maschinelle Bearbeitung in die Gestalt eines Käfigs gebracht wurde (Poro sität: etwa 14 Vol.-%).

Die Versuchsergebnisse für die vorliegenden Schmiersysteme, von denen jedes den Käfig in Form des porösen Harzformkörpers und das überwiegend aus dem nichttrock nenden pflanzlichen Öl bestehende Schmieröl aufwies, und den von konventionellen Schmierölen Gebrauch machenden Schmiersystemen in dem Wälzlager des zahnärztli chen Luftturbinen-Handstücks (siehe Fig. 1 und 2) sind in der untenstehenden Tabelle 3 zusammengestellt. Die Angaben in Tabelle. 3 haben die folgenden Bedeutungen:

(1) <Wärmebeständigkeitstest (Autoklavenbeständigkeit, Zyklen)<

Es wurde ein Autoklav ("ALPHI", Handelsname, hergestellt von der J. MORITA MFG. CORP.) benutzt. Die Autoklavenbeständigkeit wird als Zyklen angegeben, bis die Rotation des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks instabil wird und die Rotations leistung auf 10% (etwa 40 000 U/min) gefallen ist.

Die Behandlungsbedingungen in dem Autoklaven "ALPHI" waren: Dampfdruck 2,4 kg/cm²; Temperatur 135°C; Zeitdauer 5 min.

(2) <Lagerbeständigkeit (Dauerbetrieb, h)<

Zunächst wurde jedes Schmieröl einem Schmiersystem des zahnärztlichen Luftturbinen- Handstücks zugeführt; dann erfolgte ein Dauerbetrieb bei etwa 400 000 U/min ohne zu sätzliche Zuführung des Schmieröls. Die Lagerbeständigkeit ist in Stunden angegeben, die vergehen, bis die Rotation instabil wird und die Drehzahl nm 10% (etwa 40 000 U/min) abgefallen ist.

In Tabelle 3

(a) wurde als das Paraffinöl (flüssiges Paraffin) ein konventionelles Para ffinsprayöl verwendet, das von einem auf dem Gebiet der Odonto therapie arbeitenden Hersteller produziert war.
(b) Als das fluonerte Öl wurde "FOMBLIN" (Handelsname, Produkt der Ausimont S.P.A., Italien) benutzt.

Aus der Tabelle 3 folgt, daß die für das vorliegende Lager geeigneten, überwiegend aus nichttrocknendem pflanzlichen Öl bestehenden Schmieröle im Vergleich zu konventio nellen Schmierölen hervorragende Werte bezüglich Biosicherheit, Umweltschutz, Wär mebeständigkeit (Autoklavenbeständigkeit) und Beständigkeit des Lagers haben.

Claims

1. Wälzlager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung, wobei das dem drehbaren Abstützen mindestens einer drehbaren Welle dienende Wälzlager einen Außenring, einen Innenring, Wälzkörper und einen Käfig aufweist und wobei:

(i) der Käfig aus einem porösen Kunstharz-Formkörper besteht, der in minde stens einem Bereich des Formkörpers einen porösen Teil mit einer Anord nung von untereinander verbundenen Poren aufweist; und
(ii) Der Käfig mit einem Schmieröl geschmiert ist, das ein nichttrocknendes pflanzliches Öl aufweist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Kunstharz- Formkörper mit dem die Anordnung von untereinander verbundenen Poren auf weisenden porösen Teil ausgewählt ist aus:

(1) einem Polyimidharz-Formkörper mit einem eine Anordnung von untereinander verbundenen Poren aufweisenden porösen Teil, der eine Porosität von 5 bis 20 Vol.-% hat, oder
(2) einem Phenolharz-Formkörper, der als porösen Teil mit einer Anord nung von untereinander verbundenen Poren eine Faserschicht mit einer Porosität von 5 bis 20 Vol.-% aufweist.

3. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyimidharz Formkörper mit dem eine Anordnung von untereinander verbundenen Poren auf weisenden porösen Teil durch Sintern eines Harzpulver-Preßkörpers gefertigt ist.

4. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschicht des Phenolharz-Formkörpers den porösen Teil mit einer Anordnung von untereinander verbundenen Poren bildet.

5. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nichttrocknende pflanzliche Öl

(i) mindestens 60 Gew.% mindestens einer einfach ungesättigten Fettsäure, die eine ungesättigte Bindung pro Molekül enthält, und
(ii) höchstens 30 Gew.% mindestens einer mehrfach ungesättigten Fettsäure, die mindestens zwei ungesättigte Bindungen pro Molekül enthält

aufweist.

6. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nichttrocknende pflanzliche Öl höchstens 10 Gew.-% eines Tocopherols aufweist.

7. Wälzlager nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nichttrock nende pflanzliche Öl aus einer aus Olivenöl, Arachisöl und Oleysolöl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

8. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das nichttrocknende pflanzliche Öl höchstens 5 Gew.-% an nicht mit Glycerin kombinierten gesättigten und ungesattigten Fettsäuren (freien Fettsäuren) aufweist.