DE19743041B4 - Verwendung eines Schmieröls für Wälzlager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines Schmieröls für ein Wälzlager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, wobei das Schmieröl ein nichttrocknendes pflanzliches Öl aufweist, welches:
(i) mindestens 60 Gew.-% mindestens einer einfach ungesättigten Fettsäure, die eine ungesättigte Bindung pro Molekül enthält;
(ii) höchstens 30 Gew.-% mindestens einer mehrfach ungesättigten Fettsäure, die mindestens zwei ungesättigte Bindungen pro Molekül enthält;
aufweist und das Schmieröl weiterhin
(iii) ölabsorbierende Kunstharzteilchen aufweist, die aus einem vernetzten Polymer hergestellt sind, das durch Copolymerisation von
(A) 90 bis 99,9 Gew.-% eines Monomers (A), das eine polymerisierbare ungesättigte Gruppe pro Molekül aufweist und in der Lage ist, ein Polymer mit einem Löslichkeitsparameter (SP-Wert) von 9 oder weniger herzustellen, und
(B) 0,1 bis 10 Gew.-% eines Vernetzungsmonomers mit mindestens zwei polymerisierbaren ungesättigten Gruppen pro Molekül
erhalten ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Hochleistungs-Schmieröls für ein Wälzlager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, die in einem Bereich eingesetzt wird, wo hohe Drehzahl und hohe Sicherheit erforderlich sind, beispielsweise bei medizinischen Geräten, Geräten der Lebensmittelverarbeitung oder Raumfahrtgeräten.
  • Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Verwendung eines neuartigen Hochleistungs-Schmieröls zur Anwendung bei einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, die im medizinischen Bereich, im Nahrungsmittelbereich oder dergleichen eingesetzt wird, beispielsweise einer Schneidvorrichtung hoher Drehzahl (typischerweise einem Luftturbinen-Handstück), vor allem bei einem Wälzlager, das eine wesentliche Baugruppe einer solchen Anordnung darstellt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung geht es insbesondere um die Verwendung eines neuartigen Hochleistungs-Schmieröls mit hervorragender Biosicherheit (d. h. verminderter Körperschädlichkeit) und Umweltverträglichkeit (d. h. Sicherheit bezüglich der Umwelt), das es erlaubt, für ein dauerhaftes Schmiersystem zu sorgen und das bei einer Wälzlagereinheit in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung anwendbar ist, beispielsweise einer Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (typischerweise einem Luftturbinen-Handstück).
  • Eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung, beispielsweise eine Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung, weist typischerweise eine rotierende Welle, auf der verschiedenartige Schneidwerkzeuge 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 odontotherapeutische Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (d. h. ein Luftturbinen-Handstück) zu nennen.
  • Es ist bekannt, daß zu Lagereinheiten für die vorstehend genannten zahnärztlichen 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-Handstücken 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 Drehzahl von etwa 200.000 bis 400.000 U/min ansehen, während Handstücke mit luftgelagerter 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 beispielshafte Näherungswerte anzusehen sind. Beispielsweise handelt es sich bei dem aus der US 5 562 446 A bekannten zahnärztlichen 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 erleichtern, sei im Folgenden der Aufbau einer Anordnung erläutert, in welcher das Schmieröl erfindungsgemäß verwendet wird, nämlich einer zahnärztlichen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (d. h. eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks).
  • Die 1 und 2 zeigen die Konstruktion des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks. Dabei handelt es sich bei 1 um eine perspektivische Ansicht, die den Gesamtaufbau des Handstücks erkennen läßt, während 2 eine Schnittansicht ist, die im einzelnen den Innenaufbau des Kopfes und des Halsteils des Handstücks zeigt.
  • Wie in 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 untergebrachten Luftturbine sowie zum Ableiten von Druckluft von der Luftturbine.
  • 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 dreh bar abstützt. Um eine Behandlung durchzuführen, wird ein Schneidwerkzeug 5 in einer Bohrung gehalten, die sich durch die Turbinenrotorwelle 3 entlang deren Mittelachse erstreckt. Das Schneidwerkzeug 5 ist umfangsseitig von einer Spannhülse 51 umgeben, um das Schneidwerkzeug 5 innerhalb der Bohrung der Turbinenrotorwelle zu halten.
  • Die Lagerheinheit 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 können O-Ringe vorgesehen sein, um für eine Selbstzentrierung der Lagereinheit zu sorgen. Statt dessen oder zusätzlich können dort Wellenscheiben angeordnet sein, um die Steifigkeit der Welle zu verbessern.
  • Ein Hauptabschnitt 6 des Halsteils N ist mit einem Luftzufuhrkanal 7 und einem Lufteinlaß 71 zur Zufuhr von Druckluft zu den innerhalb der Kammer 11 untergebrachten 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-Handstücks A gemäß 2 kann die Anordnung zum Einspeisen und Ableiten von Druckluft insbesondere in der aus der US 5 562 446 A bekannten Weise ausgestaltet sein.
  • Das mit den Lufteinlaß- und -auslaßmitteln gemäß US 5 562 446 A ausgestattete zahnärztliche 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 Turbinenrotorwelle 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 Lagereinheit hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Es ist daher extrem wichtig, Güte und Eigenschaften 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 vorstehend beschriebenen Art in der Mundhöhle eingesetzt wird. Dabei wird ein Schmieröl auf die Lagereinheit des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks aufgesprüht oder aufgetropft. Mit anderen Worten, das zahnärztliche Luftturbinen-Handstück wird mit minimaler Schmierung angewendet, und es erfährt eine Hochdruck- und Hochtemperatur-Behandlung zwecks Sterilisation und Desinfektion (die auch als "Autoklaven" bezeichnet wird und die beispielsweise unter den folgenden Bedingungen erfolgt: Dampfdruck 2,4 kg/cm2; Temperatur 135°C; Zeitdauer 5 min).
  • Das zur Verwendung bei einer solchen Lagereinheit bestimmte Schmieröl muß daher Eigenschaften aufweisen, die ausreichen, um solchen harten Einsatzbedingungen zu widerstehen, beispielsweise eine entsprechend hohe Oxidationsbeständigkeit.
  • Als Schmieröle für Wälzlagereinheiten in mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen wurden bisher 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, Schiffsmotoren 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 zugesetzt werden. Bei diesen eßbaren Ölen besteht ein Problem hinsichtlich der Oxidationsbeständigkeit. 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 Luftturbinen-Handstücke wurden vor kurzem in JP 05043884 A und der JP 07010553 U zahnärztliche Luftturbinen-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 Schmiervermögen 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 Wärmebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit aufweisen und selbst dann, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, keine festen Degenerationsstoffe bilden.
  • Des weiteren offenbart die JP 06165790 A eine Ausführungsform, bei der ein Schnappkäfig eines Kugellagers in einem zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück mit einem Schmieröl imprägniert wird, obwohl der unmittelbare 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 eingelagert 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 06165790 A offenbarten Kugellagers geht es darum, durch das Merkmal (i) das Rotationsgleichgewicht zu verbessern, wodurch der Käfig gegen Verschleiß geschützt werden kann, sowie einen Anstieg des Drehmoments zu vermeiden, wobei es zu beiden unerwünschten Wirkungen andernfalls aufgrund eines Kontakts zwischen dem Käfig und dem Außenring kommen würde.
  • Die spezielle Zusammensetzung des Schmieröls, mit dem der Käfig gemäß JP 06165790 A imprägniert ist, ist jedoch nicht klar. So beschreibt zwar die JP 06165790 A bei der Erläuterung 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 6165790 A angegebene Schmieröl oder eßbare Öl konventionellen Schmierölen nicht überlegen ist.
  • Aus der JP 06212179 A ist es bekannt, ein keramisches 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 Pulvers 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, beispielsweise bei odontotherapeutischen Luftturbinen-Handstücken, die mit Wälzlagern ausgestattet 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 05043884 A und in der JP 07010553 U vorgeschlagenen fluorierten Öle wie Perfluorpolyether (PFPE) und Perfluorpolyalkylether (PFAE) sind hervorragend 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 verbesserungsbedürftig.
  • Die oben genannte JP 06165790 A 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 trocknende Öle, die, wenn sie trocken werden, in die Form von harzartigen Feststoffen übergehen. 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 06212179 A 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 odontotherapeutischen 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 Lagermechanismus ernsthaften Schaden erleiden kann, wenn bei minimaler Schmierung nur eine geringe Schmierölmenge verbleibt.
  • Es ist daher festzuhalten, daß die konventionellen Schmieröle für Wälzlager, die in mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen verwendet werden, beispielsweise in odontotherapeutichen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtungen (Luftturbinen-Handstücken) 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 Hochgeschwindigkeits-Luftturbinen-Handstück mit kugelgelagerter Turbine entsprechend US 5 562 446 A .
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neuartige Verwendung eines Schmieröls mit hervorragenden Eigenschaften im Hinblick auf die oben genannten Merkmale, wie Biosicherheit, in einem Wälzlager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung geschaffen, das mit dem neuartigen Schmieröl geschmiert ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Schmieröl verwendet, das Anforderungen erfüllen kann, wie sie bei einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, beispielsweise einer odontotherapeutischen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (einem kugelgelagerten Luftturbinen-Handstück) anzutreffen sind, das bei den auf die hohe Drehzahl zurückzuführenden großen Drehmomenten verwendbar ist, das eine hervorragende Wärmebeständigkeit hat und mit anderen Worten eine Sterilisation und Desinfektion durch Autoklaven unter hoher Temperatur und hohem Druck erlaubt, und das über eine lange Zeitdauer hinweg stabil bleibt.
  • Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung sorgt für eine neuartige Verwendung eines Schmieröls für ein Wälzlager, das einen wesentlichen Bestandteil einer mit hoher Drehzahl rotierenden, kugelgelagerten Anordnung bildet, die bei Drehzahlen von 200.000 U/min oder höher, oder sogar bei 300.000 U/min oder höher betrieben werden kann, beispielsweise eine odontotherapeutische Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung, 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.
  • Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Schmieröls für ein Wälzlager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, gemäß Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäß verwendete Schmieröl, bei dem es sich in erster Linie um ein nichttrocknendes pflanzliches Öl handelt, und das sich für die Wälzlager in mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen, beispielsweise einer odontotherapeutischen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (Luftturbinen-Handstück) eignet, bietet insbesondere die nachstehenden Vorteile.
    • (i) Das erfindungsgemäß verwendete Schmieröl, das ein nichttrocknendes pflanzliches Öl aufweist, ist hervorragend hinsichtlich verschiedener Eigenschaften, wie insbesondere 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 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 vorstehend genannten Test keine Farbänderungen; sie haben eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit.
    • (iii) Das erfindungsgemäß verwendete Schmieröl, das in erster Linie aus einem nichttrocknenden 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 genannten "Interim Water Quality Standards for Effluents" ist im Falle von eßbaren Ölen der zulässige Grenzwert für ablaufendes Abwasser 30 mg/l im Gegensatz zu 5 mg/l für konventionelle Mineralöle.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks, das mit einem erfindungsgemäß verwendeten Schmieröl geölt wird, das ein nichttrocknendes pflanzliches Öl und ölabsorbierende Kunstharzteilchen aufweist;
  • 2 einen Schnitt durch den Kopf und den Halsteil des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks gemäß 1;
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines in 2 dargestellten Käfigs;
  • 4 eine Schnittdarstellung ähnlich 2 für ein abgewandeltes zahnärztliches Luftturbinen-Handstück, das mit dem erfindungsgemäß verwendeten Schmieröl geschmiert wird, das ein nichttrocknendes pflanzliches Öl und ölabsorbierende Kunstharzteilchen aufweist; und
  • 5 eine Schnittdarstellung eines Käfigs, wie er bei der Anordnung nach 4 vorgese hen ist.
  • Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Beschaffenheit des Schmieröls, das für das Wälzlager in der mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung [beispielsweise einer odontotherapeutischen Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (Luftturbinen-Handstück)] verwendet wird, bei dem als wesentliche Baugruppe das Wälzlager vorgesehen ist, mittels dessen die drehbare Welle drehbar abgestützt wird.
  • Speziell beruht das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, daß bei einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung [beispielsweise einer Hochgeschwindigkeits-Schneidvorrichtung (Luftturbinen-Handstück)], die eine Wälzlagereinheit bestehend aus einem Außenring, einem Innenring, Wälzkörpern (Lagerkugeln) und einem Käfig aus einem Metall oder einem wärmefesten Kunstharz zur drehbaren Abstützung einer mit Luftturbinenschaufeln verbundenen 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 und hervorragender Wärmebeständigkeit (so daß eine Sterilisation und Desinfektion durch Autoklaven möglich ist) und ölabsorbierenden Kunstharzteilchen verwendet wird.
  • Zunächst sei das Merkmal der erfindungsgemäßen Verwendung, gemäß dem das Schmieröl aus einem pflanzlichen Öl, und zwar speziell einem nichttrocknenden pflanzlichen Öl, besteht, näher erläutert.
  • 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 filmartigen 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 vorzugsweise in erster Linie aus dem Glycerid (Glycerolester) der Ölsäure (die eine Doppelbindung pro Molekül enthält), und sein Jodwert (ein Maß für die Ungesättigtheit 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 Eigenschaften zeigt, die zwischen denen eines nichttrocknenden Öls und eines trocknenden 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 (Harzfeststoff) bildet, wenn es in der Form einer dünnen Schicht in Luft getrocknet (oxidiert) wird. Ein trocknendes Öl dieser Art besteht aus Glyceriden von Fettsäuren mit einem hohen Grad an Ungesättigtheit (beispielsweise weist Linolsäure zwei Doppelbindungen auf, und Linolensäure enthält drei Doppelbindungen). 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 Dauerhaftigkeit 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 repräsentatives 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 ungesättigten und zwei- und höher-ungesättigten (mehrfach ungesättigten) Harzsäuren.
  • Insbesondere liegen in Olivenöl die folgenden ungesättigten Harzsäuren in den angegebenen 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 (Vitamin E) als Spurenkomponenten enthält und mehrfach ungesättigte Fettsäuren wie Linolensäure 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 Spurenkomponenten 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 Polymerisation) – 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 verschiedenen einer Oxidation von Ölen und Fetten entgegenwirkenden Spurenkomponenten aufweist 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 vorliegend verwendete Schmieröl für ein Lager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, beispielsweise einem zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück, hergestellt werden kann.
    • (i) Ein anderes nichttrocknendes Öl als das vorstehend erläuterte Olivenöl ist Arachisöl. 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 nichttrocknendes Öl. Aufgrund der Bemühungen von Agrochemikern ist es gelungen, eine Sonnenblumenmutante anzubauen, die reichlich Ölsäure (einfach ungesättigte Fettsäure) enthält. Aus dieser Mutante wird das als "Oleysolöl" bezeichnete Öl produziert. Oleysolöl ist ein nichttrocknendes Öl, das dem vorstehend erläuterten Olivenöl ähnlich ist.
  • Unterschiede zwischen bestimmten nichttrocknenden pflanzlichen Ölen, die vorliegend als Schmieröle für mit hoher Drehzahl rotierende Anordnungen wie zahnärztliche Luftturbinen-Handstücke 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 Zwecke 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 Myristinsäure.
  • In der Tabelle 1 sind mit dem Stern (*) als Vergleichsbeispiele angegebene pflanzliche Öle bezeichnet.
  • Figure 00140001
  • Aus Tabelle 1 ergeben sich die folgenden Tendenzen:
    • (i) Ein nichttrocknendes pflanzliches Öl enthält oxidationsbeständige, einfach ungesättigte 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 dergleichen), die Antioxidationswirkungen haben, in einem hohen Verhältnis mit Bezug auf mehrfach ungesättigte Fettsäuren.
  • Bei nichttrocknenden pflanzlichen Ölen (Olivenöl, Arachisöl, Oleysolöl und dergleichen) aus denen die vorliegend verwendeten Schmieröle für Wälzlager in mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnungen, wie zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücken, hergestellt werden können, werden die Schmiereigenschaften besser, wenn der Gesamtgehalt an freien Fettsäuren 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 werden, 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 die vorliegenden Zwecke brauchbaren nichttrocknenden pflanzlichen Öl liegen verschiedene Fettsäuren (gesättigt und ungesättigt) als Ester vor, welche durch die folgende Formel 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 senken, 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 gebildet 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 Handelsnamen von Olivenölen, die von der Firma Golden Eagle Olive Products, U. S. A., hergestellt werden. Tabelle 2 Freie Säurewerte von Olivenöl
    Sorte des Olivenöls Freier Säurewert (Gew.-%)
    Refined oil (raffiniertes Öl) 0,1
    Extra virgin oil (Extrajungfern-Öl) 1,1
    Virgin oil (Jungfern-Öl) 3,2
  • Dem Schmieröl, das als Hauptkomponente nichttrocknendes pflanzliches Öl (Olivenöl, Arachisöl, Oleysolöl oder dergleichen) aufweist, werden Teilchen eines ölabsorbierenden Kunstharzes als Additiv zugesetzt, um die Eigenschaften des Schmiersystems bei hoher Drehzahl weiter zu verbessern.
  • Es zeigte sich, daß Teilchen aus einem einem ölabsorbierenden vernetzten Polymer, wie einem vernetzten Polymer des Acrylatestertyps, extrem wirksam sind, um die Rückhaltung des Schmieröls für das Wälzlager zu verbessern, ohne die Eigenschaften des nichttrocknenden pflanzlichen Öls zu beeinträchtigen.
  • Als ölabsorbierendes vernetztes Polymer eignen sich insbesondere Polymere, wie sie an sich aus der JP 05337367 A oder der JP 03143996 A bekannt sind. Es zeigte sich, daß ein solches ölabsorbierendes vernetztes Polymer einem Wälzlager bei einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung ausgezeichnete Eigenschaften verleiht.
  • Das die Hauptkomponente des Schmieröls bildende nichttrocknende pflanzliche Öl hat einen Löslichkeitsparameter (SP-Wert) von 6 bis 9. Vorzugsweise hat im Hinblick auf die Kompatibilität das ölabsorbierende vernetzte Polymer einen ähnlichen SP-Wert. Insbesondere wird dem das nichttrocknende pflanzliche Öl als Hauptkomponente aufweisenden Schmieröl ein ölabsorbierendes vernetztes Polymer mit einem SP-Wert von 9 oder weniger zugesetzt.
  • Das ölabsorbierende vernetzte Polymer wird erhalten durch Copolymerisation von:
    • (i) 90 bis 99,9 Gew.-% eines Monomers (A), das eine polymerisierbare ungesättigte Gruppe pro Molekül aufweist und in der Lage ist, ein Polymer mit einem SP-Wert von 9 oder weniger herzustellen, und
    • (ii) 0,1 bis 10 Gew.-% eines Vernetzungsmonomers (B), das mindestens zwei polymerisierbare ungesättigte Gruppen pro Molekül enthält.
  • Bei dem Monomer (A) handelt es sich bevorzugt um mindestens ein polymerisierbares ungesättigtes Monomer enthaltend:
    • (1) mindestens eine aliphatische C2 bis C30 Kohlenwasserstoffgruppe sowie mindestens eine Gruppe, die ausgewählt ist aus:
    • (2) Alkyl-Methacrylat, Alkylaryl-Methacrylat, Alkylmethacrylamid, Alkylarylmethacrylamid, Fettsäure-Vinylestern, Alkyl-Styrolen und α-Olefinen.
  • Beispiele für das Vernetzungsmonomer (B) sind Ethylenglycol-Dimethacrylat, Diethylenglycol-Dimethacrylat, Polyethylenglycol-Dimethacrylat, Propylenglycol-Dimethacrylat, Polypropylenglycol-Dimethacrylat, 1,3-Butylenglycol-dimethacrylat, Neopentylglycol-Dimethacrylat, N,N'-Methylen-bisacrylamid, N,N'-Propylenbisacrylamid, Glycerol-Trimethacrylat, Trimethylolpropan-Trimethacrylat und Divinylbenzol.
  • Zu bevorzugten Beispielen von ölabsorbierenden vernetzten Polymeren, bei denen Dienmonomere dieser Art verwendet werden, gehören Polymere von Butadien, Isopren, Cyclopentadien und 1,3-Pentadien sowie die Hydrierungsprodukte dieser Monomere, sowie ferner Copolymere der genannten Diene mit anderen polymerisierbaren Monomeren wie Styrol und α-Olefinen wie Butylen, und die Hydrierungsprodukte dieser Stoffe.
  • Die vorstehend genannten vernetzenden Monomere können auch als die polymerisierbaren Monomere verwendet werden.
  • Ferner kann das ölabsorbierende vernetzte Polymer aus einem vernetzten Copolymer von Ethylen mit einem anderen Olefin bestehen. Zu Beispielen von anderen Olefinen, die mit Ethylen copolymerisiert werden können, gehören Propylen, Butylen und Penten. Die genannten Stoffe können auch als vernetzende Monomere eingesetzt werden.
  • Das genannte ölabsorbierende vernetzte Polymer liegt in Form von Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 2000 μm vor, und es kann dem nichttrocknenden pflanzlichen Öl in einer gewünschten Menge zugesetzt werden. Als ölabsorbierendes vernetztes Polymer dieser Art können "Oleosorb PW-190" (Handelsbezeichnung) oder "Oleosorb PW-170" (Handelsbezeichnung) verwendet werden. Dabei handelt es sich um ein Acrylatesterpolymer, das von der Nippon Shokubai Co., Ltd. hergestellt wird.
  • Als nächstes seien die wesentlichen Merkmale des Wälzlagers für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung, erläutert, die mit vorstehend beschriebenem Schmieröl geschmiert wird.
  • Das Wälzlager weist eine Wälzlagereinheit zum drehbaren Abstützen mindestens einer drehbaren Welle auf. Die Wälzlagereinheit ist mit dem Außenring, dem Innenring, den Wälzkörpern (Kugeln) und dem Käfig versehen.
  • Der Aufbau des Käfigs und die Art seiner Schmierung lassen sich zusammengefaßt wie folgt einteilen:
    • 1. Typ l (i) der Käfig besteht aus einem nichtporösen Metall oder Kunstharz, und (ii) der Käfig ist mit einem Schmieröl aus einem nichttrocknenden pflanzlichen Öl geschmiert.
    • 2. Typ 2 (i) der Käfig besteht aus einem porösen Kunstharz-Formkörper, wobei in mindestens einem Teil des Formkörpers ein poröser Abschnitt mit untereinander verbundenen Poren vorgesehen ist, und (ii) der Käfig ist mit einem Schmieröl geschmiert, das ein ölabsorbierendes Mittel aufweist, wobei das Schmieröl aus ölabsorbierenden Kunstharzteilchen und einem nichttrocknenden pflanzlichen Öl besteht.
  • Auch bei dem Typ 1 des Käfigs enthält das Schmieröl ölabsorbierende Kunstharzteilchen wie beim Typ 2.
  • Der Aufbau des Käfigs vom Typ 1 und die Art seiner Schmierung sind ähnlich dem Stand der Technik mit der Ausnahme des sich von bekannten Schmierölen wesentlich unterscheidenden Schmieröls. Aufbau und Schmierung lassen sich aus der folgenden Beschreibung des zum Typ 2 gehörenden Käfigs leicht verstehen. Infolgedessen bedarf es keiner näheren Erläuterung des Käfigs vom Typ 1.
  • Was das vorliegende Wälzlager für mit hoher Drehzahl rotierende Anordnungen anbelangt, wird nachstehend der Aufbau eines zum Typ 2 gehörenden Käfigs im einzelnen beschrieben.
  • Bei dem vorliegenden Wälzlager ist der ein wichtiges Element des Lagers darstellende Käfig für die Wälzkörper (Kugeln) als poröser Körper aus einem speziellen Matrixmaterial ausgebildet.
  • Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel besteht der Käfig aus einem Formkörper aus einem porösen Polyimidharz. Eine perspektivische Ansicht eines solchen Käfigs 44 ist in 3 dargestellt. Dabei sind mit 44a der Hauptteil des Käfigs und mit 44b Poren bezeichnet. Der Käfig 44 ist beispielsweise bei dem kugelgelagerten zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück vorgesehen, das anhand der 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 vorliegend Begriff "PI-Harz" sollen auch Polyamidimidharze (im folgenden abgekürzt als "PAI-Harze" bezeichnet) fallen, in deren Hauptkette sich Imidbindungen 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 beispielsweise die folgenden Harze in Betracht.
    • (i) PI-Harze (1) "P94-HT" [Handelsname; Produkt der Lenzing AG, Österreich; dargestellt durch die unten stehende chemische Formel (1) in der R eine Alkylengruppe bedeutet]; (2) "TI-3000" [Handelsname; Produkt der Toray industries, Inc.; dargestellt 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) "Torion 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)
      Figure 00200001
      Chemische Formel (2)
      Figure 00200002
      Chemische Formel (3)
      Figure 00200003
      Chemische Formel (4)
      Figure 00200004
      Chemische Formel (5)
      Figure 00210001
  • 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 vorliegenden Käfig zu erhalten.
  • Wenn Pulver mit einer Teilchengröße von weniger als 15 μm in das als Ausgangswerkstoff 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. Infolgedessen 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 vermindert wird. Derart große Pulverteilchen sind daher vorzugsweise zu vermeiden.
  • Die 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Käfigs 44 aus einem porösen PAI-Harz-Formkörper.
  • In 4 ist ein zahnärztliches Luftturbinen-Handstück mit von dem oben erläuterten Handstück gemäß 2 abweichendem Aufbau als Anwendungsbeispiel für einen Käfig 44 dargestellt. Der Aufbau des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück gemäß 4 bedarf keiner näheren Erläuterung; er ergibt sich ohne weiteres aus der Beschreibung der 2.
  • Die 5 zeigt den Aufbau und die Form des Käfigs 44. Ebenso wie in 3 sind mit 44a der Hauptteil des Käfigs und mit 44b Poren bezeichnet.
  • Die zweite Ausführungsform des vorliegend verwendeten Käfigs besteht aus einem porösen PI-Harz-Formkörper. Ein solcher Formkörper kann in ähnlicher Weise hergestellt werden, wie dies oben für das Sintern und Formen des PAI-Harzpulvers erläutert ist. Insbesondere 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.
  • Im Vergleich zu einem Käfig aus porösem PAI-Harz hat ein Käfig aus porösem PI-Harz insofern Vorteile, als der Käfig nach Aufbrauchen des Schmieröls nicht schmilzt und das Lager nicht unbrauchbar wird, und daß das PI-Harz eine niedrige Feuchtigkeitsabsorptions-Geschwindigkeit hat und damit eine leichte Kontrolle oder Steuerung der Rohmaterialpulver und Formkörper erlaubt. Aus den vorstehenden Gründen wird das PAI-Harz als ein schmelzbares Harz bezeichnet.
  • In den letzten Jahren ist eine Sterilisationsbehandlung (Autoklaven) notwendig geworden, um Infektionen, insbesondere HIV-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 erläuterte, aus porösem PI-Harz hergestellte Käfig Temperaturen bis zu etwa 200°C widerstehen.
  • Bei der vorliegend beanspruchten Verwendung besteht der eingesetzte Käfig aus einem Phenolharz-Formkörper mit einer Faserschicht, die als Schicht mit untereinander verbundenen Poren angesehen werden kann. Ein mit einer Faserschicht dieser Art ausgestatteter Phenolharz-Formkörper kann unter Ausnutzung der Faserschicht mit einem Schmieröl imprägniert werden. Bei dem vorliegend verwendeten Phenolharz-Formkörper mit eingelagerter 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) unterscheidet, 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 06165790 A offenbarte Verfahren hergestellt 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 Phenolharz imprägniert wird, wobei das Phenolharz dann aushärtet, um einen porösen zylindrischen Körper zu bilden, oder
    • (ii) ein Verfahren, bei welchem die mit einem Phenolharz imprägnierte Stofflage 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.
  • Schmieröle der vorstehend genannten Art, von denen jedes in erster Linie aus einem nichttrocknenden pflanzlichen Öl bestand und auf ein Wälzlager in einem zahnärztlichen Luftturbinen-Handstück aufgebracht werden konnte, wurden mit verschiedenen bekannten Schmierölen verglichen, um die Überlegenheit der vorliegenden Schmieröle zu demonstrieren.
  • Die Lagereinheit eines zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks (siehe 1 und 2), die für einen Test gemäß diesem Beispiel benutzt wurde, hatte den folgenden Aufbau:
    offenes Miniaturwälzlager versehen mit einem Schnappkäfig und folgenden Abmessungen:
    • (i) Innendurchmesser eines Außenringes: 6,350 mm
    • (ii) Innendurchmesser eines Innenrings: 3,175 mm
    • (iii) Breite: 2,380 mm.
  • Diese Lagereinheit wurde in das zahnärztliche Luftturbinen-Handstück eingebaut, und der Test wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Luftversorgungsdruck 2,5 kg/cm2; zugeführte Luftmenge 26 l/min; Drehzahl etwa 400.000 U/min.
  • Unter Verwendung des zahnärztlichen Luftturbinen-Handstücks (1 und 2) wurden die vorliegend offenbarten Schmieröle und verschiedene bekannte Schmieröle unter den angegebenen Bedingungen getestet. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengestellt. Die Angaben in Tabelle. 3 haben die folgenden Bedeutungen:
  • (1) <Wärmebeständigkeitstest (Autoklavenbeständigkeit, Zyklen)>
  • Es wurde ein Autoklav mit der Handelsbezeichnung "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 Rotationsleistung um 10% (etwa 40.000 U/min) gefallen ist.
  • Die Behandlungsbedingungen in dem Autoklaven 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 zusätzliche Zuführung des Schmieröls. Die Lagerbeständigkeit ist in Stunden angegeben, die vergehen, bis die Rotation instabil wird und die Drehzahl um 10% (etwa 40.000 U/min) abgefallen ist.
  • Die verschiedenen in der Tabelle 3 angegebenen Käfige sind wie folgt aufgebaut:
    • (i) Unporöser 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" (Handelsname, Produkt der Teijin-Amoco Engineering Plastics, Ltd.) in Käfigform gebracht wurde.
    • (ii) Poröser P·R: Dies bedeutet einen 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 imprägnierten Stoffes unter Wärme erfolgte und der geformte Stoff dann durch maschinelles Bearbeiten in die Gestalt eines Käfigs gebracht wurde.
    • (iii) Poröser PI/PAI-R: Dies bedeutet einen porösen Käfig aus einem Sinterkörper aus Polyimid (PI)-Basis- oder Polyamidimid (PAI)-Basispulver. Der poröse PI-R wurde erhalten, indem "UIP-S" (Handelsname, Produkt der Ube industries, Ltd.) unter einem Formdruck von 4000 kgf/cm2 druckgeformt wurde, der grüne Preßkörper bei 400°C in einer Stickstoffgasatmosphäre 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 Teilchengröße von 20 μm klassiert und gesiebt wurde, das so gesiebte Pulver unter einem Vorformdruck von 2800 kgf/cm2 preßgeformt wurde, der grüne Preßkörper bei 300°C gesintert wurde und der gesinterte Preßkörper dann durch maschinelle Bearbeitung in die Gestalt eines Käfigs gebracht wurde (Porosität: etwa 14 Vol.%).
  • In Tabelle 3
    • (a) wurde als das Paraffinöl (flüssiges Paraffin) ein konventionelles Paraffinsprayöl verwendet, das von einem auf dem Gebiet der Odontotherapie arbeitenden Hersteller produziert war.
    • (b) Als das fluorierte Öl wurde "FOMBLIN" (Handelsname, Produkt der Ausimont S. P. A., Italien) benutzt.
    • (c) Als das ölabsorbierende vernetzte Polymer auf Acrylatesterbasis wurde "PW-170" (Handelsname, Produkt der Nippon Shokubai Co., Ltd.) benutzt.
  • Figure 00260001
  • Aus der Tabelle 3 folgt, daß die vorliegenden, überwiegend aus nichttrocknendem pflanzlichen Öl bestehenden Schmieröle im Vergleich zu konventionellen Schmierölen hervorragende Werte bezüglich Biosicherheit, Umweltschutz, Wärmebeständigkeit (Autoklavenbeständigkeit) und Beständigkeit des Lagers haben. Das Schmieröl, das erhalten wurde, indem das ölabsorbierende Polymer auf Acrylatesterbasis dem nichttrocknenden pflanzlichen Öl zugesetzt wurde, war hinsichtlich dieser verschiedenen Eigenschaften besonders verbessert.

Claims (12)

  1. Verwendung eines Schmieröls für ein Wälzlager in einer mit hoher Drehzahl rotierenden Anordnung, wobei das Schmieröl ein nichttrocknendes pflanzliches Öl aufweist, welches: (i) mindestens 60 Gew.-% mindestens einer einfach ungesättigten Fettsäure, die eine ungesättigte Bindung pro Molekül enthält; (ii) höchstens 30 Gew.-% mindestens einer mehrfach ungesättigten Fettsäure, die mindestens zwei ungesättigte Bindungen pro Molekül enthält; aufweist und das Schmieröl weiterhin (iii) ölabsorbierende Kunstharzteilchen aufweist, die aus einem vernetzten Polymer hergestellt sind, das durch Copolymerisation von (A) 90 bis 99,9 Gew.-% eines Monomers (A), das eine polymerisierbare ungesättigte Gruppe pro Molekül aufweist und in der Lage ist, ein Polymer mit einem Löslichkeitsparameter (SP-Wert) von 9 oder weniger herzustellen, und (B) 0,1 bis 10 Gew.-% eines Vernetzungsmonomers mit mindestens zwei polymerisierbaren ungesättigten Gruppen pro Molekül erhalten ist.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nichttrocknende pflanzliche Öl höchstens 10 Gew.-% eines Tocopherols aufweist.
  3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nichttrocknende pflanzliche Öl aus der aus Olivenöl, Arachisöl und Oleysolöl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nichttrocknende pflanzliche Öl höchstens 5 Gew.-% gesättigte und ungesättigte Fettsäuren aufweist, die nicht mit Glycerin kombiniert sind (freie Fettsäuren).
  5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomer (A) mindestens eine aliphatische C3 bis C30-Kohlenwasserstoffgruppe und mindestens eine polymerisierbare ungesättigte Gruppe enthält, die aus der aus Restgruppen von Alkyl-Methacrylaten, Alkylaryl-Methacrylaten, Alkyl-Methacrylamiden, Alkylaryl-Methacrylamiden, Fettsäurevinylestern, Alkylstyrolen und alpha-Olefinen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernetzungsmonomer (B) ausgewählt ist aus Ethylenglycol-Dimethacrylat, Diethylenglycol-Dimethacrylat, Polyethylenglycol-Dimethacrylat, Propylenglycol-Dimethacrylat, Polypropylenglycol-Dimethacrylat, 1,3-Butylenglycol-dimethacrylat, Neopentylglycol-Dimethacrylat, N,N'-Methylen-bisacrylamid, N,N'-Propylenbisacrylamid, Glycerol-Trimethacrylat, Trimethylolpropan-Trimethacrylat und Divinylbenzol.
  7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung mit einer einen Außenring, einen Innenring, Wälzkörper und einen Käfig aufweisenden Wälzlagereinheit zum drehbaren Abstützen mindestens einer drehbaren Welle, versehen ist, wobei der Käfig aus einem nichtporösen Metall- oder Kunstharz gefertigt ist.
  8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager für eine mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung mit einer einen Außenring, einen Innenring, Wälzkörper und einen Käfig aufweisenden Wälzlagereinheit zum drehbaren Abstützen mindestens einer drehbaren Welle versehen ist, wobei der Käfig aus einem porösen Kunstharz-Formkörper besteht, der mindestens in einem Bereich des Körpers einen porösen Teil mit untereinander verbundenen Poren aufweist.
  9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Kunstharz-Formkörper mit untereinander verbundenen Poren in dem porösen Teil ausgewählt ist aus: (1) einem Polyimidharz-Formkörper mit einem porösen Teil mit einer Porosität von 5 bis 20 Vol.%, oder (2) einem Phenolharz-Formkörper, der als porösen Teil eine Faserschicht mit einer Porosität von 5 bis 20 Vol.% aufweist.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Teil des Polyimidharz-Formkörpers durch Sintern eines Harzpulver-Presskörpers hergestellt ist.
  11. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Teil des Phenolharz-Formkörpers eine Faserschicht aufweist, die untereinander verbundene Poren bildet.
  12. Verwendung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mit hoher Drehzahl rotierende Anordnung ein kugelgelagertes zahnärztliches Luftturbinen-Handstück ist.
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