DE19981108B4

DE19981108B4 - Wälzlager mit Feststoff-Schmierung

Info

Publication number: DE19981108B4
Application number: DE19981108T
Authority: DE
Inventors: Norifumi Fujisawa Ikeda; Shin Fujisawa Nizeki
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2019-05-21
Also published as: JP3550689B2; DE19981108T1; WO1999060281A1; US6471408B1

Abstract

Wälzlager mit Feststoff-Schmierung, mit
einem Innenring (2),
einem Außenring (1),
Wälzelementen (3),
Abstandhaltern (4) aus einem Material, das einen festen Schmierstoff enthält, und einem Käfig (5) mit Taschen (51), die jeweils eine Einheit mit mindestens einem Abstandhalter und zwei Wälzelementen, die den Abstandhalter zwischen sich halten, aufnehmen, wobei
die Anzahl in Umfangsrichtung des Wälzlagers angeordneter Abstandhalter (4) kleiner als die Anzahl der Wälzelemente (3) ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder der Abstandhalter (4) zylindrisch ausgebildet ist, und dass die Höhe (h) jedes zylindrischen Abstandhalters (4) bestimmt ist zu: h ≤ (Dg/2){1 – (ds/Dg)2}1/2 – dg/2mit Dg = Innendurchmesser des Außenrings (1),
dg = Außendurchmesser des Innenrings (2), und
ds = Durchmesser des Abstandhalters (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, und insbesondere eine Verbesserung eines Wälzlagers mit Feststoff-Schmierung der Gattung mit Eigenschmierung, das unter Umständen wie beispielsweise bei hoher Temperatur, im Vakuum oder bei hoher Temperatur im Vakuum verwendet wird, für das eine Fettschmierung nicht übernommen werden kann.
Hintergrund des Fachgebiets
Für Wälzlager, die unter Bedingungen wie beispielsweise bei hoher Temperatur, im Vakuum oder bei hoher Temperatur im Vakuum verwendet werden, für die eine Fettschmierung als allgemeines Schmiersystem nicht übernommen werden kann, ist bisher eine Lagerschmierung eines Feststoff-Schmiersystems durchgeführt worden. Bei dem existenten Wälzlager mit Feststoff-Schmierung ist in einem frühen Stadium in Betracht gezogen worden, einen Käfig der Kronen-Gattung mittels eines Feststoff-Schmiermaterials als eine Schmiermittel-Zuführquelle herzustellen. Jedoch ist das Feststoff-Schmiermaterial äußerst zerbrechlich, und es leidet gelegentlich unter einer Rissbildung oder einer Zerspanung während des Zusammenbaus der Lager.

Im Hinblick auf die obigen Angaben ist ein Feststoff-Schmierlager mit einem Abstandhalter, bei dem ein Käfig separiert und zwischen jedem der Wälzelemente angeordnet ist, in Betracht gezogen worden. Verschiedene Verfahren wurden als ein Verfahren für den Einbau von Abstandhaltern in Feststoff-Schmierlagern mit Abstandhalter vorgeschlagen; beispielsweise offenbaren die nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichungen 7-151,152 und 9-144,760 ein Verfahren für das Einsetzen eines Abstandhalters von einer Einsetzaussparung aus, die an einem Bereich eines Lagers angeordnet ist. Weiter offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 8-4,773 ein Verfahren für das Einsetzen eines zylindrischen Abstandhalters von einem Bereich zwischen dem Innenring und dem Außenring aus vertikal in Umfangsrichtung und gleichzeitig für das Abdichten des Bereichs zwischen dem Innenring und dem Außenring mittels einer Abschirmung bei einem Wälzlager.

Weiter offenbart die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung 7-21,927 ein Wälzlager, auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert. Insbesondere beschreibt diese Druckschrift einen Käfig für ein Wälzlager, bei dem ein konkaver Bereich als eine Tasche ausgebildet ist, die in der Lage ist, mindestens zwei Wälzelemente aufzunehmen, und bei dem ein Graphit-Abstandhalter zwischen den Wälzelementen, die in jeder Tasche enthalten sind, angeordnet ist.

Offenbarung der Erfindung

Bei dem Feststoff-Schmierlager der Gattung mit Abstandhalter, bei dem die Aussparung für das Einsetzen des Abstandhalters an einem Bereich des Lagers angeordnet ist, wie in der oben angegebenen Veröffentlichung für den Einbau des Abstandhalters offenbart, sind nicht nur die Herstellungskosten erhöht, sondern wird auch der eingesetzte Abstandhalter durch die Aussparung eingefangen bzw. gehalten, wodurch die Umlaufbewegung behindert bzw. verhindert wird und entsprechend gelegentlich anomale Vibrationen verursacht werden. Insbesondere in einem Fall, bei dem eine Axiallast auf das Lager einwirkt, besteht, da sich die Wälzfläche der Aussparung nähert, die Tendenz, dass anomale Vibrationen erzeugt werden, was das Problem mit sich bringt, dass der Abstandhalter in Abhängigkeit von dem Fall herausfällt.

Wenn ein Abstandhalter mit Feststoff-Schmierung zwischen allen Wälzelementen angeordnet ist, ist weiter die für eine Welle benötigte Anzahl der Abstandhalter vergrößert, wodurch die Kosten erhöht sind, und gleichfalls ist ein umfangsseitiger Stoß bzw. Aufprall, der auf den Abstandhalter während der Umlaufbewegung zur Einwirkung kommt, vergrößert, was das Problem einer Beschädigung des Abstandhalters mit sich bringt.

Insbesondere wird, selbst wenn ein besonderer Käfig verwendet wird, bei dem ein Material, das Graphit umfasst, als Hauptbestandteil für den Abstandhalter, der zwischen den Wälzelementen anzuordnen ist, verwendet wird, der Abstandhalter schnell verschleißen, und ein umfangsseitiger Spalt in dem Käfig wird merklich vergrößert, was zu dem Problem führt, dass keine zufriedenstellende Wirkung für die Verlängerung der Standzeit erreicht werden kann. Ferner wird bei der Verwendung bei einer Anwendung, bei der eine hohe Last an dem Abstandhalter zur Einwirkung gebracht wird, der Abstandhalter gelegentlich zerstört, was zu einem Problem auch in Hinblick auf die Zuverlässigkeit führt. Da die Schmierleistung von Graphit im Vakuum herabgesetzt ist, ist ferner die Lagerstandzeit beschränkt, wenn das Lager im Vakuum verwendet wird.

In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wälzlager mit Feststoff-Schmierung mit einer hohen Zuverlässigkeit zu herabgesetzten Kosten ohne Behinderung der Umlaufbewegung, verursacht durch Störung bzw. Beeinträchtigung eines Abstandhalters, frei von dem Nachteil eines Herausfallens des Abstandhalters zu schaffen, das auch in der Lage ist, eine glatte und sichere Umlaufbewegung mit weniger Vibrationen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit Feststoff-Schmierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt ein Innenlager, ein Außenlager, Wälzelemente, Abstandhalter aus einem Material, das einen festen Schmierstoff enthält, und einen Käfig mit Taschen, die jeweils eine Einheit mit mindestens einem Abstandhalter und zwei Wälzelementen, die den Abstandhalter zwischen sich halten, aufnehmen, wobei die Anzahl in Umfangsrichtung des Wälzlagers angeordneter Abstandhalter kleiner als die Anzahl der Wälzelemente ist. Erfindungsgemäß ist jeder der Abstandhalter zylindrisch ausgebildet, und die Höhe h jedes zylindrischen Abstandhalters ist bestimmt zu: h ≤ (Dg/2){1 – (ds/Dg)2}1/2 – dg/2mit Dg = Innendurchmesser des Außenrings, dg = Außendurchmesser des Innenrings, und ds = Durchmesser des Abstandhalters.

Bei einer solchen Bauweise benötigt das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung keine Aussparung für das Einbauen eines Abstandhalters. Daher können die Herstellungskosten für den existenten ausgesparten Bereich reduziert werden, um die Kosten zu senken, und werden keine anomalen Vibrationen erzeugt, da der eingesetzte Abstandhalter nicht zu dem ausgesparten Bereich hin eingefangen wird und die Umlaufbewegung nicht behindert bzw. verhindert. Da der eingesetzte Abstandhalter durch die Wälzelemente an beiden Seiten eingezwängt ist, ist er des weiteren frei gegenüber der Gefahr eines Verlassens und Herausfallens aus der Laufbahnrille des Innenrings und des Außenrings infolge von Vibrationen. Des weiteren kann in Hinblick auf die Schmierleistung, da alle Wälzelemente jeweils mindestens in einem Bereich derselben mit dem Abstandhalter, der das Feststoff-Schmiermittel enthält, in Berührung stehen und sich das Feststoff-Schmiermittel an die Berührungsfläche des Wälzelements überträgt und dort niederschlägt (Übertragungs-Niederschlag), eine zufriedenstellende Schmierleistung mittels des Feststoff-Schmiermittels erreicht werden. Ferner kann bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Käfig als ein Käfig, der zwei Wälzelemente für die dazwischen liegende Anordnung des Abstandhalters als eine Einheit aufnimmt, ausgebildet ist, die Anzahl der Abstandhalter auf die halbe Anzahl der Wälzelemente verringert werden, sodass die Kosten reduziert werden können und ebenfalls der umfangsseitige Stoß bzw. Aufprall, der auf den Abstandhalter während der Umlaufbewegung des Lagers einwirkt, herabgesetzt wird, wodurch die Beschädigung des Abstandhalters ausgeschaltet bzw. überwunden wird.

Vorzugsweise weisen die Stirnflächen jedes zylindrischen Abstandhalters eine Fase auf, deren Größe x bestimmt ist zu: x ≥ (h2 + ds2)1/2/2 – (Dr – dr)/4mit Dr = Durchmesser der Rillenfläche des Außenrings, dr = Durchmesser der Rillenfläche des Innenrings, h = Höhe des Abstandhalters, und ds = Durchmesser des Abstandhalters. Eine derartige Anfasung der zylindrischen Abstandhalter erleichtert wesentlich das Einsetzen der Abstandhalter in den Käfig des Wälzlagers und erhöht die Zuverlässigkeit des Wälzlagers.

Ferner können bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Größe des Umfangsspiels der Tasche in dem Käfig vorzugsweise zwischen 0,01 mm bis 20% des Durchmessers des Wälzelements liegt, das Lagermoment und Vibrationen des Käfigs wirksam ausgeschaltet bzw. unterdrückt werden.

Weiter ist es bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Durchmesser des Abstandhalters bevorzugt zwischen dem 0,50-fachen und dem 0,95-fachen des Durchmessers des Wälzelements definiert ist, möglich, das Drehmoment auszuschalten bzw. zu unterdrücken, wodurch einer örtlicher Abrieb verhindert ist und der Vibrationslevel niedrig gehalten ist.

Ferner besteht bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Krümmungsradius der Berührungsfläche der Tasche des Käfigs mit dem Wälzelement vorzugsweise aus dem 1,01-fachen bis 1,10-fachen des Radius des Wälzelements ausgewählt ist, ein geeignetes Spiel zwischen dem Käfig und dem Wälzelement, um Vibrationen des Käfigs zu verhindern.

Bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, da das Material für den Abstandhalter bevorzugt ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung ist, das ein Material von Molybdändisulfid, Wolframdisulfid oder Bornitrid umfasst oder Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil eines Schmiermittels umfasst und durch Sintern des Bestandteils für das Schmiermittel zusammen mit einem Metall erhältlich ist, das aus Fe, Cu, Ni, W, Sn, Co und Cr oder einem Oxid, einem Nitrid oder einem Borid hiervon ausgewählt ist, möglich, das Auftreten von übermäßigen Abriebstäuben oder einer Rissbildung des Abstandhalters zu verhindern. Insbesondere besitzt das gesinterte Verbundmaterial mit Eigenschmierung, das 80% oder weniger eines Schmiermittelbestandteils umfasst, der Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil und für der den Rest eine Fe-Reihen-Legierung umfasst, eine höhere Festigkeit im Vergleich zu denjenigen Materialien, die Graphit als Hauptbestandteil umfassen, es zeigt eine geeignete Abriebmenge, es kann sowohl in atmosphärischer Luft als auch im Vakuum verwendet werden, und es ist für das Lager der vorliegenden Erfindung geeignet. Wenn jedoch das Lager der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur von 350°C oder höher verwendet wird, ist ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung, das ein Schmiermittel aufweist, das hauptsächlich Bornitrid und Ni-Legierung in Kombination umfasst, für das Material für den Abstandhalter geeigneter.

Das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise beispielsweise als ein Lager zur Abstützung bzw. Lagerung der Achsen eines Ofenwagens verwendet werden, der bei einer hohen Temperatur und mit einer niedrigen Geschwindigkeit verwendet wird.

1 ist eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht eines Wälzlagers mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Vorderansicht des Käfigs des in 1 dargestellten Lagers.
3 ist eine vergrößerte Teilansicht des in 1 dargestellten Käfigs.
4 ist eine Seitenansicht einer mittels des Pfeils IV in 2 dargestellten Fläche des Käfigs.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Abstandhalters.
6 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Vorgänge zur Anbringung des Abstandhalters.
7 ist ein Fließdiagramm mit der Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Größe eines Abstandhalters.
8 ist eine geometrische Ansicht zur Bestimmung einer Berechnungsformel für die Größe des Abstandhalters.
9 ist eine geometrische Ansicht zur Bestimmung einer Berechnungsformel für die Größe eines Taschenspielraums in der Umfangsrichtung des Abstandhalters.
10 ist eine geometrische Ansicht für die Berechnung der Größe der Anfasung des Abstandhalters.
11 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur eines Vergleichsbeispiels.
12 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur eines Vergleichsbeispiels.
13 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Struktureines Vergleichsbeispiels.
14 ist ein Diagramm mit der Darstellung des Ergebnisses der Messung der Vibrationscharakteristika für Beispiele und Vergleichsbeispiele.
15 ist eine Tabelle mit der Darstellung der Größe von Abstandhaltern in Beispiel 2 als einem Vergleichsversuch.
16 ist ein Diagramm mit der Darstellung des Ergebnisses eines Tests (Dreh- bzw. Umlaufzeit) bei Beispiel 2.
17 ist ein Diagramm mit der Darstellung des Ergebnisses eines Tests (Vibrationswert) bei Beispiel 2.
18 ist eine Tabelle mit der Darstellung der Größe von Abstandhaltern bei Beispiel 3 als einem Vergleichsversuch.
19 ist ein Diagramm mit der Darstellung des Ergebnisses eines Tests (Umfangsspiel und Vibrationswert) bei Beispiel 3.
20 ist eine Tabelle mit der Darstellung des Materials und der Größe von Abstandhaltern bei Beispiel 4 als einem Vergleichsversuch.
21 ist ein Diagramm mit der Darstellung des Ergebnisses eines Tests (Dreh- bzw. Umlaufzeit) bei Beispiel 4.
22 ist eine Tabelle mit der Darstellung der Größe von Abstandhaltem bei Beispiel 5 als einem Vergleichsversuch.
23 ist ein Diagramm mit der Darstellung des Ergebnisses eines Tests (Dreh- bzw. Umlaufzeit) bei Beispiel 4.
24 ist eine Ansicht mit der Darstellung der Struktur eines Lagers für einen Achsabstützbereich bei einem derzeitigen Ofenwagen.

1: Außenring
2: Innenring
3: Wälzelement
4: Abstandhalter
5: Käfig

Beste Art der Ausführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter ins Detail gehend beschrieben.
1 bis 5 zeigen ein Kugellager mit Feststoff-Schmierung mit einer tiefen Rille als eine Ausführungsform eines Wälzlagers mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 1 eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht ist, 2 eine Vorderansicht des Käfigs des Lagers ist, 3 eine vergrößerte Teilansicht des Käfigs desselben ist, 4 eine Seitenansicht einer mittels des Pfeils IV in 2 dargestellten Fläche des Käfigs ist und 5 eine perspektivische Ansicht eines Abstandhalters ist. In dem Kugellager sind Wälzelemente (Kugeln bei dieser Ausführungsform) 3 acht an der Zahl je in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung zwischen einem Außenring 1 und einem Innenring 2 angeordnet. Zwei Kugeln 3 sind in einem Satz paarweise zusammengefasst und zusammen mit einem Abstandhalter 4 untergebracht, der zwischen ihnen in einer Tasche 51 eines Käfigs 5 eingesetzt ist, um eine Einheit zu bilden.
Der Abstandhalter 4 besitzt eine zylindrische Gestalt, wie in 5 dargestellt ist, wobei der Durchmesser ds größer als die Breite (oder Höhe) h zwischen den beiden Stirnflächen 41, 41 ist (h < ds), der Durchmesser ds so gestaltet ist, dass er konform der Gestalt der Laufbahnfläche des Innenrings und des Außenrings 1, 2 des Lagers entspricht, was weiter unten noch zu beschreiben ist, und die Ecke an der Stirnfläche 41 angefast ist. Die Anfasung erleichtert die Arbeit des Einsetzens des Abstandhalters 4, und die Größe x der Fase ist unter Verwendung der weiter unten noch zu beschreibenden Gleichung berechnet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Anfasung 42 als abgewinkelte Fase ausgebildet, sie kann jedoch auch als R-Fase ausgebildet sein. Ferner stellt es keine Einschränkung dar, dass die Ecke an der Stirnfläche 41 entlang des gesamten Umfangs angefast ist, jedoch kann ein Bereich der Ecke beider Stirnflächen 41, 41 mindestens an einer diagonalen Linie des Abstandhalters 4 angefast sein. Wenn nur ein Bereich angefast ist, führt dies, da es notwendig ist, dass die Anfasungsrichtung mit den Innenring- und Außenflächen beim Einsetzen in das Lager fluchtet, zu einer schwierigen Einsetzarbeit, und besteht die Neigung eines Bereichs der Ecke, sofern noch vorhanden, zum Abbrechen, so dass die Anfasung vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs so weit wie möglich ausgebildet ist. Ferner kann, wenn die Anfasung zur Verringerung der Anzahl der Schritte bei der Herstellung des Abstandhalters nicht ausgebildet wird, die Arbeit des Einsetzens des Abstandhalters dadurch erleichtert werden, dass die Länge der diagonalen Linie des Abstandhalters auf die Bedingung eingestellt wird, die weiter unten noch zu beschreiben ist. Jedoch wird auch in diesem Fall die Ecke des Abstandhalters vorzugsweise in dem Ausmaß einer feinen Anfasung hergestellt, um eine winzige Zerstörung zu verhindern.
Der Abstandhalter 4 umfasst ein Material mit einer Feststoff-Schmierfunktion und kann insbesondere diejenigen aufweisen, die durch Mischen eines Feststoff-Schmiermaterials wie beispielsweise natürliches oder künstliches Grafitmaterial, Bornitrid, Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid mit einem Verstärkungszwecken dienenden Füllstoff wie Glasfaser, wärmewiderstandsfähiger Kunstofffaser oder Kohlenstofffaser hergestellt und mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel gebunden und anschließend gesintert werden oder durch Verbundsintern des Feststoff-Schmiermaterials und einer wärmewiderstandsfähigen Legierung wie beispielsweise von Eisen, Nickel und Kobalt hergestellt werden.
Bei der Struktur des Wälzlagers mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt, wenn übermäßige Abriebstäube oder kleine Klümpchen zwischen jedem der Außen- und Innenringe 1, 2, den Wälzelementen 3 und dem Käfig 5 eingefangen werden, der Vibrationswert des Lagers zu, wodurch in Abhängigkeit von dem Fall die Umlaufbewegung unmöglich gemacht wird. Ferner kann es, wenn der Abstandhalter durch einen Schlag oder durch Zusammenpressung infolge einer Kollision der Wälzelemente plötzlich blockiert und angehalten wird, gelegentlich unerwünschte Effekte auch an einer Vorrichtung geben, an der das Lager angebracht ist. Insbesondere bei einer Verwendung bei einer Anwendung, die eine hohe Umlaufgenauigkeit erforderlich macht, wird es, da das innere Spiel auf einen Grenzwert herabgesetzt werden muss, besonders empfindlich gegenüber übermäßigen, klümpchenartigen Abriebstäuben gemacht. Ferner wird auch bei einem Lager, das unter der Bedingung hoher Temperatur und großer Last verwendet wird, da die Last an dem Abstandhalter 4 zunimmt, die Möglichkeit eines Reissens bzw. Brechens des Abstandhalters vergrößert. Als eine Gegenmaßnahme für die oben beschriebenen Probleme ist, während in Betracht gezogen werden kann, die Festigkeit des Abstandhalters zu vergrößern, ein Feststoff-Schmiermittel, das hauptsächlich Grafit umfasst, nicht geeignet, da es im allgemeinen zerbrechlich ist und dazu neigt, dass es abgerieben wird (Zusammendrückungsfestigkeit von etwa 10 MPa).
Andererseits ist ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung, das 80% oder weniger eines Schmiermittelbestandteils umfasst, der Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil und als Rest eine Legierung der Eisenreihe umfasst, ausgezeichnet hinsichtlich seiner Festigkeit (Zusammendrückungsfestigkeit etwa 140 MPa) und zeigt es eine geeignete Abriebmenge. Ferner ist es für das Lager der vorliegenden Erfindung geeignet, da es problemlos sowohl in atmosphärischer Luft als auch im Vakuum verwendet werden kann. Da jedoch Molybdändisulfid bei einer Temperatur nahe 350°C unter Beeinträchtigung der Schmiercharakteristika oxidiert wird, wenn das Lager der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur höher als die oben angegebene Größe verwendet wird, kann ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung, das ein Schmiermittel umfasst, das Bornitrid als Hauptbestandteil und eine Ni-Legierungs zusammensetzung dabei umfasst, effektiv verwendet werden.
Bei dem oben beschriebenen Schmiermittel ist, wenn der Schmiermittelbestandteil 80% überschreitet, die Verstärkung durch die Metallmatrix unzureichend, wodurch die Materialfestigkeit beeinträchtigt wird und die Abriebmenge vergrößert wird. Entsprechend wird bevorzugt, dass die Menge des Schmiermittelbestandteils 80% oder weniger und insbesondere etwa 40 bis 60% ausmacht.
Der Käfig 5 bei der dargestellten Ausführungsform ist ein gepresster Käfig, bei dem zwei ringförmige, pressgeformte Metallplatten 511, 511 je mit einer bogenförmigen Tasche 51, die zwei Kugeln und einen Abstandhalter 4, der zwischen diesen angeordnet ist, als eine Einheit an jedem von vier in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Bereichen enthält, einander gegenüberliegenden kombiniert bzw. zusammengefasst und durch Verklemmen jedes Verbindungsbereichs 52 zwischen den Taschen 51 an jeder von vier Positionen mittels eines Niets 6 miteinander verbunden sind. Das Klemm-Mittel ist nicht nur auf den Niet 6 beschränkt, sondern es kann eine Verbindung der Gattung mit einem rückwärts gerichteten Umschlag, der im allgemeinen bei einem Käfig eines Lagers mit einem kleinen Durchmesser verwendet wird, angewendet werden. Jede der Taschen 51 an den vier Bereichen der ringförmigen Metallplatten 511, 511 besitzt eine Kugel enthaltende Bereiche 512, 512 an zwei Positionen, an denen je eine gekrümmte Fläche, die der Kugelfläche der Kugel 3 konform entspricht, an beiden Enden der Tasche ausgebildet ist, und ist mit einem einen Abstandhalter enthaltenden Bereich 513 ausgebildet, an dem eine gekrümmte Fläche, die der zylindrischen Fläche des Abstandhalters 4 konform entspricht, an der mittleren Position ausgebildet ist.
Der Käfig des Wälzlagers mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist zu so gestaltet, dass er eine Tasche aufweist, die beispielsweise einen Abstandhalter und zwei Wälzelemente enthält, und es ist wünschenswert, dass er eine Struktur zum Festhalten der Wälzelemente und des Abstandhalters an gekrümmten Flächen mit einem vorbestimmten Krümmungsradius in der Vertikalrichtung und in der Umfangsrichtung aufweist. Durch Umgreifen der Wälzelemente und des Abstandhalters mittels der gekrümmten Flächen ist es möglich, die Position des Käfigs während der Umlaufbewegung zu fixieren und die zentrale Achse sowohl des Käfigs als auch der Wälzelemente während der Umlaufbewegung im wesentlichen konstant zu halten, so dass eine stabile Umlaufbewegung während einer langen Zeitspanne erreicht werden kann.
In diesem Fall ist die Krümmung des Käfigs in bevorzugter Weise 1,02 bis 1,10 mal so groß wie der Durchmesser des Wälzelemente sowohl in der Vertikalrichtung als auch in der Umfangsrichtung. Wenn die Krümmung 1,01 mal so groß ist wie das Wälzelement oder kleiner, ist die Wirksamkeit der Abgabe der Schmiermittels aus dem Spielraum zwischen dem Käfig und dem Wälzelement verschlechtert, und kann kein geeigneter Schmierzustand aufrechterhalten werden.
Wenn der Krümmungsradius übermäßig groß ist, können die zentralen Achsen des Abstandhalters und des Wälzelements verschoben sein, ebenso kann der Käfig mit den Stirnflächen des Außen- und des Innenrings in Berührung stehen. Obwohl die Umlaufbewegung des Lagers auch in einem solchen Fall aufrechterhalten werden kann, wird dies nicht bevorzugt, weil dies eine Fluktuation des Moments oder Vibrationen bewirkt. Um einen geeigneten Krümmungsradius leicht zu erreichen, wird es gewünscht, einen gepressten Käfig zu verwenden. Ferner wird bei der Verwendung bei einer Anwendung, die eine Festigkeit des Käfigs notwendig macht, eine Oberflächenbehandlung, beispielsweise eine Nitrierung zur Einwirkung gebracht, oder wird ein Käfig verwendet, der im Wege des Schleifens erreicht worden ist.
Ferner kann, wenn ein Lager mit Wälzelementen in einer ungeraden Anzahl bei einer grundsätzlichen Gestaltungsspezifikation als eine Struktur mit Feststoff-Schmierung, die bei der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, angepaßt wird, in Betracht gezogen werden, eine Konstitution, bei der eine der Käfigtaschen ein Wälzelement und einen Abstandhalter enthält, oder eine Konstitution zu übernehmen, bei der drei Wälzelemente und zwei Abstandhalter abwechselnd enthalten sind. Da jedoch die Gestalt des Käfigs bei diesen Konstitutionen in der Umfangsrichtung nicht gleichmäßig ist, ist die Drehstabilität des Lagers gelegentlich beeinträchtigt.
In Hinblick auf die obigen Angaben unter der Bedingung, dass die Leistung der Lastwiderstandsfähigkeit des Lagers erfüllt ist, ist die Anzahl der Wälzelemente von der ungeraden Anzahl auf die gerade Anzahl herabgesetzt, wodurch die Gestalt aller Taschen in Hinblick darauf ausgebildet ist, zwei Wälzelemente und einen Abstandhalter unterzubringen. In diesem Fall ist es, wenn die Wälzelemente gleichmäßig auf dem Umfang angeordnet sind, da der Abstand zwischen den Wälzelementen vergrößert ist und sich der Spielraum in Umfangsrichtung in dem Fall des Einsetzens des Abstandhalters vergrößert, notwendig, den Winkel zwischen den Wälzelementen kleiner zu machen, um ein geeignete Spiel in Umfangsrichtung einzustellen.
In diesem Fall ist das anfängliche Spiel in Umfangsrichtung in bevorzugter Weise innerhalb eines Bereichs von 0,01 mm bis 20% des Durchmessers eines Wälzelements bestimmt. Wenn das Spiel in Umfangsrichtung einen negativen Wert besitzt, kann das Lager nicht umlaufen, da der Abstandhalter Ursache dafür ist, das Wälzelement gegen den Käfig einzuzwängen. Ferner treffen, wenn das anfängliche Spiel in Umfangsrichtung kleiner als 0,01 mm ist, obwohl es einen positiven Wert aufweist, die beiden Wälzelemente, zwischen denen der Abstandhalter angeordnet ist, mit der Tasche des Käfigs zusammen, was das anfängliche Moment vergrößert, und liegen ebenfalls die Wälzelemente und der Abstandhalter unter Druck in der Tasche des Käfigs durch das Eindringen von Abriebstäuben, die von dem Abstandhalter erzeugt werden, gegeneinander an was zu einer Blockierung des Lagers führt. Wenn andererseits der Spielraum 20% des Durchmessers des Wälzelements überschreitet, begünstigt dies die Dreh- bzw. Umlaufvibrationen infolge des Zusammentreffens zwischen dem Wälzelement und dem Abstandhalter, und kann sich gleichfalls der Abstandhalter leicht nach unten drehen, was die Umlaufbewegung des Lagers behindert. Entsprechend wird die Größe des Gesamtspiels ausgewählt zu: δ = 0,01 mm 20% des Durchmessers des Wälzelements, wie weiter unten noch beschrieben wird.
Verfahren zum Zusammenbauen des Lagers der Erfindung, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, sind folgende:
Es wird angenommen, dass acht Kugeln 3 bereits zwischen dem Außenlager 1 und dem Innenlager 2 eingebaut sind.

(1) Die Kugeln 3 werden in einer Position am Umfang des Lagers gesammelt.
(2) Ein Abstandhalter 4 wird an dem leeren Raum S zwischen dem Innen- und dem Außenlager, der durch das Sammeln der Kugeln 3 gebildet ist, eingesetzt. In diesem Fall wird, wie in 6(a) dargestellt ist, der Abstandhalter 4 zuerst derart eingesetzt, dass seine beiden Stirnflächen 41 der diametralen Bohrungsfläche 11 des Außenrings als einer Führungsfläche des Außenrings 1 und der diametralen Außenfläche 21 des Innenrings als der Führungsfläche des Innenrings 2 zugewandt sind. Dann wird, wie in 6(b) dargestellt ist, der Abstandhalter 4 entlang der Rillenfläche 12 des Außenrings 1 und entlang der Rillen fläche 22 des Innenrings 2 gewendet, damit die beiden Stirnflächen 41 des Abstandhalters 4 der Umfangsrichtung des Lagers zugewandt sind.
(3) Zwei Kugeln 3 werden zu den einander gegenüberliegenden Enden bewegt, jede von einem möglichen Ende einer Gruppe von Kugeln, die an einer Stelle gesammelt sind, und eine der Kugeln 3 wird mit einer Stirnfläche 41 des eingesetzten Abstandhalters 3 in Berührung gebracht. Die andere Stirnfläche 41 des Abstandhalters wird mit der Kugel auf der anderen Seite in Berührung gebracht. Auf diese Weise wird der Abstandhalter 4 zwischen den zwei Kugeln 3 eingesetzt, wobei er mit diesen in Berührung steht.
(4) Die oben angegebenen Schritte (2) und (3) werden wiederholt, bis es keine Kugeln gibt, die nicht mit dem Abstandhalter 4 in Berührung stehen (viermal bei der dargestellten Ausführungsform).
(5) Einheitsgruppen, die zwei Kugeln 3 und einen dazwischen angeordneten Abstandhalter 4 umfassen (4 Gruppen), werden in äquivalenter Verteilung in der Umfangsrichtung des Lagers angeordnet.
(6) Zwei ringförmige pressgeformte Metallplatten 511, 511 für den Käfig 5 (s. 2) werden in en Freiraum zwischen dem Innenring und dem Außenring von beiden Seiten des Lagers aus eingesetzt, und jede der Einheitsgruppen ist in jeder der Taschen 51 enthalten bzw. aufgenommen.
(7) Die Verbindungsbereiche 52 des Käfigs 5 werden als anliegender Bereich der beiden geformten Metallplatten 511, 511 miteinander durch Verklemmen mit Nieten verbunden.

Das Verfahren zum Bestimmen der Größe des Abstandhalters 4 bei der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf das Fließdiagramm von 7 zu beschreiben.
Zum Herstellen des Abstandhalters 4 derart, dass er an einem Bereich des Innenlagers und des Außenlagers ohne Anordnung einer Aussparung für das Einsetzen des Abstandhalters wie beim Stand der Technik eingesetzt werden kann, und derart, dass er sich nach dem Einsetzen nicht löst, wird die Größe für jeden der Bereiche wie unten angegeben unter Bezugnahme auf die Größe des Innenrings und des Außenrings bestimmt.
Schritt 1: Bestimmung des Durchmessers ds des zylindrischen Abstandhalters 4
Es kann grundsätzlich ausreichen, dass der Durchmesser ds des Abstandhalters 4 grundsätzlich kleiner als der Durchmesser dw des Wälzelements 3 ist. Da jedoch die Tendenz besteht, dass er sich von der Laufbahnfläche löst, wenn der Durchmesser extrem klein ist, bilden etwa 90% des Durchmessers dw des Wälzelements 3 die Grundlage.
D.h., während es bevorzugt wird, dass der Standarddurchmesser ds des Abstandhalters etwa bei etwa 0,90 dw liegt, kann er in einem Bereich des 0,95-bis 0,50-fachen des Durchmessers des Wälzelements eingestellt sein. Wenn der Durchmesser des Abstandhalters größer als das 0,95-fache des Durchmessers des Wälzelements ist, ist nicht nur das Zusammenbauen schwierig, sondern treffen auch die Ecken des Abstandhalters mit der Wälzberührungsfläche des Innenrings zusammen, wodurch die Tendenz besteht, dass klumpige Abriebstäube durch winzige Zerstörung während der Umlaufbewegung bewirkt werden. Die auf diese Weise gebildeten Abriebstäube dringen zwischen dem Wälzelement und dem Außenring und dem Innenring ein, wodurch das Moment schwankt und Vibrationen verstärkt werden. Wenn andererseits die Größe kleiner als das 0,5-fache ist, können die Wälzelemente mit dem dazwischen liegenden Abstandhalter nicht an einem äquatorialen Bereich angebracht werden, was eine fehlerhafte Umlaufbewegung des Lagers infolge des Problems beispielsweise eines lokalen Abriebs des Abstandhalters und das Hinweglaufen des Wälzelements über dem Abstandhalter bewirkt.
Entsprechend wird der Durchmesser des Abstandhalters definiert als: ds = (0,95 – 0,5) x dw.
Schritt 2: Bestimmung der Höhe (oder der Breite) h des zylindrischen Abstandhalters 4
hier wird angenommen:
dw: Durchmesser des Wälzelements 3
Dg: Durchmesser der Führungsfläche 11 des Außenrings (des Bohrungsdurchmessers des Außenrings)
dg: Durchmesser der Führungsfläche 21 des Innenrings (des Außendurchmessers des Innenrings)
ds: Durchmesser des Abstandhalters 4
h: Höhe (oder Breite) des Abstandhalters
Dr: Durchmesser der Rille des Außenrings 12
dr: Durchmesser der Rille des Innenrings 22
x: Fasenabmessung auf der Diagonallinie eines Abstandhalters.
Die Höhe h des Abstandhalters 4 ist so bemessen, dass er durch einen Freiraum S zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 2 hindurchtritt. Ausgehend von dem in 8 dargestellten Zustand (dem Zustand in 6(a)) gilt: Δh + h = (Dg/2) – (dg/2) (1), Δh = (Dg/2) – (Dg/2) cosΘ/2 (2), und cos(Θ/2) = (1 – {(ds/2)/(Dg/2)}2)1/2 = (1 – (ds/Dg)2)1/2 = (1/Dg) (Dg2 – ds2)1/2 (3)
Aus den obigen Gleichungen (1), (2) und (3) ergibt sich: h = (1/2)(Dg – dg) – Δh = (1/2) (Dg – dg) – (Dg/2) {1 – cos (Θ/2)} = (1/2) {Dg cos (Θ/2) – dg} = (1/2) {(Dg2 – ds2)1/2 – dg} = (Dg/2) {1 – (ds/Dg)2}1/2 – dg/2 – 4 (4)
Die Höhe h des Abstandhalters 4 wird aus dem Innendurchmesser Dg des Außenrings und aus dem Außendurchmesser dg des Innenrings gemäß der Gleichung (4) bestimmt.
Schritt 3: Betätigung des Spiels in der Umfangsrichtung in der Tasche eines Käfigs
Als eine weitere einschränkende Bedingung ist es notwendig, das Spiel in der Umfangsrichtung ordnungsgemäß zu definieren, wenn ein Abstandhalter, der zwischen zwei Wälzelementen angeordnet ist, in der Tasche des Käfigs untergebracht ist. Die Größe des Spiels δ in der Tasche des Käfigs verändert sich mit dem Abrieb des Abstandhalters während der Umlaufbewegung und wird in dem Anfangsstadium, wie in 9 dargestellt ist (in dem Stadium in 6(a)), erreicht als die Summe: δ = δ₁ + δ₂: δ1 = 2 × ((dp/2 × sin(Θ/2) – (dw + h)) = dp × sin(Θ/2) – (dw + h) (5) δ2 = (α – 1) × dw = (0.01 – 0.1) × dw, wobei ist:
δ₁: Größe des Spiels in der Umfangsrichtung zwischen dem Wälzelement und dem Abstandhalter
δ₂: Größe des Spiels in der Umfangsrichtung zwischen dem Wälzelement und der Käfigfläche
dw: Durchmesser des Wälzelements
dp: Teilkreisdurchmesser des Lagers
Θ: Winkel zwischen den Wälzelementen
α: Krümmungsradius/Radius des Wälzelements der Berührungsfläche der Käfigtasche mit dem Wälzelement/Radius des Wälzelements
h: Höhe des Abstandhalters
Der Winkel Θ zwischen den Wälzelementen ist ein Winkel, der zwischen den beiden Wälzelementen, zwischen denen der Abstandhalter angeordnet ist, und Θ = 360/Z in einem Fall, bei dem die Wälzelemente in der Anzahl Z (gerade Zahl) entlang des Umfangs von 360° gleichmäßig verteilt sind. Wenn Z eine ungerade Zahl ist, ist Θ für einen Satz unterschiedlich.
Ferner ist α ein Wert, der durch Division des Krümmungsradius in der Käfigtasche in der Umfangsrichtung durch den Radius des Wälzelements erhalten wird und ist auf etwa 1,01 bis 1,10 eingestellt (wie weiter unten noch im Detail anzugeben ist). Entsprechend ist δ₂ ein positiver Wert, der durch die Gestalt des Käfigs bestimmt ist. Es ist notwendig, dass die Höhe des Abstandhalters derart eingestellt ist, dass δ₁, das durch die Höhe des Abstandhalters beeinflusst ist, keinen negativen Wert annimmt. Daher kann es sein, dass das Lager in einem Fall, bei dem δ₁ < 0 ist, gelegentlich nicht drehbar ist, weil der Abstandhalter bewirkt, dass das Wälzelement an dem Käfig eingezwängt wird.
Als eine Folge kann es ausreichen, dass das Gesamtspiel δ = δ₁ + δ₂ in Umfangsrichtung in dem Käfig nicht 0 ist, aber tatsächlich δ₁ und δ₂ separat gestaltet sind. Da δ₁ in Abhängigkeit von der Höhe h des Abstandhalters bestimmt wird, bestimmt ein geeigneter Wert für δ₁ (> 0) h.
Wenn der Wert δ₁ nicht positiv ist, kehrt das Fließdiagramm zu Schritt 2 zurück, und Verfahren zur Bestimmung eines neuen h gemäß der Gleichung (4), unter Rückkehr zu Schritt 3, zur Bestimmung von δ₁ gemäß der Gleichung (5) und zur Betätigung der Polaritäten hiervon werden wiederholt. Wenn 0 < δ₁ bestätigt wird, geht das Fließdiagramm zu dem nächsten Schritte weiter.
Das Spiel in Umfangsrichtung kann auch durch Einstellen der Größe der Tasche des Käfigs eingestellt werden, da dies aber die Anordnung der Wälzelemente in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig macht, wird ein winziges Spiel in Umfangsrichtung wünschenswerterweise auf der Grundlage der Höhe des Abstandhalters geregelt.
Schritt 4: Bestimmung der Größe x der Fase 42 eines zylindrischen Abstandhalters 4
Der das Anfasen des Abstandhalters hauptsächlich mit dem Zweck der Erleichterung des Einsetzvorgangs für den Abstandhalter durchgeführt wird, ist dies solange nicht immer notwendig, wie die Bedingung für den Durchmesser und die Länge des Abstandhalters genau erfüllt sind. Jedoch neigt die Ecke des Abstandhalters dazu, eine winzige Zerstörung infolge der Berührung mit dem Wälzelement zu bewirken, wodurch gelegentlich klumpige Abriebstäube gebildet werden. Wenn die klumpigen Abriebstäube in einer großen Menge zu dem Inneren des Lagers eindringen, bewirkt dies einen Ausfall der Umlaufbewegung, so dass die Ecke wünschenswerterweise in einem solchen Ausmaß des Anfasens der Ecke behandelt wird.
Die Bedingung für die Größe x der Fase des Abstandhalters 4 ist, dass der Abstandhalter 4 innerhalb eines Raums zwischen der Rillenfläche 12 des Außenrings und der Rillenfläche 22 des Innenrings umlaufen kann.
Angesichts von 10 ist der Abstandhalter 4 am längsten entlang der Länge (h² + ds²)^1/2 der Diagonallinie L₁, und die Fase wird auf der Linie durchgeführt. Dann gilt unter der Annahme der Größe der Fase dafür, dass eine Umlaufbewegung auf einer Seite möglich ist, für x: 2x = (h2 + ds2)1/2 – (Dr – dr)/2 x = (h2 + ds2)1/2/2 – (Dr – dr)/4 (6)
Die Größe x der Fase des Abstandhalters 4 wird gemäß der Gleichung (6) auf der Grundlage des Durchmessers Dr der Rillenfläche 12 des Außenrings, des Durchmessers dr der Rillenfläche 22 des Innenrings, der Höhe h und des Durchmessers ds des Abstandhalters 4 bestimmt. Die auf diese Weise bestimmte Größe x der Fase ist ein unterer Grenzwert bei der Berechnung, und, wenn der Wert etwas größer als die Grenze eingestellt ist, ist der Vorgang des Einsetzens des Abstandhalters 4 erleichtert, und kann der Abstandhalter 4 leicht hergestellt werden.
Für ein Berechnungsbeispiel, angewandt bei einem einreihigen Kugellager mit tiefer Rille, Lager-Nr. 6204, wird angenommen:
Kugeldurchmesser dw: 7,938 mm
Bohrungsdurchmesser Dg des Außenrings: 38,6 mm
Außendurchmesser dg des Innenrings: 28,5 mm
Rillendurchmesser Dr des Außenrings: 41,4 mm
Rillendurchmesser dr des Innenrings: 25,6 mm
Der Durchmesser ds des zylindrischen Abstandhalters 4 ist bestimmt zu ds = 0,9 × 7,938 mm = 7,1 mm, und die Höhe h des zylindrischen Abstandhalters 4 ist gemäß Gleichung (4) bestimmt zu: h = (Dg/2) {1 – (ds/Dg)2}1/2 – dg/2 = (38,6/2) × {1 – (7,1/38,6)2}1/2 – 28,5/2 = 4,7 mm
Ferner ist die Größe x der Fase (Radius der Krümmung an einer Seite) bestimmt unter Verwendung der Gleichung (6) zu: x = (h2 + ds2)1/2/2 – (Dr – dr)/4 = (4,72 + 7,12)1/2 /2 – (41,4 – 25,6)/4 = 0,3 mm
Schritt 5: Bestätigung des Umlaufzustands in dem Fall ohne Fase
Wenn keine Fase angebracht ist, wird bestätigt, ob der Abstandhalter in einem Raum zwischen der Rillenfläche des Außenrings und der Rillenfläche des Innenrings umlaufen kann oder nicht. Wie aus 10 zu ersehen ist, kann er, wenn die diagonale Länge L₁ des Abstandhalters 4 kleiner als der Durchmesser dw der Kugel 3 ist (L < dw), in dem Rillenraum zwischen dem Außenring und dem Innenring umlaufen.
Zur Erleichterung der Umlaufbewegung des Abstandhalters 4 wird dann die Größe des Abstandhalters vorzugsweise derart geregelt, dass die Länge L₁ der Diagonallinie des Abstandhalters etwa 1,1- bis 0,7-mal so groß ist wie der Durchmesser dw des Wälzelements. D.h., da die Länge L₁ der Diagonallinie des Abstandhalters bestimmt wird zu: L1 = (ds2 + h2)1/2 , wird bestätigt, dass
1,1 > L₁/dw > 0,7 eingestellt ist. 1,1 ist ein zulässiger oberer Grenzwert in Hinblick auf die Erfahrung, und, wenn L₁ das 1,1-fache von dw überschreitet, wird die Umlaufbewegung des Abstandhalters schwierig, und ist der Zusammenbau nicht möglich. Wenn er andererseits kleiner als das 0,7-fache ist, fällt der Abstandhalter während der Umlaufbewegung leicht heraus, was gelegentlich eine stabile Umlaufbewegung des Lagers behindert.
Wenn das Ergebnis der Bestätigung des Umlaufzustands außerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, kehrt das Fließdiagramm zu Schritt 1 zurück.
Schritt 6: Beginn der Gestaltung des Käfigs
Das Gesamtspiel δ in der Umfangsrichtung in dem Käfig 3 (= δ₁ + δ₂) wird zuvor bestimmt (s. 9). Da ein geeigneter Wert für das Spiel δ₁ in Umfangsrichtung zwischen dem Wälzelement und dem Abstandhalter bereits in Schritt 3 bestimmt worden ist, wird das Spiel δ₂ in Umfangsrichtung zwischen dem Wälzelement und der Käfigfläche mittels der nachfolgend angegebenen Gleichung bestimmt δ2 = (α – 1) × dw,wobei α eine Konstante ist, die durch das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius r_p (der Berührungsfläche des Wälzelements) in der Umfangsrichtung der Käfigtasche (s. 4) und dem Radius des Wälzelements dw/2 dargestellt ist. α = rp/(dw/2)
Bei einer Einstellung von α > 1 ist eine Punktberührung zwischen dem Käfig und dem Wälzelement vermieden, und kann eine zufriedenstellende Schmierung erreicht werden. Wenn jedoch ein extrem großer Wert eingestellt ist, wird die Berührung unnötigerweise lose, so dass das Spiel zwischen dem Käfig und dem Wälzelement größer gemacht wird und als eine Folge Vibrationen des Käfigs verursacht werden. In Hinblick auf die obigen Angaben wird der Wert zu etwa α = 1,01 ~ 1,10 gewählt.
Entsprechend, δ₂ = (0,01 ~ 0,10) dw und überhaupt, wird für das Gesamtspiel δ = δ1 + δ2 ein solcher Wert von 0,01 mm bis 20% des Durchmessers des Wälzelements gewählt, wie oben beschrieben worden ist. Wenn er kleiner als 0,01 mm ist, ist das Lagermoment vergrößert, wenn er 20% des Durchmessers des Wälzelements überschreitet, sind die Vibrationen des Käfigs vergrößert.
Da das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, keine Aussparung für das Einbauen des Abstandhalters 4 (Einsetzöffnung) erforderlich macht, können die nachfolgend angegebenen zahlreichen Funktionen und Wirkungen erreicht werden.
Die Herstellungskosten für den Bereich der Aussparung (Einsetzöffnung) können herabgesetzt sein.
Da der eingesetzte Abstandhalter die Umlaufbewegung nicht behindert, wenn er durch eine Aussparung unabhängig von dem Vorhandensein oder dem Fehlen der Axiallast aufgenommen bzw. eingefangen ist, kann die Erzeugung anormaler Vibrationen verhindert sein.
Da der eingesetzte Abstandhalter zwischen den Wälzelementen angeordnet ist und an den Stirnflächen an beiden Seiten durch diese eingezwängt ist, ist er frei von dem Problem des Lösens und Herausfallens aus der Laufbahnrille des Innenrings und des Außenrings infolge von Vibrationen.
Da die Anzahl der Abstandhalter auf die halbe Anzahl der Wälzelemente herabgesetzt sein kann, können die Kosten gesenkt sein, und können ebenfalls, da zwei Wälzelemente und ein Abstandshalter als eine Einheit in der Tasche des Käfigs untergebracht sind, Stöße in Umfangsrichtung, die auf den Abstandhalter während der Umlaufbewegung des Lagers einwirken, herabgesetzt sein, und kann eine Beschädigung des Abstandhalters im Vergleich mit dem existenten Fall überwunden sein, bei dem die Wälzelemente und der Abstandshalter je in einer identischen Anzahl kombiniert sind. Zusätzlich kann in Hinblick auf die Schmierfunktion, da jedes Wälzelement mit dem Abstandhalter, der das feste Schmiermittel enthält, an mindestens einer Position in Berührung steht und da sich das feste Schmiermittel an die Berührungsfläche des Wälzelements überträgt und dort niederschlägt (Übertragungsniederschlag), eine zufriedenstellende Schmierleistung mittels des festen Schmiermittels erreicht werden.
Das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung ist ein Wälzlager, bei dem ein Abstandhalter, der ein festes Schmiermittel enthält, zwischen den Wälzelementen eingesetzt ist und die Feststoff-Schmierung durch Übertragungsniederschlag des festen Schmiermittels an den Wälzelementen durchgeführt wird. Da der Übertragungsniederschlag des Feststoff-Schmiermittels in der Anfangsphase der Umlaufbewegung nicht ausreichend ist, kann die Schmierwirkung in der Anfangsphase dadurch erreicht werden, dass ein Feststoff-Schmiermittelfilm an den Wälzelementen oder dem Käfig (an der gesamten Fläche), an der Gleitfläche des Laufbahnrille des Lagers (beispielsweise an der äußeren Durchmesserfläche des Innenrings und des Außenrings) oder an der Laufbahnfläche wie derjenigen für den Abstandhalter ausgebildet wird.
Obwohl die Ausführungsform für ein einreihiges Kugellager mit tiefer Rille beschrieben worden ist, ist ferner die Erfindung auch bei anderen Kugellagern anwendbar. Ferner ist sie nicht auf Kugellager beschränkt, sondern gegebenenfalls auch bei jedem zylindrischen, konischen oder kugeligen Wälzlager anwendbar.
Während die Erfindung für ein Beispiel unter Verwendung eines gepressten Käfigs beschrieben worden ist, ist sie ferner nicht ausschließlich hierauf beschränkt, sondern auch bei anderen Arten, beispielsweise der Kronen-Gattung, der maschinell bearbeiteten Gattung oder der gestanzten Gattung, anwendbar.
Während die Erfindung für einen Käfig, der eine Tasche zur Aufnahme eines Abstandhalters und von zwei Wälzelementen aufweist, in einem Fall der Verwendung einer geraden Anzahl von Wälzelementen (beispielsweise von acht Wälzelementen) beschrieben worden ist, ist ferner jedoch in einem Fall der Verwendung von Wälzelementen mit einer ungeraden Anzahl eine der Taschen des Käfigs zur Aufnahme eines Wälzelements und eines Abstandhalters oder alternativ zur Aufnahme von drei Wälzelementen und zwei Abstandhaltern alternativ geeignet bzw. bestimmt. Zusammenfassend umfasst das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung einen Käfig zur Unterbringung mindestens eines Wälzelements und eines Abstandhalters.
Beispiel 1:
Nachfolgend wird ein Vergleichstest, der zur Bestätigung der Wirkung der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist, beschrieben.
Testlager haben Lager mit der Lager-Nr. 6204 sowohl für Beispiele als auch für Vergleichsbeispiele verwendet und gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung, das 55% eines Schmiermittelbestandteils umfasst, der Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil enthält, wobei der Rest eine Legierung der Eisenreihe ist, als das Material für den einzubauenden Abstandhalter verwendet.
A: Beispiel
Als ein Beispiel ist ein Kugellager mit Feststoff-Schmierung und tiefer Rille als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet worden (s. 1 – 5).
B Vergleichsbeispiel
Als Vergleichsbeispiele sind die nachfolgend angegebenen vier Arten von Kugellagern (6204) mit Feststoff-Schmierung und tiefer Rille hergestellt und verwendet worden.
Vergleichsbeispiel B-1:
Wie in schematisch in 11 dargestellt ist, ist ein Bereich der Bohrungsfläche 11 des Außenrings 1 und der Außenfläche 21 des Innenrings 2 ausgespart worden, um eine Abstandhalter-Einsetzöffnung 8 auszubilden.
Vergleichsbeispiel B-2:
Ein Abstandshalter ist zwischen jedem der Wälzelemente ohne Verwendung eines Käfigs angeordnet worden.
Vergleichsbeispiel B-3:
Wie in schematisch in 12 dargestellt ist, ist ein Segment-Käfig 9 zum Einzwängen von zwei Kugeln als Käfig verwendet worden, bei dem ein Abstandhalter 4 zwischen allen Kugeln 3 von insgesamt acht angeordnet ist, nämlich mit sieben Abstandhaltern insgesamt, und ein Segment-Halter 9 anstelle des letzten Abstandhalters eingesetzt ist.
Vergleichsbeispiel B-4
Wie in 13 teilweise dargestellt ist, sind vier Sätze vom Segment-Käfigen, die je zwei Kugeln enthalten, gleichmäßig in der Umfangsrichtung angeordnet worden, und ist ein Abstandhalter 4 zwischen allen Sätzen angeordnet worden.
Ein Umlauftest ist unter Zwangsbeheizung auf eine Temperatur von 300°C unter Verwendung jedes der Lager des oben angegebenen Beispiels und der Vergleichsbeispiele als Muster durchgeführt worden, der stationäre Vibrationswert während der Umlaufbewegung wurde gemessen unter Verwendung einer Beschleunigungsaufnahme, und ein Durchschnittswert der Vibrationen (durchschnittlicher Vibrationswert) und der Fluktuationsbereich der Vibrationen (Amplitude) wurden bestimmt, um die Leistungen im Vergleich zu bewerten. 14 zeigt jede der durchschnittlichen Veränderungswerte und das Verhältnis des Fluktuationsbereichs der Vibrationen in Bezug auf jeden der durchschnittlichen Vibrationswerte (Fluktuationsverhältnis) für das Vergleichsbeispiel B berechnet unter der Annahme des durchschnittlichen Vibrationswerts mit 1 für Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Die Ergebnisse der Bewertung sind wie unten angegeben.
Vergleichsbeispiele B-1
Wenn sich das Wälzelement dreht, waren, da sich der Abstandhalter, der sich gleichzeitig dreht, mit der Aussparung an der Einsetzöffnung 8 des Abstandhalters zusammentrifft, sowohl der durchschnittliche Vibrationswert als auch das Fluktuationsverhältnis unter den Mustern am größten.
Vergleichsbeispiel B-2:
Der Abstandhalter ist im Anfangsstadium der Umlaufbewegung herausgefallen, und der Test ist unterbrochen worden. Der Grund hierfür bestand darin, dass das Wälzelement und der Abstandhalter während der Umlaufbewegung in keiner gegenseitigen Einschränkung standen, da es keinen Käfig gab und sich entsprechend der Abstandhalter aus der Höhe vor der Umlaufbewegung in der Richtung verschieben konnte, die leicht zu einem Herausfallen neigt.
Vergleichsbeispiel B-3:
Wenn der Segment-Käfig 9 mit geeignet geregelter Länge anstelle des letztgenannten Abstandhalters eingesetzt worden ist und der Abstand zwischen jedem der Wälzelemente und dem Abstandhalter verkürzt worden ist, konnte, da der Abstandhalter an beiden Stirnflächen durch die Wälzelemente eingezwängt war, die freie Umlaufbewegung des Abstandhalters eliminiert werden, wodurch ein Herausfallen bei dem Übergang des Wälzelements von einem belasteten Bereich zu einem nicht belasteten Bereich (oder in dem nicht belasteten Bereich) verhindert ist, ist ein zerbrechlicher Abstandhalter infolge des Stoßes zwischen den Wälzelementen und dem Abstandhalter zerbrochen bzw. zerspant worden, was zu einem Eingriffsphänomen zwischen dem Wälzelement und der Lauffläche führt, was eine Beeinträchtigung der Vibrationscharakteristika bewirkt.
Vergleichsbeispiel B-4:
Da die Anzahl der Abstandhalter herabgesetzt worden war und das Abgeben der Menge des Abriebpulvers des Abstandhalters unterdrückt bzw. verhindert worden ist, zeigte sich ein durchschnittlicher Vibrationswert mit dem gleichen Level wie demjenigen bei dem Beispiel, da aber eine Einschnürung nur zwischen den Wälzelementen durch den Segment-Käfig 9 zur Einwirkung gebracht worden ist, war der Fluktuationsbereich der Vibrationen, die durch die Kollision zwischen dem Wälzelement und dem Raum verursacht sind, viel größer als derjenige des Beispiels bei dem Übergang des Wälzelements von dem belasteten Bereich zu dem nicht belasteten Bereich in der gleichen Weise wie oben beschrieben.
Im Gegensatz zu den Vergleichsbeispielen B war in dem Fall des Beispiels A der Abstandhalter durch die Wälzelemente an jeder Einheit dadurch eingezwängt, dass diese einen Abstandhalter und zwei Wälzelemente als eine Einheitsgruppe in der Tasche des Käfigs enthielt, und verbunden. Daher kollidierten der Abstandhalter und das Wälzelement nur innerhalb jeder Einheitsgruppe, und waren die Vibrationscharakteristika im Vergleich mit jedem der Vergleichsbeispiele B ausgezeichnet. Aus dem Ergebnis des Diagramms ist zu ersehen, dass das Beispiel derart verbessert war, dass der durchschnittliche Vibrationswert um 30% reduziert war und der Fluktuationsbereich des Vibrationswerts auf etwa 1/10 reduziert war.
Beispiel 2:
Als andere Beispiele des Wälzlagers mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung wurde ein Wälzlager mit der Lager Nr. 6204, das mit Abstandhaltern Feststoff-Schmierung mit der Größe, die in der Tabelle von 15 dargestellt ist, ausgestattet ist (Lagermaterial: SUS 440C für den Innenring/Außenring, SUS 304 für den Käfig, Radialspiel: 60 – 100 μm, Material für den Abstandhalter: Eisenlegierungs- + MoS₂-Verbundmaterial) versuchsweise hergestellt worden, und es ist ein Umlauftest durchgeführt worden.
Es ist ein Umlauftest unter einer radialen Last von 196N bei einer Drehzahl von 100 Upm und bei einer atmosphärischen Temperatur von 300°C durchgeführt worden, und es sind der radiale Vibrationswert und der Wert des Umlaufmoments während der Umlaufbewegung gemessen worden. Der Test ist auf dem Standardwert auf der Grundlage der Werte dreimal so groß wie der stationäre Vibrationswert und der stationäre Momentwert in Beispiel C-1 durchgeführt worden, das zuerst getestet wurde, und der Test ist abgeschlossen worden, als entweder der Vibrationswert oder der Momentwert des Testlagers den Standardwert überschritten hatte.
Ferner ist für diejenigen Lager, bei denen die Standardwerte nach 300 Stunden nicht überschritten worden waren, der Test in diesem Augenblick unterbrochen worden, und das Ergebnis des Tests für die Umlauf-Standzeit ist in 16 dargestellt. 17 zeigt einen Vergleichswert für die stationären Vibrationen bei jedem der Beispiele und der Vergleichsbeispiele unter der Annahme des stationären Vibrationswertes in Beispiel C-1 mit 1.
Die Beispiele C-1 bis C-3 sind Erzeugnisse der vorliegenden Erfindung, bei denen das Verhältnis des Durchmessers des Abstandhalters zu dem Durchmesser des Wälzelements (ds/dw) innerhalb eines Bereichs von 0,89 bis 0,69 definiert war. Bei den Vergleichsbeispielen D-1 und D-2 ist der Durchmesser des Abstandhalters etwas größer gemacht worden als der Bereich der vorliegenden Erfindung, bei dem das Verhältnis zu dem Durchmesser des Wälzelements etwa 0,98 bis 0,96 betrug. Bei dem Vergleichsbeispiel D-3 war, obwohl ds/dw bei 0,6 innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung gelegen hat, das Umfangsspiel δ₁ des Abstandhalters zwischen den Wälzelementen ein negativer Wert, Bei den Vergleichsbeispielen D-4 und D-5 ist der Durchmesser des Abstandhalters kleiner gemacht worden als der Bereich der vorliegenden Erfindung, und hat das Verhältnis ds/dw bei etwa 0,48 bis 0,31 gelegen. Bei den beiden Beispielen ist die Höhe des Abstandhalters derart eingestellt gewesen, dass das Umfangsspiel δ₁ keinen negativen Wert besessen hat.
Jedes der Beispiele C-1 bis C-3 ist sowohl in Hinblick auf die Arbeits-Standzeit als auch in Hinblick auf die Vibrationen zufriedenstellend gewesen und hat 300 Stunden im Umlauf gestanden, wobei ein niedriger Vibrationslevel aufrechterhalten war.
Die Vergleichsbeispiele D-1 und D-2 konnten bis zu 300 Stunden im Umlauf stehen und zeigten eine gute Arbeits-Standzeit, jedoch ist, da das Verhältnis L₁/dw 1,1 überschritten hat, der Zusammenbau extrem schwierig, und ist der Anfasungsbereich zerspant worden, was große Vibrationen bewirkt hat. Das Vergleichsbeispiel D-3 hat ein großes Drehmoment sogar vom Anfangsstadium der Umlaufbewegung an gezeigt und ist nach etwa 20 Stunden infolge eines übermäßigen Moments angehalten worden. Das übermäßige Moment ist durch das Eindringen von klumpigem Abriebpulver zu einem Bereich zwischen dem Käfig und dem Wälzelement bewirkt worden. Jedes der Vergleichsbeispiele D-4 und D-5 ist infolge von Vibrationen nach etwa 150 Stunden angehalten worden. Die Abstandhalter sind örtlich an den Ecken abgeschliffen worden und haben eine äußerst große Mengen von Abriebpulver im Vergleich zu den Beispielen erzeugt.
Beispiel 3:
Als weitere Beispiele von Wälzlagern mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung sind Lager mit der Lager-Nr. 6002, die mit einem Abstandhalter mit Feststoff-Schmierung mit der in der Tabelle von 18 angegebenen Größe ausgestattet sind, (Lager-Material: SUS 400 C für den Innen- und den Außenring, SUS 304 für den Käfig, Durchmesser des Wälz elements: 4,763 mm, Radialspiel: 50 ~ 90 μm, Abstandhalter-Material: Fe-Legierung + MoS₂-Verbundmaterial) zu Versuchszwecken hergestellt und einem Umlauftest unterzogen worden. Diese Lager mit der Nr. 6002 haben grundsätzlich neun Wälzelemente besessen, sind jedoch zu einer Gestalt zur Aufnahme jeweils von zwei Wälzelementen und einem Abstandhalter in vier Taschen durch Verkleinerung der Anzahl der Wälzelemente auf acht angepasst gewesen.
Nach dem Festlegen bzw. Einstellen der Größe des Abstandhalters ist die Größe der Tasche für den Käfig unter Berücksichtigung der Änderung der Größe des Umfangsspiels bestimmt worden. In der Tabelle von 18 ist das Umfangsspiel δ als solches von 0,01 mm bis 20% des Durchmessers des Wälzelements, und weiter bevorzugt von 0,01 mm bis 10% des Durchmessers des Wälzelements als einem stabileren Bereich für den stationären Vibrationswert bei den Beispielen E-1 bis E-4 definiert worden. Die Tasche für den Käfig ist in Hinblick auf δ < 0,01 mm bei dem Vergleichsbeispiel F-1 und in Hinblick auf δ > 0,953 mm bei dem Vergleichsbeispiel F-2 eingestellt gewesen.
Der Umlauftest ist unter einer radialen Last von 19,6N bei einer Drehzahl von 500 Upm und bei einer atmosphärischen Umgebungstemperatur durchgeführt worden, und es sind die stationären Vibrationswerte während der Umlaufbewegung des Lagers gemessen worden. Die Ergebnisse sind in 19 angegeben.
Bei den Beispielen sind die Vibrationen am niedrigsten in einem Fall gewesen, bei dem das Umfangsspiel 0,2 mm betrug, wie in Beispiel E-1 dargestellt ist. Da das Umfangsspiel vergrößert war, waren auch die Vibrationswerte vergrößert, jedoch ist das Umfangsspiel bis zu 0,8 mm zufriedenstellend gewesen.
Andererseits ist bei dem Vergleichsbeispiel F-1 mit einem Umfangsspiel δ kleiner als 0,01 mm das Moment groß gewesen, wodurch die Tendenz zur Bildung von Abriebpulver bestanden hat und die Vibrationen 2,5-mal so groß wie diejenigen bei dem Beispiel E-1 gewesen sind. Weiter sind bei dem Vergleichsbeispiel F-2, bei dem δ 20% des Durchmessers des Wälzelements überschritten hat, die Vibrationen wegen des gegenüber dem Vergleichsbeispiel F-1 größeren Spiels noch weiter vergrößert gewesen.
Beispiel 4:
Zur Untersuchung der Wirkungen des Materials des Abstandhalters auf die Umlauf-Eigenschaften des Wälzlagers mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Umlauftest durchgeführt worden unter Verwendung von Lagern, die mit Abstandhaltern aus Materialien unterschiedlicher Festigkeit ausgestattet waren.
Als Testlager sind Lager mit der Lager-Nr. 6206, die je mit einem Abstandhalter mit Feststoff-Schmierung ausgestaltet waren, der aus dem Material hergestellt war und die Zusammendrückungsfestigkeit und die Größe besessen, die in der Tabelle von 20 angegeben sind (Außendurchmesser: 62 mm, Innendurchmesser: 30 mm, Breite: 16 mm, Durchmesser des Wälzelements: 9,52 mm und Radialspiel: 80 μm), verwendet worden. Im allgemeinen haben die Lager neun Wälzelemente besessen, jedoch war eines der Wälzelemente herausgenommen, um die Struktur gleichmäßig zu machen, und der Test ist für Wälzelemente in einer Anzahl von acht durchgeführtworden. In diesem Fall ist die zulässige Nennlast des Lagers von 19.500 N auf 18.000 N herabgesetzt worden. Die Testbedingungen waren: eine Testlast von 980 N (maximaler Oberflächendruck von 2,0 GPa), eine Drehzahl von 50 Upm, eine atmosphärische Temperatur von 300 °C und in atmosphärischer Luft.
Bei dem Test wurden Werte dreimal so groß wie der Vibrationswert und der Momentwert für jedes der Muster in dem Anfangsstadium als die Standardwerte definiert, und der Test ist in dem Augenblick beendet worden, zu dem der Vibrationswert oder der Momentwert des Testlagers den Standardwert überschritten hat. Ferner ist für diejenigen Lager, die den Standardwert sogar nach 300 Stunden nicht überschritten hatten, der Test zu diesem Zeitpunkt beendet worden.
Die Ergebnisse sind in 21 dargestellt. Das Vergleichsbeispiel J-2, das von einem Abstandhalter, der einen gesinterten Grafitkörper niedriger Zusammendrückungsfestigkeit umfasste, Gebrauch gemacht hat, hat den Standardwert für den Vibrationswert in etwa 150 Stunden erreicht und ist durch Vibrationen angehalten worden. Entsprechend der Beobachtung nach dem Test waren zwei von vier Abstandhaltern innenseitig gebrochen bzw. gerissen. Andere Abstandhalter waren auch stark abgeschliffen (winzige Zerstörung). Das Vergleichsbeispiel J-2, das von einem Abstandhalter, der einen gesinterten Grafitkörper, der mit Fasern verstärkt war, umfasst hat, Gebrauch gemacht hat, ist bis zu dem Augenblick der Beendung im Umlauf geführt worden, jedoch sind die Abstandhalter heftig stark abgeschliffen worden, und sind die Vibrationen beachtlich vergrößert worden.
Im Gegensatz hierzu zeigten die Beispiele 1-1 bis 1-3 einen stabilen Umlaufzustand. Das stabilste Moment ergab sich bei Beispiel 1-1 unter Verwendung einer Eisenlegierung + Molybdändisulfid für den Abstandhalter.
Obwohl dies in den Beispielen nicht angegeben ist, wurde eine Bewertung in derselben Weise für einen Fall durchgeführt, der von einem Abstandhalter, der aus einem gesinterten Verbundmaterial mit Eigenschmierung hergestellt ist, das 55% des Schmiermittelbestandteils umfasst, der Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil und eine Legierung der Fe-Reihe (Zusammendrückungsfestigkeit: 120 – 130 MPa) für den Rest umfasst; dieser Test zeigte zufriedenstellende Schmiereigenschaften wie bei Beispiel 1-1.
Beispiel 5:
Es ist ein Umlauftest mit einem verhältnismäßig hohen Oberflächendruck und einer niedrigen Geschwindigkeit bzw. Drehzahl durchgeführt unter der Annahme eines Falls beispielsweise eines Achslagers für einen Ofenwagen und einer Transportrollen-Lagerung bei einem Transportsystem in einem Hochtemperatur-Ofen, für den das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung tatsächlich verwendet wird.
Als Testlager sind Lager mit der Lager-Nr. 6206, die je mit Abstandhaltern mit Feststoff-Schmierung ausgestattet waren, die die in der Tabelle von 22 angegebene Größe besessen haben, wie in Beispiel 4 verwendet worden, und es ist ein Test unter denselben Testbedingungen wie oben beschrieben bei einer Testlast von 980 N (maximaler Oberflächendruck 2,0 GPa) und bei einer Drehzahl von 50 Upm und bei einer atmosphärischen Temperatur von 300 °C durchgeführt worden. Werte dreimal so groß wie der Vibrationswert und der Momentwert in Beispiel G-1, das zuerst getestet worden ist, sind als Standardwerte definiert worden, und der Test ist in dem Augenblick beendet worden, zu dem der Vibrationswert oder der Momentwert des Testlagers den Standardwert überschritten hat. Ferner ist für diejenigen Lager, die den Standardwert sogar nach 300 Stunden nicht überschritten hatten, der Test zu diesem Zeitpunkt beendet worden Die Ergebnisse sind in 23 angegeben. Die Beispiele G-1 und G-2 haben die Bedingungen für die Gestaltungsstandards der vorliegenden Erfindung erfüllt, das Vergleichsbeispiel H-1 ist ein Fall, bei dem der Umfangsspalt δ (= δ₁ + δ₁) auf 0 verkleinert worden ist, das Vergleichsbeispiel N-2 ist ein Fall, bei dem umgekehrt δ auf 20% des Durchmessers des Wälzelements oder größer vergrößert worden ist. Das Vergleichsbeispiel H-3 ist ein Fall, bei dem das Verhältnis des Durchmessers des Abstandhalters zum Durchmesser des Wälzelements auf 0,5 oder weniger verkleinert worden ist.
Die beiden Beispiele G-1 und G-2 sind stabil mit bis zu 300 Upm im Umlauf geführt worden.
Andererseits hat das Vergleichsbeispiel H-1, bei dem das Umfangsspiel auf 0 verkleinert worden ist, ein großes Drehmoment in dem Anfangsstadium der Umlaufbewegung gezeigt, und ist es durch die Momentengrenze bei etwa 15 Stunden angehalten worden. Es ist ein Abrieb beobachtet worden, von dem angenommen wird, dass er durch eine Berührung mit dem Wälzelement bewirkt worden ist, und es ist festgestellt worden, dass der Käfig und das Wälzelement im Inneren der Tasche zusammengetroffen sind. Im Gegensatz hierzu hat das Vergleichsbeispiel H-2, bei dem die δ 1 mm oder größer war, einen größeren Anfangs-Vibrationswert im Vergleich mit anderen gezeigt und die Tendenz gezeigt, dass der Vibrationswert während der Umlaufbewegung stets zugenommen hat. Der Vibrationswert hat den Standardwert in etwa 200 Stunden überschritten, und die Umlaufbewegung ist durch Vibrationen angehalten worden. Auch bei dem Vergleichsbeispiel H-3 ist der Vibrationswert vom Ausgangsstadium der Umlaufbewegung an stark angestiegen, ist die Arbeits-Standzeit in etwa 1000 Stunden erreicht worden, und ist ein örtlicher Abrieb an dem Abstandhalter an der Innenseite beobachtet worden.
24 zeigt eine Lagerstruktur für einen Achslagerungsbereich bei einem aktuellen Ofenwagen. Dieser besitzt eine Struktur mit einer Lagerung eines Rades an zwei Lagern. Die Lagerdimensionierung war 6213 (Außendurchmesser: 120 mm, Innendurchmesser: 65 mm, Breite: 23 mm), die alle Gestaltungsspezifikationen der vorliegenden Erfindung erfüllen kann, bei dem ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung, das 55% des Schmiermittelbestandteils, das hauptsächlich Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als den Hauptbestandteil umfasst hat, und den Rest in der Form Legierung der Fe-Reihe als das Schmiermittel umfasst hat, verwendet worden ist. Die Arbeitsbedingungen für den tatsächlichen Wagen lagen bei einer Last von 500 kgf, bei einer Drehzahl von 0,044 Upm und bei einer atmosphärischen Temperatur von 300 °C. Die für den Test verwendeten Lager sind ohne Wartung während acht Monaten bezogen auf die übliche Wartungsperiode von drei Monaten betrieben worden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben worden ist, kann, da das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Käfig zur Aufnahme mindestens eines Abstandhalters, der aus einem Material hergestellt ist, das ein festes Schmiermittel enthält, und ein Wälzelement besitzt, eine vorteilhafte Wirkung geschaffen werden, die in der Lage ist, in geeigneter Weise ein Spiel zwischen jedem der Abstandhalter und den Wälzelementen aufrechtzuerhalten und als eine Folge keine Vibrationen zu bewirken, die in der Lage ist, das Herausfallen der Abstandhalter während der Umlaufbewegung zu verhindern und den Stoß in der Umfangsrichtung, der während der Umlaufbewegung auf den Abstandhalter sein Wirkung gebracht wird, zu reduzieren, um die Beschädigung der Abstandhalter zu überwinden.
Insbesondere da das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß Definition in Anspruch 2 die Anzahl der Abstandhalter auf die halbe Anzahl der Wälzelemente in einem Käfig zur Aufnahme von zwei Wälzelementen, die einen Abstandhalter zwischeneinander als eine Einheit aufnehmen, herabsetzen kann, können die Kosten gesenkt werden, und kann der Stoß in Umfangsrichtung, der auf den Abstandhalter während der Umlaufbewegung des Lagers zur Einwirkung gebracht wird, im Vergleich mit dem existenten Lager, das Wälzelemente und Abstandhalter in einer identischen Anzahl in Kombination umfasst, abgeschwächt werden, um die Beschädigung des Abstandhalters zu überwinden.
Da ferner bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung die Größe des Umfangsspiels der Tasche des Käfigs innerhalb eines Bereichs von 0,01 mm bis 20% des Durchmessers des Wälzelements definiert ist (Anspruch 3), können Vibrationen des Lagermoments und des Käfigs wirksamer unterdrückt bzw. verhindert werden.
Da ferner bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in Anspruch 4 der Durchmesser des Abstandhalters 0,50 bis 0,95-mal so groß wie der Durchmesser des Wälzelements gemacht ist, kann das Drehmoment überwunden bzw. verhindert werden, um einen örtlichen Abrieb zu verhindern, und können die Vibrationen auf einem niedrigen Level gehalten werden.
Da ferner bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in Anspruch 5 der Krümmungsradius der Berührungsfläche der Tasche des Käfigs mit dem Wälzelement zwischen dem 1,01- bis 1,10-fachen des Radius des Wälzelements definiert ist, kann das Spiel zwischen dem Käfig und dem Wälzelement ordnungsgemäß aufrechterhalten werden, was für die Verhinderung von Vibrationen des Käfigs äußerst vorteilhaft ist.
Da bei dem Wälzlager mit Feststoff-Schmierung der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in Anspruch 6 das Material für den Abstandhalter ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung umfasst, das unter Verwendung eines Materials von Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid oder Bomitrid oder unter Verwendung von Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil des Schmiermittels und unter Sinterung des Schmiermittelbestandteils zusammen mit einem Metall ausgewählt aus Fe, Cu, Ni, W, Sn und Cr oder einem Oxid, Nitrid oder Borid hiervon erreicht wird, kann eine übermäßige Erzeugung vorn Abriebstäuben oder ein Reissen des Abstandhalters verhindert werden. Insbesondere besitzt ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung, das 80% oder weniger eines Schmiermittelbestandteils, der Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil umfasst und als Rest eine Fe-Legierung umfasst, eine höhere Festigkeit im Vergleich mit denjenigen, die Grafit als Hauptbestandteil umfassen, zeigt es eine geeignete Abriebmenge, und kann es sowohl in atmosphärischer Luft als auch im Vakuum verwendet werden, so dass es für das Lager der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Wenn das Lager der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur von 350 °C oder höher verwendet wird, ist ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung, bei dem ein Schmiermittel, das Bornitrid als Hauptbestandteil umfasst, und eine Ni-Legierung zusammen gebracht sind, als Abstandhalter-Material besser geeignet.
Das Wälzlager mit Feststoff-Schmierung gemäß der vorliegenden Erfindung, das zahlreiche bzw. verschiedene Eigenschaften wie oben beschrieben aufweist, kann insbesondere in geeigneter Weise als Lagerungszwecken dienendes Lager für die Räder eines Ofenwagens benutzt werden, der bei einer hohen Temperatur und einer niedrigen Geschwindigkeit verwendet wird (Anspruch 7).

Claims

Wälzlager mit Feststoff-Schmierung, mit einem Innenring (2), einem Außenring (1), Wälzelementen (3), Abstandhaltern (4) aus einem Material, das einen festen Schmierstoff enthält, und einem Käfig (5) mit Taschen (51), die jeweils eine Einheit mit mindestens einem Abstandhalter und zwei Wälzelementen, die den Abstandhalter zwischen sich halten, aufnehmen, wobei die Anzahl in Umfangsrichtung des Wälzlagers angeordneter Abstandhalter (4) kleiner als die Anzahl der Wälzelemente (3) ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Abstandhalter (4) zylindrisch ausgebildet ist, und dass die Höhe (h) jedes zylindrischen Abstandhalters (4) bestimmt ist zu: h ≤ (Dg/2){1 – (ds/Dg)2}1/2 – dg/2mit Dg = Innendurchmesser des Außenrings (1), dg = Außendurchmesser des Innenrings (2), und ds = Durchmesser des Abstandhalters (4).
Wälzlager mit Feststoff-Schmierung nach Anspruch 1, bei welchem die Stirnflächen (41) jedes zylindrischen Abstandhalters (4) eine Fase (42) aufweisen, deren Größe (x) bestimmt ist zu: x ≥ (h2 + ds2)1/2/2 – (Dr – dr)/4mit Dr = Durchmesser der Rillenfläche (12) des Außenrings (1), dr = Durchmesser der Rillenfläche (22) des Innenrings (2), h = Höhe des Abstandhalters (4), und ds = Durchmesser des Abstandhalters (4).
Wälzlager mit Feststoff-Schmierung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Umfangsspiel (δ) der Tasche (51) des Käfigs (5) zwischen 0,01 mm und 20,0% des Durchmessers (dw) des Wälzelements (3) liegt.
Wälzlager mit Feststoff-Schmierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Durchmesser (ds) des Abstandhalters (4) zwischen dem 0,50-fachen und dem 0,95-fachen des Durchmessers (dw) des Wälzelements (3) definiert ist.
Wälzlager mit Feststoff-Schmierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Krümmungsradius (α) der Berührungsfläche der Tasche (51) des Käfigs (5) mit dem Wälzelement (3) aus dem 1,01-fachen bis 1,10-fachen des Radius (dw/2) des Wälzelements (3) ausgewählt ist.
Wälzlager mit Feststoff-Schmierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das Material der Abstandhalter (4) ein gesintertes Verbundmaterial mit Eigenschmierung ist, das ein Material von Molybdändisulfid, Wolframdisulfid oder Bornitrid umfasst oder Molybdändisulfid und Wolframdisulfid als Hauptbestandteil des Schmiermittels umfasst, und das man durch Sintern des Schmiermittelbestandteils zusammen mit einem Metall erhält, das aus Fe, Cu, Ni, W, Sn, Co und Cr oder einem Oxid, Nitrid oder Borid davon ausgewählt ist.
Wälzlager mit Feststoff-Schmierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das als ein Abstütz-Lager für ein Rad eines Ofenwagen verwendet wird.