DE4432186A1 - Rollenlager zur Verwendung in geschmolzenem Metall - Google Patents
Rollenlager zur Verwendung in geschmolzenem MetallInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Rollenlager bzw. Wälzlager
zur Verwendung in geschmolzenem Metall, wie beispielsweise ein Rollenla
ger, das in einer Rollentransportvorrichtung in einem kontinuierlichen
Plattierbad aus geschmolzenem Zink oder einem Feuerverzinkungsbad ein
gesetzt wird.
Herkömmlich wird als ein Rollenlager, das in geschmolzenem Metall verwen
det wird, wie beispielsweise ein Rollenlager, das in einer Rollentrage
vorrichtung in einem kontinuierlichen Plattierbad mit geschmolzenem Zink
eingesetzt wird, ein Rollenlager vorgeschlagen (siehe ungeprüfte japa
nische Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-187 445), das, mit Ausnahme eines
Käfigs, der eine komplizierte Form besitzt, da er eine hohe Wärmebestän
digkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordert, aus Keramik ge
bildet ist. In diesem Rollenlager ist der Käfig aus reinem Tantal oder
einer Legierung aus Tantal und Wolfram in dem Bereich von 10% oder we
niger bezogen auf das Gewicht gebildet, um dessen Korrosionsbeständigkeit
zu verbessern.
Allerdings liefert dann, wenn der Käfig aus dem Material, das in der un
geprüften, japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-187 445 vorge
schlagen wird, gebildet wird, der Käfig eine ausreichende Korrosionsbe
ständigkeit in geschmolzenem Metall, läßt allerdings Raum hinsichtlich
einer Verbesserung in der Verschleißbeständigkeit.
Die vorliegende Erfindung stellt auf die Beseitigung der Probleme ab, die
in herkömmlichen Rollen- bzw. Wälzlagern vorgefunden werden. Demgemäß ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verschleißbeständigkeit
der inneren und äußeren Laufflächen der Rollenelemente zu verbessern, die
ein Rollenlager bilden, das in geschmolzenem Metall verwendet wird. Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verschleißbestän
digkeit eines Käfigs zu verbessern, der das Lager bildet, das in ge
schmolzenem Metall verwendet werden soll.
Zur Lösung der Aufgaben wird gemäß einem ersten Gedanken der vorliegenden
Erfindung ein Rollenlager geschaffen, das in geschmolzenem Metall verwen
det werden soll, das eine innere und äußere Führungsspur bzw. einen Lauf
ring, eine Mehrzahl von Rollenelementen und einen Käfig, in dem ein fes
tes Schmiermittel mindestens in Berührungsoberflächen zwischen dem Käfig
und der Vielzahl der Rollelemente freigelegt ist, aufweist.
Gemäß einem zweiten Gedanken der vorliegenden Erfindung wird in dem Rol
lenlager gemäß einem ersten Gedanken der vorliegenden Erfindung das feste
Schmiermittel auch in Berührungsoberflächen zwischen dem Käfig und den
inneren und äußeren Führungsspuren bzw. Laufringen freigelegt.
Gemäß einem dritten Gedanken der vorliegenden Erfindung wird ein Rollen
lager geschaffen, das in geschmolzenem Metall verwendet werden soll, in
dem ein Käfig, der das vorliegende Rollenlager bildet, aus einem Material
gebildet ist, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich
des geschmolzenen Metalls besitzt.
Gemäß dem ersten Gedanken der vorliegenden Erfindung klebt, da das feste
Schmiermittel mindestens in den Berührungsoberflächen des Käfigs des Rol
lenlagers, das in geschmolzenem Metall mit den Rollenelementen davon ver
wendet werden soll, unter Drehung der Rollenelemente das aus der Tasche
des Käfigs abgeschält wird, an den Rollenelementen an, und das feste
Schmiermittel, das an den Rollenelementen anklebt, bewegt sich dann und
klebt an den Oberflächen der inneren und äußeren Führungsspuren bzw.
Laufflächen. Dies bedeutet, daß, da das feste Schmiermittel, das hohe
Schmiereigenschaften besitzt, zwischen dem Käfig und den Rollelementen
und inneren und äußeren Führungsspuren ebenso wie zwischen den Rollenele
menten und inneren und äußeren Führungsspuren besteht und dort eine
Schmierwirkung durchführt, die Größen einer Abnutzung bzw. eines Ver
schleißes der inneren und äußeren Führungsspuren und der Rollenelementen
reduziert werden können, gerade dann, wenn das Rollenlager unter hoher
Temperatur in geschmolzenem Metall verwendet wird, wobei es eine hohe
Korrosionsbeständigkeit besitzt.
Auch wird zusätzlich zu den Berührungsoberflächen mit den Rollenelementen
gemäß dem zweiten Gedanken der vorliegenden Erfindung das feste Schmier
mittel in den Berührungsoberflächen davon mit den inneren und äußeren
Führungsspuren freigelegt, wobei dort die Möglichkeit geschaffen wird,
daß das feste Schmiermittel an den inneren oder äußeren Führungsspuren
des Käfigs direkt ankleben kann, wodurch eine höhere Schmierwirkung er
wartet werden kann, und die Verschleißbeträge der inneren und äußeren
Führungsspuren und Rollenelemente können minimiert werden.
Weiterhin kann gemäß dem dritten Gedanken der vorliegenden Erfindung, da
der Käfig der Rollenlager, das in geschmolzenem Metall gebildet werden
soll, aus einem Material gebildet ist, das ein spezifisches Gewicht von
0,8 bis 1,2 hinsichtlich des geschmolzenen Metalls besitzt, der Druck des
Käfigs gegen die Gleitoberflächen davon mit den Rollenelementen und den
inneren und äußeren Führungsspuren in großem Umfang verringert werden,
wodurch die Verschleißbeständigkeit der Taschen- und Führungsoberflächen
des Käfigs verbessert wird.
Weiterhin sind die inneren und äußeren Führungsspuren der Rollenelemente
aus dem Material gebildet, das entsprechend dem geschmolzenen Metall
wärmebeständig ist, und vorzugsweise können sie aus Keramiken, wie bei
spielsweise Siliziumnitrid oder dergleichen, gebildet werden.
In den beigefügten Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt eine vordere Ansicht eines Führungsflächenteils, das eine
Testprobe für einen Verschleißtest bildet, das in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II in Fig. 1
vorgenommen ist;
Fig. 3 zeigt eine vordere Ansicht eines Käfigteils, das eine Testprobe
für einen Verschleißtest bildet, das in der Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie IV-IV, die in
Fig. 3 dargestellt ist, vorgenommen ist;
Fig. 5 zeigt eine allgemeine Ansicht des Aufbaus einer Verschleißtestein
richtung, die in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einge
setzt wird;
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht eines Käfigteils, das in einem Bei
spiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 7(a) und 7(b) sind erläuternde Ansichten eines Taschenverschleißbe
trags in einem Käfigteil entsprechend einer Schnittansicht, die entlang
der Linie VII-VII in Fig. 3 vorgenommen ist;
Fig. 8(a) und 8(b) sind erläuternde Ansichten eines Führungsober
flächen-Verschleißbetrags in einem Käfigteil entsprechend einer Schnitt
ansicht, die entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 3 vorgenommen ist;
Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Verschleiß
tests, die an Testproben (entsprechend den Beispielen 5 bis 9, den
Quasi-Beispielen 1 bis 4, 6 und dem Vergleichsbeispiel 1) durchgeführt
sind, die jeweils ein Käfigteil einsetzen, das aus einem Kompositmaterial
gebildet ist, das aus Ta und C (Graphit) in einem Typ eines gleichförmig
gemischten Pulvers zusammengesetzt ist;
Fig. 10 zeigt eine allgemeine Ansicht eines Beispiels der Struktur eines
Rollenlagers entsprechend eines verstärkten Typs gemäß dem Beispiel 1;
Fig. 11 zeigt eine allgemeine Ansicht eines Beispiels der Struktur eines
Rollenlagers entsprechend einem verstärkten Typ gemäß dem Beispiel 1; und
Fig. 12 zeigt eine graphische Darstellung der Ergebnisse einer Messung
der Verschleißbetrage innerer und äußerer Führungsspurteile in dem Ver
schleißtest, die an Testbeispielen gemäß den Quasi-Beispielen 5 und 6 und
Vergleichsbeispielen 1 und 5 durchgeführt wurden.
In weiterem Detail wird nachfolgend eine Beschreibung eines Rollenlagers
bzw. Wälzlagers, das in geschmolzenem Metall verwendet wird, gemäß der
vorliegenden Erfindung vorgenommen.
Allgemein umfaßt das Rollenlager eine äußere Führungsspur bzw. einen
Laufring, der eine äußere Lauffläche an der inneren Umfangsoberfläche,
eine innere Führungsspur, die eine innere Lauffläche an der äußeren Um
fangsoberfläche, einen Käfig bzw. ein Gehäuse, das eine Vielzahl von
Taschen in der umfangsmäßigen Richtung besitzt, und eine Mehrzahl von
Rollenelementen besitzt, die so zurückgehalten werden, daß sie drehbar
innerhalb der entsprechenden Taschen sind, und wobei deren Rollober
flächen gegen die äußere Lauffläche und die innere Lauffläche anstoßen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da ein Käfig, der das Rollenlager,
das in geschmolzenem Metall verwendet werden soll, bildet, aus einem
Material gebildet ist, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hin
sichtlich des geschmolzenen Metalls besitzt, die Verschleißbeständigkeit
des Käfigs verbessert werden.
Dies bedeutet, daß durch Verringerung einer Differenz in der Dichte
zwischen dem Käfig und dem geschmolzenen Metall der Grad, um den sich der
Käfig einsenkt und in dem geschmolzenen Metall fließt, verringert werden
kann, so daß der Druck, der auf die Gleitoberflächen des Käfigs mit den
Rollenelementen und der inneren und äußeren Führungsspur aufgebracht wer
den kann, verringert werden kann.
Andererseits liefert, wie vorstehend beschrieben ist, wenn ein Käfig aus
reinem Tantal oder einer Tantallegierung mit Wolfram in dem Bereich von
10% oder weniger bezogen auf das Gewicht gebildet wird und ein Rollen
lager mit einem solchen Käfig, der dort eingesetzt ist, in einem fort
während geschmolzenen Zinkplattierbad (480°C) verwendet wird, das spezi
fische Gewicht des Materials, das den Käfig bildet, 2,3 hinsichtlich des
geschmolzenen Zinks, da die Dichte von reinem Tantal oder der vorstehend
erwähnten Tantallegierung in der Größenordnung von 16 g/cm³ liegt, was
bedeutet, daß der Grad, mit dem sich der Käfig einsenkt und in dem ge
schmolzenen Zink fließt, groß ist, so daß der Druck, der auf die Gleit
oberflächen des Käfigs mit den Rollenelementen und den inneren und
äußeren Führungsspuren aufgebracht wird, erhöht wird.
Fig. 9 zeigt auch eine graphische Darstellung, um die Ergebnisse von Ver
schleißtests (Einzelheiten der Tests werden später beschrieben) zu zei
gen, in denen ein Kompositmaterial, das aus Ta und C (Graphit) besteht,
verwendet wird, um Teile von Käfigen jeweils zu bilden, die ein spezi
fisches Gewicht von 0,3 bis 2,3 hinsichtlich geschmolzenen Zinks be
sitzen, und Belastungen werden auf die entsprechenden Teile in der
axialen Richtung davon in dem geschmolzenen Zink (480°C) aufgebracht.
Diese graphische Darstellung zeigt, daß die Käfigteile, die ein
spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2, nämlich in dem Bereich eines
spezifischen Gewichts, das durch die vorliegende Erfindung spezifiziert
wird, hinsichtlich des geschmolzenen Zinks außerordentlich überlegen
gegenüber anderen sowohl in dem Taschenabnutzungsbetrag als auch in dem
Führungsoberflächenabnutzungsbetrag sind.
Um das spezifische Gewicht des Materials, das den Käfig bildet, von 0,8
bis 1,2 hinsichtlich des geschmolzenen Metalls zu erzielen, wird ent
sprechend dem geschmolzenen Metall der Käfig aus einem Material durch
diesen selbst gebildet, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 be
sitzt, oder der Käfig kann aus einem Kompositmaterial gebildet werden,
das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des entspre
chenden geschmolzenen Metalls besitzt, wobei das Compositmaterial durch
Kombination eines Materials, das eine hohe Dichte besitzt, wie beispiels
weise Metalle Ta, W, Nb, Mo, Re, Os, Ir, Pt, Au oder dergleichen, einer
Legierung, die mindestens eines dieser Metalle besitzt, Karbid von einem
dieser Metalle, Borid von einem dieser Metalle, Nitrid von einem dieser
Metalle, und einem Material, das eine kleine Dichte besitzt, einschließ
lich Kohlenstoffmaterial, wie beispielsweise Graphit, C/C-Komposit (koh
lefaserverstärkter Kohlenstoff) oder Keramiken, wie beispielsweise Borni
trid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid der
dergleichen, gebildet werden.
Wenn der Käfig aus dem Kompositmaterial gebildet wird, kann das Material
mit einer niedrigen Dichte, das dazu verwendet wird, das Kompositmaterial
zu bilden, vorzugsweise ein festes Schmiermittel sein, wie beispielsweise
Graphit, hexagonales Bornitrid (h-BN), Molybdändisulfid, Wolframdisulfid,
CaF₂/BaF₂, Chromoxid oder dergleichen.
Als geschmolzenes Metall, um es für ein Plattier- bzw. galvanisches Bad
oder dergleichen zu verwenden, können zum Beispiel die Metalle verwendet
werden, die in Tabelle 1 dargestellt sind, und die Dichte des geschmol
zenen Metalls kann innerhalb des Bereichs von 2 bis 12 g/cm³ liegen.
Auch sind Eisen, Stahl und Nickel oder eine wärmebeständige Kobaltle
gierung nicht als das Material für den Käfig, der in ein Rollenlager zur
Verwendung in geschmolzenem Metall eingesetzt werden soll, bevorzugt, da
es ihnen hinsichtlich der vorstehend erwähnten geschmolzenen Metalle an
der Korrosionsbeständigkeit fehlt, gerade dann, wenn das spezifische
Gewicht davon hinsichtlich der geschmolzenen Metalle in dem Bereich von
0,8 bis 1,2 liegt.
Verschleißtests für Rollenlager, die in geschmolzenem Metall verwendet
werden sollen, werden gemäß der vorliegenden Erfindung nachfolgend in
weiterem Detail beschrieben.
Zwei Führungsspurteile 1 (entsprechend einem inneren Führungsspurteil 1A
und einem äußeren Führungsspurteil 1B), von denen jedes eine solche Form
besitzt, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ein Käfigteil 2,
das eine solche Form besitzt, wie dies in den Fig. 3 und 4 dargestellt
ist, und drei Kugeln 3, von denen jede einen Durchmesser von 3/8 Zoll
(Inch) besitzt, wurden als ein Satz dazu verwendet, um eine Verschleiß
testprobe S eines Rollenlagers, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, zusam
menzubauen. Fig. 1 zeigt eine vordere Ansicht eines Führungsspurteils,
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II in Fig. 1
vorgenommen ist, Fig. 3 zeigt eine vordere Ansicht eines Käfigteils und
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie IV-IV in Fig. 3
vorgenommen ist.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist das Führungsspurteil 1 durch
Aufweiten einer Öffnung 11, die einen Durchmesser D₂ = 10 mm in dem
zentralen Bereich einer Scheibe, die eine Dicke T₁ = 6 mm und einen
Durchmesser D₁ = 52 mm besitzt, und dann durch Bildung einer ringför
migen Ausnehmung 12 konzentrisch zu der Scheibe in dem Umfangsbereich
einer Oberfläche der Scheibe gebildet. Die Ausnehmung 12 besitzt einen
bogenförmigen Querschnitt, der einen Krümmungsradius von 5,15 mm besitzt
und ist um einen Betrag bis zu 0,8 mm (= T₂) von der Oberfläche der
Scheibe aus ausgenommen. Auch ist der Durchmesser D₃ der Mittellinie
der Ausnehmung 12 auf 38,5 mm gesetzt.
Die zwei Führungsspurteile 1 und die Kugeln 3 sind aus Siliziumnitrid
gebildet und sind in deren jeweiligen Formen so gebildet, daß Pulver aus
Siliziumnitrid verpreßt und unter einer Atmosphäre von Ar und N₂ und
bei einer Temperatur von 2000°C gesintert ist und wobei der so gesin
terte Gegenstand dann maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet wurde.
Das Käfigteil 2, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist in der
nachfolgenden Art und Weise gebildet: eine Öffnung 21, die einen Durch
messer D₄ = 24 mm besitzt, ist in dem zentralen Bereich einer Scheibe,
die dieselbe Größe wie das Führungsspurteil 1 besitzt, aufgeweitet, drei
kreisförmige Taschen 21, von denen jede einen Durchmesser D₅ = 9,8 mm
besitzt, sind in der Oberfläche der Scheibe unter regelmäßigen Interval
len derart gebildet, daß die jeweiligen Mitten dieser drei Taschen 22 auf
demselben Umfang liegen. Und der Rollkreisdurchmesser D₆ der Tasche 22
ist auf 38,5 mm gelegt, der gleich dem Durchmesser D₃ der Mittellinie
der Ausnehmung 12 ist, die in dem Führungsspurteil 1 gebildet ist.
Die Käfigteile 2 sind jeweils entsprechend den jeweiligen Testproben
gebildet, das bedeutet, die Käfigteile 2 sind aus den Materialien gebil
det, die die jeweiligen Zusammensetzungen umfassen, die in der nachfol
genden Tabelle 2 und der Tabelle 3 dargestellt sind, so daß deren jewei
liges spezifisches Gewicht deren festgelegte Werte hinsichtlich geschmol
zenem Zink bilden. In den Beispielen 1 bis 9, den Quasi-Beispielen 1 bis
4 und dem Vergleichsbeispiel 4 wird als Material, das eine hohe Dichte
besitzt, Ta, W, Mo, WC, TaN, oder TaB₂ in einer reinen Form oder in
einer Kombination davon verwendet, während als Material, das eine geringe
Dichte besitzt, C (Graphit), MoS₂, h-BN oder Si₃N₄ + Al₂O₃
verwendet wird. Das spezifische Gewicht hinsichtlich geschmolzenen Zinks
wird durch Veränderung der Zusammensetzung der zwei Arten der Materialien
mit hoher und niedriger Dichte eingestellt.
Hier besitzt das Käfigteil 2a entsprechend Beispiel 1, wie dies in Fig. 6
dargestellt ist (die einer Schnittansicht entspricht, die entlang der
Linie IV-IV in Fig. 3 vorgenommen ist) dasselbe Erscheinungsbild wie das
Käfigteil 2, das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, allerdings ist
tatsächlich das Käfigteil 2a durch Verbindung zwei verstärkender Seiten
platten 5, die aus Ta gebildet sind und eine Dicke T₄ = 1 mm an beiden
Oberflächen eines Mutter-Hauptteils 4, das aus C (Graphit) gebildet ist
und eine Dicke T₃ = 4 mm besitzt, strukturiert. Aus diesem Grund wird
das Käfigteil 2a als verstärkter Typ bezeichnet. Und die mittlere Dichte
des gesamten Käfigteils wird entsprechend einem Volumenverhältnis zwi
schen Ta (2 Seitenplatten 5) und C (Mutter-Hauptteil 4) berechnet.
Die Käfigteile 2 gemäß den Beispielen 2 bis 9, die Quasi-Beispiele 1 bis
4 und das Vergleichsbeispiel 4 sind, ähnlich zu den vorstehend erwähnten
Führungsspurteilen 1 und den Kugeln 3, derart gebildet, daß die Pulverma
terialien deren entsprechender Zusammensetzungen unter Druck gesetzt und
unter einer Atmosphäre von Ar und N₂ und bei einer Temperatur von
2000°C gesintert werden, und die so gesinterten Materialien werden dann
maschinenbearbeitet. In Tabellen werden sie als "gleichförmig gemischte
Pulvertypen" bezeichnet. Und eine mittlere Dichte wird entsprechend der
Dichten- und Volumenverhältnisse der jeweiligen Zusammensetzungen berech
net, die die Materialien der Käfigteile bilden.
Das Käfigteil 2 gemäß den Quasi-Beispielen 5 bis 7 und die Vergleichsbei
spiele 1 bis 3 werden jeweils aus einem einzelnen Material gebildet, d. h.
die Käfigteile 2 werden in den vorstehend angegebenen Formen durch Ma
schinenbearbeitung der nachfolgenden Schüttmaterialien gebildet (das Kä
figteil 2 gemäß dem Vergleichsbeispiel 3 verwendet SU 5304) und sie werden
als "SchUtt-Typ" in den Tabellen bezeichnet.
Materialien
Ta: hergestellt durch Shinkuu Yakin Co. Ltd.
C/C Komposit: hergestellt durch Toyo Tanso Co. Ltd. CX-21
Graphit: hergestellt durch Toyo Tanso Co. Ltd. IG-43
h-BN maschinenbearbeitbare Keramiken: hergestellt durch Tokuyama Soda Co. Ltd., Shapal (registriertes Warenzei chen) M
maschinenbearbeitbare Glimmerkeramiken: hergestellt durch Mitsui Mining Co. Ltd.
C/C Komposit: hergestellt durch Toyo Tanso Co. Ltd. CX-21
Graphit: hergestellt durch Toyo Tanso Co. Ltd. IG-43
h-BN maschinenbearbeitbare Keramiken: hergestellt durch Tokuyama Soda Co. Ltd., Shapal (registriertes Warenzei chen) M
maschinenbearbeitbare Glimmerkeramiken: hergestellt durch Mitsui Mining Co. Ltd.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wurde das Käfigteil 2 mit den Kugeln 3,
die in Taschen 22 aufgenommen wurden, durch und zwischen den zwei
Führungsspurteilen 1A und 1B gehalten, deren Oberflächen, die die Aus
nehmungen 12 bilden, einander gegenüberliegend angeordnet waren, um die
Kugeln 3 in den entsprechenden Ausnehmungen 12 aufzunehmen, wodurch eine
Testprobe S für den Verschleißtest zusammengebaut wurde. In diesem Zu
stand war die Testprobe S in der Mitte des Bodenbereichs eines Tiegels 6
angeordnet, eine Drehwelle 7 war in der Mitte des oberen Führungsspur
teils (das innere Führungsspurteil) 1A angeordnet und eine Last wurde auf
die Drehwelle 7 in der axialen Richtung davon aufgebracht, das geschmol
zene Zink 8 wurde in den Tiegel 6 eingeschüttet, die Drehwelle 7 wurde
gedreht, um dadurch das obere Seitenführungsspurteil 1A zu drehen und der
Verschleißtest wurde unter den nachfolgenden Bedingungen durchgeführt:
Testbedingungen | |
Axiale Belastung:|294 N | |
Drehgeschwindigkeit: | 300 U/min |
Temperatur innerhalb des Tiegels: | 480°C |
Gesamtdrehzeit: | 72 Stunden. |
Nach dem Test wurde die Testprobe S aus dem Tiegel 6 herausgenommen und
die Taschenverschleißbeträge und die Führungsoberflächen-Verschleißbe
träge der jeweiligen Käfigteile 2 (2a) wurden gemessen. Die Ergebnisse
des Verschleißtests sind zusammenfassend in den nachfolgenden Tabellen 2
und 3 dargestellt. Auch ist der Taschenverschleißbetrag des Käfigteils in
den Fig. 7(a) und 7(b) dargestellt und der Führungsoberflächen-Ver
schleißbetrag des Käfigteils ist in den Fig. 8(a) und 8(b) dargestellt.
Hier entsprechen die Fig. 7(a) und 7(b) einer Schnittansicht, die entlang
der Linie VII-VII in Fig. 3 vorgenommen ist. Die Fig. 8(a) und 8(b) ent
sprechen einer Schnittansicht, die entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 3
vorgenommen ist. Die Fig. 7(a) und 8(a) zeigen Zustände der Käfigteile,
bevor der Verschleißtest durchgeführt ist, während die Fig. 7(b) und 8(b)
jeweils Zustände zeigen, nachdem der Verschleißtest durchgeführt ist.
Hier dreht sich das Käfigteil 2, das ein spezifisches Gewicht kleiner als
1 hinsichtlich des geschmolzenen Zinks besitzt, in Berührung mit dem obe
ren Führungsspurteil 1A während des Verschleißtests. Da sich die Kugel 3
um die Drehwelle 7 unter der halten Drehgeschwindigkeit des oberen
Führungsspurteils 1A dreht, dreht sich das Käfigteil 2 unter derselben
Geschwindigkeit wie die Kugeln 3. Während solcher Drehbewegungen wird
eine Gleitbewegung zwischen dem oberen Führungsspurteil 1A und dem Käfig
teil 2 erzeugt und als Ergebnis hiervon wird, wie in den Fig. 8(a) und
8(b) dargestellt ist, die obere Führungsoberfläche 23a (die Führungsober
fläche, die auf die Seite des oberen Führungsspurteils 1 während des
Tests gelegt ist) des Käfigteils 2 abgenutzt. Ein Betrag einer Verringe
rung Ma in der Dicke der Führungsoberfläche, die aus einem solchen Ver
schleiß herrührt, wurde gemessen und dies wird als Führungsoberflä
chen-Verschleißbetrag bezeichnet.
Auch wird, da sich die Tasche 22 des Käfigteils 2 immer mit der Kugel
derart in Berührung befindet, daß sie immer gegen die Kugel 3 preßt, dort
eine Gleitbewegung zwischen der Kugel 3 und der Tasche 22 erzeugt, wie
dies in den Fig. 7(a) und 7(b) dargestellt ist, wobei die hintere Sei
te 22a der Tasche 22 in der Drehrichtung abgenutzt wird. Ein Betrag einer
Vergrößerung Mp (gleich D₁₅-D₅) in dem Durchmesser der Tasche 22,
der aus dem Verschleiß resultiert, wurde gemessen und er wird als Ta
schenverschleißbetrag bezeichnet.
Hier dreht sich das Käfigteil 2, das ein spezifisches Gewicht größer als
1 hinsichtlich des geschmolzenen Zinks besitzt, in Berührung mit dem un
teren Seitenspurteil 1B während des Verschleißtests, wobei im Gegensatz
zu dem Vorstehenden die untere Führungsoberfläche 23b des Käfigteils 2
und die vordere Seite der Tasche 22 in der Drehrichtung abgenutzt sind.
Die zulässigen Werte der jeweiligen Verschleißbeträge wurden in folgender
Art und Weise festgelegt hinsichtlich des Durchmessers Da der Kugeln,
die ein Rollenelement ist, wie es als Referenz verwendet wurde, wurde an
genommen, daß die Verschleißbeträge linear mit der Zeit ansteigen, und
die Testproben wurden fortlaufend für zwei Wochen betrieben. Die zuläs
sigen Werte, die auf diese Art und Weise für den Taschenverschleißbetrag
erhalten wurden, waren 30% oder weniger des Durchmessers Da und die
zulässigen Werte für den Führungsoberflächen-Verschleißbetrag betrugen
10% oder weniger des Durchmessers Da.
Und der Durchmesser der Kugel, die verwendet wurde, nämlich Da, betrug
3-8 Zoll (Inch) = 9,525 mm, und dieser Verschleißtest wurde für 72 Stun
den (= für 3 Tage) durchgeführt. Durch Übertragung hiervon wurde der Ta
schenverschleißbetrag als qualifiziert zugelassen, wenn er
9,525 × 0,30 (3/14) = 0,61 mm oder geringer war, und der Führungsober
flächen-Verschleißbetrag wurde zugelassen, falls er
9,525 × 0,10 (3/14) = 0,20 oder geringer war.
Auch wurden wie für die Testproben (Beispiele 5 bis 9, Quasi-Beispiele 1
bis 4, 6 und Vergleichsbeispiel 1,) die jeweils ihre Käfigteile ein
setzen, die jeweils aus einem Kompositmaterial gebildet wurden, das aus
Ta und C (Graphit) in einem gleichförmig gemischten Pulvertyp bestandt,
Verschleißtests durchgeführt und die Ergebnisse der Verschleißtests wur
den dargestellt. In Fig. 9 sind die Ergebnisse der Verschleißtests der
vorstehenden Testproben dargestellt.
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Testproben, die jeweils darin die Käfig
teile einsetzen, die ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsicht
lich des geschmolzenen Zinks einsetzen, gemäß den Beispielen 1 bis 9 und
dem Vergleichsbeispiel 4 innerhalb der zulässigen Werte in den Ergebnis
sen sowohl der Taschenverschleißbeträge als auch der Führungsoberflä
chen-Verschleißbeträge fallen. Auch fallen die Testbeispiele, die jeweils
darin die Käfigteile einsetzen, die ein spezifisches Gewicht kleiner als
0,8 oder größer als 1,2 hinsichtlich geschmolzenen Zinks besitzen, gemäß
den Quasi-Beispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 inner
halb der zulässigen Werte in den Führungsoberflächen Verschleißbeträgen,
liefern allerdings größere Werte als die zulässigen Werte in den Taschen
verschleißbeträgen. Hier besitzt in dem Vergleichsbeispiel 3 das Käfig
teil ein spezifisches Gewicht hinsichtlich geschmolzenen Zinks und demzu
folge fällt das Käfigteil innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden
Erfindung. Allerdings kann angenommen werden, daß der Verschleißbetrag
des Vergleichsbeispiels 3 groß wird, und zwar aufgrund der unzureichen
den Korrosionsbeständigkeit von SUS 304 gegenüber geschmolzenem Zink.
Auch besitzt in dem Vergleichsbeispiel 4 das Käfigteil, das dort einge
setzt wird, ein spezifisches Gewicht von 1,0 hinsichtlich geschmolzenem
Zinks, und deshalb fallen sowohl der Taschenverschleißbetrag als auch der
Führungsoberflächen-Verschleißbetrag des Vergleichsbeispiels 4 innerhalb
der zulässigen Werte. Allerdings wird der Kugelverschleißbetrag davon,
wie später beschrieben wird, da das Vergleichsbeispiel 4 kein festes
Schmiermittel verwendet, groß.
Andererseits sind in Tabelle 4 die Ergebnisse einer Messung der Ver
schleißbeträge der Kugeln 3, die in den Beispielen 2 bis 4, 7, den
Quasi-Beispielen 5, 6 und dem Vergleichsbeispiel 4 eingesetzt werden,
dargestellt. In diesen Testbeispielen ist jedes der Käfigteile 2 aus ei
nem Kompositmaterial gebildet und, als Material, das eine geringe Dichte
besitzt, das das Kompositmaterial bildet, werden MoS₂ in dem Bei
spiel 2, C (Graphit) in den Beispielen 3 und 7, h-BN in dem Beispiel 4,
Si₃N₄ und Al₂O₃ in dem Vergleichsbeispiel 4, C/C-Komposit
(Schütt-Typ) in dem Quasi-Beispiel 5 und Graphit (Schütt-Typ) in dem Bei
spiel 6 verwendet.
Testbeispiel No. | |
Verschleißbetrag der Kugel (mm) | |
Beispiel 2 | |
0,06 | |
Beispiel 3 | 0,00 |
Beispiel 4 | 0,03 |
Beispiel 7 | 0,00 |
quasi-Beispiel 5 | 0,00 |
quasi-Beispiel 6 | 0,00 |
Vergleichsbeispiel 4 | 0,12 |
Wie anhand der Ergebnisse, die in Tabelle 4 dargestellt sind, ersehen
werden kann, sind in den Beispielen 2 bis 4, 7 und den Quasi-Beispie
len 5, 6, die jeweils festes Schmiermittel enthalten, wie beispielsweise
MoS₂, C (Graphit) oder h-BN in dem Material der Käfigteile davon die
Kugelverschleißbeträge übermäßig kleiner, wenn sie mit dem Vergleichsbei
spiel 4 verglichen werden, das kein festes Schmiermittel enthält. Insbe
sondere wurde kein Verschleiß in den Beispielen 3, 7 und den Quasi-Bei
spielen 5, 6 vorgefunden, die darin Graphit enthalten.
Deshalb ist es, wenn das Käfigmaterial aus einem Kompositmaterial gebil
det wird, bevorzugt, festes Schmiermittel zu verwenden, insbesondere Gra
phit als ein Material, das eine geringe Dichte besitzt, zu dem Zweck, die
Kugelverschleißbeträge zu minimieren. Auch wurden in den Quasi-Beispie
len 5, 6, dem Vergleichsbeispiel 1 (reines Ta) und dem Vergleichsbei
spiel 5 (der Käfig war aus einer Ta-W-Legierung [Ta:W = 9 : 1 (bezogen auf
das Gewicht) gebildet], hergestellt durch Shinkuu Yakin Co. Ltd.), die
Verschleißbeträge des inneren Führungsspurteils 1A und des äußeren
Führungsspurteils 1B nach der Behandlung ebenfalls gemessen. Die
Ergebnisse der vorstehenden Messungen sind in Fig. 12 dargestellt.
Wie in Fig. 12 dargestellt ist, waren, ähnlich zu den Kugeln, in dem in
neren Führungsspurteil 1A und dem äußeren Führungsspurteil 1B ebenso die
Verschleißbeträge der Quasi-Beispiele 5, 6, die jeweils ein festes
Schmiermittel oder Graphit enthalten, geringer als diejenigen der Ver
gleichsbeispiele 1, 5. Dies bedeutet, daß bestätigt wird, daß dann, falls
der Käfig aus Graphit oder einem Kompositmaterial, das Graphit enthält,
gebildet ist, die Verschleißbeträge der inneren und äußeren Führungs
spuren verringert werden können.
Als Referenz können in einem Rollenlager, das in einer Rollentragevor
richtung oder dergleichen in einem kontinuierlich geschmolzenen Zinkplat
tierbad eingesetzt wird, Vibrationen und Stöße auf das Rollenlager aufge
bracht werden. Hier ist es bevorzugt, als Material eines Käfigs ein Kom
positmaterial zu verwenden, das Graphit, wie beispielsweise ein C/C-Kom
posit im Gegensatz zu nur Graphit, enthält, da ein solches Kompositma
terial die Festigkeit des Käfigs erhöhen kann.
In dem vorstehenden Test wurde für das innere Führungsspurteil 1A und das
äußere Führungsspurteil 1B ein Betrag eines Ansteigens in der Tiefe der
Ausnehmung 12 als der Verschleißbetrag davon angenommen und für die Ku
gel 3 wurde ein Verringerungsbetrag in dem Durchmesser der Kugel 3 als
Verschleißbetrag davon angenommen.
Beispiele der Struktur eines Rollenlagers entsprechend dem verstärkten
Typ des Beispiels 1 sind jeweils in den Fig. 10 und 11 dargestellt.
Insbesondere stellt Fig. 10 die Struktur eines Kugellagers mit tiefer
Ausnehmung dar, während Fig. 11 die Struktur eines zylindrischen Rollen
lagers darstellt, wobei beide halbierten Bereiche eines Käfigs 9 durch
eine Niete R miteinander befestigt sind, die aus Ta gebildet ist. Der
Käfig 9 besteht aus einem Hauptkörper 41 und zwei Seitenplatten 51 zur
Verstärkung der zwei Seiten des Hauptkörpers 41, während der Haupt
körper 41 (einschließlich einer Taschenoberfläche) aus Graphit oder einem
C/C-Komposit gebildet ist und die Seitenplatten 51 jeweils aus Ta gebil
det sind.
Die Niete, die aus Ta gebildet ist, kann nicht nur bei einem solchen ver
stärkten Typ, wie in dem Beispiel 1, angewandt werden, sondern auch bei
einem Käfig eines halbierten Typs. Dies kann auch bei der Verwendung ei
ner Schraube und einer Mutter anstelle der Niete angewandt werden. Bezug
nehmend auf das Material der Schraube, der Mutter und der Niete, die als
Befestigungsteil verwendet werden sollen, ist für das Material der Niete,
neben Tantal, als bevorzugt anzusehen, ein Material zu verwenden, das
eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzt und plastisch deformierbar ist,
beispielsweise ein Metall, das einen hohen Schmelzpunkt besitzt, wie bei
spielsweise W, Nb, Mo, Re oder dergleichen, oder eine Legierung davon.
Und als Material der Schraube und der Mutter ist es bevorzugt, das vor
stehend angegebene Nietenmaterial oder maschinenbearbeitbare Keramiken zu
verwenden. Als die maschinenbearbeitbaren Keramiken, die für die Schraube
und die Mutter verwendet werden sollen, sind ein Glimmer "Macelite", her
gestellt durch Mitsui Mining Co., Ltd., h (hexagonal)-BN "Shapal (regis
triertes Warenzeichen) M", hergestellt durch die Tokuyama Soda Co. Ltd.,
und dergleichen, erhältlich.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind in den obigen Beispielen der vorlie
genden Erfindung Quasi-Beispiele eingeschlossen. Obwohl die Quasi-Bei
spiele nicht ausreichend sind, um die Verschleißbeständigkeit des Käfigs
des Rollenlagers zu verbessern, wobei es sich um eine zweite Aufgabe der
vorliegenden Erfindung handelt, sind sie ausreichend für eine Verbes
serung der Verschleißbeständigkeit der inneren und äußeren Laufspuren und
der Rollenelemente des Rollenlagers geeignet, wobei es sich um die erste
Aufgabe der vorliegenden Erfindung handelt. In diesem Sinne, fallen die
Quasi-Beispiele innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung.
Weiterhin wird gemäß den vorstehend beschriebenen Beispielen der Erfin
dung Zink als das geschmolzene Metall verwendet. Gerade wenn sämtliche
Arten des geschmolzenen Metalls und der geschmolzenen Legierung anstelle
von Zink verwendet werden, kann die vorliegende Erfindung zu denselben
Effekten wie in geschmolzenem Zink führen. Zum Beispiel wurde das Bei
spiel 10, dasselbe wie das Käfigteil gemäß dem Quasi-Beispiel 1, in einem
Bad aus geschmolzenem Metall getestet, das Zn-55% Al (entsprechend einem
typischen Zink-Aluminium-Plattierbad, das Al:55 Gew.-%, Zn:43,4 Gew.-% und
Si:1,6 Gew.-% als das geschmolzene Metall enthält) getestet. Die Beispie
le 11 und 12, dieselben wie die Käfigteile gemäß den Quasi-Beispielen 5
und 6, wurden in einem Bad aus geschmolzenem Aluminium getestet. Wie in
Fig. 5 dargestellt ist, wurden die Beispiele 10 bis 12, die ein spezi
fisches Gewicht innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung hin
sichtlich des entsprechenden geschmolzenen Metalls besaßen, unter densel
ben Bedingungen wie die vorstehend beschriebenen Verschleißtests
getestet, mit der Ausnahme der Typen des geschmolzenen Metalls. Ergeb
nisse der Verschleißtests sind in der nachfolgenden Tabelle 5 darge
stellt. Gemäß den Beispielen 10 bis 12 fallen, da die Käfigteile ein
spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des entsprechenden,
geschmolzenen Metalls besaßen, die Beispiele 10 bis 12 innerhalb der
zulässigen Werte hinsichtlich sowohl der Taschenverschleißbeträge als
auch der Führungsoberflächen-Verschleißbeträge, wie dies in Tabelle 5
dargestellt ist. Weiterhin kann, da alle Käfigteile gemäß den Beispie
len 10 bis 12 Graphit darin enthalten, die hohe Verschleißbeständigkeit
derart erhalten werden, daß die Kugelverschleißbeträge davon "0,00" be
trugen.
Weiterhin kann es, zusätzlich zu dem geschmolzenen Metall, wie dies in
den Tabellen 1 und 5 beschrieben ist, in dem Bad für das andere geschmol
zene Metall, wie zum Beispiel Zn-0,15% Al, Zn-4,1% Al-0,09% Mg, Al-9% Si,
Zn-55% Al-1,5% Si oder dergleichen verwendet werden. Mit diesen geschmol
zenen Metallbädern kann, solange sie für die Rollenlager verwendet wer
den, die so eingestellt sind, daß das Käfigmaterial ein spezifisches
Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsichtlich des entsprechenden geschmolzenen
Metalls besitzt, die vorliegende Erfindung dieselben Effekte wie in ge
schmolzenem Zink bewirken.
Wie vorstehend beschrieben ist, können gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgrund der Tatsache, daß ein Käfig in dem Rollenlager, das in geschmol
zenem Metall verwendet werden soll, aus einem festen Schmiermittel oder
einem Kompositmaterial gebildet ist, das ein festes Schmiermittel ent
hält, die Beträge der Abnutzung der inneren und äußeren Führungslauf
flächen und der Rollenelemente des Rollenlagers verringert werden. Als
Ergebnis hiervon kann die Lebensdauer des Rollenlagers, das in geschmol
zenem Metall verwendet werden soll, verlängert werden.
Auch wird gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Käfig des Rollen
lagers, das in geschmolzenem Metall verwendet werden soll, aus einem
Material gebildet ist, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hin
sichtlich des geschmolzenen Metalls besitzt, die Abnutzungs- bzw. Ver
schleißbeständigkeit des Käfigs verbessert. Dies führt auch zu einer
verlängerten Lebensdauer des Rollenlagers, das in geschmolzenem Metall
verwendet werden soll.
Claims (5)
1. Rollenlager zur Verwendung in geschmolzenem Metall, das aufweist:
eine äußere Führungsspur, die eine äußere Führungsspurlauffläche an einer inneren, umfangsmäßigen Oberfläche davon besitzt;
eine innere Führungsspur, die eine innere Führungsspurlauffläche an einer äußeren, umfangsmäßigen Oberfläche davon besitzt;
einen Käfig, der eine Vielzahl von Taschen in der umfangsmäßigen Richtung umfaßt und ein festes Schmiermittel enthält; und
eine Mehrzahl Rollenelemente, die rollend innerhalb der Taschen ge halten werden und gegen die äußere Führungsspurlauffläche und die innere Führungsspurlauffläche anstoßen, wobei das feste Schmiermittel mindestens in Berührungsoberflächen zwischen dem Käfig und den Rol lenelementen freigelegt ist.
eine äußere Führungsspur, die eine äußere Führungsspurlauffläche an einer inneren, umfangsmäßigen Oberfläche davon besitzt;
eine innere Führungsspur, die eine innere Führungsspurlauffläche an einer äußeren, umfangsmäßigen Oberfläche davon besitzt;
einen Käfig, der eine Vielzahl von Taschen in der umfangsmäßigen Richtung umfaßt und ein festes Schmiermittel enthält; und
eine Mehrzahl Rollenelemente, die rollend innerhalb der Taschen ge halten werden und gegen die äußere Führungsspurlauffläche und die innere Führungsspurlauffläche anstoßen, wobei das feste Schmiermittel mindestens in Berührungsoberflächen zwischen dem Käfig und den Rol lenelementen freigelegt ist.
2. Rollenlager nach Anspruch 1, wobei das feste Schmiermittel mindestens
in Berührungsoberflächen zwischen dem Käfig und den inneren und
äußeren Spuren freigelegt ist.
3. Rollenlager nach Anspruch 1 und 2, wobei der Käfig aus einem Material
gebildet ist, das ein spezifisches Gewicht von 0,8 bis 1,2 hinsicht
lich des geschmolzenen Metalls besitzt.
4. Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das feste
Schmiermittel ein Material aufweist, das aus Graphit, C/C-Komposit,
hexagonalem Bornitrid (h-BN), Molybdändisulfid, Wolframdisulfid,
CaF₂/BaF₂, Chromoxid und Verbindungen davon ausgewählt ist.
5. Rollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Käfig aus
einem Metall gebildet ist, das aus Ta, W, Nb, Mo, Re, Os, Ir, Pt, Au,
einer Legierung davon, Karbiden davon, Boriden davon und Nitriden
davon ausgewählt ist.
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