DE69534033T2

DE69534033T2 - Element mit einer Beschichtung aus festem Schmiermittel für ein Wälzlager mit Fettschmierung

Info

Publication number: DE69534033T2
Application number: DE69534033T
Authority: DE
Inventors: George Tin Yau Wan; Bo Olov Jacobson
Original assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Current assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: EP0695884B1; EP0695884A1; US5860747A; NL9401234A; JPH08100819A; DE69534033D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein geschmiertes Wälzlager, in welchem Teile des Lagers, wie der Lagerkäfig oder Rollenenden, mit einer festen Schmiermittelbeschichtung beschichtet sind.
Wälzlager umfassen im Allgemeinen einen äußeren und einen inneren Ring, Wälzelemente im Lagerzwischenraum zwischen den Ringen und einen Käfig, um die Wälzelemente in einem vorbestimmten wechselseitigen Abstand zu halten, als auch ein Schmiermittel, um für Schmierung zu sorgen.
Trotz der Anwesenheit des Schmiermittels sind der Käfig und die Wälzelemente während des Betriebs eines solchen Lagers in Gleitkontakt. Hieraus resultieren Reibung und Verschleiß, welche die Betriebsdauer eines solchen Gleitkontakts begrenzen.
Dokument GB 826 091 A beschreibt Käfige mit einem metallischen Körper, der mit einer dünnen Kunststoffschicht beschichtet ist, wie Polyamid oder Polytetrafluorethylen, das ungefähr 3% MoS₂ oder Graphit enthält.
Um die Reibung und den Verschleiß zu reduzieren, ist es bekannt, eine Manganphosphat-Beschichtung in den Käfigtaschen aufzubringen, die die Wälzelemente enthalten. Solch eine Manganphosphat-Beschichtung ist jedoch aus verschiedenen Gründen nicht zufrieden stellend. Ein Grund ist, dass diese Beschichtungen nur für das „Anlaufen" des Lagers nützlich sind, d.h. nur eine anfängliche Reduktion der Reibung zu Beginn der Betriebsdauer bereitstellen. Nach einer gewissen Zeitspanne verschwindet die Phosphat-Beschichtung, wodurch ein Metall-auf-Metall-Kontakt, eine höhere Lauftemperatur und/oder die Alterung des Schmiermittels, welches im Lager eingebracht ist, verursacht werden. In einigen Fällen kann dies lokal zu „verbranntem" Schmiermittel und/oder Trockenlauf des Lagers führen. Daher weisen manche Schmiermittel-geschmierten Wälzlager mit gewöhnlichen Manganphosphat-beschichteten Stahlkäfigen verminderten tribologischen Schutz an den Kontakten zwischen Rolle und Käfigtasche auf. Dies führt im Allgemeinen zur Bildung von braunen Streifen auf Rollen und Laufringen. Dies ist zurückzuführen auf hohe Gleitkontaktbelastung und schlechte Schmierbedingungen zwischen Rolle und Lagerkontakten.
Andere Faktoren, welche den Zustand des Schmiermittels im Lager, die Lauftemperatur und die nutzbare Betriebsdauer des Lagers nachteilig beeinflussen, sind die hohe Wärmebelastung, welche zwischen dem Lagerring und den Wälzelementen auftritt und das Fehlen der Schmiermittelversorgung zwischen den Komponenten des Lagers.
Als ein Ergebnis dieser Probleme sollten Lager, welche Phosphat-beschichtete Käfige umfassen, häufig nachgeschmiert werden; wenn solch häufige Schmierung unterbleibt, wird die nutzbare Betriebsdauer des Lagers vermindert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wälzlager bereitzustellen, welches nicht die oben genannten Nachteile aufweist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Lagerkäfig mit einer Beschichtung zur Verringerung der Lauftemperatur des Käfigs und somit des Lagers beschichtet ist.
Die Erfindung bezieht sich daher auf einen Lagerkäfig für ein Wälzlager, wobei der Käfig mit einer Schmiermittel enthaltenden Beschichtung zur Verringerung der Lauftemperatur des Käfigs beschichtet ist, wobei die Beschichtung ein Disulfid oder Diselenid eines Übergangsmetalls der Gruppe V oder VI enthält. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Beschichtung MoS₂ und/oder WS₂, gegebenenfalls in Verbindung mit Polytetrafluorethylen (PTFE).
Aus dem Stand der Technik ist eine Anzahl von Wälzlagern mit MoS₂-Beschichtungen auf dem Käfig und/oder als einem festen Schmierstoff bekannt, siehe z.B. US-A 3,500,525, JP-A-62 141 314 und JP-A-3 255 223. Diese Dokumente beziehen sich jedoch alle auf Lager zur Verwendung in (Hoch-)Vakuum und/oder bei erhöhten Temperaturen (250°C oder höher), welche aus nahe liegenden Gründen keine Schmiermittelschmierung zulassen. Solche nicht-Schmiermittel-geschmierten Lager zur Verwendung in einer Hochvakuum/-Temperatur-Umgebung werden durch die vorliegende Anmeldung nicht beansprucht.
Die Beschreibung des britischen Patents GB 1 515 643 A beschreibt Kugel- und Rollenlager, in welchen die Kugeln und Rollen durch einen Käfig an ihrer Position gehalten werden, wobei der Käfig eine Deckschicht aus einem Kunststoffmaterial mit niedriger Reibung, wie PTFE, aufweist, um die Kontaktreibung zu verringern.
Diese Referenz schweigt jedoch hinsichtlich fester Schmiermittel enthaltender Beschichtungen, wie MoS₂ und/oder WS₂ enthaltender Beschichtungen. Wie durch die nachfolgenden Beispiele gezeigt wird, hat die Gegenwart solch einer Beschichtung, wie einer MoS₂/PTFE enthaltenden Beschichtung, auf dem Lagerkäfig einen vorteilhaften Einfluss auf die Eigenschaften des Schmiermittels im Lager auch im Vergleich mit einer nur PTFE enthaltenden Beschichtung.
Obwohl nicht darauf beschränkt, wird vermutet, dass die Gegenwart fester Schmierstoffe gemäß der Erfindung in der Polymer-Beschichtung eine verbesserte Affinität mit dem Fett/Öl und eine Verbesserung der lasttragenden Eigenschaften unter schlechten Schmierbedingungen bereitstellt und dadurch die Lebensdauer des Schmiermittels erhöht.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik gut bekannt, dass die Verschleißrate von PTFE sehr schlecht ist, so dass ein nur mit PTFE beschichtetes Lager eine relativ kurze Lebensdauer aufweist im Vergleich zu den festen Schmiermittelbeschichtungen der vorliegenden Anmeldung.
Der Ausdruck „festes Schmiermittel" ist aus dem Stand der Technik gut bekannt und kann im Allgemeinen definiert werden als ein festes Material mit geringer Reibung und geringer Verschleißrate. Der Ausdruck „feste Schmiermittelbeschichtung" ist daher hierin als eine Beschichtung mit guter Haftung, die die festen Schmiermittel enthält, definiert.
Gemäß der Erfindung umfasst das feste Schmiermittel ein Disulfid oder Diselenid eines Übergangsmetalls der Gruppe V oder VI des Periodensystems der Elemente und/oder eine Kombination daraus. Besonders bevorzugte feste Schmiermittel sind MoS₂ und WS₂. Solche Beschichtungen sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und z.B. in den oben erwähnten Referenzen beschrieben.
Das feste Schmiermittel gemäß der Erfindung befindet sich vorzugsweise in einer Mischung mit einem organischen Harz, wie PTFE, Polyamid oder andere Polymermaterialien wie Polycarboxindol oder Polypyrrol. Diese Harze dienen als Binder, um das feste Schmiermittel zu tragen, woraus eine sehr viel bessere Leistung des Lagers resultiert.
Kommerziell erhältliche Beispiele von MoS₂ enthaltenden Beschichtungen sind die MoS₂/PTFE enthaltende Beschichtung hergestellt durch Eeonyx-Company, USA, die PTFE/MoS₂-Beschichtung hergestellt von Dowty, Großbritannien (Produkt 1052) und die MoS₂ enthaltende Molykote-Beschichtung 7409 (Dow Corning).
Ein Beispiel für eine kommerziell erhältliche WS₂-Beschichtung ist Dichronite.
Solche Beschichtungen sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und wurden nach dem Stand der Technik für Korrosionsschutz und Permanentschmierung von Bolzen, Scharnieren usw. sowie die Schmierung von Maschinen- und Getriebeteilen, z.B. Kolben, verwendet.
Die vorliegende Erfindung gründet auf der überraschenden Erkenntnis, dass während des Betriebs Lager, die mit festen Schmiermittel-Beschichtungen gemäß der Erfindung beschichtet sind, immer noch eine wirksame Menge an Schmiermittel auf ihren Oberflächen enthalten, selbst wenn diese beschichteten Oberflächen geringere Reibung zeigen als metallische Oberflächen, die gewöhnlich in nicht beschichteten Lagern vorliegen. Wegen der geringeren Reibung der Beschichtung wäre zu erwarten gewesen, dass die festen Schmiermittelbeschichtungen das Schmiermittel weniger effektiv auf dem Käfig halten würden.
Während des Betriebs des Lagers sollten alle Elemente des Lagers, die in Gleitkontakt sind, auf ihren Kontaktoberflächen Schmiermittel aufweisen. Insbesondere gibt es z.B. in Wälzlagern einen konstanten Druck, der das Schmiermittel wegen der Zentrifugalkraft, welche auf das Schmiermittel wirkt, wenn das Lager bei hohen Geschwindigkeiten rotiert, nach außen drückt. Daher wurde erwartet, dass mit Käfigen, die mit einer festen Schmiermittelbeschichtung beschichtet sind, das Schmiermittel von den kritischen Kontaktoberflächen gepresst würde und/oder sogar vollständig aus dem Käfig ausgeworfen würde, und daher die für die Schmierung verfügbare Schmiermittelmenge verringert würde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde jetzt jedoch festgestellt, dass der negative Effekt der festen Schmiermittelbeschichtung gemäß der Erfindung, das Schmiermittel am Platz zu halten, mehr als ausgeglichen ist durch die geringere Lauftemperatur, welche erhalten wird, wenn solch eine feste Schmiermittelbeschichtung auf den Käfigen verwendet wird. Aus diesem Grund hat die feste Schmiermittelbeschichtung einen allgemeinen positiven Effekt auf die Lebensdauer des Schmiermittels, die Betriebsdauer des Lagers und die benötigten Schmierintervalle.
In dieser Hinsicht ergeben Beschichtungen, die die festen Schmiermittel in einem Kunststoffmaterial, wie PTFE, enthalten, bessere Ergebnisse als Beschichtungen, die nur PTFE enthalten, so wie sie in der Beschreibung des Patents GB-1 515 643 beschrieben sind. Wegen ihrer höheren Oberflächenspannung liefern die λ/MoS₂-Beschichtungen eine bessere „Benetzung" der Oberflächen des Käfigs mit dem Öl und/oder Fett, bessere Fett/Öl-Verträglichkeit und -Haftung und eine Erhöhung der lasttragenden Eigenschaften, wobei die Lebensdauer des Schmiermittels weiter verbessert wird.
Die bessere Haftung der feste Schmiermittel enthaltenden Beschichtungen gemäß dieser Erfindung auf den beschichteten Oberflächen ist auch ein wichtiger Faktor, um das Schmiermittel an seiner Position zu halten.
Neben dem Erreichen einer niedrigeren Lauftemperatur und besseren Adhäsion des Schmiermittels stellen diese Beschichtungen auch bessere Haftung auf dem Substrat (z.B. dem Lagerkäfig) bereit als die Phosphatbeschichtung und/oder PTFE-Beschichtungen gemäß dem Stand der Technik, so dass diese über eine längere Zeitdauer wirksam sind.
Ein anderer Vorteil der PTFE/MoS₂-Beschichtungen ist, dass diese weniger gefährlich für die Umwelt sind als z.B. bleihaltige Beschichtungen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf MoS₂/PTFE enthaltende Beschichtungen begrenzt und jede feste Schmiermittelbeschichtung gemäß der Erfindung, welche zu einer niedrigen Lauftemperatur des Käfigs und/oder Lagers führt, kann verwendet werden. Solche festen Schmiermittelbeschichtungen können leicht durch einen Fachmann durch die im Beispiel beschriebenen Verfahren, d.h. Bestimmung der Lauftemperatur des Lagers auf an sich bekannte Weise, bestimmt werden. Vorzugsweise zeigen die festen Schmiermittelbeschichtungen auch eine gute Haftung auf dem Substrat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der gesamte Käfig mit der festen Schmiermittelbeschichtung beschichtet sein oder nur die Teile und Oberflächen des Käfigs, welche im Gleitkontakt mit den Wälzelementen oder Führungsringen, wie den Käfigtaschen und/oder Käfigstäben, stehen, wie es dem Fachmann klar ist. Beschichtungen der Käfigstäbe mit einer festen Schmiermittelbeschichtung gemäß der Erfindung können auch verwendet werden, um kleinere, genauere Käfigtaschen mit niedrigerer Reibung zu erzeugen.
Die Beschichtung gemäß der Erfindung liefert eine Verbesserung des Käfigverhaltens in Kugel- und Rollenlagern, was die Dauerhaltbarkeit des Lagers verbessert, wie es in Lebensdauerversuchen für Lager gesehen werden kann. Die Beschichtung gemäß der Erfindung kann in der Bohrung von z.B. Rüttelsieblagern (Vibrating Stream Barings, SRB) eingesetzt werden.
Das Aufbringen einer festen Schmiermittel-Polymer-Beschichtung, vorzugsweise PTFE enthaltend, das mit einer vorgegebenen Dicke von 10–15 μm gesintert wurde, was eine Käfigtasche mit einem vorgegebenen Taschenspiel und einer vorgegebenen Käfigstangenform ergibt, welche dem Käfig einen exzentrischen Lauf ermöglicht, liefert eine ideale Verbindung zur Verbesserung der Wälzelementführung. Hierdurch werden negative Seiten, wie eine steigende Käfigreibung durch einen Verschleißprozess, ein Abkratzen des Schmiermittels und Metall-auf-Metall-Kontakt, starke Geräusche des Käfigs und eine niedrige Lebensdauer durch Verwendung einer festen Schmiermittelbeschichtung gemäß der Erfindung bei dieser Art der Anwendung vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden sowohl die Käfigtaschen als auch die Käfigstangen mit einer festen Schmiermittelbeschichtung gemäß der Erfindung zur Verringerung der Lauftemperatur beschichtet.
Durch die Beschichtung des Käfigs eines Wälzlagers mit solch einer Beschichtung werden die folgenden Vorteile erreicht:

– eine niedrigere Lauftemperatur des Käfigs und des Lagers verglichen mit Manganphosphat-Beschichtungen gemäß dem Stand der Technik;
– das Schmiermittel um die Kontakte bleibt über einen längeren Zeitraum in gutem Zustand, woraus eine Verbesserung der allgemeinen Schmierung resultiert;
– örtliches Verbrennen von Schmiermittel tritt nicht auf;
– eine längere nutzbare Betriebsdauer des Wälzlagers;
– ein besseres Zurückhalten des Fett/Schmiermittels im Käfig, insbesondere auf den Käfigstangen, die zwischen den Wälzelementen positioniert sind und welche an diesen Elementen gleiten;
– längere Intervalle zwischen Schmiervorgängen;
– niedrigere Wärmespannungen hinsichtlich der Wälzelemente;
– besseres Zurückhalten des Schmiermittels auf den Wälzelementen selbst, was zu einer geringeren oder sogar zu keiner Bildung brauner Streifen auf diesen Elementen und den Ringen führt;
– die Anwesenheit einer dickeren Schmierstoffschicht auf den Wälzelementen, wobei die Schmierstoffschicht nicht leicht von den Käfigstangen abgekratzt wird, wodurch auch eine bessere Schmierung zwischen den Wälzelementen und den Lagerringen bereitgestellt wird;
– die beschichteten Oberflächen der Erfindung können mit Nuten versehen sein, um das Schmiermittel an die Kontaktoberflächen zu fördern, was zu einer besseren Schmierung der kritischen Oberflächen während des Betriebs führt.

Während des Betriebs wird der Schmierfilm durch Überrollen langsam aus der Kontaktbahn bewegt. In nicht vibrierenden, schlecht geschmierten Linienkontaktlagen und anderen Arten von geschmierten Lagern können die Nuten in den beschichteten Oberflächen einen zusätzlichen aktiven Mechanismus bereitstellen, um den Schmiermittelfilm zu ergänzen/neu zu verteilen, wodurch einem Aufreißen des Schmiermittelfilms und nachfolgendem Versagen des Lagers vorgebeugt wird. Durch Aufbringen eines Musters an Nuten auf der Käfigwand führt die Gleitbewegung zwischen Rolle und Käfigstange zu einer Schmierstoffbewegung zur Mitte und reichert so das Schmiermittel in der Mitte der Bahn an, wodurch einem Aufreißen des Schmiermittelfilms und seinen oben beschriebenen Konsequenzen entgegengewirkt wird. Durch Aufbringen desselben Nutenmusters sowohl auf den Käfigstangen, tritt der Schmiermittelfilmtransport zur Mitte der Walzenbahn unabhängig von der Richtung der Lagerotation auf. Daher führen diese Nuten zur einer Abnahme der Kontaktbelastungen und zu einer Zunahme der Lebensdauer sowohl des Schmiermittels als auch des Lagers. Die Form und die Anzahl der Nuten hängen z.B. vom verwendeten Käfig und Lager ab und der Einsatz geeigneter Nuten ist dem Fachmann offensichtlich.
Die festen Schmiermittelbeschichtungen gemäß der Erfindung können durch jedes geeignete Verfahren, wie Tauchen, Aufsprühen usw., aufgebracht werden, wobei die Verfahren einem Fachmann offensichtlich sind und/oder z.B. im oben genannten Stand der Technik beschrieben sind. Vorzugsweise wird die PTFE/MoS₂-Beschichtung jedoch durch „Kugelstrahlen" aufgebracht, was in der US-Patentanmeldung US 5,262,241 beschrieben ist. Durch dieses Verfahren beschichtete Käfige liefern sogar bessere Ergebnisse als Käfige, die durch Aufsprühen oder Tauchen beschichtet wurden.
Vorzugsweise weist die Beschichtung eine Dicke von 5–10 μm auf. Es ist jedoch möglich, eine dickere Beschichtung aufzubringen, um eine Käfigtasche zu erhalten, die eine bessere Führung des Wälzelements ermöglicht, während sie das feste Schmiermittel gemäß der Erfindung beibehält.
Die Verwendung von festen Schmiermittelbeschichtungen gemäß der Erfindung kann auch das Schmierungsverhalten des Rollen-Flansch-Kontaktes der Schmierung von Kegelrollenlagern verbessern. Diese Anwendung überwindet die schlechte Schmierung und Verschleißprobleme von Rollen-Flansch-Kontakten im Betrieb, insbesondere unter hohen aufgebrachten axialen Lastbedingungen. Die Verbesserung der Lebensdauer des Lagers kann auf einfache Weise erreicht werden durch Aufbringen der Beschichtungen auf die Rollenenden. Die Kontakttemperatur wird verringert und es ergibt sich minimaler metallischer Verschleiß und so wird eine längere Lebensdauer des Schmiermittels erwartet.
Die Erfindung bezieht sich daher weiter auf die Verwendung von MoS₂ und/oder WS₂ enthaltende Beschichtungen, wie in Anspruch 7 definiert.
Die Erfindung wird nun durch das folgende Beispiel, in welchem das Verhalten der festen Schmiermittelbeschichtung gemäß der Erfindung zur Verringerung der Lauftemperatur mit einer Manganphosphatbeschichtung gemäß dem Stand der Technik und einer PRCA-Beschichtung, welche keine niedrigere Lauftemperatur liefert und einer nur PTFE enthaltenden Beschichtung verglichen wird, beschrieben. Die 1–5 sind Diagramme der Lauftemperatur über der Zeit für die Lager, die in den Beispielen verwendet wurden, und zeigen,
1: Lagerverhalten von Standardphosphatkäfigen
2: Lagerverhalten von PCRA-beschichteten Käfigen (Vergleich)
3: Lagerverhalten von Eeonyx-beschichteten Käfigen (Erfindung)
4a: Lagerverhalten von Dowty-beschichteten Käfigen (Erfindung)
4b: Lagerverhalten von Molykote-beschichteten Käfigen (Erfindung)
5: Lagerverhalten von ausgewählten Beschichtungen auf Käfigen
Beispiel
1. Lagertest
Der Lagertest mit Standard- und beschichteten Käfigen wurde gemäß den SKF R2F „A" Versuchsbedingungen wie in Tabelle 1 dargestellt, durchgeführt.
Tabelle 1
2. Testmaterialien
Polymer-beschichtete SRB-Käfige basierend auf Methylacrylat und/oder Fluoro-Polymer und Polytetrafluorethylen (PTFE)/MoS₂ waren in dieser Studie verwendet. Zur Herstellung von Beschichtungen auf Käfigen wurden sowohl eigene als auch handelsübliche Beschichtungsverfahren basierend auf diesen Materialien verwendet. Details der Beschichtungen und Anbieter sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2
Alle verwendeten Testkäfige basierten auf der Standard-E-Bauform. Zur Zeit des Projekts konnten einfache Stahlkäfige, d.h. unbehandelte Käfige, nicht erhalten werden, alle Polymer/Anti-Reibungs-beschichteten Käfige waren auf Basis von vorphosphatierten Käfigen ausgeführt. Die Phosphatbeschichtung wurde in der Käfigfabrik (SKF Kugellagerindustrie, Veenendaal, Niederlande) durch Rotorendbehandlung entfernt. Tabelle 3 fasst das durchgeführte Testprogramm zusammen. Tabelle 3

* Vertreter von Dow Corning in den Niederlanden

3. Verhaltensrangfolge
Alle getesteten Lager wurden entsprechend ihrem Verhalten bezüglich der Lauftemperatur (ΔT) und visueller Schadensprüfung eingeordnet.
Lauftemperatur
Die Lagertemperatur (äußerer Ring) wurde kontinuierlich überwacht und mittels Computer bis zum Ende der Versuchsdauer aufgezeichnet.
Die voreingestellte Temperaturgrenze zur Beendigung des Versuchs beträgt 200°C. Die gegenwärtige angezeigte Lagerlauftemperatur, ΔT, ist die Differenz zwischen der äußeren Ringoberflächentemperatur und der Umgebungstemperatur. Die Auswertung basiert im Allgemeinen darauf, dass niedrige Lauftemperatur kleine Verluste an festem Schmiermittel gewährleistet und eine glatte Kurve gewöhnlich ein gutes Verhalten voraussetzt.
Visuelle Betrachtung
Die Wälzelemente und die Lager von allen Versuchslagern wurden untersucht und entsprechend der nachfolgenden Level eingestuft. je höher die Wertung, desto besser erfüllt der Käfig seine tribologische Funktion. Die Rangfolge wurde pro Lagerseite durchgeführt.

5:: Rollen nahezu wie neu/geringer oder kein Verschleiß an Rollen-Käfigstangen-Kontakten
4:: Rollen mit einigen Kratzern/leichter Verschleiß an Rollen-Käfigstangen-Kontakten
3:: kleine braune oder polierte Streifen (< 30% der Rollenoberfläche)/kleiner Verschleiß an Rollen-Käfigstangen-Kontakten
2:: moderate braune oder polierte Streifen (30–50% der Rollenoberfläche)/mittlerer bis hoher Verschleiß an Rollen-Käfig-Kontakten
1:: große braune/polierte Streifen (> 50% der Rollenoberfläche)/mittlerer bis hoher Verschleiß an Rollen-Käfig-Kontakten

4. Versuchsergebnisse
a. Verhalten von Standardmanganphosphat-beschichteten Käfigen (Stand der Technik)
Es wurden drei Lager mit Standard-Phosphat-beschichteten Käfigen getestet. Die für alle Versuche (siehe 1) beobachteten hohen Temperaturspitzen zeigen Probleme der Lagerschmierung unter Versuchsbedingungen. Die Dauer aller beobachteten Temperaturspitzen ist relativ kurz und der nachfolgende Abfall beruht möglicherweise auf Schmiermittelergänzung. Es liegt nahe, dass der schnelle Anstieg der Temperatur hauptsächlich auf die hohen Reibungsverluste zwischen Rolle und Käfigtaschenkontakten beruht. Es wurde beobachtet, dass die mittlere Lauftemperatur, ΔT, im Bereich von 45–50°C (vgl. 1) liegt.
Visuelle Kontrollen der Versuchslager (Nr. 2, 4 & 10) wurden durchgeführt. Die Rangfolge ist in Tabelle 4 dargestellt. Die Einstufung mit 3 und niedriger zeigt die Bildung von braunen Streifen auf Rollen und Laufringen. Die Phosphatbeschichtung an Käfigkontakten war vollständig entfernt und mittlerer/hoher Käfigkontaktverschleiß wurde beobachtet. Die Ergebnisse dieser Versuche stimmen mit vielen vorhergehenden Beobachtungen für fettgeschmierte Rollenlager, die unter extremen Bedingungen getestet wurden, überein.
b. Verhalten von PRCA-beschichteten Käfigen (vergleichend)
2 zeigt das Verhalten einer PRCA-gepfropften Polymerbeschichtung auf Käfigen. Die Zusammensetzungen dieser Beschichtungen basierten auf Fluoro- und Acrylat-Polymeren. Es kann erkannt werden, dass hohe Lauftemperatur (> 50°C) und hohe Temperaturspitzen für alle Lager aufgezeichnet wurden, die mit mit PRCA beschichteten Käfigen getestet wurden. Es liegt nahe, dass die sehr hohe Lauftemperatur, insbesondere während der ersten wenigen Tage aus einer dickeren Beschichtung resultierte, verglichen mit der gewöhnlichen Beschichtungsdicke. Die hohen Temperaturspitzen beruhen im Wesentlichen auf dem Fehlen einer Schmiermittelversorgung zu den Roll-/Gleitkontakten und darauf, dass die verwendeten Beschichtungen hohe Reibkräfte, die an Kontakten erzeugt wurden, nicht unterdrücken konnten. Die Einstufungen dieser Lager (Nr. 1, 3, 5 & 6) war nicht zufrieden stellend, wie in Tabelle 4 gezeigt. Interessanterweise zeigte Lager 1 keine ausgeprägten braunen Streifen auf Wälzelementen, sondern umlaufende Verschleißkratzer auf Rollen. Die Lagerkontakte zeigten hohen Verschleiß auf den Beschichtungen und leichten bis mittleren Verschleiß auf dem Metall des Käfigstabes. Auch zeigten die PRCA-Beschichtungen schlechte Haftung auf den Metallträgern, was sie ungeeignet für Gleitanwendungen unter mittleren/hohen Belastungen macht.
c. Verhalten von Eeonyx-beschichteten Käfigen
Es wurde eine Anzahl von Versuchen durchgeführt, um das Verhalten der Eeonyx-Polymer-Beschichtung auf SRB-Käfigen zu beobachten. 3 zeigt die Lauftemperatur von 5 getesteten Lagern. Obwohl bei drei Lagerläufen wenige Temperaturspitzen beobachtet wurden, kann erkannt werden, dass die allgemeine Lauftemperatur niedrig ist verglichen mit der Standardphosphat-Beschichtung oder den PRCA-Beschichtungen. Die niedrige Lauftemperatur setzt festes Schmiermittel zwischen Rolle und Käfigkontakten voraus und die beobachtete Temperaturspitze für die getesteten Lager ist zurückzuführen auf uneinheitliche Qualität des Beschichtungsprozesses. Lager Nr. 7 und Nr. 12 verhielten sich wirklich gut unter Versuchsbedingungen.
Tabelle 4 zeigt die Verhaltenseinstufung dieser Beschichtungsart. Auf den Lagerelementen der Nr. 7 und 12 traten keine braunen Streifen auf. Die anderen drei getesteten Lager ließen jedoch einige verfärbte Streifen auf nur einer Seite der Lagerrollen erkennen. Diese Beobachtung stimmt sehr gut mit den Ergebnissen der Lagerlauftemperatur, wie oben diskutiert, überein. Lager, die mit Rangstufe 5 versehen wurden, zeigten minimalen Käfigverschleiß und ein leichter Verschleiß auf dem Stahl der Käfige wird für die Lagerrangstufe 3 beobachtet. Es muss festgestellt werden, dass die Dicke der aufgebrachten Beschichtung ungefähr 5 μm beträgt und es wird vorausgesehen, dass eine etwas dickere Beschichtung das Verhalten verbessern würde.
d. Verhalten von anderen Anti-Reib-Beschichtungen
Kommerziell erhältliche Beschichtungsverfahren basierend auf PTFE/Mo₂S oder MoS₂ wurden ebenfalls untersucht. Die 4A und 4B zeigen die Lauftemperatur für 4 getestete Lager. Es kann erkannt werden, dass es keinen ungewöhnlichen oder schnellen Temperaturanstieg gibt und dass die insgesamt aufgezeichnete Temperatur im Bereich von 40°C lag. Dies bedeutet, dass die mittlere Lauftemperatur etwa 5–10°C niedriger liegt als bei der Standardphosphatbeschichtung. Die Käfige des Lagers 16 wurden bewusst mit einer Restphosphat + MoS₂-Beschichtung getestet. Das Versuchsergebnis legt nahe, dass das Lagerverhalten nicht wesentlich beeinflusst wird, ob die Käfige vor der MoS₂-Beschichtung phosphatiert waren oder nicht. Die Einstufungen des Lagerverhaltens aller getesteten Lager mit diesen kommerziell erhältlichen Anti-Reib-Beschichtungen auf Käfigen waren, wie in Tabelle 4 gezeigt, hervorragend. Minimaler Käfigverschleiß wurde für alle getesteten Lager beobachtet.
Tabelle 4
e. Zusammenfassung: Vergleich zwischen ausgewählten beschichteten Käfigen
5 zeigt einen Vergleich zwischen dem Lagerverhalten von nicht-beschichteten Stahlkäfigen, Phosphatkäfigen, PTFE/MoS₂-Käfigen (Eeonyx, Dowty) und MoS₂-(Molykote 7409)-beschichteten Käfigen. Es kann allgemein geschlossen werden, dass sich die MoS₂ enthaltenden festen Schmiermittelbeschichtungen besser verhalten als die Standardkäfige mit oder ohne Phosphatbeschichtung. Die Ergebnisse lassen klar darauf schließen, dass eine feste Schmiermittelbeschichtung das Lagerverhalten durch Unterbindung der Bildung von braunen Streifen auf Rollen und Laufringen verbessern kann.
5. Schlussfolgerungen
Basierend auf den obigen Ergebnissen kann darauf geschlossen werden, dass das Problem, das mit der Bildung von braunen Streifen auf Rollen und Laufringen von fettgeschmierten Wälzlagern verbunden ist, durch eine feste Schmiermittelbeschichtung zur Verringerung der Lauftemperatur, wie eine PTFE/MoS₂- oder MoS₂(Molykote)-Beschichtung auf Lagerkäfigen unterbunden werden kann. Eine um 5–10°C niedrigere Lauftemperatur wird erwartet verglichen mit Manganphosphat-beschichteten Käfigen.
Es wurden drei Verfahren verwendet, um die Chemikalien auf den Metalloberflächen von Laufkäfigen aufzubringen. Der Vorteil des Verfahrens von Eeonyx ist, dass es ein schnelles mechanisches Verfahren ist, dass es die Beschichtungsdicke bis auf 3–5 μm herunterkonfektionieren kann und dass es keine anderen chemischen Träger einbezieht. Die kommerziellen Sprüh- und Tauchverfahren verwenden andere chemische Binder und erfordern eine Hochtemperaturhärtung.

Claims

Geschmiertes Wälzlager, einen äußeren und inneren Ring, Wälzelemente im Lagerzwischenraum zwischen den Ringen und einen Käfig, um die Wälzelemente in einem vorbestimmten wechselseitigen Abstand zu halten, umfassend, wobei der Käfig mit einem festen Schmiermittel beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schmiermittelbeschichtung ein Disulfid und/oder Diselenid eines Übergangsmetalls der Gruppe V oder VI enthält.
Geschmiertes Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung MoS₂ und/oder WS₂ enthält, vorzugsweise mit einem organischen Harz wie PTFE.
Geschmiertes Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels „Kugelstrahlen" auf dem Käfig aufgebracht wird.
Geschmiertes Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung 5 bis 12 μm beträgt.
Geschmiertes Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Pendelrollenlager ist.
Verfahren zur Verringerung der Lauftemperatur der Käfige von geschmierten Wälzlagern zur Erhöhung der Lebensdauer des Schmiermittels in einem geschmierten Wälzlager und/oder zur Erhöhung der Nutzungsdauer eines geschmierten Wälzlagers, wobei das geschmierte Wälzlager einen äußeren und einen inneren Ring, Wälzelemente im Lagerzwischenraum zwischen den Ringen und einen Käfig, um die Wälzelemente in einem vorbestimmten wechselseitigen Abstand zu halten, umfasst, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Lagerkäfig oder das Rollenende mit einer festen Schmiermittelbeschichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 beschichtet ist.
Verwendung von MoS₂ und/oder WS₂ enthaltenden festen Schmiermittelbeschichtungen auf Käfigen von geschmierten Wälzlagern zur Verringerung der Lauftemperatur von Rollenschlussflanschkontakten, Wälzelementkäfigen und/oder Lagern, zur Erhöhung der Lebensdauer des Schmiermittels im Lager und/oder zur Erhöhung der brauchbaren Nutzungsdauer eines geschmierten Wälzlagers.