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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.
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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.
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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.
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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% MoS
2 oder Graphit enthält.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Ein
Beispiel für
eine kommerziell erhältliche
WS2-Beschichtung ist Dichronite.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
anderer Vorteil der PTFE/MoS2-Beschichtungen
ist, dass diese weniger gefährlich
für die
Umwelt sind als z.B. bleihaltige Beschichtungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
werden sowohl die Käfigtaschen
als auch die Käfigstangen
mit einer festen Schmiermittelbeschichtung gemäß der Erfindung zur Verringerung
der Lauftemperatur beschichtet.
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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.
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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.
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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/MoS
2-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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung bezieht sich daher weiter auf die Verwendung von MoS2 und/oder WS2 enthaltende
Beschichtungen, wie in Anspruch 7 definiert.
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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,
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1:
Lagerverhalten von Standardphosphatkäfigen
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2:
Lagerverhalten von PCRA-beschichteten Käfigen (Vergleich)
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3:
Lagerverhalten von Eeonyx-beschichteten Käfigen (Erfindung)
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4a:
Lagerverhalten von Dowty-beschichteten Käfigen (Erfindung)
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4b:
Lagerverhalten von Molykote-beschichteten Käfigen (Erfindung)
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5:
Lagerverhalten von ausgewählten
Beschichtungen auf Käfigen
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Beispiel
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1. Lagertest
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Der
Lagertest mit Standard- und beschichteten Käfigen wurde gemäß den SKF
R2F „A" Versuchsbedingungen
wie in Tabelle 1 dargestellt, durchgeführt.
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2. Testmaterialien
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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.
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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
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3. Verhaltensrangfolge
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Alle
getesteten Lager wurden entsprechend ihrem Verhalten bezüglich der
Lauftemperatur (ΔT)
und visueller Schadensprüfung
eingeordnet.
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Lauftemperatur
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Die
Lagertemperatur (äußerer Ring)
wurde kontinuierlich überwacht
und mittels Computer bis zum Ende der Versuchsdauer aufgezeichnet.
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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.
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Visuelle Betrachtung
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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
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4. Versuchsergebnisse
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a. Verhalten von Standardmanganphosphat-beschichteten
Käfigen
(Stand der Technik)
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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.
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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.
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b. Verhalten von PRCA-beschichteten
Käfigen
(vergleichend)
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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.
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c. Verhalten von Eeonyx-beschichteten
Käfigen
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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.
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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.
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d. Verhalten von anderen
Anti-Reib-Beschichtungen
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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.
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e. Zusammenfassung: Vergleich
zwischen ausgewählten
beschichteten Käfigen
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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.
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5. Schlussfolgerungen
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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.
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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.